Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Прикладная область исследования: процессы проектирования лсп, структуризация процессов проектирования ЛСП 12
1.1. Основные положения проектирования ЛСП 12
1.2. Структуризация процессов проектирования ЛСП 19
Выводы 29
ГЛАВА 2. Система управления процессами проектирования ЛСП 30
2.1. Подсистема управления проектами 30
2.2. Подсистема САПР-ЛСП 37
2.3. Система управления процессами проектирования ЛСП 53
Выводы 62
ГЛАВА 3. Использование систем поддержки принятия решений при проектировании ЛСП 64
3.1. Использование систем ИАД для анализа данных проектов ЛСП 64
3.2. Исследование возможностей реализации результатов работы систем ИАД в процессах проектирования 77
3.3. Поддержка принятия решений в системе управления процессами проектирования ЛСП 83
Выводы 86
ГЛАВА 4. Использование сппр для проекта разработки нефтегазового месторождения аркутун-даги шельфа о. сахалин 88
4.1. Общие сведения по разработке месторождения 88
4.2. Внешние нагрузки, действующие на опорное основание платформы 89
4.3. Автоматизированное прогнозирование проектного решения по выбору типа опорного основания платформы 90
Выводы 99
Основные выводы 100
Приложение
- Структуризация процессов проектирования ЛСП
- Система управления процессами проектирования ЛСП
- Исследование возможностей реализации результатов работы систем ИАД в процессах проектирования
- Внешние нагрузки, действующие на опорное основание платформы
Структуризация процессов проектирования ЛСП
Проектирование морских ледостойких стационарных нефтегазодобывающих платформ является методологически сложной, многоуровневой задачей и требует реализации проектно-ориентированного системного подхода. Для успешного выполнения проекта необходима организация эффективного взаимодействия изыскательских, проектных, научных и конструкторских организаций, обеспечивающих разработку, создание и утверждение технической документации на создание ЛСП в соответствии с разработанной концепцией системы управления проектом. Основой для эффективного управления процессами проектирования ЛСП является структура проекта. Для выявления и формулировки целей, определения состава проекта, организации планирования и контроля процессов выполнения проекта необходимо определить и построить структуру работ проекта. Структурная декомпозиция подсистем и элементов проекта формирует схемы эффективного управления, организует связи и отношения между его элементами.
На рис. 1.1. представлена общая схема структуризации процессов проектирования ЛСП, состоящая из следующих компонентов: 1) компоненты продукции проекта (структура продукта), 2) этапы жизненного цикла (структура процесса), 3) элементы организационной структуры (организационная структура), компоненты управления проектом (структура управления Ряд проблем повышения эффективности процессов управления проектированием ЛСП решается за счет формирования на основе структуры проекта технологических линий проектирования и управляющих процедур на всех этапах жизненного цикла проекта. Для структуризации используется ряд специальных моделей. При структуризации процессов проектирования ЛСП использованы следующие модели: структура продукта, дерево работ, организационная структура исполнителей, структура управления. В качестве метода структуризации проекта использован метод «сверху - вниз» (детализация крупных частей проекта). Первой в исследовании была разработана структура продукта (тех. документации). Продуктом процессов проектирования ЛСП является согласованный и утвержденный в государственных надзорных органах технический документ, содержащий техническую информацию по проектированию, строительству, эксплуатации и/или ликвидации морских ледостойких стационарных платформ. Техническая информация, содержащаяся в документе, является интеллектуальным продуктом деятельности предприятий, участвующих в проектировании. Для разработки структуры продукта необходим тщательный анализ объекта проектирования (ЛСП). Выделение уникальных технических характеристик объекта дает возможность эффективно структурировать разрабатываемую на него, техническую документацию. Конструкции морских платформ имеют сложные, часто уникальные конструкционно-архитектурные решения, многие из них являются конструкциями оболочечного типа и близки к судостроительным конструкциям, так как должны обладать плавучестью, остойчивостью на воде и выдерживать локальные воздействия внешних нагрузок, в первую очередь льда. По функциональным и архитектурным признакам конструкция ЛСП делится на два основных блока - это верхние строения (ВС) и опорное основание. Эти два функционально-различимых блока войдут в структуру как независимые структурные элементы продукта процессов проектирования (левая часть рис. 1.З.).
