автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Разработка методов проектирования гибких организационно-технологических структур в трубопроводном строительстве

ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМШ НШИ И ГАЗА им.И.М.ГУБКИНА

На правах рукописи УДК 622.692.4.07

I

КЛЫШНИКОВ Иван Николаевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИБКИХ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУР В ТРУБОПРОВОДНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

05.15.13 - Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов,

баз и хранилищ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Государственной академии нефти и газа ------

имени И.М.Губкина.

Научный руководитель - доктор технических наук Л.Г.Телегин

Официальные оппоненты:

доктор технических наук М.П.Карпенко кандидат технических наук Дятлов Ведущее предприятие: трест "Мосгазпроводстрой".

Зашита состоится "_"_ 1993 г. в_ час.

на заседании Специализированного Совета Д.053.27.10 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при Государственной академии нефти и газа им. И.М.Губкина

по'адресу: 117917, г.Москва, Ленинский проспект, д.65, ауд._

С диссертацией молено ознакомится в библиотеке ГАНГ имени И.ГЛ.Губкина.

Автореферат разослан "_" _ 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, доктор технических наук, профессор

Г.Г.Васильев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРНОТИКЛ РАБОТЫ

Актуальность проблемы. За последние годы в нефтегазовом комплексе страны произошли существенные изменения, которые оказали значительное влияние и на трубопроводное строительство: объем работ по заключенным договорам уменьшился против уровня 1988 года примерно на 50$, произошло резкое снижение удельного веса линейного строительства в общем объеме работ по отрасли /с 41$ в 1987 г. до 27$ в 1991г. и эта тенденция продолжает усиливаться.

Значительные изменения произошли в структуре и видах работ, принципах формирования производственных программ и материально-технического обеспечения строительства, формах и методах планирования, организации и управления строительством.

Необходимость реализации новых подходов к стратегии управления отраслью повлекла за собой большое число экспериментов в области формирования новых организационно-технологических структур. Это коснулось как верхних уровней иерархии /министерство - концерн - акционерное общество/, так и производственного уровня: создание товариществ, совместных и малых предприятий, хозяйственных ассоциаций па базе бывших трестов, строительных управлений и их подразделений.

В сложившихся условиях перед строительными организациями возникают новые задачи, связашше с реагированием на изменения в системе управления отраслью. Поэтому создание методов проектирования гибких организационно-технологических структур / ОТС / представляется актуальным.

Цель работы. Целью выполненных автором исследовании является повышение эффективности трубопроводного строительства за счет совершенствования системы организационно-технологического проектирования, внедрения методологии формирования и практического использования гибких организационно-технологических и управленческих структур в нефтегазовом комплексе.

Основные задачи исследования. В соответствии с целью диссертационного исследования в работе были поставлены и решешены следующие задачи:

- исследование и разработка методологии формирования и функционирования гибких ОТС в трубопроводном строительстве, обеспечивающих оперативную адаптацию производственных организаций к изменению видов и объемов выполняемых работ, технологических и экономических условий производственно-хозяйственной деятельности / ПХД / и материально -технического обеспечения, целей и критериев ее эффективности в нефтегазовом комплексе;

— разработка методов расчета и определения рациональных технологических, организационных и экономических параметров производственных и буферных структур для различных условий использования; -построение системы организационно-технологической подготовки трубопроводного строительства па основе гибких ОТС.

Методика исследования. В работе использовались методы системного анализа, теории вероятностей и математической статистики, а так::е теория сложных систем и имитационное моделирование.

Научная новизна .диссертационной работы заключается в том, что впервые применительно к задачам и условиям трубопроводного строительства сформулированы научно обоснованные методические принципы функционирования строительных организаций нефтегазового комплекса в новых организационных, технологических и экономических условиях работы.

В этом плане разработаны: методика функционального анализа и декомпозиции ОТС; методика оптимального синтеза организационной структуры и техноло-. гического оснащения гибких ОТС;

принципы создания буферных ОТС и методика расчета их мощности; методология расчета организационных,технологических и эконог.шчес-

ких параметров подготовки строительного производства с использованием гибких ОТС.

