автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Исследование и разработка автоматизированной системы управления производством дискретно-непрерывного типа

Московский государственный институт стали и сплавов (Технологический университет)

На правах рукописи

Павлова Наталья Игоревна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ ДИСКРЕТНО-НЕПРЕРЫВНОГО ТИПА (НА ПРИМЕРЕ БУРОВОГО ПРОИЗВОДСТВА).

Специальность 05.13.06 - "Автоматизированные системы управления"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1997 г.

Работа выполнена на кафедре "Экономическая информатика' Самарской государственной экономической академии.

Научный руководитель Научный консультант Официальные оппоненты:

Ведущая организация

академик, д.т.н., профессор Димов Эдуард Михайлович академик МАИ, д.т.н., профессор Дьячко Анатолий Григорьевич академик, д.т.н., профессор Раннев Георгий Георгиевич к.т.н., доцент Широков Андрей Игоревич Поволжский институт информатин радиотехники и связи

Защита состоится " 2.Э" 1997 г. в _ на заседани

специализированного совета Д.053.08.07 по присуждению учено степени кандидата технических наук в Московском государственно/ институте стали и сплавов (Технологическом университете) по адрес) 117936, г. Москва, Ленинский пр., д. 4, корпус Б, ауд._

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИСи< (Технологического университета)

Автореферат разослан "_"_ 1997г.

Ученый секретарь

специализированного совета, ¡¿^ •'"*"'

кандидат технических наук Калашников Е.А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность ТСМЫ. Актуальность темы диссертационного <сследования определяется переходом экономики страны на зыночные отношения. Одной из важнейших задач на данном этапе 1вляется создание эффективной системы планирования и управления <а предприятиях нефтедобывающей отрасли с целью обретения ими юзяйственной устойчивости и конкурентоспособности.

Повышение эффективности процессов управления на предприятии ребует широкого внедрения автоматизированных систем управления 1редприятием, создаваемых с применением экономико-латематических методов, теории управления, современных средств жформационно-вычислительной техники. Особую актуальность |риобретают методы человеко - машинной автоматизации управления : применением имитационного моделирования сложными, в том числе 1 производственными системами.

К одному из важнейших направлений, обеспечивающих ювышение уровня планирования и управления на буровых 1редприятиях, относятся задачи оперативно-календарного шанирования (ОКП), которые сводятся к расписанию строительства гкважин, движению людских и материальных ресурсов, >аспределению во времени объемов работ, определению сроков [ыполнения отдельных работ по отдельным исполнителям на >пределенные календарные периоды времени.

Несмотря на накопленный отечественными и зарубежными шторами значительный опыт решения задач ОКП и управления ложных систем в целом, до настоящего времени вопрос создания I оценки плана-графика проведения буровых работ не может :читаться решенным. Существующие методики не обеспечивают жтмичную работу различных участков производства в условиях 1нформационной неопределенности, обусловленной случайными факторами, воздействующими на объект. Таким образом, юставленная в работе задача исследования и разработки 1втоматизированной системы планирования и управления буровым |роизводством является актуальной разработкой, а ее решение имеет ысокую практическую ценность для реальных производственных >бъектов.

Научная проблема. Особое место в комплексе задач ;алендарного планирования отводится задаче составления плана-рафика строительства скважин. Данный график должен быть >азработан так, чтобы буровое оборудование не простаивало между

окончанием строительства на одной скважине и началом работ на дру гой, минимизировался транспортный прогон оборудования между буро выми площадками, не было непроизводительных затрат времени в ра боте буровых бригад.

Цели И задачи работы, разработка и исследование чело веко - машинной системы управления дискретно - непрерывным произ водством, предназначенной для совершенствования календарного планк рования и управления на буровых предприятиях.

Для обеспечения данной цели в диссертации поставлены и решен! следующие задачи:

1 .Исследовано буровое производство на базе практического изуче ния автором работы Нефтегорского управления разведочного бурени (НУРБ) и проработки аналогичных исследований, опубликованных в сс временных изданиях.

2.Выполнена постановка задачи имитационного моделирования прс цесса бурения.

3.Проведен анализ исходной и нормативно - справочной иь формации, необходимой для построения модели, адекватной 061 екту.

4.Построена и исследована человеко-машинная система упраЕ ления процессом загрузки бурового оборудования, решающая зг дачи календарного планирования и управления буровым произвол ством.

5.Разработан программный комплекс, реализующий функционирс вание имитационной модели на компьютере.

Предмет И объект исследования. Объектом исследов. ния являются дискретно - непрерывное производство (на примере бурс вого производства в нефтяной промышленности) и система оперативнс календарного планирования в структуре автоматизированной систем управления предприятием.

Предметом исследования являются:

1 .Комплекс моделей, описывающих работу бурового прои: водства.

