4 ВВЕДЕНИЕ
Трубопроводный транспорт нефти и газа является одной из ведущих отраслей топливно-энергетического комплекса, в значительной степени определяющего развитие экономики России. Строительство новых и реконструкция существующих газонефтепроводов, их параметры и характеристики связаны с принятием обоснованных проектных, организационных и управленческих решений, что определяет особую важность этапа проектирования и, соответственно, применяемых систем автоматизированного проектирования (САПР).
В практике реализации проектов сложилась ситуация, при которой многие задачи решаются независимо, отсутствует информационное и системное единство задач проектирования с задачами последующих этапов строительства и эксплуатации, что негативным образом влияет на потребительские свойства проекта, в первую очередь интересующие Заказчика.
В связи с этим, одной из важных научно-технических проблем является формирование системы управления проектированием, предусматривающей организацию, планирование и контроль проектных процессов. Решение этой проблемы возможно на основе совместного применения методов САПР, информационных технологий и методологии управления проектами (УП).
В такой постановке разработка эффективных методов и средств решения задач автоматизированного проектирования и управления, особенно значимых при освоении морских нефтегазовых месторождений, проектировании морских трубопроводных систем и подводных внутрипромысловых трубопроводов, представляет одну из актуальных проблем нефтегазовой науки.
В области разработки и развития САПР общеизвестны зарубежные исследования следующих авторов: Джонса А., Дитриха П., Энкарначчо Ж., Шлехтен-даля Э, Энгельке У.Д. и отечественных ученых Норенкова И.П., Жука К.Д., Тимченко А.А., Маничева В.Б., Русакова А.А., Безкоровайного В.П., Капустина Н.М., Падалко С.Н. Вопросам проектирования газотранспортных систем посвящены
5
системные исследования Бородавкина П.П., Березина В.Л., Васильева Г.Г., Шадрина О.Б., Телегина Л.Г., Сухарева М.Г., Лаптева А.А. Проблемам анализа и совершенствования процессов и методов планирования и управления в практике проектирования и строительства комплексных технических объектов уделено внимание в трудах следующих ученых: Коллинза Г., Блэя Дж., Воропаева В.И., Буркова В.Н., Зимина Ю.К., Ирикова В.А., Поспелова Г.С., Горяинова Ю.А. и других авторов.
Целью диссертационного исследования является разработка модели управления процессами проектной деятельности организаций на основе интеграции видов обеспечений систем автоматизированного проектирования магистральных газопроводов (САПР МГ) и методов управления проектами, позволяющей систематизировать проектные процессы и принимать обоснованные управленческие решения при реализации жизненного цикла объектов транспорта нефти и газа.
Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:
1. Системное и методическое согласование задач «внешнего» проектирования по этапам жизненного цикла газонефтепроводов с задачами «внутреннего» проектирования при получении и представлении проектного решения.
2. Разработка и применение структурной единицы проектирования объектов транспорта нефти и газа как системной компоненты методического обеспечения и элемента интеграции с организационным обеспечением САПРМГ.
3. Построение маршрутов проектных процессов, обеспечивающих реализацию задач системного проектирования газонефтепроводов по этапам их жизненного цикла.
4. Разработка модели управления проектированием газонефтепроводов как компоненты DesPM (Design Process Management - управления проектированием) в структуре САПР МГ.
6
Научная новизна заключается в следующем:
Разработаны новые методы интеграции и взаимодействия систем управления процессами объектно-ориентированной САПР и получены модели развития архитектуры этих систем для специфики нефтегазовой промышленности.
В работе предложены модифицированные структуры методического и организационного обеспечений САПР МГ, показана их взаимосвязь и разработана модель управления процессом проектирования газонефтепроводов.
Представлены маршруты проектирования и установлена взаимосвязь методического, организационного и информационного обеспечений САПР МГ при реализации задач автоматизированного проектирования процессов строительства и эксплуатации газонефтепроводов.
К основным защищаемым положениям относятся:
1. Структурная единица проектирования объектов транспорта нефти и газа и, как следствие, маршрут проектирования линейной части магистрального газопровода;
2. Двухуровневая структура методического обеспечения САПР МГ как результат интеграции процессов системного проектирования и управления;
3. Модель системы управления проектированием в составе компоненты DesPM организационного обеспечения САПР МГ;
4. Методика управления проектным процессом на примере проекта магистрального газопровода.