Практическая ценность работы заключается в разработке комплекса методов, алгоритмов и программ для обеспечения функционирования гибкой ОТС трубопроводостроительных организаций, включающих определение рапиональннх и эталонных организационно-технологических параметров производственных и буферных структур строительных организаций .

Созданные методика распределения функций управления и организационно-технологической подготовки по уровнял иерархии, методика определения структуры и оснащения производственных и буферных СТС, методика матричных расчетов по организационно-технологической подготовке строительства объектов, а также комплекс алгоритмов и программ для определения организационно-технологических и экономических параметров в рамках ПОР, ПОС и ПНР обеспечивают повышение эффективности строительного процесса при сокращении численности работающих и обеспечении максимальной загрузки машин и механизмов.

Результаты исследований были использованы в ССО "Уралтрубопро-водстрой", институте "Гипронефтепроводстрой". Экономический эффект при этом составил 195 тыс. руб. в год / в ценах 1991 года /.

Апробация работы. Основные результаты исследований -доложены на: 1 Московской конференции "Молодежь - научно-техническому прогрессу в нефтяной и газовой промышленности", г.Москва, 2-3 декабря 1987 г.; Х111 школе-семинаре по проблемам трубопроводного транспорта, г.Уфа, ВНШСПТнефть, 17-19 октября 1990 г. ;

Всесоюзной конференции "Роль молодели в решении конкретных научнно-технических проблем нефтегазового комплекса страны", пос.Красный Курган, 6-8 июня 1989 г.;

Всесоюзной конференции "Проблемы развития нефтегазового комплекса страны", пос.Красный Курган, 4-6 июня 1991 г.

Публикация работа. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ.

Объем работа. Диссертационная работа состоит из пяти'разделов, выводов, приложений и списка использованной литературы. Содержание работы изложено на страницах машинописного текста, рисунках, таблицах. Библиография включает наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении / первый раздел /обоснована актуальность теш исследования, определена цель, сформулированы основные задачи и намечены пути их решения.

Во втором разделе произведен анализ современного состояния трубопроводного строительства. Показано, что в настоящее время для функционирования отрасли характерна неоднозначность критериев и целей деятельности строительных организаций и их изменение в процессе строительства.

Выполненный анализ свидетельствует о том, что значительно расширились уровни организационно-технологической гибкости строительных организаций. Если в период плановой экономики при производстве работ строительная организация имела возможность варьировать такими факторами, как технология, сезон строительства, концентрация ресурсов, то в настоящее время стало возможным, наряду с изменением технологии строительства, сроков строительства, мощности, структуры КТП, варьирование специализацией строительной организации, перечнем объектов строительной программы, материально-техническим обеспечением, объемом строительства, структурой управления, что определяет новые задачи по организации трубопроводного строительства.

Эти изменения привели к тому, что классические методы организационно-технологического проектирования, разработанные в трудах Теле-

гина Л.Г., Березина В.Л., Чирскова В.Г., Карпенко М.П. и других авторов и ориентированные на создание крупных комплексных трубопрово-достроительных потоков / КТП /, в этих условиях имеют ограниченную область применения.

Методологически задача проектирования ОТС трубопроводостроитель-ной организации мотет быть сформулирована следующим образом: необходимо максимизировать эффективность функционирования строительных организаций, определяемую как разность между сметной стоимостью и затратами: у ^

л/

т.е. целевой функционал принимает вид:

Ф * ЕЕ — ты /2/

г ? £/

где ~ Л / - булевы переменные.

При ограничениях:

7~7 ■ <с /С - ограничения на затраты,

с? ь.

где х - 2

£ 4 £ < £ + - ограничения на ресурсы.

С технологической точки зрения задача сводится к определению оптимальной последовательности вариантов, структур при достижении максимума целевым функционалом.

Выбранная последовательность Л"/является отражением упорядоченного набора варьирующихся элементов, входящих во множество:

При этом каждый вариант структуры ^ для каждой ОТС последовательно, начиная с момента своей организации, проходит следующие этапы: создания, эффективного функционирования и реорганизации или

Рис. I. Стадии развития системы.

