Организационно-технологические решения капитального ремонта магистральных газопроводов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

Организационно-технологические решения капитального ремонта магистральных газопроводов

25.00.19 Строительство и эксплуатация

нефтегазопроводов, баз и хранилищ

доктора технических наук

Грачев Вадим Анатольевич

Уфа 2010

Работа выполнена в Государственном унитарном предприятии «Институт проблем транспорта энергоресурсов» (ГУП «ИПТЭР»)

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Короленок Анатолий Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Халлыев Назар Халлыевич

доктор технических наук, профессор Мустафин Фаниль Мухаметович

доктор технических наук Решетников Александр Данович

Ведущая организация: Экспертно-аналитический центр по оптимизации диагностических и ремонтных работ ДОАО «Оргэнергогаз»

Защита диссертации состоится ____ _______________ 2010 г. в __ часов на заседании диссертационного совета Д 222.002.01 при ГУП «Институт проблем транспорта энергоресурсов» по адресу: 450055, г. Уфа, пр. Октября, 144/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП «ИПТЭР».

Автореферат разослан ____ _______________ 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук Л.П. Худякова

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Одной из важнейших проблем развития газовой промышленности является повышение уровня эксплуатационной надежности магистральных газопроводов (МГ) с целью поставки запланированных объемов газа отечественным и зарубежным потребителям. Энергетической стратегией России на период до 2020 года предусматриваются добыча и транспортировка газа в 6 стран СНГ и Балтии, 19 стран Западной Европы и Турцию. Главная задача при транспорте газа обеспечение надежного и безопасного функционирования системы магистральных газопроводов за счет комплекса плановых мероприятий, в том числе и капитального ремонта.

Анализ технического состояния газопроводов показывает следующее. Протяженность МГ больших диаметров (1020…1420 мм) определяется в объеме 61,5 %; газопроводы со сроком службы от 10 до 30 лет составляют 85 % от всех газопроводов; на долю газопроводов, находящихся в эксплуатации более 30 лет, приходится 14 %; средний возраст МГ равняется 27 годам; около 36000 км МГ нуждаются в переизоляции и ремонте. Около половины МГ отработали от 15 до 40 лет срок, при котором пленочное изоляционное покрытие практически полностью теряет свои защитные свойства, что приводит к активным коррозионным процессам; по причине потенциальной опасности часть МГ эксплуатируется при пониженных давлениях; ежегодный прирост газопроводов, эксплуатируемых в обводненных и заболоченных районах Севера и Западной Сибири и потерявших устойчивое положение из-за низкого качества проектирования и строительства, составляет десятки километров; количество отказов по причине стресс-коррозии увеличилось, расширилась зона ее появления.

Существующие технологические подходы к производству ремонтных работ, связанные с переукладкой участков газопроводов, являются недостаточно эффективными. Как правило, они не обеспечивают выполнение капитального ремонта в установленные сроки. Развитие концепции ремонта МГ требует совершенствования структуры производства ремонтно-восстанови-тельных работ, предусматривающей создание на газотранспортных предприятиях ремонтно-восстановительных подразделений, ремонтных участков в составе линейно-эксплуатационных служб, специализированных участков по ремонту подводных переходов.

Методологической основой решения проблем надежности магистральных нефтепроводов являются работы ведущих специалистов отраслевых институтов (ВНИИГАЗ, ИПТЭР, ВНИИСТ), академических институтов (ИМАШ им. А.А. Благонравова, ИМЕТ им. А.А. Байкова, ИЭС им. Е.О. Патона), лабораторий и кафедр высших учебных заведений (УГНТУ, РГУНГ им. И.М. Губкина), Центра технической диагностики «Диаскан», других научных центров страны.

Теоретической и практической основами решения задач по обеспечению системы прогнозирования и реализации строительно-монтажных работ (СМР) при капитальном ремонте магистральных газопроводов являются исследования, выполненные как отечественными, так и зарубежными учеными. Среди них Абдуллин И.Г., Азметов Х.А., Березин В.Л., Бородавкин П.П., Быков Л.И., Гумеров А.Г., Гумеров К.М., Гумеров Р.С., Иванцов О.М., Идрисов Р.Х., Колотилов Ю.В., Короленок А.М., Малютин Н.А., Пашков Ю.И., Султанов М.Х., Фокин М.Ф., Халлыев Н.Х., Ямалеев К.М., Ясин Э.М. Это позволило создать новые технические и технологические решения, обеспечившие прогрессивное развитие систем магистрального трубопроводного транспорта.

В этой связи разработка методологических основ и средств реализации технологических процессов капитального ремонта с использованием современных информационных технологий при подготовке и принятии решений является актуальной темой диссертационного исследования. В последние годы наметились новые направления в решении проблемы функционально-аналитического обеспечения системы прогнозирования и реализации строительно-монтажных работ при капитальном ремонте МГ, в связи с чем появилась необходимость в их анализе, обобщении и развитии.