Практическая ценность работы заключается в том, что на основе выполненных исследований предложена модель интеграции подсистем методического и организационного обеспечений САПР МГ. Результаты исследований реализованы в системном комплексе «объект - субъект - процесс проектирования - управление процессом», предназначенном для решения различных задач управления проектом и технологии проектирования объектов транспорта нефти и газа по этапам их жизненного цикла.
7
Материалы исследований используются в учебном процессе кафедры автоматизации проектирования сооружений нефтяной и газовой промышленности для обучения по специальности «Морские нефтегазовые сооружения» в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина и на факультете повышения квалификации.
Основные результаты исследований автора внедрены и практически использованы в период с 2002 по 2005 г. при подготовке научно-исследовательских отчетов по договорам РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина по темам:
1. Информационные технологии систем автоматизации и управления проектами газотранспортных систем (с ОАО «Газпром»);
2. Оптимизация системы управления в ЗАО «Лукойл-Нефтегазстрой» при проектировании и строительстве объектов транспорта нефти и газа;
3. Построение информационной системы управления (ИСУ) нефтегазодобывающих предприятий ОАО «Сахалинморнефтегаз».
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников из 125 наименований. Содержание работы изложено на 131 странице машинописного текста, содержит 29 рисунков и 3 таблицы.
8
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПОДСИСТЕМ САПР ОБЪЕКТОВ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРА НЕФТИ И ГАЗА И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТНЫМ ПРОЦЕССОМ
1.1 Проблемы развития систем автоматизированного проектирования объектов трубопроводного транспорта нефти и газа
Проблемы развития систем автоматизированного проектирования объектов транспорта нефти и газа рассмотрим в концептуальном и технологическом аспектах.
Концептуальный аспект систем автоматизированного проектирования магистральных газопроводов определяет методы и принципы создания структуры САПР как системы, проблемно-ориентированной на решение задач проектирования объектов транспорта нефти и газа.
Технологический аспект касается совершенствования методов и средств взаимодействия «проектировщик - система» и представляется видами обеспечений. К компонентам обеспечений САПР МГ относятся системы управления базами данных (информационное обеспечение), общее и прикладное математической обеспечение, языки программирования (программное и лингвистическое обеспечения), средства диалога и автоматизации графических работ (техническое обеспечение) [73,77,81,82].
На основе перечисленных аспектов САПР МГ определяется как система, обеспечивающая получение проектных решений объектов магистрального газопроводного транспорта при поддержке информационных систем, методов автоматизации вычислений и чертежно-конструкторских работ [67,69,83,84].
В данной работе САПР МГ исследуется как интегрированная система проектирования, включающая проектные процедуры, процессы автоматизированного проектирования объектов газотранспортных систем (методическое обеспечение) и принципы управления проектным процессом (организационное обеспечение).
На основе классического определения автоматизированных систем проектирования [68,71,73,105] структура информационного обеспечения САПР МГ представляется:
• проблемно-ориентированным банком моделей объекта и процессов проектирования, удовлетворяющих требованиям функциональных уровней и этапов проектирования газотранспортных систем;
• совокупностью решающих процедур, обеспечивающих построение проектных решений и их взаимное согласование на функциональных уровнях проектирования;
• информационной системой, построенной на основании моделей объекта и процесса проектирования, совокупности оценок проектных решений как инструментария автоматизированного проектирования;
• базой данных, доступ к которой обеспечен как главному менеджеру проекта, принимающему решения, так и проектировщикам всех функциональных уровней;
• программными и техническими средствами поддержки изменений в информационной модели газонефтепровода, обновления и преобразования информации в базах данных при проектировании и управлении проектным процессом.
Методология проектирования объектов трубопроводного транспорта нефти и газа определяет соотношение объекта проектирования как цели и процессов системного проектирования как средства достижения цели [73]. Содержание соотношения раскрывается в методическом обеспечении САПР МГ при формировании структурной единицы и маршрутов проектирования, что показано во второй главе данного диссертационного исследования.
