Разработка программного обеспечения САПР средств управления проектом на основе теории графов

Актуальность работы. Требования современных систем комплексной автоматизации (СКА) промышленных предприятий для принятия решений в реальном масштабе времени диктуют необходимость в использовании информационного инструментария, дающего максимально точные, проверенные и просчитанные данные на этапах планирования работ и ресурсов в производственных проектах.

Проблемам создания информационного инструментария САПР средств управления проектом посвящены работы как отечественных ученых — Ю. Х. Вермишева, В. А. Горбатова, А. В. Горбатова, В. В. Нечаева, Б. А. Позина, Д. К. Потресова, С. С. Терещенко, Г. Г. Рябова, Л. П. Рябова, А. К. Фридмана, З. М. Хадонова, В. Н. Четверикова и др., так и зарубежных — Boehm B.W., Trish Searson, Edward Yourdon, Chris Gane, Tom DeMarco, Allen Tucker etc.

Одним из широко применяемых формальных аппаратов при планировании проекта является аппарат диаграмм Ган-та. При этом в современных СКА этот аппарат используется статически — без преобразования диаграммы Ганта с целью оптимизации используемых в проекте ресурсов. Если же применять преобразования диаграмм Ганта и полученных на их основе графов ресурсного обеспечения, то обеспечивается динамическое планирование работ с оптимальным использованием необходимых ресурсов.

Решению актуальной задачи динамического оптимального планирования работ (операций) и ресурсов, в том числе разнородных и с учетом их рейтинга, в проектах производственного уровня в рамках системы комплексной автоматизации промышленного предприятия посвящена настоящая работа.

Цель исследований. Цель исследований заключается в разработке интеллектуального информационного инструментария управления проектами в рамках СКА промышленных предприятий, обеспечивающего оптимальное функционирование организационной структуры предприятия в режиме реального времени, позволяющего оптимизировать ресурсное обеспечение проектов предприятия и решать проблемы оперативного перепланирования.

Идея работы. Основная идея работы состоит в создании нового, высокоэффективного метода, основанного на временной декомпозиции функционально-сетевой модели (ФСМ) проекта, позволяющего реализовать стратегию динамического синтеза оптимальной диаграммы Ганта в проекте, использующем разнородные воспроизводимые ресурсы с учетом их рейтинга. Это позволяет значительно сэкономить информационные, трудовые и прочие ресурсы, необходимые для реализации производственных проектов на промышленных предприятиях.

Задачи. исследований. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать алгоритм порождения ФСМ проекта на базе сети Петри.

2. На основе теории графов и использования диаграммного подхода разработать методику временной декомпозиции ФСМ проекта, позволяющую реализовать стратегию динамического синтеза оптимальной диаграммы Ганта в проекте, использующем разнородные воспроизводимые ресурсы с учетом их рейтинга.

3.На основе предлагаемой методики разработать интеллектуальный информационный инструментарий управления проектами промышленного предприятия, обеспечивающий оптимальное функционирование организационной структуры предприятия в режиме реального времени и позволяющий оптимизировать ресурсное обеспечение проектов предприятия.

4. Используя разрабатываемый инструментарий, усовершенствовать информационную и программную модель типовой СКА промышленного предприятия, что позволит принимать управленческие решения в реальном масштабе времени и оптимизировать ресурсное обеспечение проектов предприятия.

Методы исследований. Методы исследований обосновываются и базируются на использовании общей теории систем, теории управления организационными системами, теории расписаний, теории принятия решений и дискретной математики.

Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна. Разработан алгоритм порождения функционально-сетевой модели проекта на базе сети Петри, который впервые позволил на основе расширенной сети Петри построить ФСМ проекта с возможностью моделирования использования ограниченных и разнородных ресурсовг предложена методика временной декомпозиции ФСМ, позволившая реализовать стратегию динамического синтеза оптимальной диаграммы Ганта в проекте, использующем разнородные воспроизводимые ресурсыразработана информационная технология оценивания альтернатив при планировании проекта, базирующаяся на частичном упорядочивании графа рейтингов ресурсов, необходимых для реализации проекта, путем сужения его сигнатурыусовершенствована информационная и программная модель типовой системы комплексной автоматизации промышленного предприятия за счет внедрения разработанного инструментария САПР средств планирования проекта в его производственный контур управленияпоказано, что реализация проведенных оптимизаций в средствах управления проектами позволяет принимать оптимальные проектные решения в условиях риска.

