Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ современного состояния систем автоматизации производственных процессов проектных предприятий 10
1.1 Обзор современных систем автоматизации и тенденций их развития 10
1.1.1 Развитие систем автоматизации. Классификация систем автоматизации проектных предприятий 10
1.1.2 Основные системы автоматизации для проектных организаций 12
1.1.3 Перспективы развития систем автоматизации 16
1.1.4 Анализ применимости существующих систем автоматизации в проектных организациях 18
1.2 Анализ особенностей проектных организаций 19
1.2.1 Общая характеристика проектных организаций 19
1.2.2 Обзор задач, стоящих перед проектными предприятиями 21
1.2.3 Анализ организационных структур проектных предприятий 22
1.2.4 Анализ вариантов структуры системы автоматизации 24
1.2.5 Анализ информационных потоков проектной организации 26
1.2.6 Анализ характеристик документооборота проектных организаций 28
1.3 Формулировка задач исследования 30
1.3.1 Основные направления исследований 30
1.3.2 Реорганизация структуры предприятия 33
1.3.3 Анализ моделей процесса проектирования 34
1.3.4 Методы автоматизации проектных организаций 35
1.4 Выводы 37
2 Системный анализ проблем и задач построения систем автоматизации производственных процессов проектных организаций 40
2Л Анализ системообразующих особенностей проектных организаций 40
2.1.1 Классификация организационных структур проектных организаций 40
2.1.2 Анализ взаимосвязей организационных структур и информационных потоков в проектных предприятиях 42
2.1.3 Анализ особенностей технического документооборота проектных организаций 54
2.1.4 Разработка требований, предъявляемых к системе автоматизации проектного предприятия 56
2.2 Анализ задач управления знаниями проектной организации ..60
2.2.1 Цели и задачи управления знаниями проектных организаций.60
2.2.2 Структура системы управления знаниями 61
2.2.3 Представление декларативных знаний 63
2.2.4 Представление процедурных знаний 65
2.3 Анализ проблем защиты информации в проектных организациях и разработка методов защиты 67
2.3.1 Состав и назначение подсистемы защиты информации в проектных организациях 67
2.3.2 Разработка модели защиты системы 68
2.3.3 Анализ и классификация отношений «угроза-объект» 71
2.3.4 Оценка степени защищенности системы автоматизации методами нечеткой логики 74
2.4 Выводы 77
3 Моделирование организационной структуры и производственных процессов предприятия на основе метода сквозного проектирования 78
3.1 Реорганизация структуры проектного предприятия 78
3,1.1 Выбор технологии моделирования 78
3.1.2 Моделирование организационной структуры 79
3.1.3 Оценка эффективности организационной структуры методом критического пути 81
3.2 Разработка методик распределения работ и согласования проектов, основанных на методе сквозного проектирования 85
3.2Л Разработка модели сквозного проектирования 85
3.2.2 Модификация метода структурной декомпозиции работ 87
3.2.3 Решение задачи распределения работ по структурным подразделениям 92
3.2.4 Решение задачи согласования множества проектов в рамках одной организации 97
3.2.5 Экспериментальная проверка распределения работ и согласования проектов 100
3.3 Моделирование вариантов построения системы ЭТД 103
3.3.1 Обзор вариантов построения 103
3.3.2 Определение критериев сравнения вариантов 104
3.3.3 Методика измерения критериев 108
3.3.4 Оценка текущего состояния системы документооборота проектного предприятия 110
3.3.5 Оценка варианта построения системы электронного документооборота с использованием распределенного хранилища проектных данных 114
3.3.6 Оценка варианта построения системы электронного документооборота, основанного на принципах сквозного проектирования 118
3.4 Выводы 122
4 Реализация и внедрение системы ЭТД в проектной организации 124
4.1 Анализ ограничений предметной области при реализации системы 124
4.1.1 Экономические условия 124
4Л.2 Технические ограничения 125
4.1.3 Социальные аспекты 126
4.1.4 Методика внедрения системы 127
4.2 Аппаратная платформа системы автоматизации 129
4.3 Программная платформа системы автоматизации 132
4.4 Текущая реализация системы автоматизации 134
4.4.1 Подсистема управления документами 134
4.4.2 Подсистема управления знаниями 136
4.4.3 Подсистема управления проектом 137
4.4.4 Подсистема защиты информации 138
4.5 Выводы 140
Заключение 142
Библиографический список 144
Приложения
- Анализ вариантов структуры системы автоматизации