В таком контексте система автоматизированного проектирования объектов трубопроводного транспорта нефти и газа представляет собой интегрированную среду, объединяющую неформальные методы постановки задач проектирования, формальные средства в виде математических методов анализа и синтеза проектных решений и систему управления проектом по уровням и этапам проектирования на основе методологии управления проектами (УП).
Существующие САПР объектов нефтегазовой отрасли, например САПР объектов добычи газа (САПР ГД) и объектов морских нефтегазовых месторождений
10
(САПР ШЕЛЬФ), различаются между собой по ряду аспектов и характеризуются различными прикладными областями и системными компонентами, поэтому провести анализ их достоинств и недостатков достаточно затруднительно.
В связи с этим далее в работе выделяются некоторые недостатки, которые не позволяют в полном объеме решать основные задачи автоматизированного проектирования объектов нефтегазового комплекса.
К наиболее существенным трудностям функционирования САПР нефтегазовых объектов можно отнести ограниченный предметной областью класс задач проектирования, решение которых носит скорее вычислительный, чем системный характер. Такие системы являются прежде всего «расчетными» и в малой степени «решающими» [7,8,30,31,47].
Кроме того, объектно-ориентированные САПР характеризуются слабым формальным представлением системной компоненты DesPM (Design Process Management - управления проектированием), вследствие чего процессы управления не связаны с проектными процессами подсистем методического и организационного обеспечений САПР МГ (рис. 1.1). Отсутствие такой интеграции не позволяет повысить эффективность функционирования систем автоматизированного проектирования, разработать методы взаимодействия системы управления проектными процессами и видов обеспечений САПР.
Модель управления проектированием DesPM САПР должна строиться на основе методов теории управления проектами (Project Management) и поддерживаться современными технологиями управления процессами проекта. В большинстве же случаев, она реализована как информационная составляющая и представлена базами данных моделей объекта. В связи с чем, такие САПР можно определить как консервативные системы при решении новых проектных задач [69,73,79].
11
Операционные системы и программные комплексы автоматизированного проектирования
Системная среда САПР МГ
Пользовательский интерфейс
Графическая оболочка
PDM-системы
Управление
проектными
данными
Виды обеспечений САПР
Обслуживающие подсистемы
CASE-технологии
Адаптация
программного
обеспечения
Проектирующие подсистемы САПРМГ
Проектные процедуры
3-D
моделирование
Анализ проекных решений
Расчетные модули
Выпуск
проектной
документации
Design Process Management (DesPM)
Управление процессом проектирования объектов транспорта нефти и газа
Рис. 1.1. Структура САПР МГ
Один из главных недостатков существующих САПР нефтегазовой специфики заключается в слабом системном и методическом согласовании задач «внешнего» проектирования объектов по жизненному циклу на ранних этапах с задачами «внутреннего» проектирования при получении проектно-сметной документации и представлении проекта [29,50,52,54,100]. Причиной этого недостатка является непосредственный перенос традиционных методов и моделей в подсистемы САПР МГ без учета специфики проектируемых объектов, как линейно-протяженных.
Традиционные методы позволяют выполнить анализ свойств проектируемых объектов (прочность, устойчивость, управляемость и т.д.) и синтезировать проектные решения, однако не позволяют построить систему управления проектированием, оценить эффективность выполняемых проектных операций, построить модель управления ресурсами. Такая организация проектного процесса влечет увеличение
12
сроков проектирования, что недопустимо в условиях конкурентной борьбы производителей проектной продукции.
Недостатком САПР нефтегазовых объектов является также низкий уровень организации и эффективности обслуживания информационным обеспечением эвристических (неформальных) процедур при автоматизированном проектировании [30,31,73].
Кроме того, при разработке архитектуры объектно-ориентированных САПР не закладывается потенциал для их развития как проектно-решающих и управленческих систем, поддерживаемых CASE-технологиями. В проектирующих подсистемах САПР МГ и САПР ШЕЛЬФ основное внимание уделяется стандартизации моделей нефтегазовых объектов, типовых процедур и реализации инструментальных функций программно - техническими средствами, тогда как САПР согласно развитию информационных технологий должна предусматривать возможность интеграции в общую архитектуру автоматизированной проектно-производствешюй среды с целью сопровождения объекта по этапам его жизненного цикла [7,14,19,32,50,68].
