Введение к работе
Актуальность. Постоянное расширение и развитие инженерных сетей требует применения новых технологий их создания. Технологии создания инженерных коммуникаций методом наклонно-направленного бурения являются перспективными и имеют ряд преимуществ, связанных с экономическим эффектом, незначительными негативными воздействиями на окружающую среду, социальным эффектом в области развития инженерных сетей. Их применение постоянно расширяется, совершенствуются оборудование и методы, что позволяет создавать инженерные коммуникации в сложных геологических условиях и существующих инженерных средах. Данные технологии рассматриваются специалистами как технологии будущего. Однако они связаны с возникновением технологических рисков, которые приводят к значительным непроизводственным затратам и снижают эффективность применения.
Технологические риски обусловлены внешними воздействиями на объект управления (ОУ), возникают в результате принятия проектных решений в условиях неполноты информации, а также принятия решений в нештатных ситуациях в ходе выполнения работ. Несмотря на тщательную проработку проектов на создание инженерных коммуникаций в конкретной местности не удается по объективным причинам полностью исключить технологический риск при выполнении работ, а отсутствие механизмов управления рисками приводит к многократным издержкам на разных этапах реализации проекта. Внешние возмущающие воздействия вызывают изменение технологии выполнения проекта: изменение набора и последовательности выполняемых работ, сроков завершения работ и проекта в целом, изменение требуемых ресурсов по номенклатуре и объему. Принятие решений по выбору способа управления и обеспечению ресурсами нового цикла работ, не предусмотренного проектом, осуществляется в условиях неопределенности и неоднозначности, ограниченного резерва времени в связи с детерминированным временем выполняемых операций. Кроме того, решения принимаются в условиях постоянного изменения ситуаций, что
2 требует определения оптимального момента времени для принятия своевременных и эффективных решений и построения функции последствий.
Создание инженерных коммуникаций методом наклонно-направленного бурения в сложных геологических условиях часто связано не только с усложнением техники и технологии, применением дорогих и трудно приготовляемых материалов, но и переходом одного вида осложнения в более тяжелый вид. Объективные природные и внешние условия определяют вероятность возникновения нештатных ситуаций, предопределяют объём трудовых и материальных затрат на предупреждение аварийных ситуаций, длительность выполнения работ в сложных условиях. Некоторые возникающие ситуации могут быть устранены, если они заранее распознаются и выполняются мероприятия по их предупреждению и устранению. Корректируемые ситуации могут быть устранены с меньшими непроизводственными затратами, если специалистами принимаются своевременные и эффективные решения по выбору способа управления и обеспечению планируемых работ всеми видами необходимых ресурсов. Таким образом, важнейшей задачей управления проектом в условиях технологических рисков является реализация упреждающих воздействий, а при возникновении нештатных ситуаций - применение эффективных и экономичных способов их устранения. Для этого необходимо совершенствование существующих подходов к автоматизированному управлению проектом, повышение уровня информационной и интеллектуальной поддержки принятия решений.
Общей тенденцией развития систем управления в настоящее время является применение процессного подхода, роль которого зафиксирована в международных стандартах ISO 9001:2000. Процессный подход к управлению наиболее эффективно позволяет решать задачи синхронизации в принятии решений по величине управляющих воздействий и времени реализации. Эффективность управления проектом также значительно повышается применением процессного подхода за счет информационных и функциональных взаимосвязей выполняемых операций и процедур принятия решений в границах выделенных процессов. Однако в настоящее время отсутствуют методики проведения систем-
з ного анализа и моделирования процессного подхода к управлению проектом, создания алгоритмических механизмов и их реализации в системе управления.
Для эффективного управления проектом в условиях технологических рисков требуется общесистемный алгоритмический механизм, обеспечивающий координацию функций управления, их параллельное и непрерывное выполнение в границах процессов, формирование решений в нештатных ситуациях за допустимое время. Исследование эффективности существующих систем управления показывает необходимость интегративного сбалансированного применения механизмов процессного и ситуационного подходов к управлению проектом. Существующие системы управления проектом имеют слабую автоматизацию функций, обеспечивающих взаимосвязь между моделью предметной области конкретного объекта управления и моделью планирования и управления проблемно-ориентированной системы. В условиях технологических рисков требуется разработка адаптивных сетевых моделей планирования и управления, системных моделей процедур принятия решений на множестве разнородных параметров ОУ с учетом степени критичности возникающих ситуаций и детерминированного времени выполняемых операций. Таким образом, для эффективного управления проектом в условиях технологических рисков необходимы системное моделирование механизмов процессного и ситуационного подходов, их комплексная реализация в алгоритмах принятия решений.