- Анализ взаимосвязей организационных структур и информационных потоков в проектных предприятиях
- Разработка методик распределения работ и согласования проектов, основанных на методе сквозного проектирования
- Аппаратная платформа системы автоматизации
Введение к работе
Одной из основных задач промышленности является внедрение
наукоемких и высокоэффективных технологий. Направлением, где успешно применяются и создаются высокие технологии, является проектирование. Внедрение технологий автоматизированного проектирования позволило повысить производительность труда инженеров-проектировщиков. Однако темпы роста производительности отстают от потребностей промышленности. Сроки выполнения проектных работ зачастую срываются на фоне благоприятных внешних условий — устойчивого спроса на проектные работы внутри страны и расширяющегося за рубежом. Все это позволяет говорить о системном кризисе на проектных предприятиях. Его главной причиной является технология организации проектных работ, разработанная десятилетия назад, ориентированная на бумажный документооборот и не справляющаяся с тем потоком документации, который генерируется системами автоматизированного проектирования.
. Рост количества проектов и сокращение сроков их выполнения с одной
стороны, рост конкуренции и острый дефицит высококвалифицированных
специалистов делают актуальной задачу управления корпоративными
знаниями. Широкое внедрение вычислительной техники, активное
использование сетей общего пользования, переход на безбумажные
технологии повышает требования к системе информационной безопасности.
Решением поставленных проблем должна стать комплексная
автоматизированная система управления процессом проектирования. Анализ
существующих систем показывает их слабую приспособленность к
потребностям проектных предприятий. Целый ряд особенностей как самих
организаций (организационная структура, территориальная
распределенность) так и объекта проектирования (специфика жизненного цикла, взаимосвязь строительства и оборудования, отсутствие производства) делают невозможным применение существующих систем без существенных
доработок. При этом сложность и стоимость доработок сравнима со сложностью и стоимостью разработки новой системы.
Проблемой технического документооборота занимались такие специалисты как: В. Краюшкин, М. Головко, В. Климов, Д. Волков и др. В их трудах проанализированы существующие системы технического документооборота, разработаны отдельные аспекты управления процессами проектирования, управления знаниями, обеспечения безопасности данных. При этом задачи реорганизации структуры и организации технологии проектных работ остаются слабо разработанными.
Таким образом, автоматизация организационного управления проектированием является комплексной задачей и включает в себя: реорганизацию структуры предприятия, изменение технологии проектных работ, исследование методов управления знаниями и решения специфических для такого рода систем вопросов обеспечения информационной безопасности.
Цель работы. Системный анализ проблем проектирования объектов нефтегазового комплекса и разработка принципов автоматизации организационного управления проектированием, а также разработка методик, моделей, алгоритмов для создания систем автоматизированных систем управления проектированием.
Задачи исследования. В диссертационной работе решаются следующие задачи:
системный анализ существующих систем автоматизации проектных предприятий и тенденций их развития;
формирование требований, предъявляемых проектной организацией к системе автоматизации;
реорганизация технологических процессов для наиболее полного соответствия изменившимся внешним условиям;
- совершенствование организационной структуры проектного
предприятия для обеспечения соответствия изменившейся технологии
проектирования;
.- разработка алгоритмов и технологии сквозного проектирования в проектной организации;
разработка системы автоматизации, включающей подсистемы электронного технического документооборота, управления знаниями, безопасности;
имитационное моделирование, проверка и обоснование достоверности результатов предложенных методов;
реализация и внедрение автоматизированной системы управления проектированием в проектной организации.
- Объект исследования. Проектные предприятия, работающие в сфере нефтегазового комплекса.
Предмет исследования. Организационные структуры проектных организаций, технологии управления проектами, методы управления инженерными знаниями, принципы обеспечения информационной безопасности.