2.Человеко - машинная система ОКП и управления буровы. производством в условиях неполной информационной oбecпeчe^ ности и функционирования автоматизированной системы упра1 ления.

3.Применение разработанной системы при решении задач ОКП.

Методы исследования. Теоретическую базу работы сс ставляют теория управления, теория исследования операций, теорк имитационного моделирования, системный анализ.

Научная новизна выполненной работы состоит в следующем:

1 .Разработана структура человеко - машинной системы управления работой бурового производства, обеспечивающая решение многофакторной многокритериальной задачи составления плана - графика строительства скважин.

2.Исследованы и разработаны статистические модели, обеспечивающие построение имитационной модели, адекватной объекту, и учитывающие воздействие случайных факторов.

3.Разработан алгоритм прогнозирования и оценки принципиальной возможности выполнения существующих вариантов плана - графика работы бурового производства.

4.Разработан алгоритм построения плана - графика бурения в режиме диалога с лицом, принимающим решение (ЛПР).

5.Разработана методика календарного планирования строительства скважин на базе имитационной модели работы бурового производства.

6.Разработан и внедрен программный комплекс, выполняющий анализ и построение плана - графика.

7.Предлагаемые автором модели основаны на большом фактическом материале, а целесообразность практического использования разработанных моделей, методов и алгоритмов подтверждена длительной эксплуатацией их на реальном объекте.

Практическая ценность:

1 .Разработанная в диссертации система управления, включающая экономико-математическую и имитационную модели, алгоритмы, компьютерные программы и методику их эксплуатации позволяет:

•осуществлять прогноз выполнения календарных планов на различные плановые периоды и, при необходимости, для различного количества буровых бригад;

•составлять план - график строительства скважин;

•прогнозировать загрузку бурового оборудования и буровых бригад;

•обеспечивать своевременное принятие управленческих решений, способствующих стабильности и ритмичности производства.

2.Созданная система управления доведена до практической реализации, автоматизирует трудоемкий и требующий большого

практического опыта процесс построения плана - графика буре ния, дает возможность принимать управленческие решени? обоснованные с научной точки зрения, но не исключающие пс правки на субъективные причины и специфические особенност каждого конкретного случая. Комплекс программ, разработанны в составе системы управления и реализующий ее функции, вь полнен в виде автоматизированного рабочего места (АРМ) работ ника планового отдела управления буровых работ и включается состав программного обеспечения действующей автоматизировав ной системы управления, используя общий для всех систем бан данных.

На защиту выносятся:

1. Методология проведения календарного планирования строк тельства скважин на базе использования имитационной модели работ! бурового производства.

2. Алгоритм прогнозирования и оценки принципиальной возможнс сти выполнения существующих вариантов плана - графика работы бурс вого производства

3. Алгоритм построения плана - графика бурения в режиме диалс га с лицом, принимающим решение (ЛПР).

Апробация результатов исследования: Положен™ рекомендации и выводы, изложенные в настоящей диссертации, позвс лили создать программный комплекс ОЯАР1С, применение которого н реальном объекте (НУРБ) позволяет наиболее рационально решать з; дачу ОКП и управления работой бурового оборудования, что подтвер ждается актом внедрения работы.

Результаты исследования внедрены в учебный процесс и нашли ра; витие в курсе "Исследование операций"; основные методологически принципы, применяемые при обработке информации с учетом случай ных факторов, воздействующих на объект, изложены в учебно - мете дической разработке "Изучение законов распределения случайны величин на основе обработки статистических данных на персонала ных ЭВМ".

Основные положения диссертации и результаты работы доклг дывались и обсуждались на Всесоюзной научно - технической ко|-ференции "Интеллектуальное управление с использованием имитацк онных моделей производства" (Самара, июнь 1991г.), на Второ, региональном межотраслевом семинаре "Автоматизация информ; ционных, технологических и управленческих процессов" (Самара, д< кабрь 1992г.), Международной конференции по математическом;

моделированию (Якутск, сентябрь 1994 г.), всероссийской научно - практической конференции «Реинжиниринг бизнес - процессов предприятий на основе современных информационных технологий» (Москва, апрель 1997 г.), а также на внутривузов-ских теоретических конференциях профессорско - преподавательского состава Самарской государственной экономической академии в 1990 - 1997 гг.

Публикации: По теме исследования опубликованы 5 печатных работ общим объемом 3.3 п.л.

Структура И объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 130 наименований и 4 приложений. Общий объем работы составляет 207 страниц машинописного текста, включая 33 таблицы и 38 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В диссертации излагаются результаты исследований, проведенных автором при решении задачи построения имитационной модели управления работой дискретно - непрерывного производства (на примере бурового производства).