диверсификации производства. Период времени от момента создания до реорганизации или диверсификации системы будем называть жизненным циклом структуры ОТО. На рис. 1 показано изменение эффективности ОТС по стадиям развития.

Таким образом, в результате мы получаем обобщенную технологическую и экономическую постановку задачи построения и функционирования ОТС с использованием гибких структур в следующем виде:

Ф - Е Т /V, Л, -> М9Л

'/ </ у У /4/

К. _

\ - Лу тЧхФСЬ/.Хч)

У- ^м

** • И]

При ограничениях

I/ ** к: = 1/т

± в б Я*

В третьем разделе рассмотрена задача анализа и синтеза функции организационных структур на различных иерархических уровнях. Для решения этой задачи в работе был выполнен анализ функциональной структуры ОТС трубопроводостроительной организации.

В соответствии с модульным принципом проектирования уровни декомпозиции, приведенные на рис. 2 , определены следующим образом: /-/° •- системный уровень; //' - уровень потоков; //г - уровень технологических модулей; - уровень функциональных элементов.

ь» о

Рис. 2. Схема формирования структуры трубостроительной

организации.

Для ОТО трубопроводного строительства это соответствует: на уровне ¡-¡° - трубопроводостроительноглу тресту; на уровне - таким подсистемам, как КТП, СУ, СМУ, ПМК и др.; на уровне //г -.технологическим модулям, например, "разработка траншеи одноковшовым экска-тором". На уровне Н'3 - рассматриваются элементы, из которых компонуются технологические модули, например, для технологического модуля "разработка траншеи одноковшовым экскаватором" - экскаватор и другие.

С учетом возможных вариантов функциональной структуры в работе предложена и исследована методика формирования ОТС трубопроводострои-тельных подразделений, причем задача рассмотрена в двух постановках: 1/ Определение требуемых объемов работ для соответствующей структуры, обеспечивавших оптимальность технико-экономических показателей функционирования;

2/ Проектирование рациональных организационно-технологических па-рамотров структуры, исходя из возможных объемов и вгдов работ.

Показано, что проектирование ОТС сводится к определению ее структурных элементов, взаимосвязей между ними и иерархической структуры управления, которые определяют взаимосвязь межогу входными и выходными параметрагли структуры.

В качестве первичного элемента структуры приняты технологические модули, вариации которых обеспечивают оргагшзациошую гибкость ОТС. ОТС трубопроводного строительства должна обладать адаптивной способностью к типу объектов / линейная часть, наземное строительство, ГРС, ГРП и др./, особенностям сооружаемого объекта / диаметр, протяженность, район строительства и т.д./, оснащению структуры, технологии производства работ. Организационная гибкость достигается трансформацией ОТС. При этом в составе ОТС можно выделить структуры следующих видов.

1/ Специализированные структуры, предназначенные для выполнения конкретных видов работ. Структура данного вида имеет гибкость только в отношении характеристик объекта. Например, изоляционно-укладочная колонна, предназначенная для определенного диаметра. Общее количество ресурсов определяется технологией производства и объемами работ и остается неизменным.

2/ Специализированные структуры, оснащение которых изменяется в зависимости от характеристик объекта, трассовых условий, сезона строительства и так далее.

3/ Строительные подразделения, имеющие на своем оснащении обшестрои-тельную технику и способные осуществлять широкий спектр работ. 4/ Строительные подразделения, выполняющие функции резервирования, обслуживания, лизинга и аренды строительной техники.

При определенных условиях формирование ОТС в полном объеме, с экономической точки зрения, не эффективно. В этой связи, в работе исследован вопрос формирования буферных ОТС, которые представляют собой накопительный узел, на базе которого осуществляется концентрация необходимых ресурсов. Буферная ОТС должна обеспечивать возможность перестройки структуры без ущерба для основного производства, прово,дить техническое обслуживание, хранение, подготовку к работе обшестроительной и специализированной техники и осуществлять на условиях лизинга и аренды комплектацию ОТС машинами и механизмами. На основании исследования предложена методика к расчетам основных параметров буферных систем / минимальный запас, издержки содержания, интенсивность спроса/.

