Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ организационно-технологических решений при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 12
1.1. Основные принципы обследования и определения технического состояния технологических перемычек и участков магистральных газопроводов между охранными кранами 12
1.2. Стратегические организационно-технологические решения производства работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 25
1.3. Принципиальные схемы комплексной механизации капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов в различных природно-климатических условиях 31
1.4. Методология математического моделирования и интеграция решений при планировании и управлении производством капитального ремонта магистральных газопроводов 46
Глава 2. Разработка методов комплексного моделирования процессов мониторинга производственной системы капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов 65
2.1. Описание процессов мониторинга состояния производственной системы капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов 65
2.2. Разработка вычислительных алгоритмов для анализа основных свойств математических моделей мониторинга производственных систем 72
2.3. Структурирование проблемы использования интеллектуальных технологий при моделировании процессов управления производственными системами 86
2.4. Определение основных требований к математическим моделям мониторинга производственных систем в условиях определенных ограничений 98
Глава 3. Формирование математических имитационных моделей строительного производства при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 113
3.1. Разработка эвристических методов организационно-технологического моделирования производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 113
3.2. Методика применения организационно-технологических моделей производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 117
3.3. Организация мониторинга оперативного управления производством строительно-монтажных работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 131
3.4. Задание операторов пошагового перехода и продвижения времени в организационно-технологических моделях производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 143
Глава 4. Разработка методов мониторинга функционирования производственного предприятия при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 159
4.1. Имитационная модель функционирования производственного предприятия при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 159
4.2. Постановка функциональных задач производственного предприятия при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 174
4.3. Методика применения статистических моделей строительного производства при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 185
4.4. Многомерные статистические модели строительного производства при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 200
Глава 5. Моделирование устойчивости формирования производственных систем при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 217
5.1. Разработка методов анализа устойчивости производственных систем при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 216
5.2. Организационно-технологические факторы стабильности производства работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 241
5.3. Функционально-аналитическое моделирование устойчивости производственных систем при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 255
Глава 6. Разработка стратегии инновационной организации производственных систем при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 264
6.1. Прогнозирование организационной надежности производственных систем при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 264
6.2. Повышение производственного потенциала строительно-монтажных организаций при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 287
6.3. Организация инновационной деятельности производственных систем при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов 299
Основные выводы и результаты 310
Литература 313
Приложение
- Стратегические организационно-технологические решения производства работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов
- Разработка вычислительных алгоритмов для анализа основных свойств математических моделей мониторинга производственных систем
- Методика применения организационно-технологических моделей производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов
- Постановка функциональных задач производственного предприятия при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов
Введение к работе
Актуальность работы. Важнейшей проблемой газовой промышленности является сохранение целостности Единой системы газоснабжения для обеспечения трубопроводного транспорта газа потребителям. Анализ технического состояния газопроводов показывает, что на современном этапе эксплуатации магистральных газопроводов (МГ) актуальнейшим вопросом являются переизоляция и капитальный ремонт (КР) линейной части (ЛЧ) (36000 км МГ нуждаются в переизоляции и ремонте). Следует отметить, что одним из путей сохранения целостности системы магистральных газопроводов является снижение эксплуатационного давления, что хоть и снижает уровень возможного появления отказов, но никак не влияет на стресс-коррозионное состояние металла труб.
Применение математического моделирования и вычислительной техники открывает в современных условиях широкие возможности повышения эффективности капитальных вложений за счет улучшения планирования, проектирования, организации и управления строительным производством. В этом направлении в последние годы достигнуты определенные успехи как в теоретической области, так и в применении математических методов и моделей для решения практических задач организации и управления производством работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов.
Математические имитационные модели (МИМ) обладают свойством открытости, обеспечивая возможность включения в рассмотрение сложной иерархии системы, множества функционально связанных характеристик различного типа (числовых, лингвистических) и отношений не только на множестве характеристик, но и на множестве самих элементов системы. Одним из важных достоинств математического имитационного моделирования является возможность отобразить в модели механизм оперативного управления, значение которого в сложном производстве капитального ремонта ЛЧ МГ чрезвычайно велико и обусловлено большим количеством субподрядных организаций, взаимодействие которых не всегда жестко регламентировано, а также сравнительно невысоким уровнем нормализации строительно-монтажных процессов.