Во введении раскрывается актуальность темы, сформулированы основная цель и задачи исследования, характеризуется его научно-теоретическая база, определены научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе диссертации "Система планирования и управления буровым производством как основа его эффективного функционирования" проводится анализ методов, используемых для совершенствования оперативно-календарного планирования и управления на производстве дискретно - непрерывного типа. Для этих целей широко используется математическое программирование; приближенные методы оптимизации; подходы, основанные на эвристических правилах предпочтения, случайного поиска; имитационное моделирование и другие.

Сравнение достоинств и недостатков указанных методов позволяет автору работы сделать вывод: применение имитационного моделирования при решении задач ОКП и управления буровым производством позволяет, по сравнению с другими методами, снять такие ограничения, как многофакторность управления, большая размерность

решаемых задач, отсутствие возможности управления объектом в ди намике, недостаточная адекватность модели и объекта. Метод имита ционного моделирования, реализованный на современном персональ ном компьютере, позволяет в режиме диалога с ЛПР принимать наи более рациональные решения рассматриваемой проблемы в условия стохастичности производственных процессов и недостаточной информа ционной обеспеченности.

Особое место в комплексе задач календарного планиро вания отводится задаче составления плана - графика строительств скважин. При разработке подобного графика должны быть учтен! критерии оптимизации отдельных задач, среди которых необходим выделить:

•снижение простоев бурового оборудования; •снижение затрат, связанных с переналадками; •снижение загрузки вышкомонтажных бригад;

•снижение затрат на материально - техническое обеспечение про изводственных процессов;

•минимизацию транспортного прогона оборудования; •снижение объема незавершенного производства; •увеличение объема проходки.

Составление плана-графика разделяется на 2 задачи: 1 .Распределение скважин, намеченных к строительству, между бу ровыми станками, соблюдая условие оптимальной очередности строк тельства скважин (линейный график строительства).

2.На основе линейного графика составляется график работ буровы бригад с указанием календарных сроков отдельных видов рабо (оперативно - календарный график).

Поскольку первая задача успешно решается на иссле дуемом объекте силами работников предприятия, задачу сс ставления оперативно-календарного плана строительства скважиь исспедуемую в данной диссертации, можно сформулироват следующим образом: для некоторого объекта бурового прс изводства задана информация о буровых станках (известно их количест во, типы и местоположение на начало планового периода); извести! также число буровых бригад, положение и занятость каждой бригад| на начало планируемого календарного срока, нормативное время бу рения каждой скважины и нормативное время перевозки агрегатов ме жду скважинами. Необходимо составить расписание бурения скважин задать маршруты движения буровых бригад, обеспечивающие выполни ние работ в заданные сроки с минимальными материальными затрат; ми.

Следует особо отметить, что задача построения графика буре-

1ия на текущий календарный год решается на объекте неоднократно. Это связано как с общей корректировкой наряда-заказа, так и со рачительными отклонениями в сроках строительства скважин от юрмативных значений. Среди основных причин срывов графика ложно выделить:

•досрочное прекращение бурения на неперспективных скважинах >азведочного бурения;

•изменение проектных сроков в связи с обнаружением различий в 1ласте по сравнению с данными геологоразведки;

•влияние природной среды и нарушение технологии бурения, |риводящие к различным осложнениям и простоям, браку и авариям; •отказ бурового оборудования и его внеплановый ремонт. Таким образом, если первоначальный вариант графика еще Аожет претендовать если не на оптимальность, то хотя бы на >ациональность, то каждый последующий вариант строится в 'сповиях срыва сроков, угрозы невыполнения заказа, неполной жформации о состоянии объектов незавершенного :троительства и т.п.

Вышеуказанное подтверждает актуальность данной работы I следующий вывод: в основу совершенствования ОКП и 'правления буровым производством должны быть заложены :овременные возможности математического аппарата,

»азирующиеся на применении средств компьютерной обработки 1нформации.

Рассмотрение организационно-функциональной характеристики >бъекта исследования, проведенное в диссертации, показало, что |роизводство буровых работ - сложная производственная :истема, неоднородная по типу производства: с одной стороны, в вязи с весьма ограниченной номенклатурой выполняемых >абот, бурение носит массовый или серийный характер, а ¡начит, производственный процесс должен подлежать жесткой >егламентации и детальному планированию. Но с другой стороны, !му присущ сугубо индивидуальный характер отдельных >ешающих операций производственного процесса, обусловленный заимодействием с природным фактором, неопределенностью ;наний о свойствах объекта и случайным характером влияний свойств >бъекта на технико - экономические показатели процесса ¡урения.

Для последующего построения системы управления исследуемым »бъектом автор выделяет следующие отличительные особенности >урового производства:

1.Процесс строительства скважин включает несколько стадий.

