автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Функциональное моделирование эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования в процессах строительства

На правах рукописи

Фахратов Виктор Мухамметович

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

И ОБСЛУЖИВАНИЯ СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ В ПРОЦЕССАХ СТРОИТЕЛЬСТВА

05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (строительство)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук ] (-¡0^ эдц^

Москва-2015

005564513

005564513

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования (ФГБОУ ВО) «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Гинзбург Александр Витальевич

Официальные оппоненты:

Чулков Георгий Олегович, доктор технических наук, профессор, Общество с ограниченной ответственностью (ООО) «Научно-проектный центр «Развитие города», ведущий научный сотрудник

Гуров Вадим Валентинович, кандидат технических наук, Общество с ограниченной ответственностью (ООО) «Синерджетик Проджектс», начальник группы планирования

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет».

Защита состоится 26 ноября 2015 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д212.138.01, созданного на базе ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет», по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, «Открытая сеть образования в строительстве», ауд. №9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет», http://www.mgsu.ru.

Автореферат разослан < 2015

года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Куликова Екатерина Николаевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Технологические процессы и организационные процедуры эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования - одна из фундаментальных основ сложной многофункциональной системы строительного производства. Динамичность процессов строительства, их протяженность во времени и пространстве, существенное влияние характерных для рыночной экономики случайных факторов реорганизации существенно осложняют функционирование строительного комплекса.

Инвестиционная составляющая системы управления строительной производственной деятельностью требует постоянного совершенствования отраслевых принципов функционального моделирования эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования в процессах строительства. Нужно целенаправленно совершенствовать теоретическую базу изучения, развивать организационные формы эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования, использовать возможности информационных технологий в функциональном моделировании систем автоматизации проектирования в строительстве.

Воздействия несистемных изменений кредитно-финансовых условий материально - технического обеспечения и нормативно-правовой базы процессов строительства приводят к ситуации, когда эксплуатация и обслуживание средств механизации и транспортирования в процессах строительства далеко не всегда удовлетворяют возникающим целям и функциям развивающейся конкурентной среды.

В строительстве парк используемых средств механизации и транспортирования в современных условиях смешанный: отечественная строительная техника имеет одни условия её поставки и регламенты эксплуатации и обслуживания, а импортная - совсем другие. Поэтому для предприятий строительной механизации и строительных организаций существенно дешевле выполнять эксплуатацию и обслуживание средств механизации и транспортирования своими силами. В этих условиях диагностика, мониторинг и анализ спонтанного изменения внешних и внутренних факторов, а также выбор направлений дальнейшего совершенствования эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования являются одними из важнейших задач управления в условиях рынка.

Объективная потребность в достоверных фактических и перспективных данных усиливает роль: • интуитивных и рациональных технологий функционального моделирования в принятии решений; • разработки стратегии инвестиций в эксплуатации и обслуживании предприятий строительной механизации; • проведения исследований возможных исходов развития процедур и процессов функционирования средств механизации и транспортирования процессов строительства.

Степень достоверности таких решений, прогнозов развития и реальных результатов зависит от последовательности выполнения научно-исследовательских работ, объёма используемой статистической информации и научного обоснования технологий функционального моделирования в системах автоматизации проектирования.

Поэтому актуальна проблема разработки методологических основ функционального моделирования эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования в процессах строительства (в том числе -«горячего резервирования»), адаптированных к условиям строительного производства и обеспечивающих надёжность функционирования средств механизации и транспортирования.

Тема диссертационного исследования актуальна и предполагает выполнение научных и практических исследований надежности эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования в процессах строительства, её автоматизированного проектирования и управления ею.

Степень разработанности темы исследования. Изучением проблем организационно-технологической надежности функционирования средств механизации и транспортирования в процессах строительства занимались отечественные (Грифф М.И., Гусаков A.A., Кузнецов П.А., Лосев К.Ю., Козьяков A.B., Макаренцев A.B. и др.) и зарубежные (Вауаг Т., Chun В., Eaton Р., Florea С., Kubiatowicz J., Nazari М., Ocheana L., Popescku D., Weatherspoon H. и др.) исследователи. В отечественных и зарубежных публикациях отражены научные основы организационно-технологической надежности строительного производства, но не учтена специфика современной рыночной экономики Российской Федерации, в частности: • ресурсы ремонтных служб, включая объёмы запасных средств механизации и транспортирования; • возможности обоснование схемы приоритетности эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования при ограниченных инвестиционно-технологических ресурсах; • объективно существующая специфика структуры средств механизации и транспортирования (отечественная и импортная техника).

