автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Автоматизация технологических процессов погрузочно-разгрузочных и транспортных работ при организации строительства в условиях рыночной экономики

/ >■■' / „ ■ !

На правах рукописи

АЛЕКСАХИН СЕРГЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОГРУЗОЧНО-РАЗГРУЗОЧНЫХ И ТРАНСПОРТНЫХ РАБОТ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА В УСЛОВИЯХ РЫНОЧНОЙ

ЭКОНОМИКИ

Специальность 05.13.07 — автоматизация технологических процессов и производств (строительство)

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................5

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СТРОИТЕЛЬСТВА С ПОЗИЦИЙ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА..........................16

1.1. Системный анализ задачавтоматизации технологических процессов

™ г^ л ^ С1риИ1сЛЬ^1Ва...................................................................................................I /

1.2. Статистический анализ показателей функционированиям транонортрых колонн Сгроихельных организации................................................................._>о

1.3. Анализ методов аналитического и имитационного дюдедиромния процессов функционирования строительной организации...........................53

1.4. Системный анализ компонент, задач и методов исследован и я

функционирования строительной организации.............................................81

ВЫВОДЫ.........................................................:...............................................92

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ СТРАТЕГИЧЕСКОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТРОИТЕЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ.................................................................................................93

2.1. Анализ прогрессивных методов организации строительства и функциональная декомпозиция подсистем строительной организации.......93

2.2. Разработка формализованной модели функционирования строительного объекта...................................................................................104

2.3. Разработка метода оптимальной организации складирования и автоматизации погрузочно-разгрузочных работ..........................................114

2.4. Разработка методов и алгоритмов транспортировки сырья и материалов на объекты строительства..............................................................................122

2.5. Методика формирования стратегического плана на основе совмещенной корректировки планов производства и транспортировки.... 137 ВЫВОДЫ.......................................................................................................143

J

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ТАКТИЧЕСКОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТРОИТЕЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ...............................................................................................151

1 л

J. 1.

Разработка вероятностной модели плана производства строительных

работ................................................................................................................152

3.2. Разработка методов тактического распределения ресурсов по строительным объектам.................................................................................169

3.3. Алгоритм оптимизации транспортировки сырья и материалов с учетом случайных воздействий.................................................................................182

3.4. Модели хранения и запасов сырья и материалов на строительных объектах:.........................................................................................................197

3.5. Разработка метода тактического планирования строительных работ и

транспортировки............................................................................................208

ВЫВОДЫ..........................................................................................................226

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ОПЕРАТИВНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ- СТРОИТЕЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ...............................................................................................227

4.1. Разработка компонент имитационной модели и их интерфейсного взаимодействия..............................................................................................227

4.2. Сравнительный анализ результатов имитационного моделирования и аналитических моделей.................................................................................24 i

4.3. Формирование обобщенных показателей имитационного процесса и методика прогноза характеристик.................................................................246

4.4. Параметрическая оптимизация деятельности строительной организации

на имитационной модели...............................................................................262

ВЫВОДЫ.......................................................................................................280

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ......................................282

5.1. Программные компонента- системы автоматизации ногрузощю-разгрузочных и транспортных работ......................................................................282

5.2. Структура программного комплекса, структура диалоговой системы и язык диалогового взаимодействия................................................................294

5.3. Анализ структуры, компонент и принципов управления строительной организации....................................................................................................301

5.4. Сравнительный анализ эффективности

строительной организации с использованием принципов стратегического,

О Л/С

тактического И оперативноГО у*фаБЛСНМЯ ....................................................

выводы.............................................................................................................316

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........-..;...,...............................................................................318

ЛИТЕРАТУРА..................................................................................................321

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Документы о внедрении,..................................................,342

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Статистические данные характеристикэффективности функционирования транспортного звена строительной организации...........347

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время, когда рыночная экономика предъявляет новые требования к условиям функционирования строительных организаций, необходима разработка принципиально новых подходов к решению задач автоматизации технологических процессов строительства.

Современный организационный ti технологический уровень строительных организаций в первую очередь определяется возможностью оперативного и динамичного управления ходом: технологического процесса строительства. Переход к рыночным отношениям существенно измерил подход к решению задачи автоматизации в сторону всестороннею изучения и анализа деятельности строительной организации [72, 124, 110, 152, 196 ], обеспечения взаимосвязанного функционирования всех участников строительного процесса.