где основными работами, регламентируемыми соответствующими техническими проектами (включенными в план - график), являются бурение и крепление ствола скважины, а также проведение различных видов испытаний.

2.Общая продолжительность бурения и крепления для различных скважин существенно отличается по времени.

3.Непроизводительное время составляет значительную часть в балансе календарного времени, однако, оно не учитывается при традиционном способе составления плана - графика.

4.Скважины разведочного и эксплуатационного бурения обслуживаются одними и теми же бригадами и постоянным парком оборудования, поэтому изменение сроков окончание цикла строительства любой скважины влияет на планирование всей работы на объекте.

Вторая глава диссертации. "Построение человеко-машинной системы управления буровым производством" посвящена вопросу разработки системы управления для целей совершенствования календарного планирования и управления.

Анализ основных свойств исследуемого объекта показал, что это сложная система, процесс функционирования которой может быть описан с помощью ограниченного набора показателей:

•рассматриваемая система может быть разделена на отдельные составляющие элементы, функционирующие во взаимосвязи;

•имеется сложная взаимозависимость системы и внешней среды; в работе системы участвуют многие случайные факторы;

•система динамически изменяется во времени;

•существует адаптация и самоорганизация системы, обусловленные наличием управления;

•в управлении системой участвуют люди.

То есть управление буровым производством является сложной динамической многокритериальной системой управления, к которой целесообразно применение методов систем массового обслуживания.

В дополнение к изложенным в первой главе диссертации особенностям бурового производства здесь излагаются основные свойства исследуемого объекта:

1.Процесс бурения представляет собой последовательность технологических операций, каждая из которых заканчивается выдачей промежуточных результатов или завершением строительства

:кважины.

2. Продолжительность строительства каждой из скважин неизмеримо больше времени, необходимого для подготовки эборудования и буровой бригады к строительству новой скважины.

3.Длительность производственного процесса нужно рассматри-5ать как случайную величину, для которой характерны значительные <оэффициенты ее вариации (0,3 - 0,7).

4.Система функционирует в соответствии с плановым заданием, определяющим ее задачи на некоторый календарный :рок.

5.В системе имеется возможность осуществления оперативного управления на основе перераспределения между обслуживающими эригадами буровых станков и скважин, поставленных в очередь на строительство.

Все это типичные свойства системы дискретно-непрерывного производства, а практика имитационного моделирования показала, что специфика таких систем позволяет моделировать производственный процесс как систему массового обслуживания.

Применение модели массового обслуживания для исследования цискретно - непрерывного производства весьма эффективно, так как цает возможность не только широко использовать математический аппарат, но и проводить моделирование случайных процессов.

При исследовании управляющей части дискретно-непрерывного производства выбор модели определяется не только его специфи-<ой, но и видом задач управления. Поскольку в данной работе рассматриваются задачи планирования и управления, то результатом их эешения является выбор последовательности строительства скважин, лх распределения между буровыми бригадами. Входной информаци-эй управляющей части такого производства является информация о ^атах начала и конца строительства скважин, имеющая случайный ха-эактер.

При выборе типа системы массового обслуживания учтем те £акты, что строительство каждой скважины хотя и состоит из различных операций, но выполняется от начала до конца на одном станке, г.е. мы имеем однофазную систему массового обслуживания. По-жольку в строительстве скважин участвует одновременно несколько эригад, обслуживающих разнотипные буровые станки, причем перераспределение обслуживания буровых станков между бригадами воз-ложно, мы рассматриваем многоканальную однофазную систему кассового обслуживания с ожиданием.

Для решения вопросов управления подобной системой на базе

применения ОКП и управления буровым производством, следовательно целесообразно построение имитационной модели объекта реализация ее на компьютере в режиме диалога с ЛПР, т.е. создани человеко-машинной системы управления работой буровог производства.

При построении имитационной модели важнейшим моментами являются сбор и обработка статистических результатов работе объекта, поскольку от идентификации законов распределени основных параметров и точности определения характеристик эти законов зависит степень адекватности построения модели реальном объекту.

Исследование состава случайных факторов, влияющих н производственный процесс, позволило утверждать, что их можн рассматривать как четыре группы случайных величин:

•Простои;

•Время, затраченное на ликвидацию осложнений;

•Время, связанное с авариями;

•Время, затраченное на ликвидацию брака.

Для получения выводов об общих характеристиках случайны факторов в предположении постоянства условий, порождающи исследуемое явление автором диссертации была проведен математическая обработка информации, полученной с объект исследования.

Идентификация законов распределения случайных факторов расчет их характеристик выполнялись в соответствии с известным методами, кратко изложенными в приложении к диссертации; приче, обработка информации проводилась с использованием модуг "Статистическая обработка", входящего в комплекс программ 6£АР/С В обработке участвовали массивы информации об объекте за четыр календарных года.

