Детальная информация

Предмет исследования – методы автоматизации концептуальной стадии проектирования на основе формализации знаний предметной области. Цель работы – разработка методики автоматизации концептуального проектирования объектов обустройства нефтегазовых месторождений, обеспечивающей переход от экспертно-зависимого процесса к параметрически управляемой архитектуре принятия проектных решений. Методологическую основу работы составляют онтологический подход к формализации знаний, процессное моделирование в нотации IDEF0, параметрическая оценка стоимости и многокритериальное ранжирование альтернатив методом TOPSIS. Разработана методика, объединяющая онтологию предметной области, каталог типовых проектных конфигураций и параметрическую стоимостную модель в единой архитектуре. Алгоритмический слой методики реализован программно и апробирован на задаче концептуального проектирования кустовой площадки: из 64 первичных альтернатив автоматически сформированы 30 непротиворечивых, выполнены размещение объектов, трассировка коммуникаций и стоимостная оценка, получено итоговое ранжирование с однозначной идентификацией лидера за 0,36 секунды. Результаты работы применимы в концептуальном проектировании объектов обустройства нефтегазовых месторождений и допускают интеграцию в корпоративные системы управления проектной деятельностью. Методика обеспечивает расширение пространства проектных альтернатив, формализацию процедуры выбора, воспроизводимость решений и стандартизацию знаний предметной области. Для достижения данных результатов в работе были использованы/разработаны следующие информационные технологии, в том числе программное обеспечение, облачные сервисы, базы данных и прочие: Microsoft Excel, Microsoft Word, Microsoft PowerPoint, Draw.io, язык программирования Python с библиотеками NumPy, openpyxl и Matplotlib.

The subject of the research comprises methods of automation of the conceptual stage of design based on the formalisation of domain knowledge. The aim of the work is the development of a methodology for automated conceptual design of oil and gas field surface facilities, ensuring the transition from an expertise-dependent process to a parametrically controlled architecture of design decision-making. The methodological basis of the work comprises the ontological approach to knowledge formalisation, process modelling in the IDEF0 notation, parametric cost estimation, and the multi-criteria ranking of alternatives by the TOPSIS method. A methodology was developed that integrates a domain ontology, a catalogue of typical design configurations, and a parametric cost model within a unified architecture. The algorithmic layer of the methodology was implemented programmatically and validated on the task of conceptual design of a well pad: out of 64 primary alternatives, 30 consistent ones were automatically generated; their placement, communication routing, and cost estimation were performed, and the final ranking with the unambiguous identification of the leading alternative was obtained in 0.36 seconds. The results of the work are applicable to the conceptual design of oil and gas field surface facilities and allow integration into corporate systems of project activity management. The methodology ensures the expansion of the space of design alternatives, the formalisation of the selection procedure, the reproducibility of decisions, and the standardisation of domain knowledge. To achieve these results, the following information technologies, including software, cloud services, databases, and others, were used and developed in the course of the work: Microsoft Excel, Microsoft Word, Microsoft PowerPoint, Draw.io, and the Python programming language with the NumPy, openpyxl, and Matplotlib libraries.

• ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
  • 1.1. Роль концептуального проектирования в жизненном цикле инженерных проектов и его влияние на технико-экономические показатели
  • 1.2. Современные цифровые технологии автоматизированного проектирования и оценка их применимости на концептуальной стадии
  • 1.3. Зарубежные и отечественные программные платформы автоматизации проектной деятельности и их функциональные возможности на концептуальной стадии
  • 1.4. Опыт автоматизации концептуального проектирования в смежных инженерных отраслях
  • 1.5. Системный анализ бизнес-процессов концептуального проектирования и обоснование необходимости перехода к новому методическому подходу
• ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ
  • 2.1. Особенности концептуального проектирования и его роль в жизненном цикле проектов обустройства нефтегазового месторождения
  • 2.2. Текущее и целевое состояние процесса концептуального проектирования: построение моделей As-Is и To-Be
  • 2.3. Принципы методики автоматизированного концептуального проектирования
  • 2.4. Архитектура методики автоматизированного концептуального проектирования
  • 2.5. Алгоритмы автоматизированной генерации, размещения объектов и трассировки коммуникаций
  • 2.6. Параметрическая стоимостная модель и многокритериальное ранжирование альтернатив
• ГЛАВА 3. АПРОБАЦИЯ МЕТОДИКИ НА ЗАДАЧЕ КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБУСТРОЙСТВА КУСТОВОЙ ПЛОЩАДКИ
  • 3.1. Постановка задачи концептуального проектирования кустовой площадки и план апробации методики
  • 3.2. Формирование методического ядра для апробации
    • 3.2.1. Терминологическая часть онтологии
    • 3.2.2. Функциональные связи и аксиомы совместимости
    • 3.2.3. Прикладная часть онтологии: каталог типовых конфигураций
  • 3.2.4. Формальная модель требований
  • 3.2.5. Параметрическая стоимостная модель
  • 3.2.6. Исходные данные проекта
  • 3.3. Реализация алгоритмов методики и результаты их применения
  • 3.4. Технико-экономические показатели альтернатив и их анализ
  • 3.5. Сравнение предложенной методики с традиционной практикой концептуального проектирования
  • 3.6. Направления дальнейшего развития методики
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ПРИЛОЖЕНИЕ 1
• ПРИЛОЖЕНИЕ 2