Основные научные исследования по диссертационной работе выполнены в соответствии с приоритетными направлениями развития науки и техники, такими как комплексная межгосударственная научно-техническая программа «Высоконадежный трубопроводный транспорт» по внедрению новых методов и средств ремонта дефектных участков магистральных газопроводов по результатам диагностического обследования, утвержденная Председателем координационного совета академиком РАН Б.Е. Патоном (приказ № 7 от 09.10.1998 г.); перечень приоритетных научно-технических проблем ОАО «Газпром» при сооружении и капитальном ремонте магистральных газопроводов «Комплексные мероприятия по повышению надежности объектов магистральных газопроводов ООО «Тюментрансгаз» на 2006-2010 гг.», утвержденный заместителем Председателя правления ОАО «Газпром» А.Г. Ананенковым (приказ № 14 от 16.08.2006 г.); научно-техническая программа реализации мероприятий по восстановлению работоспособности и повышению надежности участков магистральных газопроводов путем испытания на прочность «Комплексные мероприятия по повышению устойчивости к системным авариям на газопроводах ООО «Лентрансгаз», утвержденная заместителем генерального директора ООО «Лентрансгаз» В.Н. Сивоконем (приказ № 27 от 29.06.2004 г.).

Целью диссертационной работы является повышение надежности при эксплуатации магистральных газопроводов за счет создания комплексной методологии функционально-аналитического обеспечения системы прогнозирования и реализации строительно-монтажных работ при капитальном ремонте магистральных газопроводов, включающей методы формирования интегрированных организационно-технологических решений на основе применения детерминированного и вероятностного анализов процессов капитального ремонта линейной части магистральных газопроводов с использованием высокоэффективных информационных технологий.

Основные задачи исследований:

1. Разработать структуру и сформулировать направления развития компонентов организационно-технологической системы принятия управленческих решений при капитальном ремонте магистральных газопроводов в условиях генерации альтернатив с использованием метода анализа иерархий, которые обеспечивают повышение эффективности производства строительно-монтажных работ.

2. Усовершенствовать процесс формирования интегрированных решений по выполнению строительно-монтажных работ при капитальном ремонте магистральных газопроводов на основе развития методологии эффективной реализации производственных программ генподрядных организаций с учетом их производственных потенциалов.

3. Разработать методику принятия организационно-технологических решений при капитальном ремонте магистральных газопроводов на основе функционально-аналитического моделирования изменения технико-экономических показателей производства ремонтно-восстановительных работ с учетом мотивации и материального стимулирования производственных организаций.

4. Разработать основные принципы организации и функционирования информационного обеспечения организационно-технологических решений при капитальном ремонте магистральных газопроводов с учетом унифицированного нормативно-справочного банка данных (БД).

5. Усовершенствовать систему организации рабочих мест специалистов и руководителей для интеграции решений при управлении производством строительно-монтажных работ с одновременной реализацией комплекса задач процедуры прогнозирования планово-производственных показателей при капитальном ремонте магистральных газопроводов.

6. Разработать практические рекомендации по реализации результатов исследований при подготовке и принятии технологических решений капитального ремонта МГ в информационной среде с оценкой эффективности производства строительно-монтажных работ.

Методы решения поставленных задач. Методологические и теоретические основы исследований базируются на работах отечественных и зарубежных ученых в области теории вероятности и математической статистики, методах теории функциональных систем, теории надежности и экспертного логического анализа, информационно-вычислительных технологий, обобщении исследований в области технологии и организации строительного производства. Для подтверждения выводов и разработанных в работе расчетных методов использованы экспериментальные и опытно-промышленные данные, полученные в натурных условиях производства строительно-монтажных работ при капитальном ремонте МГ.

Научная новизна:

1. Разработана структура и сформулированы основные направления развития компонентов организационно-технологической системы принятия управленческих решений при капитальном ремонте магистральных газопроводов в условиях генерации альтернатив с использованием метода анализа иерархий.

2. На основе развития методологии эффективной реализации производственных программ разработан процесс формирования интегрированных решений по выполнению строительно-монтажных работ при капитальном ремонте магистральных газопроводов с учетом производственных потенциалов генподрядных организаций.

3. Предложена методика функционально-аналитического моделирования изменения технико-экономических показателей производства ремонтно-восстановительных работ с учетом мотивации и материального стимулирования производственных организаций, что обусловило разработку методики принятия организационно-технологических решений при капитальном ремонте магистральных газопроводов.

4. Разработаны принципы организации и функционирования информационного обеспечения организационно-технологических решений при капитальном ремонте магистральных газопроводов с учетом унифицированного нормативно-справочного банка данных.

5. Предложена система организации рабочих мест специалистов и руководителей для интеграции решений при управлении производством строительно-монтажных работ при капитальном ремонте магистральных газопроводов с учетом комплекса задач процедуры прогнозирования планово-производственных показателей.