Результаты обработки статистической информации приведены табл.1.

При рассмотрении организационно - экономической сущност задачи имитационного моделирования для повышения эффективное) бурового производства в диссертации отмечается, что сущность мето£ статистического моделирования применительно к задачам массовог обслуживания состоит в следующем. Строятся алгоритмы, пр помощи которых можно вырабатывать случайные реализаци заданных потоков однородных событий, а также моделирова1 процессы функционирования обслуживающих систем. Эти алгоритм)

Законы распределения случайных факторов, характеризующих объект

Таблица 1

Наименование зыборки Закон распределения Вероятность наступления события Выборочная средняя Математическое ожидание события (час) Среднее квадрати- ческое отклонение (час)

Простои Нормальный Достоверное 115.857 87.979 47.70

Ликвидация осложнений Экспоненциальный 0.649 56.210 78.532 50.82

Аварии Экспоненциальный 0.313 38.620 56.574 34.80

Брак Экспоненциальный 0.367 84.500 59.802 77.52

используются для многократного воспроизведения реализаций случайного процесса обслуживания при фиксированных условиях задачи. Получаемая при этом информация о состояниях процесса подвергается статистической обработке для оценки величин, являющихся показателями качества обслуживания.

Рассмотрим буровое производство как производственную систему дискретно - непрерывного типа, состоящую из К элементов (единиц бурового оборудования) Aj (i=l, 2, ... ,k), функционирующую в дискретном времени t=0, 1, ... ,Т). Результатом функционирования элементов является завершение строительства на одной из скважин Cj (j =0, 1, ... ,m; m > k), причем процесс обслуживания буровых станков ведется буровыми бригадами Dq(q=0, 1, ... ,n; n < к < гп). Считаются известными законы распределения случайных величин выработки i - го элемента за е(>)

единицу времени С, :

P{£(i) < X} = \|/j(X,t,R(i))

Кроме того, имеется элемент А° с номером к+1, который назовем управляющим.

Задачами управления системой, состоящей из элементов А° (i=l, 2, ... ,k), являются:

1.Найти управление , минимизирующее суммарные ресурсы

т-1 _

min,

t=0

где 1 единичный вектор.

Управление Их должно удовлетворять следующим ограничениям:

Ят > 0, т = 0,1, ...Т-1, Р{ХТ > V} > Р*,

где Р* - некоторая заданная вероятность выполнения плана системой;

Их = \|/(Кт_ -2,1*0);

- неизвестная величина.

2.Найти управление Кх , максимизирующее вероятность выполнения плана:

Р{ХТ > тах,

удовлетворяющее вышеуказанным ограничениям и условию ограниченности суммарных ресурсов:

(ЙтЛ) ^ т = 0,1,...,Т-1

3.Найти управление Кх , минимизирующее время выполнения работы Т при вышеуказанных ограничениях.

В этой же главе рассматриваются основные принципы построения имитационной модели дискретно-непрерывного производства как системы массового обслуживания; при этом определяются основные вероятностные характеристики многоканальной однофазной системы массового обслуживания с ожиданием. •Средняя длина очереди:

Ч>

Б+1

Б.Б!

а-Б)

где 1|/=А./ц. - коэффициент использования или загрузка системы; X - интенсивность потока заявок (скважин, намеченных к строительству);

ц - интенсивность обслуживания заявок (интенсивность процесса обслуживания скважин);

Б - количество буровых станков.

•Среднее число свободных буровых станков (которые могут быть обслужены буровыми бригадами):

е = £(8-п).Рв=8-\|/,

11=0

где п - число заявок, поступивших в систему;

Рп - вероятность того, что в системе имеется п заявок на обслуживание.

•Среднее число заявок в системе:

со ___

П = ^П.Рп = у + 8 + 0 = У + 1|/

п=0

•Среднее время ожидания бурения скважины: 1 ^

(1-5)

В третьей главе диссертации "Разработка имитационных моделей бурового производства" проводится детальное построение алгоритма функционирования имитационной модели, осуществляющей функции оперативно - календарного планирования и управления производственным процессом.

Моделирующий алгоритм строится по принципу, позволяющему определить последовательные состояния сложной системы через некоторые интервалы времени А1.

Внутри рассматриваемого интервала по каждому каналу системы (буровому станку, переданному на обслуживание буровой бригаде) моделирование ведется по принципу после-

довательной проводки заявок, т.е. на исследуемом промежутке времени моделируется процесс бурения скважины, для чего имитируется наступление всех известных случайных событий, воздействующих на объект, вычисляется вероятностное время, связанное с непроизводительными потерями рабочего времени непр):

4

^непр=

1 = 1

где все значения ^ являются случайными факторами, воздействующими на объект (см. табл. 1).

