CC BY
144
УДК 004.415.2
ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТНЫМИ РАБОТАМИ ПРИ ОБУСТРОЙСТВЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА
С.А. Гребенщиков, В.А. Силич, В.П. Комагоров, О.Б. Фофанов, А.О. Савельев
Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
Предлагается технология разработки системы поддержки принятия решений для управления проектными работами при обустройстве месторождений нефти и газа, основанная на объектно-ориентированной методологии моделирования систем, предполагающей последовательное формирование и использование для принятия решений моделей процесса разработки, проблемосодержащей и проблеморазрешающей систем.
Ключевые слова:
Информационные технологии, интеллектуальные системы, поддержка принятия решений, проектные работы, управление, разработка, методы.
Key words:
Information technologies, intellectual systems, decision-making support, design works, management, development, methods.
В условиях выхода из мирового финансового кризиса подавляющее большинство компаний стремится поддерживать рентабельность путем снижения текущих затрат, в том числе за счет рационализации процессов управления и планирования. Эти тенденции характерны также для организаций, осуществляющих работы по проектированию разработки и обустройства нефтяных и газовых месторождений [1].
Данный вид деятельности характеризуется масштабностью проектов, большим количеством вовлеченных участников, сложностью организации процессов, наличием различного рода процедур, норм и стандартов, в связи с чем требует детального планирования, организации и контроля выполнения. Для преуспевания в конкурентоспособной среде на проектную организацию возлагаются повышенные требования к срокам, качеству и стоимости выполнения работ. Особое значение при этом приобретает оптимальная организация внутренних технологических процессов, обеспечение необходимого уровня автоматизации и информатизации, накопление знаний и эффективное управление системой в целом [2, 3].
Актуальной задачей в области информационного обеспечения проектно-изыскательских работ при обустройстве месторождений нефти и газа является своевременная и эффективная поддержка принятия управленческих решений.
Недостаточная эффективность существующих методов и подходов к организации информационно-аналитического обеспечения и существенное усложнение процесса принятия решений в условиях нечеткости и неопределенности исходной информации вызывает необходимость создания адаптивных систем, обеспечивающих полнофункциональный процесс поддержки принятия решений для задач управления различного класса и сложности [4].
Для решения поставленной задачи применяется объектно-ориентированная технология системного анализа, предложенная в работе [5].
Основными моментами технологии являются:
• использование иерархического и объектноориентированного подходов в моделировании систем;
• использование типовой последовательности этапов, соответствующей общесистемной последовательности принятия решений;
• переход к итеративным схемам организации работ, позволяющим корректировать цели разработки и ранее принятые решения;
• интеграция различных методов моделирования, последовательное формирование совокупности связанных моделей, начиная от концептуальных представлений и заканчивая моделями реализации;
• применение интегрированных инструментальных средств, обеспечивающих объединение различных методов, используемых на разных этапах и разными участниками проекта, использование типовых моделей из библиотеки стандартных решений. Особенностями управления проектными работами при обустройстве месторождений нефти и газа, определяющими необходимость формирования технологии разработки интеллектуальной системы поддержки принятия решений, снижающей затраты на производство и улучшающей качество будущей информационной системы, являются: сложность исходной проблематики и соответствующей проблеморазрешающей системы; слабая формализуемость обрабатываемой информации и используемых методов; уникальность (нетипичность) составляющих компонент системы. Исходя из этих особенностей, сформулированы требования, предъявляемые к информационной технологии:
• универсальность, высокая степень обобщенности;
• гибкость, простота адаптации, настройки на конкретный вид задач;
• наглядность и обозримость формируемой модели проблемосодержащей и проблеморазрешающей систем;
• использование при построении моделей опыта экспертов;
• открытость и интегрируемость инструментальных средств, возможность их расширения, а также сопряжения с другими приложениями, реализующими различные методики.
Для удовлетворения перечисленных требований предлагаются следующие принципы создания информационной технологии:
• декларативности: регламент должен предписывать вид декларативной модели, формируемой на каждой стадии, и совокупность методов, используемых для ее построения и принятия решений на модели;
• итеративности: схема применения этапов разработки интеллектуальной системы поддержки принятия решений (ИСППР) должна быть итеративной, т. е. по типу спиральной или макетной схемы;
• иерархичности: разработка ИСППР должна осуществляться на разных уровнях абстрагирования с использованием иерархического подхода;
• типизации: при разработке ИСППР следует использовать типовые знания;
• комплексируемости: должна быть предусмотрена возможность сочетания, интегрирования разнообразных методов и процедур принятия решений и соответствующих программных компонент.
Согласно выбранной методологии, для достижения цели, применительно к разработке технологии ИСППР при обустройстве месторождений нефти и газа, необходимо решить следующие задачи:
• выявление требований к информационной технологии ИСППР;
• разработка принципов, лежащих в основе ИСППР;
• разработка объектно-ориентированной методологии моделирования предметной области ИСППР;
• разработка алгоритмов формирования объектно-ориентированной модели и поиска решений на модели для нахождения оптимальных скоординированных решений, обеспечивающих достижение целей ИСППР;
• разработка типового регламента процесса разработки ИСППР на основе объектно-ориентированной методологии моделирования;
• создание комплекса инструментальных средств поддержки информационной технологии ИСППР;
• использование информационных технологий для разработки ИСППР.