На рис. 1.2. представлена схема жизненного цикла морской ледостойкой стационарной платформы. Процедуры ликвидации ЛСП по исполнению сходны с процессами строительства, поэтому они объединены на рис. 1.3. В средней части рис. 1.3. учтены структурные элементы продукта (тех. документации) основанные на этапах жизненного цикла ЛСП. Процессы бурения, добычи и переработки пластовой продукции, выполняемые на ЛСП, накладывают особые требования к экологической безопасности систем и конструкций морской платформы. Аварийные нарушения технологических операций, проводимых на ЛСП, могут повлечь за собой крупные экологические катастрофы. Кроме того, особое значение для этих компактных и автономных гидротехнических объектов имеют вопросы безопасности персонала. Отсутствие или недостаточное внимание в технической документации к вопросам экологии и безопасности станет препятствием для получения согласований и утверждения в надзорных органах. В правой части рис. 1.3. в качестве структурных элементов учтены вопросы экологии и безопасности. На рис. 1.3. показана обобщенная схема структуры продукта проектирования ЛСП. Структура продукта дает представление о содержании тех. документации, о сумме знаний, навыков, процедур и средств, которые необходимо применить для достижения цели ее создания и о специалистах и их квалификации, способных выполнить эту работу. Для организации эффективной системы управления недостаточно использовать только структуру продукта. Существуют процессы проектирования, которые не отражены в описании продукта и при этом являются важными процедурами проекта. (Например: «согласование и утверждение проекта»).
Для организации эффективного управления процессами проектирования ЛСП должна быть подготовлена схема жизненного цикла проекта, которая и станет основой структуры процесса и завершения проекта находятся за временными рамками проекта и потому не входят в основную структуру процесса проектирования. «Подготовка проекта» - деятельность предприятия, направленная на привлечение Заказчика (технические и коммерческие предложения, совещания, переговоры и т. д.). «Завершение проекта» - это мероприятия по внутреннему закрытию проекта. Компоненты структуры процесса могут меняться в зависимости от специфических условий проекта. Они обладают различным объемом работ и не имеют строгой последовательности выполнения. Так, «отчеты о состоянии работ» и «технические совещания» будут выполняться на протяжении всего проекта с момента «заключения контакта». Подсистема «разработки тех. документации (проектирования)» это наиболее наукоемкий процесс, где задействовано наибольшее количество квалифицированного персонала. На этом этапе обобщаются и оптимизируются все проектные решения по отдельным проектирующим подсистемам (структура продукта). Этап «заключение контакта» выполняется руководящим комитетом предприятия, имеет единовременный характер и происходит в самом начале проекта. Детализация структуры процесса позволяет учесть проектные процессы не связанные со структурой продукта и использовать их для создания общей декомпозиции работ проекта. Для распределения ответственности и координации работ по проекту необходима организационная схема, которая должна охватывать все группы или отдельные лица, которые будут работать на проект, включая лиц, заинтересованных в проекте из его внешнего окружения. Схема включает не только непосредственных исполнителей внутри предприятия, но и заинтересованные в проекте стороны, такие, например, как заказчик, субподрядные организации, независимые эксперты и специалисты, государственные надзорные органы и их независимые эксперты. Обобщенная схема организационной структуры процессов проектирования ЛСП представлена нарис. 1.5. Организационная структура может иметь и иные связи и иерархию. Она может зависеть от организационной политики предприятия подрядчика, а также от конкретных условий проекта.
Система управления процессами проектирования ЛСП
Проведенные выше исследования показали эффективность использования технологий САПР и УП в процессах проектирования ЛСП. Объединение этих дисциплин в систему являлось главной задачей диссертационной работы Так, была разработана система управления процессами проектирования ЛСП, которая стала методологической основой диссертационного исследования (рис. 2.9.). Для создания системы необходимы: изучение прикладной области (ЛСП), анализ автоматизируемых процессов, знания в области информационных технологий, применение системотехники и технологий управления проектами. Целью главы является исследование взаимосвязей и средств интеграции между компонентами системы управления процессами проектирования ЛСП (СУПП ЛСП). Проектирование морских ледостойких стационарных нефтегазодобывающих платформ представляет собой уникальный, трудно формализуемый процесс. Уникальность обусловлена практически полным отсутствием идентичных проектных условий, что исключает возможность использования стандартных проектов. Поэтому ЛСП проектируются для определенных условий строительства и эксплуатации.