Производительное время обслуживания 1 -ой заявки пр) на интервале времени А1 определяется как:

^ пр= А1 непр-

Именно для этого интервала времени моделируется процесс бурения в соответствии с имеющимися данными технологического проекта и определяется процент завершения строительства скважины на момент окончания интервала времени А1. При окончании строительства (заявка доведена до конца, её обслуживание завершено) вычисляется вероятностная дата освобождения канала (отдельно дата освобождения буровой бригады и дата возможного начала работы на буровом станке).

По завершении моделирования работы всех занятых каналов на исследуемом промежутке времени Д1 , определяются освободившиеся каналы (буровые бригады) и из очереди заявок выбираются новые (буровые станки с закрепленными за ними скважинами). Процесс моделирования возобновляется для очередного интервала А1 (последующего месяца календарного года).

Построение имитационной модели завершается после рассмотрения последнего интервала времени на отрезке исследуемого календарного периода.

Построение алгоритма управления в диссертации проводится для двух исходных ситуаций.

1 .Рассматривается одноканальная система массового обслуживания с ожиданием. На вход модели подается полностью разработанный график загрузки оборудования с известным порядком обслуживания оборудования буровыми бригадами. Задачей, решаемой имитационной моделью, является получение вероятностной оценки выполнения данного варианта графика с учетом основных случайных факторов, влияющих на производственный процесс. При решении этой задачи проверяется принципиальная возможность выполнения некоторого имеющегося варианта графика бурения, разработанного на основе проектных данных, опыта и интуиции специалистов, ответственных за эту работу.

Здесь вопрос оптимального распределения ресурсов не поднимается вообще, но задача представляет определенный интерес, поскольку при построении имитационной статистической модели полностью воспроизводится процесс бурения с учетом случайных факторов и ситуаций, возникающих в данном производстве. Таким

образом можно оценивать различные варианты плана - графика на возможность их выполнения в заданном плановом периоде, прогнозировать количество завершенных скважин и ожидаемое число метров проходки, определить вероятность выполнения плана, загрузку оборудования, - и на основании этого принимать обоснованное управленческое решение.

2.Рассматривается многоканальная система массового обслуживания с ожиданием. На вход модели подается информация о закреплении скважин за буровым оборудованием и стартовые условия по работе буровых бригад. При таком варианте решается не только задача моделирования случайных факторов с целью определения длительности процесса строительства скважины, но и ведется построение плана- графика.

Принципиальным отличием второй модели от предыдущего варианта является то, что здесь после моделирования срока окончания работ анализируется состояние объекта, при котором имеются свободные бригады и свободные буровые станки. Для каждой вакантной бригады в модели рассматривается список станков, на которые возможно последующее перемещение рассматриваемой бригады с учетом имеющейся в модели системы формализуемых приоритетов. Если после отсеивания неприемлемых и нежелательных вариантов у бригады остаются альтернативные варианты работы, списки освободившихся бригад (со справочными характеристиками) и незанятых буровых станков выдаются ЛПР для принятия решения, причем моделью рекомендуется вариант работы, основанный на критерии минимального простоя бригады.

После окончательного выбора ЛПР, основанного на знании ситуации, возникшей на объекте, или неформализуемых соображениях, уточняется дата возможного начала строительства скважин.

Далее продолжается вышеописанная работа по моделированию.

Компьютерный вариант графика бурения принимается в качестве оптимального, поскольку каждый раз при принятии решения ЛПР известны прогнозируемые сроки окончания обслуживания заявок и вероятностные сроки поступления конкурентных заявок, а следовательно, он может выбрать наилучший вариант заявки, руководствуясь известной дисциплиной обслуживания очереди и системой неформализуемых приоритетов, что приводит к минимизации времени, связанного с простоями в окнах, увеличению объемов проходки и минимизации суммарных затрат. Кроме того, при возникновении такой ситуации, когда среди нескольких решений ЛПР трудно выбрать оптимальное, можно построить несколько графиков, выбирая каждый

раз новую ветвь решения, а затем сравнить полученные варианты ппа нов - графиков и отобрать наиболее рациональный.

Алгоритм, выполняющий непосредственно моделирование процесс; бурения скважины, приведен на рис. 2.

Рис. 2. Моделирование месяца работы бурового оборудования

Четвертая глава диссертации "Экспериментальное исследование имитационных моделей бурового производства" посвящена исследованию разработанной системы управления, рассматриваемой е качестве подсистемы АСУ объекта.

Структуру человеко-машинной системы управления производством укрупненно можно представить состоящей из трех важнейшие элементов (рис. 3.): объекта управления, имитационной модели V

лица, принимающего решение.