Существо механизма оперативного управления составляет принятие текущих решений с опорой на конкретную ситуацию. Как показывает анализ задач оперативного управления, различные частные случаи проявления его механизма укладываются в рамки единой системы представлений, единой концептуальной схемы, что позволяет дать формализованное описание процессов оперативного управления капитальным ремонтом ЛЧ МГ как составной части модели функционирования сложной организационно-технологической производственной системы.
С появлением МИМ открывается новое направление в теории принятия и обоснования плановых и организационно-технологических решений капитального ремонта ЛЧ МГ, базирующееся на экспериментальном анализе эффективности альтернативных решений в условиях искусственной реальности (машинного эксперимента).
Методологической основой решения проблем трубопроводного транспорта газа являются работы отечественных и зарубежных ученых: Абдуллина И.Г., Азметова Х.А., Березина В.Л., Бородавкина П.П.,
Быкова Л.И., Гумерова А.Г., Гумерова К.М., Гумерова Р.С., Иванцова О.М., Идрисова Р.Х., Колотилова Ю.В., Короленка А.М., Малюшина Н.А., Пашкова Ю.И., Султанова М.Х., Фокина М.Ф., Халлыева Н.Х.,
Ямалеева К.М., Ясина Э.М. Их научные и практические рекомендации обеспечивают дальнейшее развитие Единой системы газоснабжения и бесперебойное снабжение потребителей природным газом.
Вышесказанное актуализирует тему диссертационного исследования, направленного на разработку методологических основ и средств реализации организационных и технологических процессов капитального ремонта с использованием современных методов мониторинга условий подготовки и принятия решений, математического и функционально-аналитического обеспечения системы прогнозирования и реализации строительно-монтажных работ (СМР) при капитальном ремонте МГ.
Программа научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ОАО «Газпром» на 2008 г., утвержденная Председателем Правления ОАО «Газпром» А.Б. Миллером (приказ № 01-21 от 14.02. 2008 г.); перечень приоритетных научно-технических проблем ОАО «Газпром» на 2006-2010 гг., утвержденный Председателем Правления ОАО «Газпром» А.Б. Миллером (приказ № 01-106 от 11.10.2005 г.), пункт 4.2 «Развитие технологий и совершенствование оборудования для обеспечения надежного функционирования Единой системы газоснабжения, включая методы и средства диагностики и ремонта» в рамках договора от 6 декабря 2007 г.
№ 0243-06-16; Решение совещания по вопросу повышения качества и обеспечения сроков выполнения капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов, внедрения новых высокопроизводительных технологий, машин, оборудования и материалов, а также совершенствования нормативной базы (г. Видное, 25.09.2009 г.) (подготовлено Первым заместителем начальника Департамента по транспортировке, подземному хранению и использованию газа С.В. Алимовым и утверждено членом Правления, начальником Департамента по транспортировке, подземному хранению и использованию газа ОАО «Газпром» О.Е. Аксютиным), пункт 8 «Разработать новые нормативные документы и типовые технологические карты на выполнение работ по капитальному ремонту линейной части магистральных трубопроводов» - это приоритетные направления развития науки и техники в трубопроводном транспорте, которые определили направленность научных исследований диссертационной работы.
Целью диссертационной работы является создание комплексной методологии математического моделирования и функционально-аналитического обеспечения системы планирования и прогнозирования производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте магистральных газопроводов, включающей методы анализа организационных и технологических решений на основе применения высокоэффективных технологий имитационного моделирования процессов капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов.
Основные задачи исследований:
1. Структурировать систему мониторинга организационных и технологических процессов при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов в условиях создания математических имитационных моделей;
2. Усовершенствовать процесс выполнения строительно-монтажных работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов с учетом комплексного моделирования процессов мониторинга производственной системы капитального ремонта на основе эффективной реализации проектов организации и проектов производства работ;
3. Разработать методику мониторинга строительно-монтажных процессов при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов с использованием имитационного моделирования организационных и технологических показателей производства капитального ремонта;
4. Предложить и реализовать инновационные принципы функционирования производственного предприятия, осуществляющего капитальный ремонт линейной части магистральных газопроводов, с учетом использования в процессе управления многомерных статистических моделей производства строительно-монтажных работ;
5. Описать процедуры прогнозирования устойчивости и стабильности функционирования производственной системы при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов;
6. Разработать практические рекомендации по подготовке и принятию инновационных организационных и технологических решений капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов в условиях мониторинга производственной системы, реализующей строительно-монтажные работы.
