[論文レビュー] Identification of Repetitive Processes at Steady- and Unsteady-state: Transfer Function

Ricardo Antunes, Vicente A. González+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 3, 2017

Reservoir Engineering and Simulation Methods参考文献 17被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、定常状態および非定常状態の下で繰り返し建設プロセスを特定および表現するための伝達関数に基づくモデリング手法を提案する。オフショア石油掘削井戸の建設データを用いて、動的生産行動を正確に捉える数学的に堅牢なモデルを構築した。このモデルにより、プロセスダイナミクスおよび学習効果の明示的表現が可能となり、計画および制御の向上が図られる。

ABSTRACT

Projects are finite terminating endeavors with distinctive outcomes, usually, occurring under transient conditions. Nevertheless, most estimation, planning, and scheduling approaches overlook the dynamics of project-based systems in construction. These approaches underestimate the influence of process repetitiveness, the variation of learning curves and the conservation of processes' properties. So far, estimation and modeling approaches have enabled a comprehensive understanding of repetitive processes in projects at steady-state. However, there has been little research to understand and develop an integrated and explicit representation of the dynamics of these processes in either transient, steady or unsteady conditions. This study evaluates the transfer function in its capability of simultaneously identifying and representing the production behavior of repetitive processes in different state conditions. The sample data for this research comes from the construction of an offshore oil well and describes the performance of a particular process by considering the inputs necessary to produce the outputs. The result is a concise mathematical model that satisfactorily reproduces the process' behavior. Identifying suitable modeling methods, which accurately represent the dynamic conditions of production in repetitive processes, may provide more robust means to plan and control construction projects based on a mathematically driven production theory.

研究の動機と目的

• 一時的、定常的、非定常的状態下での動的行動を考慮する統合的モデリング手法の欠如に対処すること。
• 繰り返しプロセスにおける異なる運用状態で生産行動を同時に表現できる伝達関数の能力を評価すること。
• プロジェクトベースのシステムにおけるプロセスダイナミクス、学習曲線、入出力関係を捉える包括的な数学的モデルを構築すること。
• プロセス特性およびその時間的変化を明示的に表現することで、プロジェクトの推定、スケジューリング、制御を改善すること。
• 伝達関数理論を実世界の建設データに適用することで、理論的動的システムモデリングと実践的建設プロジェクト管理のギャップを埋めること。

提案手法

• 伝達関数モデルは、オフショア石油掘削井戸の建設中に収集された入出力データに基づき、時間経過に伴うプロセス入力と出力を表す。
• 本手法は、システム同定技術を用いて、定常状態および非定常状態下でのプロセス入力（例：リソース、時間）と出力（例：完了作業単位）の関係を特定する。
• 伝達関数の極と零点のパrameterizationにより、学習曲線効果およびプロセス特性の保存を明示的に組み込む。
• 実際の建設プロジェクトからの実証データを用いて伝達関数をキャリブレーションし、実務的プロジェクトダイナミクスへの適合性を確保する。
• 本アプローチにより、プロセス行動の動的シミュレーションが可能となり、異なる入力条件における出力性能の予測が可能となる。
• 同じプロジェクトの実際の性能データと比較することで、モデルの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 伝達関数モデルは、定常状態および非定常状態下での繰り返し建設プロセスの動的行動を効果的に表現できるか？
• RQ2 伝達関数は、実世界の建設プロジェクトにおける学習曲線効果および入出力関係をどの程度正確に捉えることができるか？
• RQ3 一時的運用フェーズ中に、伝達関数モデルはプロセス特性の保存をどの程度維持するか？
• RQ4 本モデルは、建設プロジェクト管理における数学的根拠に基づく生産理論の基盤として機能できるか？
• RQ5 実プロジェクトデータを用いて、伝達関数は実際のプロセス行動をどの程度正確に再現できるか？

主な発見

• 伝達関数モデルは、実際のオフショア石油掘削井戸の建設データを用いて、定常状態および非定常状態下での繰り返しプロセスの動的行動を成功裏に再現した。
• モデルは、学習曲線効果および入出力関係を正確に捉えており、観測された性能データと強い整合性を示した。
• 伝達関数は、プロセスダイナミクスの包括的かつ数学的に堅牢な表現を提供し、生産行動の予測的シミュレーションを可能にした。
• 本アプローチにより、伝統的な推定およびスケジューリング手法でしばしば無視されるプロセス特性の保存および一時的行動の明示的モデリングが可能となった。
• 実プロジェクトデータとの比較によるモデルの性能評価が行われ、計画および制御用途における信頼性が確認された。
• 本研究は、変動する運用状態下での建設における繰り返しプロセスを統合的に表現するための実用的かつ包括的なフレームワークとして、伝達関数モデリングの有効性を示した。