Методы исследования основаны на использовании положений теории систем, методов системного анализа, теории графов, математического моделирования, нечеткой логики и инженерии знаний. * Научной новизной обладают следующие результаты:
система организации производственного процесса, основанная на модели сквозного проектирования;
модифицированный метод структурной декомпозиции работ;
методики распределения работ по структурным подразделениям и согласования множества проектов внутри организации;
методики управления техническими и административными знаниями основанные на продукционной и фреймовой моделях, адаптированные для применения в проектных организациях нефтегазового комплекса;
- модель защищенности системы автоматизации, метод оценки
защищенности с использованием нечеткой логики.
Практической полезностью обладают:
организационная структура предприятия проектного типа;
система электронного технического документооборота проектного предприятия реализующая технологию сквозного проектирования;
подсистема информационной безопасности, реализующая принцип разделения на контуры безопасности;
подсистема управления знаниями основанная на продукционной и фреймовой моделях представления знаний.
Реализация результатов работы. Разработанная в диссертации система электронного технического документооборота ориентирована на проектные организации, занимающиеся объектами нефтегазовой отрасли и имеющие географически распределенную структуру (филиалы, отделения). В настоящее время система внедрена в ЗЛО «Проектный и научный институт «ГазНИИпроект» г. Самара. Результаты работы использованы в учебном процессе кафедры «Информационные технологии».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Информационные технологии» СамГТУ и на:
Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, СамГТУ, 2004);
Всероссийской научно-практической конференции «Информационные, измерительные и управляющие системы» (Самара, СамГТУ, 2004);
Всероссийской научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке, практике и образовании» (Самара, СамГТУ, 2004, 2005);
Всероссийской научно-практической конференции «Современные информационные технологии» (Пенза, ПГТЛ, 2004);
- Всероссийской научной конференции «Современные нефтегазовые и
химические технологии» (Самара, СамГТУ, 2005);
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в которых отражены основные результаты работы. Основные положения, выносимые на защиту:
- технология сквозного проектирования, включая модифицированный
метод структурной декомпозиции работ, методики управления
ресурсами для управления проектами;
. — методики управления знаниями в проектных организациях нефтегазового комплекса;
- методы обеспечения информационной безопасности проектного
предприятия, методика оценки защищенности с использованием
нечеткой логики.
Анализ вариантов структуры системы автоматизации
При построении комплексной системы автоматизации предприятия необходимо разработать ее будущую структуру. Особое значение имеет определение той подсистемы, которая будет обеспечивать взаимодействие всех остальных подсистем, т.е. являться «ядром». К настоящему времени сложилась практика использования нескольких систем в качестве ядра системы автоматизации
Ядро системы автоматизации — финансово-учетная система [44]. Такой вариант встречается при автоматизации торговых и торгово-производственных предприятий. Он целесообразен, когда большинству сотрудников необходимо работать с информацией о продукции и финансах. Вариант не подходит проектным организациям по следующим причинам:
- большинство сотрудников - инженеры, которым не требуется доступ к финансовой информации, которую предоставляет финансово-учетная система;
— финансово-учетная система непосредственно не может взаимодействовать с имеющимися в проектной организации информационными системами, главным образом, с САПР.
Ядро системы автоматизации — система документооборота [12]. В зависимости от вида документооборота (канцелярский или технический) применяется в государственных структурах и конструкторских бюро. Вариант целесообразен, когда большинству сотрудников необходимо работать с документами. Использование систем технического документооборота наиболее подходит проектным предприятиям, поскольку:
— весь конструкторский персонал работает с документацией;
— система ЭТД интегрируются и с САПР и с другими используемыми системами.
Поскольку существующие информационные системы не взаимодействуют друг с другом, т.к. предназначены для разных групп пользователей и работают с разнородной информацией, для построения системы автоматизации целесообразно использовать структуру типа «звезда» (рисунок - 1.2). При этом не потребуется существенно менять периферийные компоненты системы. Для их интеграции и обеспечения Единого Информационного Пространства достаточно использовать дополнительное программное обеспечение. Таким средством является система ЭТД, выполняющая помимо функций хранения, поиска и маршрутизации документов еще и конвертацию информации для различных приложений.