Методы решения поставленных задач. Методологические и теоретические основы исследований базируются на работах отечественных и зарубежных ученых в области теории функционального анализа, вероятности и прикладной статистики, имитационного моделирования, экспертного логического анализа, информационных технологий, технологии и организации строительного производства. Экспериментальные данные, полученные в натурных условиях производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте ЛЧ МГ, использовались для подтверждения разработанных в работе методов прогнозирования функционирования производственных систем.
Научная новизна
1. Предложена комплексная система мониторинга организационных и технологических процессов при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов с использованием математических имитационных моделей.
2. Моделирование процессов мониторинга производственной системы капитального ремонта с одновременной реализацией проектов организации и проектов производства работ позволило усовершенствовать процесс выполнения строительно-монтажных работ.
3. Разработана методология мониторинга строительно-монтажных процессов при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов с использованием имитационного моделирования организационных и технологических показателей производства капитального ремонта.
4. Предложены и реализованы инновационные принципы функционирования производственного предприятия, осуществляющего капитальный ремонт линейной части магистральных газопроводов, с учетом использования в процессе управления детерминированных и стохастических моделей производства строительно-монтажных работ.
5. Структурирована процедура прогнозирования устойчивости и стабильности функционирования производственной системы при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов.
На защиту выносятся:
- комплексная система мониторинга организационных и технологических процессов при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов с использованием математических имитационных моделей;
- основные принципы моделирования процессов мониторинга производственной системы капитального ремонта с одновременной реализацией проектов организации и проектов производства работ;
- метод мониторинга строительно-монтажных процессов при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов с использованием имитационного моделирования принципов изменения технико-экономических показателей производства ремонтных работ;
- комплексная система организации функционирования производственного предприятия при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов с учетом использования в процессе управления детерминированных и стохастических моделей производства строительно-монтажных работ;
- принципы сохранения устойчивости и стабильности функционирования производственной системы при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов, обеспечивающие реализацию практических рекомендаций по управлению капитальным ремонтом.
Практическая ценность и реализация результатов работы
Практическая ценность диссертационного исследования заключается в: 1) разработке методических ипрактических рекомендаций, регламентирующих принципы мониторинга организационных и технологических процессов при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов, с использованием математических имитационных моделей; 2) разработке основных принципов моделирования процессов мониторинга производственной системы капитального ремонта с одновременной реализацией проектов организации и проектов производства работ на линейной части магистральных газопроводов.
Использование метода мониторинга строительно-монтажных процессов при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов с имитационным моделированием принципов изменения технико-экономических показателей производства ремонтных работ обеспечивает повышение эффективности производства работ, что позволяет сохранять целостность газотранспортных систем в целом.
Комплексная система организации функционирования производственного предприятия при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов с учетом использованаия в процессе управления детерминированных и стохастических моделей производства строительно-монтажных работ, включающая алгоритмы и методики расчета показателей выполнения ремонтных работ, использована газотранспортными предприятиями ОАО «Газпром», а также различными ремонтными организациями на ЛЧ МГ Уренгой - Петровск, Уренгой - Новопсков, Уренгой - Ужгород, Уренгой - Центр 1, Уренгой - Центр 2, Ямбург - Елец 1, Ямбург - Тула, Надым - Пунга 5, Парабель - Кузбасс 1, Пунга - Вуктыл - Ухта и Заполярное - Уренгой 1. Практическая значимость основных результатов диссертационной работы подтверждена соответствующими актами внедрения.
Апробация работы. Основные результаты исследований, представленные в работе, докладывались на:
- 6-ой международной научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах» (г. Новочеркасск, 2005);
- международной научно-практической конференции «Строительство – 2006» (г. Ростов-на-Дону, 2006);
- 6-ой международной научно-практической конференции «Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений» (г. Новочеркасск, 2006);
- 4-ой международной научно-практической конференции «Теория, методы проектирования, программно-техническая платформа корпоративных информационных систем» (г. Новочеркасск, 2006);
- международной научно-практической конференции «Производство, технология, экология (ПРОТЭК - 2006)» (г. Москва, 2006);
- всероссийской научной конференции «Научный сервис в сети Интернет: технологии параллельного программирования» (г. Москва, 2006);
- 7-ой международной научно-практической конференции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (г. Новочеркасск, 2006);
- международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт – 2006» (г. Уфа, 2006);
- 10-ой региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» (г. Ставрополь, 2006);
- международной научно-практической конференции «Строительство – 2007» (г. Ростов-на-Дону, 2007);
- всероссийской научной конференции «Научный сервис в сети Интернет: многоядерный компьютерный мир» (г. Москва, 2007);
- 6-ой международной научно-практической конференции «Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии» (г. Астрахань, 2007);
- международной учебно-научно-практической конференции «Трубопроводный транспорт – 2007» (г. Уфа, 2007);
- международной научно-практической конференции «Строительство – 2008» (г. Ростов-на-Дону, 2008);
- международной научной конференции «Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности. АСТИНТЕХ – 2008»
(г. Астрахань, 2008);
- 8-ой Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (г. Москва, 2010);
- международной научно-практической конференции «Строительство – 2010» (г. Ростов-на-Дону, 2010).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 53 работы, в том числе 13 работ в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ для опубликования основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени доктора наук.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 173 наименования, 4 приложений. Изложена на 320 страницах машинописного текста, содержит 84 рисунка, 14 таблиц.