При увеличении эффективности использования технических средств и технологий проектирования, продолжают усложняться проектируемые и разработки новых конструктивных решений. В ситуации итеративного усложнения средств и объектов проектирования необходимы дополнительные усовершенствования в технологиях инжиниринга, которые позволят проектировщикам быстрее адаптироваться к новым проектным условиям. На основе анализа существующих технологий САПР, управления проектами и результатов структуризации процессов проектирования ЛСП, разработана архитектура СУПП ЛСП (рис. 2.9.). Основными компонентами системы являются: ПРОЕКТ (СТРУКТУРА), УПРАВЛЕНИЕ ПРОЕКТОМ и САПР-ЛСП. Подсистема ПРОЕКТ (СТРУКТУРА) представлена четырьмя структурами проекта: продукта, процесса, организации и управления. Компонент УПРАВЛЕНИЕ ПРОЕКТАМИ состоит из стандарта (технологии) управления проектами и информационных средств, поддерживающих процедуры управления проектом. Основой подсистемы САПР-ЛСП является генеральная схема. Интегрированный банк данных, системы поддержки принятия решений и программное обеспечение, также являются субсистемами САПР-ЛСП. В процессе исследований СУШІ ЛСП была интегрирована во внутреннюю структуру компонентов. Так, одной из процедур ТЛП (САПР-ЛСП) проектирования процессов проектирования (рис 2.7.) является «Создание системы управления проектированием ЛСП», а составной частью структурной декомпозиции работ проекта (рис. 1.6.) является система управления проектированием.
Частичная автоматизация, как правило, не дает ожидаемого увеличения эффективности функционирования проектного предприятия [28]. В этой ситуации необходима интеграция компонентов системы управления процессами проектирования ЛСП и предпочтительным является внедрение интегрированных САПР, автоматизирующих все основные этапы проектирования. Большинство практических задач проектирования имеет комплексный характер и требует для своего решения совместного использования приложений, относящихся как проектирующим, так и обслуживающим подсистемам. Повышение эффективности процессов проектирования ЛСП и конкурентоспособности выпускаемой тех. документации возможно за счет интеграции систем проектирования, управления и документооборота. Использование СУПП ЛСП обеспечивает повышение качества и эффективности всех видов проектных работ. Применение системы в процессах проектирования позволит организовать взаимодействие специалистов для принятия, контроля и уточнения проектных решений. СУПП ЛСП должна создаваться с помощью специальных инструментальных средств разработки на базе готовых программных и аппаратных компонентов. Процесс разработки такой системы можно охарактеризовать термином «системная интеграция». В СУПП ЛСП выделяются три основных связующих (интегрирующих) звена (рис. 2.9.). Ключевым компонентом интеграции «Проект, структура -Управление проектами» является структурная декомпозиция работ проекта. Разработка подсистемы УП основывается на структурах продукта, процесса, управления и организации проекта. Для построения графиков работ проекта, расчетов трудоемкости и стоимости отдельных проектных процедур менеджменту предприятия необходимо использовать описание структур проекта. Подструктуры продукта, процесса и управления образуют взаимоувязанную систему проектных работ. Обобщенная структурная декомпозиция работ проекта содержит компонент управления проектом, который является ключевым интегрирующим звеном «проект, структура» -«управление проектами». Структура управления проектом состоит из общего управления проектом - стандартные процедуры управления и СУПП ЛСП.