X - вектор, характеризующий начальные условия;

Y - вектор, характеризующий выходную величину системы;

U - вектор управляющих воздействий;

Z - вектор случайных возмущений (факторов);

Ум - вектор значений показателей эффективности производства, полученных с помощью имитационной модели.

Рис. 3. Структура имитационной системы управления производством.

Компьютерная реализация имитационных моделей разработана в виде программного комплекса GRAFIC, в состав которого входит набор программных модулей, выполняющих построение и анализ графика бурения в соответствии с алгоритмом имитации процесса бурения; а также база данных, состоящая из файлов нормативно-справочной и исходной информации.

Комплекс программ составлен на основе СУБД Clipper и предназначен для эксплуатации на IBM - совместимых компьютерах. Пакет GRAFIC предусматривает следующие функции:

•Ведение нормативно - справочной информации;

•Ведение исходной информации по графику выполнения буровых работ;

•Компьютерный анализ имеющегося графика бурения;

•Построение графика проведения буровых работ;

•Обработка статистической информации о случайных факторах;

•Сервисные функции по ведению баз данных.

Основной целью применения варианта "Компьютерный анали предложенного графика бурения" является проверка жизненност имеющихся вариантов графика с учетом случайных факторов. При про ведении подобных тестирований становятся очевидными "накладки" графике, связанные с тем, что из-за смещения сроков бурения при уче те случайных факторов одна и та же буровая бригада должна одновре менно находиться на двух скважинах. Такой график в реальных условия: становится неисполнимым; план бурения по метражу не будет осущест влен, в то время как буровые бригады и оборудование необоснованж простаивают.

В подобной ситуации становится наиболее актуальным построение графика с помощью компьютера.

Для каждой скважины строится имитационная модель процесса бу рения. Далее для ЛПР на дисплей выдаются списки свободных бригад i буровых станков. Информация, необходимая для принятия решения, на глядно представлена на рис. 4.

График, построенный при совместной работе ЛПР с компьютерно моделью, наиболее полно учитывает нормативные данные, статистиче ские характеристики случайных факторов, влияющих на объект, а такж< принимает во внимание субъективные факторы, которые не могут быт формализованы. В этом графике, в отличие от варианта компьютер ного анализа исходного графика, не может быть "накладок", свя занных с распределением работы одной и той же бурово бригады одновременно на двух станках. Кроме того, за счет one ративного анализа ситуации в каждом конкретном случае уменьшаете время простоев буровых бригад, связанных с ожиданием станка. Ка следствие этого, у бригад появляется "чистое" время после оконча ния бурения запланированных скважин, и такие бригады можно напра вить на новые объекты, увеличив таким образом полезные бри гадо - часы и объем проходки.

Сценарий построения графика меняется каждый раз, когд ЛПР выбирает вновь освободившейся буровой бригаде объект дл последующей работы. Из таких графиков можно выбрать опти мальный вариант, наиболее полно подходящий к реальным условиям учетом всех объективных и субъективных факторов, известных ЛПР Поскольку компьютерный вариант графика сокращает простои в окнах

Для бригад, свободных в ФЕВРАЛЕ

Законченное бурение

МАСТЕР эогатенков А. СТАНОК Уралмаш-ЗД (21) СКВАЖИНА Голубевс. 14 КОНЕЦ 01 -02

Пеньков В. ВУ-2500ЭП (51) Алексееве. 105 15-02

выберите последующую работу;

Вариант последующего бурения

Дата начала бурения

11-02- 93

СТАНОК

СКВАЖИНА | НАЧАЛО

БУ-2500 ЭП(52) Богатыр. 29 27-01

БУ-2500 ЭП(51) Алексеев. 87 Уралмаш-4Э(34) Кулешов. 820 Уралмаш-4Э(31) Грековск. 57

20-02 22-02 27-02

Бригада в

про

Примечание. Показатель "КОНЕЦ" - календарная дата завершения работ буровой бригадой, показатель "НАЧАЛО" - календарная дата возможного начала работ на станке. Рис. 3. Вид экрана дисплея при анализе ситуации лицом, принимающим решения.

ю

экономя в течение календарного года один бригадо - год, в качеств« альтернативного варианта может быть рассмотрен и график включающий меньшее количество буровых бригад, не предусматривающий при этом возможность выполнения заданного план; бурения.

Прогон модели на ретроспективной информации дал хороший уровень сходимости графика, отработанного в реальных условиях V графика, построенного с помощью имитационной модели.

Промышленная эксплуатация комплекса 6ЧАР1С показалг правильность принципов, заложенных в имитационную статистическук модель бурового производства; достаточную адекватность моделк производственному объекту.