Указанные обстоятельства определили необходимость комплексной автоматизации технологических процессов строительного производства, начиная с формирования портфеля заказов и , заканчивая оперативным управлением ходом строительства. Особенно актуальным это становится в условиях рынка, где необходимо оперативное отслеживание рыночных цен на материалы, технику, услуги по диагностике и техническому обслуживанию строительной техники и т.д. Кроме того, характер взаимоотношений с предприятиями партнерами уже не носит директивно-планового характера, как это было раньше. В связи с этим для успешной деятельности организации требуется проведение всестороннего анализа деятельности как самого предприятия, так tí предприятий-смежников. Рассмотрение всего спектра вопросов просто невозможно без использования ПЭВМ и новых информационных технологий.

Анализ литературы [25, 53, 93, 97, 116, 150, 205] показывает, что вопросы комплексной автоматизации погрузочно-разгрузочных работ и транспортировки в настоящее время весьма актуальны. В связи с этим

работы, посвященные указанной проблеме весьма своевременны . Они вносят существенный вклад в развитие производственных отношений в строительных организациях при проведении работ по строительству и реконструкции объектов.

Целью настоящей работы является создание методов и средств комплексной автоматизации погрузочно-разгрузочных работ и транспортировки сырья и материалов, объединенных в рамках единой методологии автоматизации технологических процессов строительства, включающих все существенные аспекты деятельности строительной организации.

Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи:

• формализация процесса функционирования строительной организации (фирмы) или предприятия, основанного на многоуровневой декомпозиции с целью разработки открытой автоматизированной системы, позволяющей включать и использовать существующие методы, алгоритмы и -подходы к решению частных задач автоматизации;

• формализация описания потребностей строительных объектов в сырье и материалах и параметризация модели с учетом возможности динамической корректировки планов производства работ;

• формализация транспортной схемы доставки сырья и материалов на строительные объекты и оптимизация использования собственных транспортных средств строительной организации;

• разработка методов и алгоритмов согласования деятельности транспортного звена, строительных работ и распределения средств автоматизации погрузочно-разгрузочными работами с целью повышения эффективности функционирования предприятия в целом, а не каждого отдельного звена;

• разработка программного комплекса, реализующего предложенные методы, имитационной модели всех компонент организации,

экспериментальное исследование предложенных алгоритмов на имитационных моделях, апробация методики в строительных организациях.

В качестве теоретической базы решения поставленных задач использовался современный математический аппарат и программные пакеты математического и статистического анализа. При разработке формальных моделей компонент в диссертации использовались методы общей теории систем и классический теоретико-множественный аппарат. Системный анализ деятельности предприятий проводился на базе реальных статистических данных, обработка которых проводилась на базе методов факторного, кластерного, канонического и других современных методов многомерного статистического анализа с привлечением математических и статистических пакетов ^аЙБ^са, МаШСаё, Ма&аЬ и др). При разработке моделей функционирования компонент строительной организации и разработке методов и алгоритмов оптимизации использовалась теория графов, методы математического программирования, теория марковских цепей, теория расписаний, теория случайных процессов, методы имитационного моделирования.

Научную новизну работы составляют:

• методология иерархического описания целей и методов анализа строительной организации в рамках единого согласованного комплекса моделей и компонент;

• вероятностная интерпретация планов производства рабог и формализация потребностей строительного объекта в виде случайного процесса, характеристики которого являются. преобразованием технологической цепи реализации планов производства работ с учетом влияния внешних возмущающих факторов;

• методика динамической корректировки и согласования временных параметров планов производства работ на строительных ^объектах с

возможностями транспортного звена строительной организации и наличием средств автоматизации погрузочно-разгрузочных работ;

• методика формирования обобщенных факторов и показателей эффективности функционирования строительной организации;

• постановка и метод решения задачи выбора схемы транспортировки материалов на строительные объекты с учетом коэффициента технической готовности, в условиях многокритериальное™ и неопределенности;

• методика ^имитационного моделирования строительной организации, согласующаяся с аналитическими моделями -компонент и задачами автоматизации представления результатов деятельности предприятия;

• комплекс методов, моделей и алгоритмов, реализующий основные направления автоматизации разработки управленческих решений с целью оптимизации функционирования строительной организации в целом.

