[论文解读] 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 5

一句话总结

本文提出了一种基于传递函数的建模方法，用于在稳态和非稳态条件下识别和表示重复性施工过程。基于海上油气井施工数据，该方法构建了一个数学上稳健的模型，能够准确捕捉动态生产行为，通过显式表示过程动态特性和学习效应，实现更优的规划与控制。

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.

研究动机与目标

• 解决施工领域中重复性过程缺乏综合建模方法的问题，该方法需考虑瞬态、稳态和非稳态下的动态行为。
• 评估传递函数在重复性过程中同时表征不同运行状态下生产行为的能力。
• 开发一个简洁的数学模型，以捕捉项目制系统中的过程动态、学习曲线及输入-输出关系。
• 通过嵌入过程属性及其随时间变化的显式表示，提升项目估算、排程与控制能力。
• 通过将传递函数理论应用于实际施工数据，弥合理论动态系统建模与实际施工项目管理之间的差距。

提出的方法

• 传递函数模型基于海上油气井施工过程中收集的输入-输出数据推导得出，用于表示随时间变化的过程输入与输出。
• 该方法应用系统辨识技术，映射在稳态和非稳态条件下，过程输入（如资源、时间）与输出（如完成的工作单元）之间的关系。
• 通过参数化传递函数的极点和零点，显式纳入学习曲线效应和过程属性守恒。
• 利用真实施工项目的实证数据对传递函数进行校准，确保其与实际项目动态的相关性。
• 该方法可实现过程行为的动态仿真，从而预测在不同输入条件下的输出性能。
• 通过将模型预测的输出轨迹与同一项目的实际性能数据进行对比，对模型进行验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 传递函数模型能否有效表征重复性施工过程在稳态和非稳态条件下的动态行为？
• RQ2 传递函数在真实施工项目中，能否准确捕捉学习曲线效应和输入-输出关系？
• RQ3 传递函数模型在瞬态运行阶段在多大程度上保持了过程属性的守恒？
• RQ4 该模型能否作为施工项目管理中数学驱动生产理论的基础？
• RQ5 在使用真实项目数据时，传递函数在再现实际过程行为方面的表现如何？

主要发现

• 基于真实海上油气井施工数据，传递函数模型成功再现了重复性过程在稳态和非稳态条件下的动态行为。
• 该模型准确捕捉了学习曲线效应和输入-输出关系，与实际观测数据高度一致。
• 传递函数提供了过程动态的简洁且数学上稳健的表示，能够实现生产行为的预测性仿真。
• 该方法能够显式建模过程属性守恒和瞬态行为，这些因素在传统估算与排程方法中常被忽略。
• 通过与实际项目数据的对比，验证了模型的性能，确认其在规划与控制应用中的可靠性。
• 本研究证明，传递函数建模为在不同运行状态下表征施工中的重复性过程提供了一个可行且综合的框架。