Стратегические организационно-технологические решения производства работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов
К капитальному ремонту линейной части магистральных газопроводов относятся работы, не затрагивающие основные проектные показатели объектов (вид транспортируемого продукта, рабочее давление и производительность газопроводов), связанные с восстановлением изношенного оборудования, отдельных узлов, конструкций или их заменой, а также по восстановлению технических и эксплуатационных характеристик объектов транспорта газа [131, 159]. Кроме того, к капитальному ремонту линейной части газопроводов относятся следующие работы: 1) замена труб или участков газопроводов, дальнейшая эксплуатация которых невозможна; 2) замена участков газопроводов в связи с изменением их категорийности; 3) замена изоляционного покрытия труб в трассовых или заводских (базовых) условиях; 4) устранение дефектов и ремонт труб и сварных соединений, в том числе по результатам диагностики (внутритрубная дефектоскопия, электрометрические обследования и др.); 5) прокладка трубопровода параллельно участку, подлежащему ремонту с включением его в работу и демонтажем дефектного участка; 6) замена линейных крановых узлов, в том числе с переносом их из зон повышенной опасности, а также замена соединительных деталей; 7) ремонт переходов через искусственные и естественные препятствия (автомобильные, железные дороги, и др.), включая восстановление, удлинение или установку защитных футляров газопроводов; 8) устройство подъездных и вдольтрассовых проездов для производства ремонтных работ; 9) разработка карьеров и заготовка минерального грунта для производства ремонтных работ на газопроводах; -. г ч 10) восстановление проектного положения газопровода или его технических характеристик; 11) восстановление и устройство балластировки газопроводов; 12) снятие дополнительных напряжений на участках газопроводов, проходящих в сложных рельефных, геологических и гидрологических условиях (обводненные и заболоченные участки, участки с проявлением карстовых и оползневых явлений, участки на многолетнемерзлых грунтах и др.); ;:; 13) восстановление объектов обустройства линейной части магистральных газопроводов (тоннельные переходы, водопропуски, переезды, пересечения с коммуникациями, знаки ограждения, мелиоративные работы и т.д.); 14) комплекс работ по ликвидации древесно-кустарниковой растительности, включая ее рубку, утилизацию порубочных остатков и химическую обработку; 15) работы, связанные с обеспечением проведения внутритрубной диагностики, включая: замену или временную установку устройств для ввода и вывода средств диагностики; замену локальных неравнопроходных участков газопровода на равнопроходные, неравнопроходной линейной запорной арматуры на равнопроходную, в том числе с прилегающими равнопроходными участками газопровода для изменения их категории; замену участков газопроводов с радиусом кривизны менее 5-D, где Dy - условный диаметр газопровода; 16) замена дефектных участков газопровода, запорно-регулирующей арматуры и соединительных деталей газопроводов, а также выполнение врезок газопроводов-отводов, перемычек, обводных трубопроводов, в том числе с применением технологии врезки под давлением; 17) комплекс работ по обеспечению перекачки газа из газопровода в газопровод при подготовке к ремонтным работам; 18) работы по приведению линейной части магистральных газопроводов в соответствие с требованиями действующих нормативных документов.