На защиту выносятся:

- структура организационно-технологической системы принятия управленческих решений при капитальном ремонте магистральных газопроводов в условиях генерации альтернатив с использованием метода анализа иерархий;

- основные принципы формирования интегрированных решений по выполнению строительно-монтажных работ при капитальном ремонте магистральных газопроводов с учетом производственных потенциалов генподрядных организаций;

- метод функционально-аналитического моделирования изменения технико-экономических показателей производства ремонтно-восстановительных работ с учетом мотивации и материального стимулирования производственных организаций;

- комплексная система организации информационного обеспечения организационно-технологических решений при капитальном ремонте магистральных газопроводов с учетом унифицированного нормативно-справочного банка данных;

- научно-техническое обоснование эффективности производства строительно-монтажных работ, обеспечивающее реализацию практических рекомендаций по применению результатов исследований при подготовке и принятии технологических и управленческих решений капитального ремонта МГ в информационной среде.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

1. На основе результатов проведенных комплексных исследований предложена организационно-технологическая система обеспечения эксплуатационной надежности магистральных газопроводов, базирующаяся на разработанной под руководством и при участии автора системе методических и прикладных руководств, а также нормативных документов отраслевого и межотраслевого значения, регламентирующих принципы подготовки и принятия организационно-технологических и управленческих решений по капитальному ремонту линейной части МГ. Разработанные информационные технологии принятия обоснованных технологических и управленческих решений по капитальному ремонту МГ обеспечивают повышение эффективности производства строительно-монтажных работ на линейной части МГ и эксплуатационную надежность газотранспортных систем в целом. монтажный ремонт магистральный газопровод

2. Методы подготовки и принятия технологических и управленческих решений по капитальному ремонту МГ в информационной среде, технологические и управленческие принципы производства работ, алгоритмы и методики расчета, обеспечивающие эффективное выполнение ремонтно-строи-тельных работ, использованы газотранспортными предприятиями ОАО «Газпром» при капитальном ремонте магистральных газопроводов 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.

3. Разработанные методы оценки технико-экономических показателей выполнения работ по капитальному ремонту участков МГ в процессе подготовки и принятия технологических и управленческих решений послужили основой для составления перспективных программ по капитальному ремонту МГ на газотранспортных предприятиях ОАО «Газпром», которые являются основным документом при планировании и производстве ремонтно-строительных работ.

4. Методология формирования отраслевого информационного фонда позволяет системно обеспечивать проектные, строительные и эксплуатирующие организации и службы магистрального газопровода актуализированной нормативно-технической документацией, что способствует достижению высоких показателей надежности и безопасности.

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);

- 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 54 работы, в том числе 15 работ в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях (в списке отмечены индексом #), 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, семи глав, основных выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 173 наименования, 4 приложений. Изложена на 291 странице машинописного текста, содержит 64 рисунка, 8 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и основные задачи исследований, показаны научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проведен анализ методов и методологий интеграции решений при планировании и управлении при капитальном ремонте магистральных газопроводов. Описаны принципиальные схемы интеграции решений при капитальном ремонте магистральных газопроводов в условиях генерации альтернатив, а также стратегическое прогнозирование работ при капитальном ремонте магистральных газопроводов с использованием метода анализа иерархий и информационных технологий.

Повышение качества и производительности труда - вечная проблема. Особенно сложно повысить эффективность творческого труда, к которому относятся процедуры принятия, планирования и синтеза рациональных и новых решений инженерно-технологических и экономических задач на различных уровнях управления строительством при формировании концепций реализации строительного производства при капитальном ремонте МГ. Одним из наиболее перспективных способов решения этой проблемы является создание автоматизированных систем.

Создание принципиально новых функционально-аналитических моделей (ФАМ) и систем выработки эффективных управленческих решений всегда будет прерогативой высокоталантливых личностей, поскольку даже в ПЭВМ невозможно вдохнуть душу человека и заложить в ее память постоянно развивающуюся модель знаний творческой личности, являющейся частью модели мира. Тем не менее, для принятия, планирования и синтеза инженерно-технологических решений уже сейчас активно разрабатываются компьютерные интеллектуальные системы, способные синтезировать решения более эффективно, чем человек. В настоящее время такие системы развиваются не в направлении подключения дополнительных программных модулей и создания требуемых баз данных, а в радикальном перераспределении вычислительных работ и концентрации пользовательских, поисковых задач синтеза решений в экспертных системах, которые могут рассматриваться как особые комплексные подсистемы со своими информационной базой и программным обеспечением общего и специального назначения.

Управление производством при капитальном ремонте МГ связано с выработкой сложных решений, требующих учета многих факторов, влияющих на сроки, стоимость, качество строительно-монтажных работ и вводимых участков МГ. Такие решения по своей природе являются интегрированными: в их выработке и реализации участвуют десятки предприятий. Каждый участник этого процесса, оценивая предлагаемое решение, руководствуется своими интересами и соображениями, исходит из собственной модели личных оценок конкретной ситуации и альтернатив реализации производственной программы.

Принятое решение - информационный коллективный продукт, требующий оценки его качества. Качество решения можно характеризовать набором признаков. Качественное решение должно быть согласованным (интегрированным), ориентированным на долговременные цели, комплексным (учитывать все существенные факторы, последствия, например экологические, в длительной перспективе), своевременным, надежным, рациональным, ресурсообеспеченным, понятным, реализуемым, действенным, алгоритмизируемым, безошибочным и точным. В идеальном случае решение должно быть оптимальным. Однако на практике такие решения удается принимать исключительно редко, да и то для отдельных процессов (например доставка материалов на строительные площадки автомобильным транспортом из пунктов их загрузки).