Такая задача реализации жизненного цикла объекта имеет место при условии, что системы автоматизированного проектирования будут развиваться не только инструментально, но и концептуально на базе научного потенциала, адекватного по мощности распространению информационных технологий. В противном случае существующие САПР объектов нефтегазовой отрасли могут рассматриваться всего лишь как экстренные меры и средства по интенсификации растущих объемов про-ектно-конструкторских работ [30,32,33].
Несмотря на вышеперечисленные недостатки, компоненты потенциала развития САПР видятся разнообразными. Их целесообразно представить в контексте, использованном при анализе и выявлении недостатков САПР.
На концептуальном уровне потенциал развития САПР нефтегазовых объектов составляет развивающаяся база знаний в виде объектных инноваций, базы данных информационных моделей нефтегазовых объектов [30,31].
На логическом уровне потенциал развития САПР объектов нефтегазовой отрасли представляется задачей разработки и внедрения в практику проектной деятельности элементарной модели процесса и маршрутов проектирования, позволяю-
13
щих синтезировать совокупность локальных решений в информационную модель проектируемого объекта [30,35,61,73].
На информационном уровне совершенствование вычислительных и проектирующих комплексов САПР поддерживается развитием информационных технологий и программно-технических средств представления объекта и управления процессом проектирования [20,24,37,44,45,119,120].
Таким образом, в проблематике объектно-ориентированных САПР необходимо предусматривать механизм развития автоматизированных систем проектирования на концептуальном, логическим и информационном уровнях. В этом случае функции САПР нефтегазовых объектов не будут ограничиваться информационно-вычислительными и рассматриваться исключительно как средство автоматизации отдельных видов чертежно-конструкторских работ.
1.2 Информационные технологии САПР систем магистрального газопроводного транспорта
Рассматривая структуру информационного обеспечения САПР объектов магистрального газопроводного транспорта, необходимо разделять понятия жизненного цикла (ЖЦ) информационных технологий и объекта проектирования [14,30,102,123].
Для первых рассмотрим процессы управления, основанные на информационных технологиях.
Вместе с замыслом создания объекта должна строиться концепция информационной системы, сопровождающей не только проектирование объекта, но и поддержку этапов строительства и эксплуатации [21,26,30,46,119].
Под поддержкой процессов строительства и эксплуатации понимается консультативная помощь, уточнение технических решений, принятие решений по отступлению от проектных значений, согласование отступлений в надзорных органах, подготовка документации по оформлению принятых решений, участие в испытательных мероприятиях, авторский надзор и т.д. [74,87,88,97].
14
Далее представим процесс проектирования с точки зрения структуры информационной системы.
Для инициирования проектного процесса должна возникнуть потребность в
новом объекте, которая выражается определенными целями ^ \^s ) , сформулированными в техническом задании на проектирование (ТЗ). В структуру ЖЦ «проектирование - строительство - эксплуатация» поступает дискретный поток информации ** \ I) • Сопоставление этих потоков порождает совокупность сочетаний:
{GS}U {J/},j = l,2,...,5',/ = l,2,...,L (l.i)
Из (1.1) возникает концепция объекта, предназначенного для достижения выделенных целей Gs e G. в общем случае баланс информационного потока
1\ )' 1\ / и потока целей Gs\Tj,Gs[T + \j является первым шагом в
проектировании объектов по этапам их жизненного цикла [2,4,27,30,31,33,76].
Следовательно, в такой постановке информационные потоки проектного процесса можно рассматривать как объекты управления.
D [ J>di X
Эффективность проектных и управленческих решений \ ) после
формирования сочетаний \ys] D \yi\ определяется полнотой и качеством поступающей информации на всех этапах ЖЦ проектируемого объекта. Причем информация должна быть сконцентрирована и упорядочена с конкретной целевой ориентацией ^ \ ^s ) , тогда процесс проектирования представляется последовательностью решений -tv на всех уровнях flf = 1,2,...,D и этапах г = 1,2,...,/ жизненного цикла объекта [30,73].
Далее рассмотрим информационные технологии, определяющие развитие объектно-ориентированных САПР.
15
Задачей CALS-технологии в проектном процессе является повышение эффективности процессов проектирования, строительства и эксплуатации за счет управления информацией о проектируемом объекте.