Обобщенная схема автоматизированной разработки ИСППР, основанная на предложенных принципах, приведена на рис. 1.
Далее, в соответствии с выбранной объектноориентированной методологией моделирования систем OMSD (Object Model for System Design), модель предметной области, формируемая в процессе
разработки системы, представляет собой совокупность моделей процесса разработки, проблемосодержащей и проблеморазрешающей систем. Модель любой из систем, в свою очередь, содержит множество взаимосвязанных моделей следующих видов: классов (ClassModel), объектов (ObjectMo-de¡), зависимостей атрибутов (AttributeModel), компонент (ComponentModel), координации (СооШпа-teMode¡) [5].
Рис. 1. Обобщенная схема разработки ИСППР: D - процедура сбора информации; W - процедура реализации решений; I - исходное описание; Н - решение; М -модель предметной области; М5І - библиотека типовых моделей; FM - процедура сбора информации; Fp - процедурыы принятия решений
С целью планирования работ на подготовительном этапе формируется объектная модель процесса разработки. На рис. 2 представлен фрагмент модели компонент процесса, содержащий в качестве подсистем основные этапы и подэтапы. Выбор методов и моделей, используемых на каждой стадии процесса разработки ИСППР, и дальнейшее формирование алгоритмов осуществляется разработчиком на основе рекомендаций типового регламента.
На основе объектно-ориентированной методологии структуры, используемые для описания компонент системы, отражаются в модели классов в виде иерархии наследования. В объектной модели системы в виде объекта представляется любая компонента системы - сама система в целом, ее подсистемы и элементы, а также отношения. Объект представляет собой структурированное описание конкретной компоненты. Классы же определяют типы используемых объектов и задают соответствующие структуры описания.
Стоит отметить, что в отличие от традиционного объектно-ориентированного языка представления знаний, используемого для моделирования систем, в модели 0М8Б классы могут сопоставляться не только неделимым, но и любым компонентам системы (подсистемам, системе в целом), а также отношениям, связывающим компоненты друг с другом. В традиционном же подходе, классы используются лишь для описания объектов, рассматриваемых как неделимые сущности.
Кроме того, в модели классов 0М8Б в определение атрибутов класса включается не только их наименования и тип, но и область значений, что позволяет рассматривать классы не только как шаблоны описаний объектов, но и как обобщен-
Рис. 2. Модель компонент процесса разработки ИСППР
ные описания множеств объектов одного класса (как аналоги фреймов общих понятий) [6].
В процессе анализа предметной области управления проектными работами при обустройстве месторождений были выявлены следующие классы системы:
План проектно-изыскательских работ (ПИР) -класс верхнего уровня, представляет собой совокупность проектов (договоров), объединенных по какому-либо общему признаку и распределенных по времени. Модель класса «План проектноизыскательских работ» представлена на рис. 3.
Договоры (Проекты) - класс, включающий в себя структуры, используемые для описания договоров на проектно-изыскательские работы, их временной и стоимостной составляющей и прочих характеристик проектов, используемых в работе.
Работники - класс, описывающий производственный персонал.
Производственные задачи - основная единица ПИР. Включает в себя следующие параметры: работник, комплект (том), договор, состояние.
Комплекты ПСД (проектно-сметная документация) - класс, включающий в себя описание конечной единицы ПИР - документации, передаваемой заказчику по актам сдачи-приемки работ.
Трудозатраты - данный класс используется для калькуляции трудовых затрат персонала, отнесенных в процессе работы на конкретный договор.
На базе классов может быть создано множество объектов (реализаций классов). Для отображения множества вариантов реализации некоторого класса, например, множества состояний системы в различные моменты времени, в различных точках пространства, в различных условиях и т. д. вводится понятие мультиобъекта. Мультиобъект - множество объектов (набор реализаций) одного класса, выделенных в соответствии с некоторым признаком [5].
С целью выявления тенденций эффективности выполнения плана ПИР за последние 3 года был проведен анализ ключевых показателей. На основе введенных классов описаний компонентов были сформированы мультиобъекты по временному признаку, соответствующие 2010, 2011 и 2012 гг. Каждая из реализаций содержит конкретные значения атрибутов, полученные в заданном году. На рис. 4 приведен пример мультиобъекта для компонента «Выполнение плана ПИР». По результатам анализа был сделан вывод, что выполнение плана ПИР нестабильно и требует тщательного контроля и принятия эффективных управленческих решений.
Рис. 3. Фрагмент иерархии класса «План проектно-изыскательских работ»
Модель компонент отражает структуру системы в виде дерева подсистем и элементов. Каждой
из компонент сопоставляется модель объектов, позволяющая рассматривать компоненту как некий целостный объект, описываемый набором характеристик (атрибутов) и выполняемых им действий (методов).