Наиболее перспективным инструментом выработки и оценки качества производственных решений при капитальном ремонте МГ является, по мнению ведущих советских и зарубежных ученых, экономико-математическое моделирование, которое позволяет генерировать с помощью специальным образом сконструированных алгоритмов, баз данных и достаточно мощных компьютеров возможные траектории развития реальной производственной системы.

Выбор определенного класса траекторий и соответствующего им управления осуществляется с помощью критериев, позволяющих сравнивать предпочтительность той или иной альтернативы, определять ее приоритет по сравнению с другими. Процедура выбора траектории развития системы и ее реализация представляют собой последовательность решений, принимаемых на каждом шаге изменения производственной ситуации.

Все применяемые при выработке и оценке интегрированных решений процедуры управления и вычислительные модели можно объединить в четыре класса: оптимизационные, функционально-аналитические (имитационные), ситуационные и смешанные. Последний класс получается из первых трех с помощью специального механизма их сочетания.

Информация - основа любого решения. Она отражает тот уровень знаний, которым мы располагаем о любом вопросе, по которому вырабатывается интегрированное решение. От ее достоверности, полноты и своевременности зависит качество принимаемых решений и управления в целом.

Важным средством, обеспечивающим выработку качественных решений, являются автоматизированные рабочие места руководителей и специалистов. Их можно рассматривать как разновидность систем поддержки решений, позволяющих в реальном масштабе времени осуществлять текущее и оперативное управление производством при капитальном ремонте МГ.

Одним из условий существования задачи принятия решений при капитальном ремонте МГ является наличие нескольких допустимых альтернатив, из которых следует выбрать в некотором смысле лучшую. При наличии одной альтернативы, удовлетворяющей фиксированным условиям или ограничениям, задача принятия решений не имеет места.

Задача принятия решений будет тривиальной, если она характеризуется исключительно одним критерием K и всем альтернативам А_i приписаны конкретные числовые оценки в соответствии со значениями указанного критерия.

Задача принятия решений перестает быть тривиальной даже при одном критерии K, если каждой альтернативе А_i соответствует неточная оценка, а интервал возможных оценок или распределение f(K/А_i) на значениях указанного критерия.

Нетривиальной считается задача при наличии нескольких критериев принятия решений независимо от вида отображения множества альтернатив в множество критериальных оценок их последствий. Следовательно, при наличии ситуации выбора, многокритериальности и осуществлении выбора в условиях неопределенности или риска задача принятия решений является нетривиальной.

На рисунке 1 приведена классификация методов принятия решений при капитальном ремонте МГ, признаками которой являются содержание и тип получаемой экспертной информации.

Используемый принцип классификации позволяет достаточно четко выделить четыре большие группы методов, причем три группы относятся к принятию решений в условиях определенности, а четвертая к принятию решений в условиях неопределенности. Из множества известных методов и подходов к принятию решений наибольший интерес представляют те, которые дают возможность учитывать многокритериальность и неопределенность, а также позволяют осуществлять выбор решений из множеств альтернатив различного типа при наличии критериев, имеющих разные типы шкал измерения (эти методы относятся к четвертой группе).

Рисунок 1. Классификация методов принятия решений

На основе проведенного всестороннего анализа применения современных математических методов, компьютеров, алгоритмов и программ в строительном производстве разработана структура функционально-аналитического обеспечения системы прогнозирования и реализации работ при капитальном ремонте магистральных газопроводов. Она апробирована на многих газотранспортных предприятиях и получила высокую оценку.

Вторая глава посвящена совершенствованию вычислительных моделей формирования интегрированных решений реализации работ при капитальном ремонте магистральных газопроводов, и в первую очередь модели реализации производственной программы генподрядной организации. При этом многокритериальная модель производственного потенциала учитывает состав производственных и научно-технических программ генподрядной организации при капитальном ремонте магистральных газопроводов.

Задачи, возникающие при формировании годовой производственной программы генподрядной строительной организации, имеют неодинаковую структуру и агрегированность исходных данных. Следовательно, функционально-аналитическая модель, создаваемая как универсальное средство подготовки решений этих задач, должна содержать взаимосвязанный комплекс подсистем разной степени общности и различной структуры. Модель имеет статическую и динамическую структуры, отражающие многоэтапный процесс реализации годовой программы работ по капитальному ремонту МГ, включающий ремонт участков линейной части МГ, управление строительным производством, сбор, обработку и использование информации для выработки управленческих решений, взаимодействие с внешней по отношению к организации средой и т.д.