Организационно-технические мероприятия по капитальному ремонту ЛЧ МГ включают: 1) организацию проведения комплексной диагностики ЛЧ МГ, включая, при технической возможности, организацию проведения ВТД; 2) оценку технического состояния газопровода; 3) уточнение фактического положения газопровода; 4) составление дефектной ведомости; 5) составление ведомости пересечений и приближений сооружений и сетей, пересекающих трассу или проходящих рядом с ремонтируемым газопроводом, с указанием привязки (пикетов, географических координат) пересечений или приближений, глубины заложения газопроводов, владельцев коммуникаций и других данных, имеющихся в документации; 6) определение участков газопроводов, подлежащих капитальному ремонту; 7) проведение изыскательских работ на участках, планируемых к ремонту; 8) составление перспективного и текущего планов капитального ремонта газопроводов; 9) разработку и утверждение .технического задания на проектирование ремонта с указанием технологии производства работ; 10) получение технических условий на проведение работ по капитальному ремонту от владельцев сооружений и сетей, пересекающих газопровод или проходящих с ним в одном техническом коридоре, в охранной зоне которых должны производиться ремонтные работы; 11) организацию разработки рабочего проекта на капитальный ремонт; 12) организацию проведения экспертизы проектной документации; 13) оформление документов по отводу земель с согласованием границ отвода, условий рекультивации и возмещения ущерба землепользователям; 14) оформление договорных отношений и порядка финансирования работ. Капитальный ремонт выполняется в соответствии с требованиями проектной документации, которая разрабатывается проектной организацией, имеющей разрешительные документы. При капитальном ремонте ЛЧ МГ применяется, как правило, одностадийное проектирование - рабочий проект. В случае выполнения работ по капитальному ремонту ЛЧ МГ с применением только типовых проектных решений, утвержденных в установленном порядке, капитальный ремонт осуществляется по типовым технологическим картам и - планам проведения огневых и газоопасных работ. Состав рабочего проекта определяется в соответствии с требованиями нормативного документа 1131] с учетом особенностей ремонтируемого участка ЛЧ МГ. Рабочий проект включает: 1) пояснительную записку; 2) рабочие чертежи; 3) сметную документацию. В приложениях к рабочему проекту представляются материалы, обосновывающие необходимость или целесообразность проведения ремонтных работ на участке, копии технических условий на проведение работ по капитальному ремонту от владельцев сооружений и сетей, пересекающих газопровод или проходящих в одном техническом коридоре.
Разработка вычислительных алгоритмов для анализа основных свойств математических моделей мониторинга производственных систем
В настоящее время при проведении обобщенного описания моделей широкое распространение получила теоретико-множественная концепция современной математики [104, 105]. Данная концепция основывается на описании модели системы (объекта) как некоторого отношения г = Хь Х2,. .., Xn, R , заданного на п множествах, с графиком R с X] X . . . X Х„ или как некоторой совокупности взаимосвязанных отношений. При этом множествам X;, придается смысл множеств реальных физических элементов систем или множеств абстрактных элементов, привлекаемых для описания процессов в системе, а график R определяет связи, взаимодействия этих элементов, т.е. то, что объединяет элементы в единое целое. Вместе с тем, в рамках теоретико-множественного подхода к моделированию систем имеется целый ряд трудностей, связанных с конструктивным описанием взаимосвязей между различными видами и типами моделей систем, проведением анализа общих свойств моделей, отсутствуют средства, позволяющие отражать многоаспектность и разномасштабность моделируемых систем. С нашей точки зрения, весьма перспективным в этом отношении является обобщенное описание моделей, базирующееся на широко известном структурно-математическом подходе, положенным в основу концепции построения современной математики [21].
Основными в теории математических структур являются понятия рода математической структуры, математической структуры на шкале множеств, иерархии родов математических структур, построенной по принципу обогащения и комбинации структур. Формально математическая структура задается следующим образом. Вводится некоторое число основных базисных множеств Xi, Х2, . .. , Хп и вспомогательных базисных множеств Bi, В2,. . ., Вк на которых строится шкала множеств. Далее задаются схемы конструкции р ступеней шкалы множеств (Si, S2, . . . , Sp) над перечисленными (п + к) множествами по числу подмножеств, входящих в определение математической структуры.
Схемы образования ступеней формируются посредством взятия декартовых произведений или булеанов базисных множеств и выделения соответствующих подмножеств, удовлетворяющих аксиоматике данной математической структуры. Рассматриваемые подмножества, в частности, могут быть обычными графиками m-арного отношения (m п + к), заданного на базисных множествах. Однако за счет введения булеанов на промежуточных этапах построения ступеней шкалы множеств могут быть образованы более сложные конструкции. Совокупность математических структур, которые строятся на ступенях шкалы множеств с одинаковыми схемами образования и подчиняются одинаковым аксиомам, образуют род математической структуры Q. При этом, когда речь идет о роде структуры, фиксируются лишь вспомогательные базисные множества, а основные базисные множества на данном уровне рассмотрения предполагаются произвольными. С этой целью вместо конкретных обозначений базисных множеств вводятся их наименования на метаязыке [171].