Структура диссертационной работы соответствует списку перечисленных задач, содержит описание разработанных методов, методик и алгоритмов.

В первой главе диссертации приводится системный анализ задач, связанных с автоматизацией технологических процессов строительства, включая комплексное исследование вопросов транспортных и погрузочно-разгрузочных работ, а также транспортировки комплектующих, сырья и материалов в условиях рыночной экономики. Проводится сравнительный анализ форм и методов решения стратегических проблем функционирования строительных предприятий, тактических задач оперативного управления парком технических средств и его обновления. Выделен круг актуальных проблем, связанных с оптимизацией распределения ресурсов и влoжqний строительного предприятия, функционирующего в условиях рыночной экономики.

С целью выделения наиболее значимых факторов, влияющих на эффективность производственного процесса крупного строительного

предприятия, проводится статистический анализ процессов функционирования ряда строительных предприятий г. Москвы. При анализе используются современные математические методы и подходы многомерного статического анализа с целью согласования результатов их анализа с экспертными оценками специалистов.

Проводится анализ математических методов и средств, предназначенных для решения задач автоматизации технологического процесса строительного производства и моделирования ситуаций. Среди математических методов особое внимание уделено анализу методов теории массового обслуживания, которая традиционно используется при решении проблем, связанных с выбором стратегий обслуживания поступивших заявок и порядком их реализации.

Предлагается разделение всего цикла принятия решений на три составляющих: стратегическое планирование, тактическое планирование и оперативное планирование. Это разделение соответствует принципам управления строительной организации. Кроме того, каждый этап достаточно четко определяет выбор математических методов „моделирования; для стратегического планирования - детерминированные модели; для оперативного планирования - вероятностные методы и модели; для оперативного планирования - имитационный подход к моделирован ию.

Во второй главе диссертации с использованием теоретико-множественного представления разрабатывается формализованная модель строительного предприятия. Основной акцент при этом делается на выявление наиболее существенных проблем, возникающих при автоматизации всего цикла строительных работ, и декомпозиции всей системы на ряд взаимосвязанных подсистем.

Основой для разработки обобщенной модели функционирования строительного предприятия является формализация показателей и характеристик завершенности строительных объектов и состояния всех

звеньев единой технологической цепи, включая производителей, заказчиков и потребителей строительных материалов и изделий. Проводится структурная декомпозиция всех основных средств и фондов предприятия с учетом согласования по времени реализации потоков заказов на строительно-монтажные работы на строительство и реконструкцию зданий и сооружений.

Решается задача своевременного обеспечения объектов строительства средствами и материалами с учетом их текущего состояния и потенциально возможного потока заказов. При решении задачи используются методы математического программирования. Ставится и решается задача закрепления ограниченного парка, транспортных средств за определенными видами материалов и определенными строительными объектами.

На основе моделей подсистем строительной организации предлагается динамический алгоритм корректировки планов производства работ да строительных объектах с учетом согласования транспортного звена. В результате предлагается план выполнения всего пакета заказов, который сбалансирован как относительно ритмичности работы на отдельных строительных объектах, так и ритмичности работы транспортного звена.

В третьей главе диссертации рассмотрены вопросы тактического планирования строительной организацией, что связано с динамическим и нестационарным характером поступления заказов, характером сбоев в работе отдельных звеньев технологической цепи и взаимодействия со сторонними организациями.

Для решения задач моделирования внешней среды используется формализация на основе аппарата теории вероятностей и случайных процессов, который позволяет учитывать мнения экспертов и руководителей строительного производства при оценке сроков и потребностей строительных объектов. В результате появляется возможность автоматизации технологических процессов строительства за счет формализации требований к ресурсам, в том числе: строительным материалам, кадровому составу,

техническим средствам автоматизации и транспорта. С целью построения оптимизационных моделей распределения ресурсов по всем строительным объектам проведен детальный анализ каждого из перечисленных ресурсов.

Модель распределения кадрового состава основывается на вероятностных посылках заявок на определенные виды работ на каждом из строительных объектов. Модель распределения средств автоматизации погрузочно-разгрузочными работами основывается на требованиях начальников участков к количеству техники и сроку их использования, однако при этом учитывается доля неопределенности объемов. Модели распределения строительных материалов сведены к моделям массового обслуживания, моделям х