Статическая структура ФАМ при капитальном ремонте МГ состоит из следующих подсистем: <стройка>, <генподрядная организация>, <внешние связи>, <производство>, <информация>, <управление>. Подсистемы представляют в ФАМ свои реальные прототипы: номенклатуру участков линейной части МГ, входящих в производственную программу генподрядной организации; структуру строительно-монтажных работ; организационно-технологическую последовательность ремонтно-восстановительных работ; структуру генподрядной организации; виды и объемы ресурсов, информационные и управленческие характеристики подразделений; процессы производства СМР; процессы получения, преобразования и использования информации; процессы управления производством СМР; структуру внешних связей организации, куда входят отношения с заказчиками, субподрядчиками, поставщиками, вышестоящими организациями.

Подсистема <внешние связи> содержит описание кооперированных связей генподрядной организации при осуществлении ремонтно-восстановительных работ на МГ. Вычисление фактических сроков и объемов поставки ресурсов заказчика осуществляется в процессе моделирования процедурами подсистемы <внешние связи> (рисунок 2, где ЗО запросы организации о состоянии выполнения договорных обязательств в момент времени t; ПИВС первичная информация о состоянии выполнения договорных обязательств в момент времени t + t, t временная задержка). Исходными данными для расчета являются момент запроса, готовность фронта работ на участке МГ. Результаты расчетов используются в качестве информации для принятия решений в подсистеме <управление>.

Подсистема <производство> осуществляет проверку обеспеченности работ всеми необходимыми видами ресурсов, проверку выполнения организационно-технологических ограничений, формирование фронта работ, определение фактических сроков начала и окончания работ и изменение состояния выполнения работ в течение планового периода (рисунок 3, где НС начальное состояние выполнения работ; ИНФ информация о состоянии выполнения работ).



Рисунок 2. Вычисление фактических сроков и объемов поставки ресурсов заказчика в подсистеме <внешние связи>

Рисунок 3. Схема подсистемы <производство>

Подсистема <управление> осуществляет принятие решений совокупностью двух видов процедур. Процедуры первого вида предназначены для формирования производственных заданий на определенный календарный промежуток времени (квартал, месяц, неделю) с разбивкой заданий по исполнителям и участкам линейной части МГ.

В процедурах второго вида реализуется осуществляемое органами управления перераспределение материальных, трудовых и технических ресурсов между подчиненными данному органу исполнителями. Принятие решений по управлению производством происходит на основе информации о состоянии выполнения производственной программы, о сложившихся условиях производства работ и обеспеченности фронта работ ресурсами (рисунок 4, где И информационные потоки).

Рисунок 4. Принятие решений в подсистеме <управление>

Временные связи между подсистемами, процессами обмена данными, состояние входных и выходных характеристик подсистем определяет динамическая структура ФАМ (рисунок 5, где ПИ поток первичной информации; И поток системной информации; Д поток документации; Р поток трудовых, технических, материальных ресурсов; У поток управляющих решений). В начальный момент времени заданы объемы выполненных работ и распределение ресурсов по объектам строительства. В подсистеме <производство> осуществляется расчет фактических сроков начала работ, дефицитов или излишков ресурсов, фактических сроков окончания работ при сложившемся обеспечении их ресурсами. Вычисляется момент следующего вхождения в подсистему <производство>, который определяется либо окончанием каких-либо работ (что вызывает необходимость перераспределения ресурсов), либо невозможностью продолжения работ из-за отсутствия материалов или оборудования.

Программное обеспечение ФАМ предназначено для реализации в диалоговом режиме на ПЭВМ. При разработке программного обеспечения был выбран модульный принцип программирования, позволяющий в зависимости от рассматриваемой задачи, процедур планирования, в рамках которых она решается, и степени агрегирования базы данных формировать комплекс рабочих программ. Выполним описание центральной моделирующей программы комплекса.

Рисунок 5. Динамическая структура ФАМ

Динамическая структура ФАМ (рисунок 6) задается порядком включения блоков: I - ввод данных; II - определение результатов выполнения программы работ предпланового года с помощью вероятностных оценок; III - формирование массива начальных состояний работ программы планового года - начало отсчета модельного времени; IV - проверка организационно-технологических ограничений для работ, выполняемых собственными силами генподрядчика; V - обработка информации на уровне строительных управлений - проверка наступления начала большого периода (месяц) при изменении модельного времени: если не наступило начало месяца, осуществляется переход в блок VIII, в противном случае - в блок VI; VI - обработка информации на уровне организации; VII - принятие управляющих решений в организации; VIII - принятие управляющих решений в строительных управлениях; IX - реализация процедур подсистемы <производство> в течение недели (шаг равен 6) модельного времени; X - проверка выполнения годовой программы работ.