В связи с изложенным актуальным является создание системы поддержки принятия решений (СППР) по управлению проектом в условиях технологических рисков, обеспечивающей анализ и оценку неопределенности возникающих ситуаций, определение момента времени и построение функции последствий для принятия эффективных решений.
Решается научная задача создания функционально полного комплекса системных моделей, обеспечивающего конвергенцию и адаптацию алгоритмических механизмов поддержки принятия решений в управлении проектом в условиях технологических рисков.
Целью работы является решение научной задачи на основе системно -интегративного подхода к управлению проектом в условиях технологических рисков, позволяющего создать систему поддержки принятия решений с алгоритмическими механизмами квазирезонансного управления.
Поставленной целью определяются следующие задачи исследования:
Построить системную модель автоматизированного управления проектом, обеспечивающей конвергенцию алгоритмических механизмов процессного и ситуационного управления для достижения функциональной полноты процедур поддержки принятия решений в условиях неопределенности возникающих ситуаций и неоднозначности в выборе способов управления;
Решить задачу эффективной структуризации процессов на множестве элементарных работ проекта с применением формального аппарата;
Создать математическую модель для определения точек фазового перехода объекта управления из одного качественного состояния в другое качественное состояние и оптимального момента времени для принятия решений в нештатных ситуациях;
Разработать алгоритм поддержки принятия решений по выбору способов управления проектом в нештатных ситуациях на основе оценки момента времени для реализации решений с учетом ретроспективной модели поведения объекта управления и анализа непроизводственных затрат.
Произвести анализ эффективности разработанных моделей и алгоритмов СППР в управлении проектом на создание инженерных коммуникаций методом наклонно-направленного бурения.
Объект и предмет исследования. Объект исследования - способы формирования решений по управлению проектом на создание сложных технических объектов в условиях технологических рисков. Предмет исследования -подходы и методы формализации механизмов поддержки принятия решений, классифицируемых по разным способам управления, для достижения функциональной полноты СППР и согласованного взаимодействия алгоритмических
5 механизмов за счет обеспечения общих признаков и свойств в процессе их адаптации.
Методы исследования. Используются методы теории принятия решений, теории графов, теории вероятностей, информационного и структурного моделирования, математического программирования, исследования операций, статистические методы.
На защиту выносятся:
Функциональная системная модель автоматизированного управления проектом на основе линейно - упорядоченного по стягиванию множества ориентированных взвешенных графов с весовыми коэффициентами результативности функционирования процессов;
Способ структуризации процессов управления проектом на основе определения оптимального варианта квазиразбиения множества элементарных работ на макроработы и решения задачи об оптимальном назначении;
Математическая модель квазирезонансного управления проектом в условиях технологических рисков на основе дифференциальных уравнений Колмогорова с переменными коэффициентами и энтропийного подхода для нахождения критической точки фазового перехода в состоянии объекта управления;
Алгоритм поддержки принятия решений для выбора макроработ и определения оптимального момента времени реализации решений в нештатной ситуации на основе математической модели квазирезонансного управления и формализованных экспертных знаний.
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов основывается на том, что предложенные модели и алгоритмы базируются на фундаментальных положениях системного анализа, математического программирования, теории принятия решений и теории вероятностей и их корректном применении. Достоверность результатов также подтверждается имитационным моделированием и их практическим применением в создании инженерных коммуникаций методом наклонно-направленного бурения.
Научная новизна. Полученные в работе модели и методы определяют алгоритмический базис СППР для управления проектом в условиях технологических рисков, обеспечивающий функциональную полноту процедур поддержки принятия решений на основе системно - интегративного подхода.