В качестве основных математических структур предложено рассматривать структуры порядка, алгебраические структуры и топологические структуры. При этом за счет постепенного обогащения данных структур дополнительными аксиомами, либо введения аксиом, связывающих порождающие структуры можно осознанно и планомерно осуществить построение разветвленной иерархии математических структур [170]. Для установления взаимосвязей между математическими структурами вводятся морфизмы, под которыми понимают совокупность таких отображений из одной системы базисных и вспомогательных множеств этих структур в другую систему множеств, которые сохраняют в определенном смысле свойства рассматриваемых структур.
Проведенный анализ показывает, что в рамках разрабатываемой в настоящее время квалиметрии моделей и полимодельных комплексов каждому из основополагающих понятий структурно-математического подхода можно придать глубокий системный смысл, а в рамках конкретных предметных областей и соответствующую прикладную интерпретацию. Последнее обстоятельство является весьма существенным, так как целевое предназначение моделей, а также собственно и целенаправленность самого процесса моделирования позволяют в этом случае переходить в порождающих математических структурах от абстрактных множеств и отношений к конкретным множествам и отношениям, описывающим различные аспекты существующих либо виртуальных объектов и систем.
При такой интерпретации каждый класс математических моделей следует рассматривать в рамках определенного рода математической структуры, а переход между классами формально можно осуществлять по тем же правилам, что и переход между родами структур, например, путем введения новых аксиом или замены старых аксиом новыми, введением новых ступеней и новых базисных множеств. На тех же принципах в квалиметрии моделей может быть проведена классификация моделей, установлена и исследована взаимосвязь различных классов моделей, проведен анализ различных схем декомпозиции (агрегирования) моделей и полимодельных комплексов, их согласование и координация. На примере построения основ теории систем и управления было показано [170], как удается с единых системных позиций подойти к изучению и исследованию различных видов и типов моделей таких, например, как: статические и динамические модели; детерминированные, стохастические и нечеткие модели; математические, логико-лингвистические и логико алгебраические модели, которые традиционно рассматриваются современными научно-педагогическими школами в достаточной степени изолированно (несвязанно). Несомненное достоинство структурно-математического подхода состоит еще и в том, что у исследователей появляется возможность на конструктивном уровне использовать знания и результаты, накопленные в одних разделах математики для решения проблем, существующих в других ее разделах. Приведем несколько примеров, иллюстрирующих возможности структурно-математического подхода применительно к моделированию СТС. Рассмотрим вариант построения бинарных систем на одном базисном множестве %. Конструкция основной ступени данного рода математической структуры представляет собой декартово произведение % X % базисного множества, на котором вводится бинарное отношение вида п = %, Rc , где Rc cz X х X график бинарного отношения, подчиняющийся заданным аксиомам. В этом случае, если вместо имени базисного множества % ввести конкретное множество, например, конечное множество X, а вместо Rc - конкретный график бинарного отношения R, удовлетворяющий аксиомам частичного квазипорядка или порядка, то мы, в указанной ситуации, получаем класс математических моделей, описываемых с помощью ориентированных графов.
Методика применения организационно-технологических моделей производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов
Учет управления. Традиционные организационно-технологические модели (ОТМ) отражают только две компоненты строительного производства -"задания" и "ресурсы". Третья компонента - "управление", если и включается, то лишь в виде некоторых предложенных разработчиком правил распределения ресурсов. Возможности реальной системы управления по регулированию хода производства в традиционных ОТМ не учитываются. Это приводит к тому, что плановые решения, удовлетворяющие казалось бы всем ограничениям, оказываются не реализуемыми в процессе оперативного управления. Не случайно анализ опыта применения систем КП показал, что годовые календарные планы уже в первые месяцы года выполняются, как правило, примерно на 30%.
В компоненте "управление" ОТМ описываются возможности реальной системы управления, причем эти возможности естественно выражаются в виде ограничений на манипулирование заданиями и ресурсами. В свою очередь, такие ограничения (и это стандартный прием моделирования) описываются в ОТМ в виде некоторого множества процедур, позволяющих по заданному в момент t состоянию заданий и ресурсов и значениям внешних, возмущающих параметров получить новое состояние системы в следующий момент времени
Таким образом, введение в ОТМ новой компоненты "управление" существенно повышает возможности моделирования по описанию реальных производственных процессов.