Стратегии концентрации ресурсов имеют значительную вариантность. Можно выделить ресурсы большому числу строек, но значительная часть их окажется неудовлетворенной ресурсами в полной мере. Можно поступить иначе: полностью удовлетворить ресурсами часть строек, т.е. обеспечить их сдачу в срок, а прочим не дать ничего. На практике до сих пор преобладала первая ситуация. Переход к показателю ввода как главному ориентирует в большей мере на вторую ситуацию, которая в модели описывается следующим образом. По каждой стройке вычисляется количество ресурсов, необходимых для ее своевременной сдачи, а затем стройкам последовательно выделяется потребное количество, пока хватит наличного ресурса. При этом ресурс сначала выделяется более приоритетным стройкам, затем менее приоритетным. Расчет необходимых ресурсов ведется независимо по каждой стройке или же с учетом последующего перераспределения между стройками. При полной концентрации ресурсов (вторая ситуация) часть строек получает сразу весь необходимый им ресурс, если эти стройки достаточно приоритетны; часть получает остаток, не достаточный для ввода в срок, а часть вообще ничего не получает. Если же ресурсов в целом достаточно и их загрузка равномерна, то стройки предпоследнего и последнего видов рано или поздно получают необходимые ресурсы. При расчете потребного ресурса время до сдачи у важных строек может сжиматься для своевременного ввода.



Рисунок 6. Укрупненная блок-схема алгоритма моделирующей программы

Иначе выглядят распределение ресурсов и расчеты при первой ситуации, которую можно назвать частичной концентрацией. Здесь стройки получают необходимые ресурсы не с начала строительства, а при наступлении пускового периода. В ситуации частичной концентрации количество выделяемых стройке ресурсов жестко фиксируется лишь в пусковом периоде, а все остальное время ресурсами можно варьировать в зависимости от выгодности объекта, наличия фронта работ, поставок и т.п. Распределение ресурсов в условиях частичной концентрации удобно представить через систему уравнений:

_{j j}V_c,j = V ; ₁ : ₂ = , . . . , _j : _j-1 = , . . . , _m-1 : _m = (1)

где V - наличное количество ресурса; V_c,j - потребный ресурс для j-ого типа строек; _j - коэффициент удовлетворения строек ресурсом j-ого типа; - коэффициент, отражающий уменьшение приоритетности строек.

Величины V и V_c,j известны, _j и не известны, система уравнений имеет одно лишнее неизвестное. Чтобы система стала определенной, необходимо ввести дополнительное условие. Таким условием является обычное для практики строительства требование, при котором ₁ = l или = l - , где - задаваемая величина. Смысл указанного требования заключается в том, что удовлетворение ресурсами наиболее приоритетного типа строек должно быть полным или отличаться от полного на заранее известную величину . Решая систему уравнений относительно _j, получаем

₁ = V/(V_c,1 + V_c,2/2 + . . . + V_c,j/^j-¹ + . . . + V_c,m/^m-¹ (2)

_j = ₁/^j-¹ ; j = 2, 3, . . . , m (3)

Приняв, согласно дополнительному требованию, что ₁ = 1, получим из уравнения (m - 1)-ой степени значение . Заметим, что

1 + [_j V_c,j - V]/(V - V_c,j) (4)

Моделирующий алгоритм частичной концентрации воспроизводит наблюдающийся на практике способ распределения ресурсов. Алгоритм полной концентрации делает это менее точно, но зато позволяет выявить резервы по обеспечению своевременного ввода. Для этого разработаны два пакета прикладных программ (ППП), каждая из которых реализует определенный тип концентрации. Выбор программы находится в компетенции пользователя.

Стратегия концентрации ресурсов включает вопрос о назначении стройкам приоритетов. Правил назначения приоритетов может быть несколько: 1) стройка имеет тем больший приоритет, чем больше у нее потребность в ресурсе; 2) стройка тем приоритетнее, чем ближе срок ее ввода или чем больше просрочен ее ввод; 3) приоритет стройки соответствует ее народно-хозяйственному значению; 4) для данного сезона более приоритетны стройки, на которых производство работ ограничено природно-климатическими условиями (таковы, например, стройки в заболоченной местности, где работа возможна лишь в течение зимнего сезона); 5) приоритет стройки тем больше, чем больше ресурсов может там реально использоваться.

Информационное обеспечение модели содержит данные, характеризующие участки линейной части МГ (объекты), используемые ресурсы и условия производства ремонтно-восстановительных работ.

1 Количество исполнителей KGL равно числу граф. Оно не должно быть менее количества исполнителей (основные характеристики объекта: наименование объекта; сдача объекта год месяц; важность; приоритет; регион; допустимое начало строительства месяц; ведущий исполнитель; общий объем работ; остаток к расчетному моменту; количество машинного ресурса к расчетному моменту).

2 Наличие ресурсов на объектах: вид ресурса комплектов машин количество работающих.

3 Величина выработки по регионам: сменность 1, 2; величина выработки по регионам таежный средний пустынный горный.

4 Коэффициент на выработку в зависимости от региона и месяца: месяц 1, 2, . . . , 12; коэффициент на выработку по регионам таежный средний пустынный горный.

5 Коэффициент на выработку по исполнителям: исполнитель 1, 2, 3, 4, . . . .

6 Коэффициент на выработку в зависимости от выполненного объема работ по регионам: выполнено в % к общему объему с начала строительства от 0 до 20 от 20 до 80 от 80 до 100; коэффициент на выработку по регионам таежный средний пустынный горный.

7 Минимальная загрузка на объекте [км/колонн]: выполнено в % к общему объему с начала строительства от 0 до 20 от 20 до 80 от 80 до 100; минимальная загрузка 1 смена 2 смена.