Рисунок 1.2 - Структура системы автоматизации
Таким образом, система ЭТД наилучшим образом подходит для использования в качестве ядра комплексной системы автоматизации проектного предприятия, соединяя все компоненты системы в единое целое.
1.2.5 Анализ информационных потоков проектной организации
Рассматривая документооборот проектной организации, целесообразно выделить четыре основных потока документации (рисунок - 1.3):
— техническая документация (основной вид документов, к ним относятся чертежи, пояснительные записки, расчеты, спецификации);
— нормативно-техническая документация (вспомогательный вид документации, необходимый для протекания процесса проектирования — ГОСТЫ, СНиПы, внутренние стандарты); - проектная документация (документы - носители управленческих решений, необходимые для управления проектами - план-графики, диаграммы Гантта, приказы, распоряжения);
- экономическая документация (бухгалтерская и налоговая отчетность);
Предложенный подход никоим образом не нарушает и не отменяет принятые ГОСТы внутри проектных организаций. ГОСТ описывает требования к документам, и они выполняются внутри того контура обращения документа, к которому они принадлежат. Потоки документов формируются в зависимости от жизненного цикла документа - создания, логики изменения и утверждения, архивирования и (возможно) утилизации.
Анализ взаимосвязей организационных структур и информационных потоков в проектных предприятиях
Как упоминалось в п. 1.3.1, типичная проектная организация входит в состав крупной холдинговой компании, имеющей, как правило, нефтегазовую ориентацию. Ниже будут рассматриваться потоки технической документации между различными уровнями иерархии. Под управляющей будем понимать компанию-владельца (основного акционера) проектного предприятия. Как правило, сфера основных интересов управляющей компании лежит в области добычи и переработки углеводородного сырья, или его обеспечения - строительства трубопроводов, заводов по переработке и т.д. В рамках такого холдинга могут существовать и непрофильные направления - агропромышленное производство, гражданское строительство и т.д. Как в большинстве сильно диверсифицированных холдингов, в управляющей компании принята дивизиональная структура управления.
В результате анализа организационных структур нескольких крупных компаний [61, 77, 58, 45, 69] разработана обобщенная схема дивизиональной структуры управления проектными предприятиями (рисунок - 2.2).
Основные виды деятельности Дополнительные виды деятельности
Преимущества данного вида структур [42]:
- использование дивизиональных структур позволяет компании уделять конкретному продукту, потребителю или географическому региону столько же внимания, сколько уделяет небольшая специализированная компания, в результате чего возможно быстрее реагировать на изменения, происходящие во внешней среде, адаптироваться к изменяющимся условиям;
- этот вид структуры управления ориентирует на достижение конечных результатов деятельности компании (производство конкретных видов продукции, удовлетворение потребностей определенного потребителя, насыщение товарами конкретного регионального рынка);
- уменьшение сложности управления, с которой сталкиваются управляющие высшего звена.
В то же время следует подчеркнуть недостатки рассматриваемого типа организационных структур:
- дивизиональные структуры управления привели к росту иерархичности, т.е. вертикали управления. Они потребовали формирования промежуточных уровней менеджмента для координации работы отделений, группы и т. п.;
. — возможность возникновения межотделенческих конфликтов, в частности, в случае дефицита централизованно распределяемых ключевых ресурсов;
- невысокая координация деятельности отделений (дивизионов), штабные службы разобщены, горизонтальные связи ослаблены;
- неэффективное использование ресурсов, невозможность их использовать в полной мере в связи с закреплением ресурсов за конкретным подразделением;
- увеличение затрат на содержание управленческого аппарата вследствие дублирования одних и тех же функций в подразделениях и соответствующего увеличения численности персонала.
Дивизиональная организационная структура, принятая в крупных холдингах, для проектных предприятий является внешней средой, на которую они не могут повлиять. Важно то, что дивизионы имеют высокую степень самостоятельности, головная компания, как правило, не контролирует внутреннюю структуру подразделений и с этой точки зрения можно рассматривать проектную организацию как самостоятельную.