Имитация функционирования. Организационно-технологические модели, построенные на оптимизационных принципах, являются, по существу, статическими моделями, отражающими факторы, подлежащие учету при формировании плана. Определенная динамика использовалась в эвристических алгоритмах типа "калибровка", в которых "день за днем" просматривалось состояние заданий и ресурсов. Однако в модели фигурировала всего одна .траектория (состояние системы во времени) функционирования системы (та, которая получилась в результате применения алгоритма). Эта траектория принималась в качестве плановой, директивной; вопрос о том, как поведет себя система при реальном функционировании, не рассматривался (в определенном смысле этот вопрос рассматривался в работах по вероятностным моделям КП и предложенный в них подход также обобщается в ОТМ).
Напротив, ОТМ имеет дело со множеством траекторий, описывающих возможные варианты функционирования системы во времени. Она может рассматриваться и как само множество допустимых в рамках модели траекторий и как процедура их порождения. Такая "множественность" появляется в ОТМ благодаря введению в модель внешних, возмущающих параметров и компоненты "управление", стремящейся регулировать ход процесса в пределах своих возможностей (роль внешних параметров в ОТМ весьма велика, их можно было выделить в отдельную четвертую компоненту, но это не сделали из методических соображений).
Таким образом, ОТМ имитирует систему задания - ресурсы - управление, функционирующую во времени при воздействии внешних, возмущающих - факторов. Эта особенность модели повышает степень ее адекватности и открывает возможности для построения и решения новых типов задач управления строительством, таких как оценка реальности планов, выявление резервов, прогнозирование хода производства, анализ принципов и хода управления, оптимизация управления и др. При этом этапе модель-объект ОТМ является многозадачной, т.е. позволяет на одной модели решать различные классы задач.
Следует отметить, что в работе рассматривается преимущественно организационно-технологический аспект строительного производства, который позволяет расширить область моделирования, отразив во внешних параметрах и "управлении" систему экономического стимулирования и другие элементы хозяйственного механизма, что позволяет изучать на модели влияние последних на ход производства.
Унификация средств формализованного описания. Как и в оптимизационных, так и в эвристических методах в качестве средств формализованного описания используются модели математического программирования. Как было показано, в чистом виде этот аппарат весьма слабо пригоден доя описания строительного производства. Приходится либо так усложнять модель, что она перестает быть решаемой, либо дополнительно на стадии алгоритма вводить в нее различные эвристики.
Несмотря на то, что в настоящее время разработаны десятки таких эвристик, отсутствуют сколько-нибудь общая методика и какие-либо формализованные правила их построения. Отсюда избыточное разнообразие моделей для описания однотипных ситуаций, необходимость зачастую коренным образом менять модель, алгоритм решения, а следовательно, и разрабатывать новую программу для ПЭВМ при небольших ее уточнениях. Предлагаемые ОТМ представляют собой унифицированные средства формализованного описания широкого класса организационно-технологических ситуаций. Все они вписываются в рамки одной общей схемы и строятся из стандартного набора структурных элементов (модулей), естественно описывающих на языке параметров, процедур и ограничений те или иные аспекты строительного производства. В зависимости от конкретной ситуации в модель включаются те или иные типы каждого из элементов (классификация ситуации и правила выбора типов элементов составляют, в частности, содержание данных рекомендаций).
Выделение этапа модель-задача позволяет на одной модели-объекте ставить различные задачи, а выделение этапа модель-решение воспользоваться одним из стандартных методов решения, в частности, предлагаемым ниже.
Таким образом, если по сравнению с оптимизационными методами ОТМ позволяют более полно, гибко и естественно описывать реальное производство, то по сравнению с эвристическими ОТМ предоставляют средства формального описания, позволяющие предложить методику их построения и воспользоваться стандартными методами решения.
Постановка функциональных задач производственного предприятия при капитальном ремонте линейной части магистральных газопроводов
Прогноз выполнения производственной программы. Интенсивное развитие средств информатики, вычислительной техники и кибернетики привело к появлению и широкому применению персональных компьютеров (ПЭВМ) во всех сферах народного хозяйства.