Построена функциональная системная модель управления проектом на основе линейно - упорядоченного по стягиванию множества ориентированных взвешенных графов, которая позволяет выделить подграфы с экстремальными свойствами и применить методы теории графов в принятии решений, обеспечивающих поиск наилучшего варианта макроработ в нештатной ситуации.
Предложен способ структуризации процессов на основе определения оптимального варианта квазиразбиения множества элементарных работ на макроработы и решения задачи об оптимальном назначении, формальный аппарат которого позволяет применить методы имитационного моделирования с параметрической настройкой системных моделей для построения оптимальной структуры процессов.
Создана математическая модель квазирезонансного управления проектом на основе дифференциальных уравнений Колмогорова и энтропийного метода, которая обеспечивает оценку степени критичности текущей ситуации и оптимального момента времени для принятия решений в условиях неполноты информации.
Разработан алгоритм принятия решений по выбору макроработ в нештатной ситуации на основе математической модели квазирезонансного управления и формализованных экспертных знаний, который обеспечивает определение допустимого интервала времени для принятия своевременных и эффективных решений и построение адекватной функции последствий.
Произведена оценка эффективности разработанных моделей и алгоритмов СППР по управлению проектом в условиях технологических рисков на основе модельного эксперимента и статистической обработки производственной базы данных по выполнению процессов. Время на обработку нештатных ситуаций уменьшается более чем в 3 раза за счет построения структурной мо-
7 дели процессов и выбора оптимального варианта макроработ с привязкой к текущей ситуации. Точность принимаемых решений по выбору варианта макроработ в нештатных ситуациях повышается более чем в 2 раза за счет определения оптимального момента времени и построения функции последствий.
Практическая ценность работы. Полученные научные выводы и результаты определяют алгоритмический базис СППР, интегрированной с проблемным математическим обеспечением сетевого планирования и управления на основе базы данных и базы знаний. Разработанные модели и алгоритмы направлены на снижение непроизводственных затрат при реализации проектных решений, а также снижение технологических последствий, негативно влияющих на природную среду, за счет своевременных и эффективных решений в нештатных ситуациях.
Применение СППР на основе системно - интегративного подхода к управлению позволяет реализовать алгоритмический механизм квазирезонансного управления проектом с настройкой ситуационных моделей в производственных условиях. Оценка оптимального момента времени для принятия решений и построение функции последствий позволяют в значительной степени снизить непроизводственные затраты по выполнению технологического цикла работ и обеспечению ресурсами нового цикла работ в нештатных ситуациях. Процедуры оценки результативности функционирования процессов, построенные на основе формализованных экспертных знаний, повышают точность принимаемых решений. Разработанные алгоритмы ситуационного процессора снижают трудоемкость и время на подготовку данных и актуализацию процесса сетевого планирования нового цикла работ в нештатных ситуациях и пополнение базы прецедентов. Обеспечивается обучение специалистов предметной области в режиме интерактивного взаимодействия их с базой данных и знаний системы, аккумулирующих обобщенный опыт управления.
Предложенная полезная модель в виде устройства для хранения и транспортировки отходов позволяет уменьшить технологический риск и непроизводственные затраты в объеме соответствующих технологических операций, пред-
8 ставленных макроработой в сетевой моделе типового проекта на создание инженерных коммуникаций методом наклонно-направленного бурения.
Результаты, полученные в работе, внедрены в виде комплекса методических указаний, алгоритмов, системных моделей и программ в организации, реализующей проекты на создание инженерных коммуникаций методом наклонно-направленного бурения в различных климатических и природных условиях.
Апробация работы. Научные результаты диссертационной работы докладывались в 2004-2009 гг. на научно-практических семинарах и конференциях Московской академии рынка труда и информационных технологий, Института системного анализа Российской академии наук, на IX Международной научно -технической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (г. Пенза, 2009 г.). Практическое применение результатов исследования подтверждается актами внедрения.
Публикации. По теме диссертационной работы имеется 9 публикаций, из которых 4 публикации в научных изданиях по рекомендованному Перечню ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает основное содержание из четырех глав, введение, заключение, список литературы. Работа изложена на 155 страницах машинописного текста и включает 30 рисунков и 14 таблиц. Список литературы содержит 99 наименований источников.