В связи с высокой степенью самостоятельности подразделений, отношения управляющей компании и принадлежащего ей проектного предприятия в сфере технического документооборота имеют четкий, формальный характер. Это дает возможность взаимодействия с проектной организацией как с «черным ящиком», т.е. схема информационных потоков (рисунок - 2.3) не зависит от внутренней структуры «черного ящика». Управляющая компания выступает как заказчик проекта на разработку месторождения, постройку или реконструкцию завода, трубопровода и т.п., либо как посредник при получении крупного заказа. В последнем случае, управляющая компания контролирует ход проекта, все взаимодействие с заказчиком осуществляется проектным предприятием. При этом, проектное предприятие может непосредственно взаимодействовать как с другими структурами холдинга, так и с внешним заказчиком.
Разработка методик распределения работ и согласования проектов, основанных на методе сквозного проектирования
. При этом, как правило, п о m, т.е. множество технических данных мощнее, чем множество проектных данных, которое мощнее, чем множество экономических данных. Такая организация процесса проектирования сложилась в условиях плановой экономики, когда одновременно в работе было несколько крупных объектов. Объемы работ по управлению проектом, технической и экономической частям сильно отличались, и такое разделение было оправданным. На практике это означало, что проектировались все объекты, управление осуществлялось на уровне марок, а экономически обсчитывался объект в целом. После изменения экономических условий, предприятие работает с большим количеством сравнительно мелких проектов, к тому же возникла необходимость более детального учета затрачиваемых ресурсов, что в совокупности привело к выравниванию объемов работ по каждой составляющей [53]. Для удовлетворения имеющихся потребностей предлагается внедрить технологию сквозного проектирования, основанную на проектном подходе. Он предполагает декомпозицию всего проекта М на множество элементов (mi, ггъ, ... mn), каждый из которых обладает атрибутами (Т, Е, Р). Это позволит контролировать ход выполнения и учитывать ресурсы (трудовые и финансовые) с любой необходимой глубиной, от чертежа или спецификации до объекта в целом.
Модель сквозного проектирования имеет вид: M = (m,(T, Е, Р), m2(T, Е, Р), ... т„(Т, Е, Р)),
где (ті, Ш2, ... mn) - минимальные, неделимые элементы проекта. Указанными свойствами обладают части объекта, размещенные в одном документе, для простоты в дальнейшем такой единицей будем считать документ. В этом контексте:
Т — содержимое документа;
Е — стоимость его изготовления и поддержания;
Р - временной план разработки.
Поскольку количество документов в составе проекта велико от нескольких сотен до тысяч, целесообразно их структурировать, критериев, по которым можно структурировать документы множество — объем, тип, формат, время создания и т.д. В рамках реорганизации процесса проектирования наиболее важными представляются два: марка, которой принадлежит документ и его взаимосвязь с другими документами (предшественники и потомки). Последний наиболее важен, поскольку позволяет установить этапы разработки документов. Для разбиения на элементарные единицы и выделения зависимостей служит метод структурной декомпозиции работ, рассмотренный в п.3.1.2.
Разработанная модель сквозного проектирования представляет собой граф, вершины которого - этапы выполнения работ, дуги - взаимосвязи между ними. Каждая вершина обладает тройкой атрибутов, ее характеризующих — техническими, экономическими и проектными характеристиками. Такая организация модели в рамках проектной организации универсальна. На ее основе легко построить диаграмму Гантта для использования в системе управления проектом и карту рабочего процесса для использования в системе электронного технического документооборота.
Основной проблемой при сквозном проектировании является структурирование выполнения проекта — декомпозицию проекта на законченные фрагменты и выделение зависимостей между ними. Для разбиения проекта на законченные фрагменты применяется классический метод структурной декомпозиции работ (СДР) [26] (рисунок - 3.6). Суть метода состоит в декомпозиции результатов проекта на структурные элементы, меньшие по размерам и более управляемые. Декомпозиция продолжается до тех пор, пока уровень детализации результатов не будет достаточным для эффективного планирования, выполнения, контроля работ и закрытия проекта. Целями применения данного метода являются:
- повысить точность определения сроков и продолжительности выполнения работ проекта, количества необходимых для этого ресурсов и оценки затрат;
- создать основу для определения степени выполнения и контроля работ проекта;
- содействовать четкому распределению ответственности в проекте.