8 Максимальная продолжительность строительства [мес.]: остаток объема работ на начало расчета от 0 до 20 от 20 до 100 от 100 до 300 более 300.

9 R - среднее время на перебазировку (0 R 2).

10 Расчетный период RP.

10.1 Функция периодичности управления ресурсами на планируемый срок FP(KVP) (от 1 месяца до 2 лет). Функция определяет число месяцев в каждом периоде. Задается в виде ряда чисел. Количество чисел в ряду - это количество периодов (KVP). Сумма всех чисел - длина расчетного периода RP. Пусть FP - 4, 3, 3, 2, 3, 3, 2, 2, 2. Тогда KVP = 9, RP = 24 (2 года). Первый период - 4 месяца, второй период - 3 месяца и т.д.

10.2 Количество периодов KVP.

11 Порог X(KVP) по периодам. Величины, определяющие перебазировки 0 X 1 по периодам.

12 Предельно допустимый объем работ по месяцам: месяц начала расчета объем; . . . ; последний месяц расчета объем. Может быть не заполнена, если в п. 18 нет указания учитывать ограничения, а число граф определяется расчетным сроком RP.

13 Время на подготовку к сдаче и сдачу объекта [мес.]: общий объем от 0 до 100 от 100 до 300 более 300; регион таежный средний пустынный горный.

14 Прирост коэффициента досрочности 0,1 DR 1.

15 Константа (ALF) пролонгации срока сдачи для объектов, не законченных в плановые сроки: ALF должна быть строго больше R (п. 9).

16 Указание, какие из форм 2АП, 3АП, 4АП выдавать на печать.

17 Указание главного критерия отбора вариантов (ввод и объем): 1 - ввод, 0 - объем.

18 Учитывать ли ограничения по объемам, т.е. использовать ли п. 12 (да, нет).

19 Продолжительность пускового этапа С.

20 Средняя выработка (или средний темп работ), км/колонн, за прошлые годы (SRVR).

21 Тип объекта (вид строительства) DTRPR (текстовая информация).

22 Месяц (MNR) и год (PLGOD), с которых начинается расчет (год проставляется полностью).

23 Удельный вес людских ресурсов в машинных экспериментах на зимних объектах в летние месяцы (BET).

24 Число вариантов расчета (от 1 до 7).

При полной концентрации ресурсов пусть трубопровод А имеет длину 100 км, а трубопровод В - 50 км. Темп работы одной механизированной колонны примем 5 км в месяц. Всего имеется семь колонн. На строительство А отведено 5 месяцев, на строительство В - 2 месяца. Пусть стройка А имеет более высокую народно-хозяйственную важность, но при этом используются правила 1 или 2; тогда ресурс в первую очередь будет выделен стройке В, так как она сдается на 3 месяца раньше, чем стройка А, и ее потребный ресурс больше. Действительно, потребный ресурс для А равен 100 : (5 5) = 4 колонны, для В равен 50 : (5 2) = 5 колонн, если расчет вести независимо по каждой стройке.

Поэтому по правилу 1 стройка В получит 5 колонн. По правилу 2 она также получит 5 колонн. Стройка А получит оставшиеся 2 колонны. Стройка В будет выполнена в срок, стройка А также сдана в срок, если время перебазировки составляет 1 месяц.

Действительно, 2 5 5 + 5 5 2 = 100 км. Средний ресурс на стройке А составляет 2 1,0 + 5 2 : 5 = 4 колонны, т.е. равен потребному. Теперь решим задачу распределения ресурсов, пользуясь только правилом 3. Стройка А получит сразу 4 колонны в соответствии с потребностью, а стройка В - оставшиеся 3 колонны. Тогда стройка В будет закончена за 50 : (3 5) = 3,3 месяца, т.е. с опозданием более чем на 1 месяц; стройка А будет сдана в срок, а может быть сдана даже досрочно, если перебросить на А освободившиеся 3 колонны на стройке В после ее сдачи. Таким образом, при применении правила 3 надежность своевременной сдачи более важного объекта возрастает за счет нарушения сроков сдачи менее важного объекта.

Сущность модели производственного потенциала можно представить следующим образом: 1) имитируется избирательность планирования: в поле зрения попадают лишь участки, отмеченные определенными признаками; 2) производится расчет количества ресурсов, необходимых каждому участку, при условии, что ремонтно-восстановительные работы должны быть выполнены в срок и ресурсы будут выделены, если их недостает; имитируется ряд основных операций планирования в процессе оперативного управления производством работ; 3) выполняется наделение строек ресурсами исходя из их приоритетов, потребности в ресурсах и наличного их количества; имитируется распределение ресурсов, осуществляемое управляющими звеньями; 4) имитируется выполнение объемов работ с учетом возможных ограничений по поставкам материально-технических ресурсов; 5) организуются циклы по ряду параметров с автоматическим выбором лучшего варианта по критерию своевременного ввода или максимума объема работ; 6) организуется цикл по расчетным периодам, задаваемым исходными данными; в начале каждого периода допускается перераспределение ресурсов.