При разработке общей декомпозиции работ проекта необходимо учитывать деятельность менеджмента предприятия по общему управлению, разработке и обслуживанию СУПП ЛСП. Процессы разработки декомпозиции работ и структуры управления проектом являются итеративными. Для создания декомпозиции необходимы данные о процедурах управления, информация о работах по разработке и обслуживанию СУПП ЛСП. В свою очередь, формирование структуры управления проектом основана на структурной декомпозиции работ проекта. Планирование проекта осуществляется на основе структуры проекта. Обмен информационными потоками между подсистемами «проект, структура» - «управление проектами» происходит на уровне фиксаций изменений в структуре и управлении проекта. Изменения в проекте
Исследование возможностей реализации результатов работы систем ИАД в процессах проектирования
Анализ возможностей использования полученных систем продукций показал, что результаты работы приложений ИАД можно использовать для решения следующих проектных задач [54,10]: - генерация возможных решений (формирование списка альтернатив); - ранжирование альтернатив решений; - помощь ЛПР в оценке сложившейся обстановки и ограничений накладываемой внешней средой; - оценка альтернатив в соответствии предпочтениям ЛПР и ограничений, накладываемых внешней средой; - выбор лучшего варианта решения, в соответствии предпочтениям ЛПР; - анализ последствий принимаемых решений. Задачи объединены в блоки по методам их решения. Первыми были решены задачи формирования списка альтернатив и их ранжирования. Следующими найдены решения проблем анализа сложившейся обстановки, оценки возможных альтернатив и выбора лучшего варианта решения. Последними были рассмотрены возможности анализа последствий принимаемых решений. Для решения поставленных задач была сформулирована задача принятия решений. Существует ряд подходов для обобщенного описания задач принятия проектных решений в процессе структурного синтеза. Задачу принятия решений (ЗПР) формулируют следующим образом [28]: А - множество альтернатив проектного решения, К = (Кь К2,..., Кт) - множество критериев (выходных параметров);
Мод: А —» К - модель для расчета вектора критериев; П - решающее правило для выбора в многокритериальной ситуации. Типичный процесс синтеза проектных решений состоит из следующих этапов: 1) формирование альтернативы AJ; 2) оценка альтернативы с помощью модели Мод; 3) принятие решения (переход к следующей А или прекращении поиска). Каждой альтернативе определенного приложения можно поставить в соответствие значения упорядоченного множества (набора) атрибутов Х= Х], х2,..., хп , характеризующих свойства альтернативы. В разработанных системах правил, в качестве независимых переменных присутствуют значения атрибутов альтернатив Xj. Если среди X; имеются параметры, характеризующие структуру моделируемого объекта, то модель Мод называют структурно-критериальной. В ситуациях, когда математическая модель X -» К остается неизвестной обычно используют подход на базе систем искусственного интеллекта (экспертных систем). Задача формирования списка альтернатив и их ранжирование решается с помощью разработанных систем правил. Простейший способ задания множества А — фактическое перечисление. Такое представление множества альтернатив возможно лишь при малой мощности А. Для решения задач формирования списка альтернатив и их ранжирования описание А представляется в виде алгоритма или набора правил Р и ограниченного набора элементов Э. Для описания множеств Р и Э можно использовать представление знаний в интеллектуальных системах с помощью разработанных приложением ИАД систем продукций. При задании анализируемого значения целевой переменной система WizWhy выдает процентную оценку повторяемости каждой из альтернатив. Эта функция системы, а также статистические данные отчетов об обнаруженных правилах (см. таб. З.1.), дает возможность ранжировать альтернативы по нескольким признакам, таким как, например, повторяемость, вероятность и др. Системы правил могут стать методологической основой для разработки новой более эффективной модели Мод для оценки альтернатив. Решение задачи выделения проектных параметров и построения математической модели, описывающей структуру проектируемой системы, возможно на основе детального анализа прикладной области. Такой анализ должен проводится совместно инженерами-специалистами в данной предметной области, имеющими практический опыт проектирования, и математиками-специалистами в области автоматизированного проектирования с применением систем ИАД и других информационных систем.