Подробное исследование вопроса адаптации методологии построения графика на базе применения программного комплекса ОЯАР1С показало, что принципиальных затруднений в этом вопросе не должно возникать как в случае применения его для нового предприятия, связанного с управлением буровыми работами, так и при возникновении существенных изменений на рассматриваемом объекте. В любом случае необходимо:

•собрать и обработать новую нормативно - справочную информацию;

•подготовить исходные данные для построения графика.

При проведении анализа экономической эффективности применения имитационной модели в диссертации отмечается, что дать точную количественную оценку эффективности разработанной системы управления достаточно сложно, поскольку улучшение оперативного планирования влияет комплексно на всю систему управления предприятием.

Только снижение затрат, связанных с простоями (являются проектне - нормируемым показателем, входящим в общую смету затрат не строительство скважин), за год составляет сумму не менее 1 810 126 тыс. руб. (в ценах 1993 г.)

В работе установлено, что суммарные потери буровых бригад е "окнах" составляют около одно бригадо - года (8% от общего объема выполненных работ).

Расчет экономического эффекта в стоимостном выражении е условиях инфляции не представляет интереса, особенно с учетом того факта, что доход, полученный от строительства 9000 метроЕ скважин и сумма единовременных затрат на создание и внедрение программного комплекса, реализующего систему управлени$ буровым производством на основе имитационного моделирования -величины разного порядка.

В заключении приводятся выводы по диссертации. Основными результатами проделанной работы следует считать:

1 .Поставленная в работе задача исследования и разработки системы планирования и управления буровым производством является актуальной разработкой, а ее решение имеет высокую практическую ценность для реальных производственных объектов.

2.Рассматриваемый производственный объект является сложной системой управления дискретно - непрерывного типа, к которой целесообразно применение методов систем массового обслуживания.

3.Проведено исследование случайных факторов, воздействующих на производственный процесс, и определены наиболее существенные из них. Для отобранного состава случайных факторов установлены законы их распределения и числовые характеристики.

4.Разработанные имитационные модели расширяют возможности оперативно-календарного планирования и управления буровым производством и позволяют:

•решать задачи анализа имеющихся в распоряжении лица, принимающего решения, планов - графиков выполнения буровых работ с учетом случайных факторов, влияющих на производственный объект;

•осуществлять построения плана-графика работы бурового оборудования в режиме диалога человек-компьютер.

5.Разработан программный комплекс, реализующий на компьютере имитационную статистическую модель процесса бурения.

¿.Разработана и апробирована методология календарного планирования строительства скважин в режиме эксплуатации программного комплекса.

7.Описаны факторы экономической эффективности разработанной модели. Внедрение ее в буровое производство позволяет существенно повысить устойчивость работы объекта, увеличить количество скважин, сданных в эксплуатацию либо выполнить заданный объем работ меньшим количеством буровых бригад.

Работа доведена до стадии промышленной эксплуатации. В приложениях приводятся:

•таблицы, содержащие нормативно - справочную информацию по работе объекта;

•методики и результаты обработки статистической информации о случайных факторах, влияющих на процесс бурения;

•контрольный пример экспериментального исследования имитационной модели бурового производства;

•акт научно-технической комиссии о внедрении результатов диссертационной работы.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах-.

1.Абросимов А.Г., Димов Э.М., Павлова Н.И., Кутиков Н.И. Интеллектуальное управление с использованием имитационной модели производства (Тезисы доклада) / / Интеллектуальные системы в машиностроении. Самара, 1991 г, 0,3 п.л.;

2.Абросимов А.Г., Павлова Н.И. Об одном подходе к решению задачи календарного планирования в работе буровых станков // Автоматизация информационных, технологических и управленческих процессов. Материалы второго регионального межотраслевого семинара. СОП СНИО, Самара, 1992 г, 0,2 п.л.;

3.Димов Э.М., Павлова Н.И. Компьютерный метод построения оптимального графика бурения. Материалы международной конференции по математическому моделированию. Якутск, сентябрь 1994 г, 0,2 п.л.;

4.Димов Э.М., Павлова Н.И. Изучение законов распределения случайных величин на основе обработки статистических данных на персональных ЭВМ. Учебное пособие. Самара, Самарская государственная экономическая академия, 1995, 2,2 п.л.;

5.Димов Э.М., Павлова Н.И., Калиновский Д.А О технологии имитационного моделирования бизнес - процесса (на примере бурового производства), Московский государственный университет экономики, статистики и информатики. Сборник научных трудов, 1997 г. 0.4 п.л.

Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ N 873 ПО "СамВен", г. Самара, ул. Венцека,60

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Р Г 6 О Д правах рукописи

УДК 622.5:622.69:629.119.5

Фельдман Леонид Абрамович

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТООБЕСПЕЧЕНИЕМ ТЕРРИТОРИИ (НА ПРИМЕРЕ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ)

Специальность 05.13.06 - Автоматизированные системы управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск - 1997