Поскольку ФАМ производства ремонтно-восстановительных работ воспроизводит реальный процесс, то по своим функциональным особенностям является многозадачной. На основании машинных экспериментов с моделью на различных этапах осуществления программы может решаться комплекс задач: 1) оценка реальности выполнения проблемы, планового задания, этапа, подэтапа, а также нового направления технического развития в установленные сроки (при заданном составе задач и работ или при заданном распределении заданий программы между ведомствами и организациями); 2) анализ сбалансированности по ресурсам, продолжительности, трудозатратам отдельных этапов и вариантов программы; 3) получение рекомендаций по составу проблем, задач, мероприятий, которые могут быть включены в программу.

Расчет плановой потребности в машинных ресурсах с учетом их своевременной сдачи (для просроченных объектов с учетом коэффициента пролонгации) делаем для каждого отобранного объекта. Потребный ресурс, определяемый расчетом, обозначим V1(N) (N - индекс объекта); наличный ресурс на начало периода обозначим V(N), причем для первого расчетного периода его следует брать из исходных данных - CMK(N), а для последующих он вычисляется по разработанному алгоритму. Через D(N, NP) обозначен остаток объема работ на объекте на начало данного периода (в км): для первого расчетного периода эта величина берется из п. 1 - OSTAT(N), а для следующих она вычисляется по разработанному алгоритму. Через SR(N) обозначено время, оставшееся до сдачи объекта, через R - время перебазировок (исходные данные). Количество потребного ресурса вычисляется с учетом потерь времени на перебазировки (расчет для всех N).

Если наличного ресурса на начало периода с учетом плановой выработки и времени, оставшегося до сдачи объекта, достаточно для выполнения оставшегося объема работ, то потребный ресурс определяется следующим образом:

если V(N, IP) SR(N) W D(N, NP) (5)

то V1(N) = D(N, NP)/[SR(N) W] (6)

где IP - номер шага, NP - месяц начала периода.

Если наличного ресурса не хватает для своевременной сдачи объекта и время до сдачи объекта превышает среднее время на перебазировку ресурса, то требуется вычислить необходимую добавку ресурса для своевременной сдачи следующим образом:

если V(N, IP) SR(N) W D(N, NP) и SR(N) > R, (7)

то V1(N) = V(N, IP) + [D(N, NP) - V(N, IP) SR(N) W]/{W [SR(N) - R]}. (8)

Если наличного ресурса не хватает для своевременной сдачи объекта и время до сдачи объекта меньше среднего времени на перебазировку ресурса, то пролонгируем время сдачи SR(N) = ALF и вновь проверяем условие (5), (6). Константа пролонгации срока сдачи ALF для объектов, не законченных в плановые сроки, всегда должна быть строго больше среднего времени на перебазировку R и не больше наименьшего из шагов (периодов) расчета.

Методами ФАМ удается экспериментальным путем обосновать долгосрочные решения при капитальном ремонте линейной части МГ, повысить их сбалансированность и всесторонне рассмотреть комплекс работ и мероприятий, намечаемых программой, с учетом многовариантности их связей и временных отношений, обеспечить координацию работ и оценить основные характеристики процесса реализации программы. Целевой программе ремонтно-восстановительных работ присуща стохастичность, связанная с элементами ее структуры и параметрами выполнения задач и мероприятий. Функционально-аналитические модели позволяют анализировать решения и формировать программу с учетом ее стохастических свойств.

Третья глава посвящена методам моделирования организационно-технологических решений при капитальном ремонте магистральных газопроводов. Разработанная комплексная модель подготовки решений при капитальном ремонте магистральных газопроводов с учетом стохастичности производства включает в себя функционально-аналитическую модель прогнозирования технико-экономических показателей, а также функционально-аналитическую модель мотивации и материального стимулирования.

Принятие решений при капитальном ремонте МГ является центральной проблемой в организации и управлении ремонтно-восстановительными работами. Ситуацию, в которой происходит принятие решений, характеризуют следующие основные черты: наличие цели, возможность альтернативных путей достижения цели, наличие ограничивающих факторов. Математическим выражением цели является критерий оптимальности. Он может быть представлен функцией или в более сложных случаях - функционалом, задаваемым аналитически или с помощью алгоритма.

Значение критерия оптимальности зависит от ряда факторов, которые можно разбить на две группы: 1) контролируемые факторы, значения которых могут быть изменены в ходе работы; к ним относятся переменные управления и некоторые параметры системы; 2) неконтролируемые факторы, на которые субъект управления влиять не может; в зависимости от имеющейся информации они, в свою очередь, могут быть разделены на три группы: 1) детерминированные факторы, значения которых полностью известны; 2) стохастические факторы - случайные величины и процессы с известными законами распределения; 3) неопределенные факторы, для каждого из которых известна или область возможных значений фактора, если фактор детерминирован, или область, внутри которой задан закон распределения, если фактор случаен; при этом обычно можно указать лишь класс, к которому принадлежит закон распределения.

...