Множество подсистем S={si} объединяет такие компоненты, как: система в целом, рассматриваемая как «черный ящик» на верхнем уровне абстрагирования; подсистемы моделируемой системы и окружающей среды.
Подсистема может быть представлена в виде кортежа:
S =< n(Si),c(Si),MO(c(si)), MA(c(st )),{MK(c(s))} >,
где n(s) - имя подсистемы; c(s) - класс, на который ссылается подсистема (наследуется от базового класса «Подсистема»); MO(c(s)) - модель объектов, сопоставленная подсистеме; MA(c(s)) - модель зависимостей атрибутов, описывающих подсистему; MK(c(s)) - координационная модель, сопоставленная подсистеме.
Обязательным является только имя подсистемы. Остальные составляющие описания подсистемы вводятся по мере необходимости [5].
Модель основных компонентов ИСППР по управлению проектными работами при обустройстве месторождений нефти и газа представлена на рис. 5.
Разработанные на основе объектно-ориентированной технологии модели в дальнейшем используются при создании программного обеспечения ИСППР. Реализация и использование ИСППР по разработанной технологии повышает качество и скорость принятия решений, обеспечивает их обоснованность, что имеет значительный экономический эффект в деятельности проектной организации.
Выводы
Впервые предложен оригинальный научнообоснованный подход к созданию технологии раз-
Выполнение плана ПИР (2010): Выполнение плана ПИР (2011):
Выполнение плана ПИР Год
2010 2011 2012
План (тыс. р.) 74500,04 83440,05 93452,855
Факт (тыс. р.) 76079,44 81228,89 46679,700
% Выполнения 102,12 97,35 49,95
% Выполненного в срок 102,12 97,35 100
б
a
Рис. 4. Пример мультиобъекта «Выполнение плана ПИР»: а) графическая нотация; б) табличная форма
Планы ПИР
-Договор : Договоры -Год : Date -Статус : String -Понесенные затраты
+Расчет плановых значений() +Расчет фактических значений()
Производственные задачи
-Работник: Работники -Договор : Договоры -Комплект: Комплекты ПСД -Состояние: String
+Добавить()
+Удалить()
+Редактировать()
Договоры
-Номер : String -Наименование : String -Дата начала: Date -Дата окончания: Date -Стоимость : Long -Заказчик: Object -Состояние: String
+Добавить()
+Удалить()
+Редактировать()
Трудозатраты
-Работник: Работники -Задача: Производственные задачи -Дата списания: Date -Количество минут: Integer +Добавить()
+Удалить()
+Редактировать()
Работники
-ФИО : String -Отдел: Object -Табельный номер: Integer -Дата принятия на работу : Date -Оклад: Integer
+Добавить()
+Удалить()
+Редактировать()
Комплекты ПСД
-Договор : Договоры -Шифр комплекта: String -Дата выдачи: Date -Сопроводительный лист: String -Марка: String
+Добавить()
+Удалить()
+Редактировать()
Рис. 5. Фрагмент модели компонентов интеллектуальной системы поддержки принятия решений по управлению проектными работами
работки системы поддержки принятия решений для управления проектными работами при обустройстве месторождений нефти и газа на основе объектно-ориентированной методологии моделирования, заключающейся в представлении модели проблемосодержащей и проблеморазрешающей системы в виде совокупности взаимосвязанных моделей: классов, объектов, зависимостей атрибутов, компонент системы, координации.
Использование информационной технологии при разработке системы поддержки принятия решений позволяет не только обеспечить комплексность и согласованность компонентов системы и принимаемых решений, но также и существенно (приблизительно на 40...50 %) сократить трудозатраты по сравнению с трудоемкостью разработки аналогичных интеллектуальных информационных систем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Малыгин Е.О. Совершенствование процесса управления проектированием разработки нефтяных месторождений: автореф. дис. ... канд. экон. наук. - Москва, 2010. - 23 с.
2. Гребенщиков С.А., Силич В.А., Комагоров В.П. Анализ проблем управления проектными работами при обустройстве месторождений нефти и газа // Молодежь и современные информационные технологии: Сборник трудов VIII Всеросс. на-учно-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. -Томск, 2010, 3-5 марта. - Ч. 2. - СПб.: Изд-во СПБ Графикс, 2010. - С. 91-92.
3. Тузовский А.Ф., Чириков С.В., Ямпольский В.З. Системы управления знаниями (методы и технологии) / под общ. ред. В.З. Ямпольского. - Томск: Изд-во НТЛ, 2005. - 260 с.
4. Черкасов А.Н. Разработка математического и алгоритмического обеспечения адаптивных систем поддержки принятия решений в ситуационных центрах: автореф. дис.... канд. техн. наук. - Краснодар, 2011. - 25 с.
5. Силич М.П. Информационная технология разработки целевых программ на основе объектно-ориентированной методологии моделирования: дис. ... д-ра техн. наук. - Томск, 2005. - 361 с.
6. Хабибулина Н.Ю. Модели, алгоритмы и инструментальные средства создания экспертных систем на базе функциональных сетей: дис.... канд. техн. наук. - Томск, 2005. - 218 с.
Поступила 25.06.2012 г.