Значение работы для теории. Показано, что при планировании проекта методика, основанная на построении его функционально-сетевой модели, намного гибче и проще, чем методика сетей Петри. В ФСМ проекта учтено время выполнения операций (в том числе и транспортных), есть возможность моделировать использование ограниченных и разнородных ресурсов. В сети Петри для реализации этих возможностей требуется расширение формального языка и увеличение размеров сетиг за счет временной декомпозиции ФСМ проекта и ее последующей кластеризации по типам используемых разнородных воспроизводимых ресурсов с учетом их. рейтинга расширена методика оптимального планирования на основе динамического синтеза диаграмм Ганта.

Значение работы для практики. На основе предложенной методики временной декомпозиции ФСМ и информационной технологии оценивания альтернатив разработаны реализующие их алгоритмы и программное обеспечение САПР средств управления проектами на производственном уровне в рамках системы комплексной автоматизации промышленного предприятия. Разработанное программное обеспечение позволило уменьшить трудоёмкость планирования проектов на 15−20% по сравнению с существующими программными средствами, такими как Time Line, SureTrak Project Manager, Primavera Project Planner (P3), MS Project.

Обоснованность и достоверность научных выводов и результатов диссертационных исследований. Обоснованность и достоверность научных выводов, полученных в диссертации, подтверждаются их последовательным теоретическим и математическим обоснованием, а также экспериментальными данными, сопоставленными с имеющимися в открытых источниках технологическими и производственными данными.

Результаты диссертационных исследований подтверждаются адекватностью проведенных экспериментов и имеют хорошую воспроизводимость.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и были одобрены на семинарах кафедры «Системы автоматизированного проектирования (САПР)» Московского государственного горного университета (2006;2008 гг.) и Открытого акционерного общества «Научно-исследовательский институт стали» (ОАО «НИИ стали») (2008 г.).

Реализация результатов исследований. Результаты диссертации приняты к использованию в ОАО «НИИ стали».

Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в четырех печатных работах, в том числе одна в издании, входящем в перечень ВАК.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 18 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 74 наименований.

Заключение

.

В результате диссертационных исследований успешно решена актуальная научно-практическая задача динамического оптимального планирования работ (операций) и ресурсов, в том числе разнородных и с учетом их рейтинга, в проектах производственного уровня в рамках системы комплексной автоматизации промышленного предприятия.

В результате исследований лично автором получены следующие основные выводы и результаты:

Изучены и проанализированы современные принципы управления промышленным предприятием, особенности его комплексной автоматизации, определена роль планирования проектов на производственном уровне управления предприятием.

Исследован рынок современных автоматизированных систем планирования проектов среднего уровня, определены их достоинства и недостатки.

Разработан алгоритм порождения функционально-сетевой модели (ФСМ) проекта на основе расширенной сети Петри.

Изучены принципы сетевого планирования для решения задачи динамического оптимального планирования технологических операций (работ) и ресурсов в производственных проектах в рамках системы комплексной автоматизации (СКА) промышленного предприятия и разработан алгоритм динамического синтеза оптимальной диаграммы Ганта, в том числе для случая, когда в проекте используются разнородные воспроизводимые ресурсы.

Разработана информационная технология оценивания альтернатив при планировании проекта, базирующаяся на частичном упорядочивании графа рейтингов ресурсов, необходимых для реализации проекта, путем сужения его сигнатуры.

На основе предложенных алгоритма и технологии автором разработан блок интеллектуализации (БИ) инструментария планирования проекта на промышленных предприятиях, который в связке с системой планирования проектов среднего уровня (ЕРМ-системой, ЕРМ — Enterprise Project Management (Управление проектами предприятия)) образует интеллектуальный инструментарий планирования проекта (ИИПП). ИИПП обеспечивает оптимальное планирование работ и распределение ресурсов с учетом их рейтинга в производственных проектах среднего уровня (до 100 транспортных и технологических операций (работ)).

Показано, что использование ИИПП в производственном контуре управления СКА промышленного предприятия позволяет принимать оптимальные проектные решения в условиях риска.

Результаты диссертации приняты к использованию в ОАО «НИИ стали», и эксплуатация разработанного инструментария показала уменьшение трудоёмкости планирования сложных производственных проектов на 15−20% по сравнению с существующими программными средствами, такими как Time Line, SureTrak Project Manager, Primavera Project Planner (P3), MS Project.

The researches of the principles of network planning for the solution of the actual problem of dynamic optimal project planning on the industrial enterprise were provided in this master’s dissertation. The research methods were based on general systems theory, theory of management of organizational systems, theory of schedules, decision theory and discrete mathematics.

The mathematical, the algorithmic and the information structure along with the software model of the intelligent toolkit for project planning (ITPP) on the industrial enterprise were developed.

The informational model of the system of complex automation (SCA) of the industrial enterprise due to implementation of ITPP in an industrial management contour of SCA was advanced. That allows making optimal project decisions in the conditions of risk.