CALS (Continuous Acquisition and Life Cycle Support) переводится как «непрерывное развитие и поддержка жизненного цикла» и символизирует две основные идеи [44,55,123,124].
Первая означает постоянное повышение эффективности функционирования как САПР, так и процессов взаимодействия между проектировщиками, поставщиками, строителями и эксплуатационными службами в течение ЖЦ объекта. Вторая идея определяет направление такого развития, состоящее во внедрении новых методик управления проектированием, например, организации параллельного проектирования или междисциплинарных проектных рабочих групп на основе применения методов управления проектами [3,6,11,57,95,122,125].
Основное содержание информационной концепции CALS условно можно разделить на три группы: базовые принципы CALS-технологии; технологии управления процессами и данными проекта (рис. 1.2).
К числу базовых принципов CALS-технологии относятся [44,68]:
• системная информационная поддержка ЖЦ объекта на основе использования интегрированной информационной среды (ИИС), обеспечивающей минимизацию ресурсов и затрат;
• информационная интеграция за счет стандартизации процедур и методов проектирования;
• технология параллельного проектирования (Concurrent Engineering). К числу базовых управленческих технологий относятся:
• управление проектами (Project Management);
• управление ресурсами (Resource Management);
• управление качеством (Quality Management);
• управление поставками (Supply Management).
Базовые технологии управления процессами проекта включают методы управления данными об объекте и среде проектирования.
16
Жизненный никл систем магистрального газопроводного транспорта
Прглпроеткные исследования
г
Проектирование (САПР)
Базовые технологии управлении процессами проекта < Базовые технологии управлении данными проекта
Поставки оборудования
Т
Строительство гаюнефтеиро волов
¦
Эксплуатация
Реконструкция и капитальный ремонт
Интегрированная информационная среда
Рис. 1.2. Концептуальная модель CALS-технологии
Областью применения CALS-технологий при проектировании объектов трубопроводного транспорта нефти и газа является совместное использование информации об объектах проектирования по этапам их ЖЦ и ведение электронного архива проектно-сметной и эксплуатационной документации (рис. 1.3).
По данным различных зарубежных источников использование CALS-технологий позволяет на 25-30 % повысить эффективность производства наукоемкой продукции при значительном повышении ее качества [119,123].
Одной из важных проблем при совершенствовании видов обеспечений САПР нефтегазовых объектов является разработка модели интеграции процессов управления и проектирующих подсистем САПР МГ.
17
САПР МГ
Объекты транспорта нефти и газа
Элшроннмй архив
npoeimw-строитедьной документации
"...тт~..."...'..."
Электронный архив эксплуатационной документации
Т
Обеспечение on-line доступа к архивам
документации в процессе обучения, эксплуатации, обслуживания н ремонта
Параллельное, корпоративное,
кооперативное проектирование и
строительство объекта на основе единых
информационных моделей объекта
Разработка эш7л>тш.шошюй документа»», ПеРевол 'lcPTOKen « бумажной документации в
(обслуживание н ремонт) в форме элеюронный вид (использование CAD-систем,
электронных справочников сканирование, векторизация, форматирование)
Архив бумажной документации
Рис. 1.3. Применение CALS-технологии при проектировании объектов трубопроводного транспорта нефти и газа
Известно, что частичная автоматизация не дает ожидаемого повышения эффективности проектной деятельности [1,13,36,66]. Поэтому предпочтительным является внедрение интегрированных САПР, автоматизирующих проектирование объектов по их ЖЦ. Дальнейшее повышение эффективности проектного процесса достигается за счет интеграции автоматизированных систем проектирования, управления и документооборота.
Интеграционный подход является основным при создании комплексных автоматизированных систем, в которых помимо САПР реализуются средства для автоматизации функций управления проектированием, документооборота, планирования производственной деятельности, учета и т. п. Такие интегрированные решения основаны на использовании EPD - технологии (Electronic Product Definition — электронное описание объекта) (рис. 1.4).
В проектной деятельности широкое применение нашла одна из реализаций EPD, представленная PDM - технологией (Product Data Management - управление проектными данными).
Такая технология предназначена для управления данными об объекте проектирования и информационными процессами ЖЦ объекта [44,120,123].

Получить работу