Использование буферных ОТС, помимо всего прочего, дает возможность расширить перечень объектов, строительство которых может осуществлять ОТС. С этой целью в работе предложена методика, которая позволяет минимизировать затраты на трансформацию ОТС при переходе от одного вида деятельности к другому.

В процессе выполнения задач нефтегазового строительства, моет быть повышен коэффициент функционирования ОТС, благодаря рацио-альной последовательности строительства объектов, которую следует ланировать с таким расчетом, чтобы суммарные затраты на изменение труктуры для выполнения всей программы были минимальными.

Последовательность строительства объектов по заключенным дого-орам определяется рядом причин. Одним из определяющих факторов бу-ет получение максимальной прибыли. Если этот критерий сделать трого фиксированным для всех объектов, то последовательность их троительства тем установлена, и вопрос сб улучшении коэффициента ункционирования отпадает.

Однако, из всего перечня объектов, которые должны быть введены эксплуатацию в течение планируемого времени, можно выделить такие, оторые могут быть сметены по времени, исходя из затрат на транс-ормапию структуры, или меняться мелзду собой. При этом может быть казан ряд последовательностей с различными затратами на изменение труктуры при строительстве двух смежных объектов. Здесь возникает адача выбора оптимальной последовательности. Критерием оптималыгос-и будет минимум суммарных затрат на трансформацию ОТС.

Модель, которая характеризует основные параметры строительной рограммн ОТС, представлена в виде матрицы, в которой каждый пока-атель рассчитывается на основе разработанных автором алгоритмов и рограмм. Матрица охватывает все компоненты процесса строительства • труд / А /, основные производственные фонды / Б /, оборотные сред-тва / В / и информацию / У /, увязывая их во времени / Т / с коечной продукцией / 0. /.

Состав показателей матрицы, степень их агрегирования и детали-:ации могут быть изменены в зависимости от сложности модулируемой >ТС и целевого назначения имитационной модели.

Четвертый раздел посвяшен разработке алгоритмов для обеспече ния организационно-технологической подготовки гибких ОТС.

Определение комплексной технологии и организации сооружения трубопроводов представляет собой решение оптимизационной задачи. Для определения состава задачи и последовательности расчетов были разработаны структурные схемы, позволяющие установить соподчинен-ность и взаимосвязь отдельных элементов структуры. Для формализац поставленной задачи н перевода ее расчета на ПЭВМ автором разрабо тан алгоритм расчета технико-экономических параметров и оптимальн го оснащения строительного подразделения.

Для определения сметной стоимости строительно-монтажных рабо автором составлена программа расчета 'затрат на материалы для кажд технологического модуля, а также программа бпределения затрат на эксплуатацию машин и заработную плату рабочих для применяемых тех нологических модулей.

Каждый технологический 'модуль 'содержи!:* полную характеристику строительного подразделения, 'способного выполнять определенный вг работ. Задание технологического модуля в процессе модулирования: оформляется в виде таблицы / табл.1 - пример оформления /.

Таблица 1

Вид ра- Технологи- Маншнооснащение Состав рабочих по Производи пп бот ческая тип кол- специальностям телмэсть

оборудования во спёц-ть кол-во в нормал1

условия:

1. Свароч-Неповорот- Сварочная Электросв-к

•;>•■;• 3

но-мон-ная сварка установка 1 ПАУ

тажные СДУ -2Б ' ЭЛектросв-к

Трубоуклад- ручной св-кп 3

ЧКК грузо- Машинист

подъемность» 4 трубоуклад- 4

' 30 т ''чика

Передвижная Такелажник 1

электростан- 1 Машинист

ция электро- 1

Центратор 1 станции 0,0024

Таким образом, организационно-технологическая модель включает в себя следующие элементы.

1. Характеристика объекта

0=1п,т1М) V, Л, Р} , /5/

где /7 - число захваток;

/П - число работ; /Ц - виды работ;

V~ Ц<0<^Ц - матрица объемов работ на захватках;

с/- С^г •• о(л)~ показатели сложности производства ^ - работы на с - х захватках. Пространственное развитие, заданное для каждой работы,

Р-(в, А, ..., Р„)<, £. О /6/

где (. - последовательность прохождения ресурса по захваткам при выполнении у* - й работы.