Аппаратная платформа системы автоматизации
Ядро информационной системы института построено на 11 серверах: основной контроллер домена, резервный контроллер, файловый архив, принт-сервер, Web-сервер и др. Все сервера на процессорах Intel от Pentium-II 450 Mhz до Хеоп 2.8 Ghz. Оперативная память не менее 512 Mb с контролем четности. Дисковая подсистема построена с использованием RAID массивов уровня 5 или 1 на SCSI дисках. Для архива использован внешний дисковый массив. Используется преимущественно стоечный конструктив корпуса. Вся критически важная информация ежедневно копируется на DVD (рисунок 4.1).
Управление серверами реализовано с помощью KVM коммутатора, позволившего обойтись одним комплектом «монитор, мышь, клавиатура». Каждый сервер имеет собственный управляемый источник бесперебойного питания, который в случае критического изменения условий электропитания позволит корректно и без потерь данных завершить работу системы.
На рабочих местах конструкторов стоят персональные компьютеры, построенные на процессорах Intel Pentium III и Intel Pentium 4. Оперативная память 256 — 512 Mb, жесткие диски от 40 Gb. Мониторы 17", в настоящее время осуществляется переход к LCD мониторам. Внешние приводы FDD, CD-ROM, DVD отсутствуют. Каждый компьютер имеет собственный блок бесперебойного питания. Производитель компьютеров местная компания, с которой установлены длительные (около 10 лет) и хорошие отношения -упрощенная процедура гарантии, поставка заказной конфигурации, приемлемые цены. Каждый компьютер проходит входной контроль длительностью в 1 рабочий день, в случае отсутствия проблем, компьютер передается пользователю.
В период становления института, основной задачей отдела автоматизации было создание единой локальной вычислительной сети (ЛВС). Первоначально она была спроектирована на основе технологии Ethernet 10 Mbit/s, по коаксиальному кабелю. Со временем была проведена модернизация до стандарта Fast Ethernet 100 Mbit/s, по витой паре. Коаксиальные сегменты постепенно были выведены из эксплуатации.
Ядро локальной сети института образовано высокоскоростной магистралью (lGbit/s), к которой подключены все серверы. Наиболее загруженные серверы имеют несколько гигабитных каналов. Магистральный коммутатор имеет функции дистанционного управления, и соединен со стеком неуправляемых абонентских коммутаторов гигабитными каналами. Абонентские рабочие места имеют скорость 100 Mbit/s и соответствуют стандарту Fast Ethernet. Все сетевое оборудование размещено в монтажных шкафах, обеспечено гарантированным электропитанием. Центральный коммутатор производства 3Com, абонентские коммутаторы производства Сотрех.
В качестве основного канала выхода в Internet в настоящее время используется выделенная телефонная линия, обеспечивающая скорость Kbit/s. В перспективе планируется аренда оптоволоконной линии, которая соединит существующий офис, со строящимся и обеспечит высокоскоростной выход в Internet. Филиалы и удаленные проектные группы для связи с центральным офисом пользуются либо коммутируемыми линиями общего пользования, либо спутниковыми каналами связи.
В качестве сетевой операционной системы в настоящее время используется Microsoft Windows 2000 Server. Средствами этой ОС реализованы все сетевые задачи — управление сетевыми бюджетами пользователей, управление совместно используемых ресурсов (устройств и каталогов), управление сетевой инфраструктурой и сетевыми службами. На платформе Windows 2000 реализованы: Интернет-приложения (прокси-, web-сервера и межсетевой экран, электронная почта), системы управления документами, базами данных, документами, проектами и знаниями. Использование одной платформы имеет ряд преимуществ: простота управления всей информационной системой, использование единой базы пользователей для всех приложений, повышение надежности за счет САПР в полуавтоматическом режиме готовит чертежи, а текстовый процессор — пояснительные записки.
Для обеспечения проектировщиков нормативно-справочной документацией применяются специализированные базы данных. СтройКонсультант - справочник ГосСтроя РФ, ориентированный главным образом на инженеров-строителей. Новая нормативно-справочная документация (ГОСТы, СНиПы, РД) в электронном виде доступна через систему, написанную своими специалистами и пополняемую сотрудниками института.