Персональный компьютер представляет собой универсальную компактную вычислительную машину, размещающуюся на рабочем столе пользователя, потребляющую незначительную энергию, но имеющую высокое быстродействие, огромную память, удобные средства ввода и вывода на экран дисплея информации, отработанные пакеты прикладных программ, быстродействующую печать, низкую стоимость и т.д.
Оснащение персональными компьютерами рабочих мест руководителей и специалистов строительных предприятий и других организаций позволяет значительно улучшить качество планирования, организации и управления строительным производством на всех его уровнях, повысить уровень организованности и порядка на каждом рабочем месте.
Автоматизация рабочих мест на базе ПЭВМ стала одним из самых перспективных направлений интенсификации и повышения эффективности строительного производства и инвестиционного процесса в целом. Без автоматизации управления строительным производством в настоящее время немыслимо его быстрое совершенствование.
Особое место в организации и управлении строительным производством занимает оперативно-производственное планирование на уровне низовой строительно-монтажной организации. Такую функцию выполняет, как правило, специалист планово-производственного отдела строительно-монтажной организации.
Рассмотрим имитационную систему оперативно-производственного планирования, реализованную в виде пакета прикладных программ для специалиста планово-производственного отдела строительно-монтажной организации (ППП РМГУПлан - пакет прикладных программ для планирования ремонта линейной части магистральных газопроводов).
Назначение и область применения ППП РМГУПлан. Приведем общее описание, назначение, структуру и области применения ППП РМГ/План. Охарактеризуем комплекс решаемых задач, перечень выходной и необходимой для ее получения входной информации, организацию информационной базы данных (БД), а также общесистемного программного обеспечения и технологии решения задач в условиях релизации ППП РМГ/План.
ППП РМГ/План представляет собой комплекс технических, информационных и программных средств, реализующих в диалоговом режиме задачи оперативного планирования и управления строительным производством специалистов планового и производственного отделов низовой строительной организации на уровнях строительно-монтажной организации участков и бригад.
Существующая типовая структура планирования и управления СМР в СМУ показана на рис. 4.1. Стрелки, направленные вниз, указывают направление движения информации при годовом планировании, а направленные вверх - при месячном (оперативном) планировании для трех уровней управления: СМУ - участок - бригада. В процессе годового и месячного планирования решаются основные плановые, учетно-отчетные и обеспечивающие задачи: планирование СМР по исполнителям (участкам, бригадам); расчет нормативной потребности в материальных ресурсах на плановый период по каждому объекту строительства; учет выполненных СМР по форме статистической отчетности; формирование отчетов о выполнении планов СМР; формирование отчетов по форме о фактическом расходе материалов в сопоставлении с нормативным; ведение нормативно-справочной базы; ведение сметной базы; ведение документации.
Все перечисленные и целый ряд других задач образуют комплекс задач РМГ/План. Структура системы оперативно-производственного планирования в условиях реализации ППП РМГ/План строится по модульному принципу.
Основными элементами (модулями) этой системы являются: 1) информационная база системы, включающая паспорта объектов, сметную и нормативную базы; 2) техническая база системы, включающая основной элемент - персональный компьютер; 3) прикладное программное обеспечение; 4) комплекс задач системы, структура которого показана на рис. 4.2.
Комплексу задач оперативно-производственного планирования принадлежит особое место. Именно на его решение ориентированы все модули ППП РМГ/План. Понятно, что каждая задача характеризуется входной информацией, необходимой для ее решения, способом, или алгоритмом преобразования входной информации в результирующую (выходную), формами представления входной и выходной информации, исполнителями, несущими ответственность за подготовку входных, промежуточных и результирующих документов, а также за реализацию содержащихся в них решений.
Назначением ПГШ РМГ/План является автоматизация решения отдельных задач и их комплексов в сжатые сроки с высокой точностью, обеспечение пользователей объективной, полной и своевременной информацией по проблемам, требующим рассмотрения и реализации.
Очевидно, что техническая база и информационное обеспечение предназначены именно для решения всего комплекса задач строительно-монтажной организации, -принятия на их основе рациональных (иногда оптимальных) решений и осуществлении действенного контроля за их выполнением.
Для построения комплекса задач ПГШ РМГ/План необходимо исходить из существующей технологии их решения. Такая технология выявляется в процессе предпроектного анализа строительно-монтажной организации.
Структура комплекса задач годовое планирование и оперативное управление в существующей системе показана на рис. 4.3. Из этого рисунка видно, что информационной основой всех задач комплекса являются нормативная, сметная базы и паспорта объектов строительства или монтажа.