2. Характеристика строительных организаций

Ж-8, и}, /7/

где (у- - множество технологических последовательностей выполнения работ, задаваемое вариантами технологического графа производства работ;

// - множество подразделений - исполнителей;

- (Г/ , Г;1 Г;ъ Г) " Г~- 5 ) - множество исполь-

у/ \ * />/ ? * ) * I J у

зуемнх ресурсов; Г, ' - число технологических модулей; Г~-. & - техно-

V V

логическая схема производства работ; - машинооснашение;

Ч 5*

- состав технологического модуля по специальностям; - щ водителыюсть технологического модуля в нормальных условиях; и-- (и., иг, ¿Л, ¿/>,¿7,, ¿/с, ¿/7)

где Ц, - начало планового периода; С1г - плановая продоллштел] ность производства работ; ¿/3 - сезон; ¿/ц - сменность; - г тод строительства; Ц^ - вариант технологического графа", примет мый для производства работ; ¿/7 - ресурс, выделенный для выполш ния работ в момент времени

3. Ограничения на производство работ: по фронту работ - каждая последующая работа монет быть выполнена на захватке, если для нее готов фронт работ;

по технологически допустимому сближению между отдельными работам по непрерывности выполнения ^ - й работы - ресурсом; по специализации ресурсов - технологические модули представляют собой специализированное подразделение, предназначенное для выпо. нения^конкретного вида работ.

4. Искомые параметры - материальные технические, трудовые, финансовые и временные характеристики организационно-технологичв' кой модели.

Рассматриваемая модель является детерминированной и дискрет: Алгоритм решения позволяет осуществлять многовариантную проработ: производственных программ строительства трубопроводов за счет ва антов технологических схем производства работ, пространственного развития работ, числа и машшооснащения технологических модулей их производительности.

Модель, которая разработана автором в данном исследовании,п ставляет собой комплекс программ, причем основное внимание в них уделяется организационному и технологическому аспектам функцпони рования ОТС.

В процессе моделирования на основе исходной информации, вкл

, I

щей в себя характеристики конструктивных решений конкретного >екта, природно-климатические, сезонные условия строительства, на-шого состава ресурсов производственной организации, а также с юльзованием данной информационной базы, формируется комплекс 'анизационно-технологических параметров, формальным образом опи-заюший начальное состояние системы " ОТО - ОБЪЕКТ - УСЛОВИЯ СТРОИ-ЕЬСТВА".

Затем выполняется генерация вариантов организационно-техноло-геского графа, представлящего собой допустимые последовательнос-выполнения технологических / в-зависимости от конкретных условий, юнов строительства и конструктивных решений объекта / с необхо-лнми организационными параметрами операций, а также типов реали-эщих граф технологических модулей, их технико-экономические пара^-гры и возможности строительных подразделений. Определение вариан-з графа проводится в соответствии с правилами и схемами.сопряже-т различных технологических операций и массивами характеристик 1а "вход-выход" технологических модулей, инициируемых в информацией базе.

Непосредственно с процессом генерации по прямым и обратным свял осуществляется процесс имитации функционирования ОТС, в кото-л для конкретного объекта по кшиому варианту определяются орга-зационные результаты работы строительных подразделений, техноло-ческих модулей и т.п.

Оптимизация параметров функционирования ОТС основана на итера-вном процессе последовательного напрвленного перебора с адаптив-"1 оценкой критериальной функции.

Далее, после проверки заданных условий, проводится автомати-ское формирование конечного состоягатя изучаемой системы и выда-результатов. Принципиальная схема моделирования представлена рис. 3 .

Ввод исходной информации

Информационная База Данных массивы

Вывод результатов моделирования

Формирование начального состояния системы

"ОТС-ОБЪЕКТ-УСЛОВИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА"

Генерация организапионно-технологичес-кого графа функционирования ОТС, определение типов технологических модулей

Машинная имитация функционирования ОТС определение организационно-технологических параметров,

Итерационная оптимизация функционирова • ния ОТС, определение технико-экономических показателей

Выполнение нет ^Необходимых и достаточных

^условий моделирования опти^ .^мизагатч работа.