В результате такого взаимодействия может быть создана модель, отражающая опыт проектирования и достижений в исследуемой области. Приложения ИАД участвуют на всех этапах процесса синтеза проектных решений и способны решать задачи, которые перед ними ставят современные системы проектирования. Исследуемые системы способны эффективно участвовать в процессах принятия решений, выполняемых лицом, принимающим решения (ЛПР). Применение систем ИАД в процессах проектирования сложных технических систем способно значительно увеличить эффективность и качество решения задач выделения проектных параметров и построения математических моделей. Задачи анализа сложившейся обстановки, оценки возможных альтернатив и выбора лучшего варианта решения также решаются на основе разработанных систем правил. Этот блок задач состоит в помощи ЛПР при анализе объективной составляющей и ограничений, накладываемых внешней средой; при оценке возможных альтернатив, исходя из предпочтений ЛПР и ограничений, накладываемых внешней средой; выбор лучшего, с точки зрения руководителя, варианта. Эти задачи решаются с помощью систем искусственного интеллекта и, в частности, экспертных систем (ЭС). Трудности формализации процедур структурного синтеза привели к популярности применения ЭС в САПР, поскольку в них вместо выполнения синтеза на базе формальных математических методов осуществляется синтез на основе опыта и не формальных рекомендаций, полученных от экспертов. Задачи анализа сложившейся обстановки, оценки возможных альтернатив и выбора лучшего варианта решения реализуются с помощью систем искусственного интеллекта и в частности экспертных систем (ЭС) [28].
Внешние нагрузки, действующие на опорное основание платформы
В условиях месторождения Аркутун-Даги ЛСП будет подвергаться воздействиям: льда, волн, течений, ветра, реакций грунта, землетрясений, снежных наносов, обледенения, температурных нагрузок, нагрузок от масс, нагрузок от изменения уровня моря, гидростатических нагрузок. Особенностью конструкции платформы является работа при низких температурах, сложной сейсмической обстановке, с наличием постоянно движущегося льда и действием нагрузок динамического характера, возникающих в процессе разрушения льда при контакте с платформой. Для района месторождения Аркутун-Даги определяющими нагрузками являются ледовая, волновая и сейсмическая. Грунты основания площадки представлены мощными неогеновыми образованиями, перекрытыми тонким слоем четвертичных отложений. Верхняя часть разреза до глубины под дном моря 28 м представляет собой горизонтально-слоистую толщу, сложенную песками различной плотности и глинами. Выбор типа формы и размеров опорного основания должен является результатом компромисса по выполнению разнообразных и противоречивых требований, обусловленных условиями эксплуатации, возможностями строительства, стоимостными показателями и т.д. Для прогнозирования проектного решения по выбору типа опорного основания платформы были определены альтернативные варианты решений, отличающиеся способом закрепления платформы на грунте - это свайное основание, гравитационное основание, свайно-гравитационное и искусственный остров.
Применение этих типов конструкций является наиболее эффективным при разработке месторождений арктических морей. Прогноз типа ОО осуществляется на основе системы продукций, полученных с помощью приложения ИАД в гл. 3. Системы продукций состоят из некоторого количества правил независимые переменные, которых представляют собой данные по внешней среде, а также технические и инженерные решения морских платформ. Сведения о внешней среде состоят из природно-климатических условий, данных о грунтах и глубине моря. Среди технических данных присутствуют: тип конструкции опорного основания, площадь палубы и вес верхних строений платформы, количество скважин, время строительства, материалы и стоимость изготовления, транспортировки и установки опорного основания. В приложении WizWhy предусмотрены две возможности использования обнаруженных правил для предсказания значений целевой переменной. Первая возможность основана на обработке сразу большого массива информации. На основе разработанных систем правил приложение анализирует большой массив данных (например, БД) и для каждой записи делает прогноз по конкретному значению целевой функции. В отчете о сделанном прогнозе, (см. приложение Б), приложение предоставляет для каждой записи номинальное значение целевого показателя, статистическую оценку значимости предсказания, вероятность заключительного прогноза и представляет выводы в виде положительного или отрицательного утверждения о значении анализируемого целевого показателя. Вторая возможность прогнозирования основана на анализе конкретной ситуации.
Система обрабатывает новый одиночный объект (запись). На рис. 4.1. представлено окно диалога для ручного ввода значений признаков. После заполнения окна диалога значениями признаков нового объекта - система находит релевантные правила и создает отчет, в котором подробно описываются, как конечный результат прогноза, так и характеристики каждого отдельного правила, сработавшего для данного объекта. Ниже представлены четыре отчета о прогнозах для четырех значений целевой переменной (тип опорного основания: свайное основание, гравитационное основание, свайно-гравитационное и искусственный остров) (табл. 4.2.-4.5). В отчетах представлены предсказания применимости каждой из зависимых переменных при значениях признаков - условий нефтегазового месторождения Аркутун-Даги шельфа о. Сахалин.