ОТС

да

Формирование конечного состояния системы

" ОТС-ОБЪЕКТ-УСЛОВИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

Рис.3. Схема моделирования системы функционирования трубопроводостроительного подразделения.

В пятом разделе, для сравнения различных вариантов функциони-зания ОТС, был рассмотрен вопрос формирования системы технкко-шомических показателей оценки принимаем!« решений.

В приложении приведена: Программа и расчет производительности технологических модулей, их оснащение техническими и трудовыми ресурсами для различных условий строительства;

Программа определения затрат на материалы, эксплуатацию машин и заработную плату для применяемых технологических модулей; Программа определения оптимальной выработки элементов технологических модулей.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основе выполненного в работе анализа развития нефтегазового жительства показало, что при переходе от плановых к рыночным годам хозяйствования существенно изменились принципы, цели и кри-зии эффективности функционирования ОТС. Эти изменения, с одной сто-ш , делают неэффективными разработанные ранее методы организа-жно-технологической подготовки строительства, а с другой тре-от от строительных организаций значительно большей мобильности гибкости.

Концепция эффективного фушщиопирования ОТС в трубопроводном жительстве должна базироваться на возможности структурных из-{ений в рамках ОТС и соответствугапем методологическом обеспече-т при подготовке оргаттзаигонно-технологических решений. Разработаны методики формирования строительных подразделений, эютих оптимальную для конкретного объекта строительства оргаяи-шонно-упрагленческуга структуру, насыщенных машинами, мехашшма-и рабочей силой с учетом максимальной эффективности примеиитель-

но к конкретным природно-климатическим и организационно-технолоп ческим условиям, обладающих гибкой структурой, при бесперебойном материально-техническом обеспечении и наличии расчетного резерва техники.

4. Создан комплекс алгоритмов и программ для обеспечения организ; ционно-технологической подготовки строительного производства с и пользованием гибких ОТС.

5. Результаты исследований внедрены в подразделениях ССО "Уралтр; бопроводстрой" и институте "Гипронефтепроводстрой". Экономически эффект составил 195 тыс.рублей в год /в ценах 1991 г./.

Основные результаты по теме диссертации опубликованы в след ющих работах:

1. Васильев Г.Г., Клышников ПЛ., Щенкова Т.А. Анализ методов ор низацкк и управления строительством магистральных трубопровод Молодежь - научно-техническому прогрессу в нефтяной и газовой промышленности. Тез.докл. на 1 Московской конф. Москва, 1987.

2. Басов Е.Д., Клышников H.H. Применение имитационных моделей до: оценки уровня подготовки инженерно-технических работников в нефтегазовом строительстве. Роль молодежи в решении конкретнь научно-технических проблем нефтегазового комплекса страны. Те докл. на Всесогазн.конф. Красный Курган, 1S89. С.118.

3. Клышников К.II. О проблемах разработки гибких организационно-технологических структур строительства трубопроводов. Проблег, развития нефтегазового комплекса страны. Тез.докл. на Всесою: конф. Красный Курган, 1991. С.90.

4. Клышников И.И. Теоретические основы формирования и функциони] вания производственных подразделений с гибкой организационно! структурой. Повышение эффективности и надежности проектировал

эружения и эксплуатации газонефтепроводных систем. Сб.научн.тру-в, вып.229, МИНГ, 1991. С.66.

зильев Г.Г., Кльппников И.П. Принципы использования математичес-¡с моделей для разработки производственных программ строительства, эблемы и перспективы развития нефтегазового строительства. Тез. кл. на конф. Сочи, 1992. С.З.

сильев Г.Г., Клышников И.Н., Зоненко В.И. Воздействие на окружага-й среду работ по обустройству месторождений нефти и газа. Эколо-ческие проблемы освоения нефтяных и газовых месторождений Прикас-я и Средней Азии'. Тез.докл. на Всесоюзн. совещании. Ашхабад, 90. С.55-^56.