Существующие методы и модели анализа процессов эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования не во всем соответствуют современному уровню информационной обеспеченности предприятий строительной механизации, так как используют только среднюю наработку на отказ (выход средств механизации и транспортирования из штатного режима функционирования) и среднее время ремонта средств механизации и транспортирования (без выделения процесса их ремонта на базах производственного обслуживания).

Автоматизация проектирования может позволить с большей точностью оперативно определять эффективность эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования за счёт: • диагностики и мониторинга параметров календарного планирования строительного производства, технологических процессов функционирования средств механизации и

транспортирования в строительном производстве; • выявления, учёта и анализа фактической загруженности бригад и линий, обеспечивающих эксплуатацию, обслуживание и ремонт средств механизации и транспортирования; • реально существующих в качестве обеспечения «горячего резервирования» готовых к функционированию средств механизации и транспортирования и текущих запасов склада сменных агрегатов, узлов и запчастей средств механизации и транспортирования.

Разрозненные локальные инициативные предложения в этой области не получили пока в отечественном строительстве теоретического обобщения. Поэтому выполненные в диссертации исследования актуальны, обладают новизной, решают задачи функционального моделирования систем эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования процессов строительства с учетом современных организационных форм процессов строительства, позволяют оперативно реагировать на проявления возмущающих факторов и обеспечивать заданный уровень организационно-технологической надежности.

Цель диссертационной работы - функциональное моделирование в системах автоматизации проектирования эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования с учетом современных организационных форм процессов строительства.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- анализ методов эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования в процессах строительства, как сложной системы «человек-техника-среда», призванных обеспечивать необходимый уровень организационно-технологической надежности процессов строительства при воздействии возмущающих факторов;

- адаптация методов и технологий построения функциональных моделей в системах автоматизации проектирования эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования в процессах строительства в условиях ненадежной исходной информации или её полного отсутствия;

- разработка компьютерной технологии оценки результатов функционального моделирования эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования в процессах строительства;

- внедрение результатов диссертационного исследования при организационно-техноло-гическом проектировании ресурсного обеспечения строительного производства с учетом эффективного использования средств механизации и транспортирования.

Объект диссертационного исследования - методы эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования, как сложной системы «человек-техника-среда», призванные обеспечивать необходимый уровень организационно-технологической надежности процессов строительства при воздействии возмущающих факторов.

Предмет исследования - совокупность методов, моделей и технологий, способствующих участникам эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования в процессах строительства в принятии рациональных организационно-технологических проектных решений в системах автоматизации проектирования.

Методология и методы исследования. Методологической основой диссертационного исследования являются теория функциональных систем, экспертный анализ, вероятностно-статистические методы, теория и практика систем автоматизации проектирования строительного производства, системотехника строительства, инфография, технология и организация строительного производства. В работе применены интуитивные и рациональные технологии принятия решений (оценка операций по многим критериям, векторная и условная оптимизация, операция распределения ресурсов в конфликтных ситуациях, принципы обоснования оптимальных решений и др.). Диссертация выполнена с использованием теоретических методов и моделей, а также экспериментальной проверки результатов исследования. Такой выбор методологической основы исследования обеспечил обоснованность выводов и рекомендаций, а также достоверность практического внедрения результатов.

Научная новизна работы:

созданы методика и компьютерная информационная технология автоматизированного проектирования и анализа организационно-технологических систем эксплуатации и обслуживания парка средств механизации и транспортирования в процессах строительства по результатам прогноза ресурсных характеристик функционирования исследованных средств механизации и транспортирования;

- предложены обобщенные функциональные модели систем автоматизации проектирования взаимосвязи компонентов системы «человек - техника - среда», моделирующей эксплуатацию и обслуживание средств механизации и транспортирования процессов строительства по критерию организационно-технологической надежности средств механизации и транспортирования на основе диагностики и мониторинга выхода средств механизации и транспортирования из штатного режима функционирования в строительном производстве;

- разработаны функциональная модель и реализующая её компьютерная технология систем автоматизации проектирования эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования (в том числе - «горячего резервирования») в среде технологических процессов строительного производства;

- разработаны функциональные модели и рациональные компьютерные информационные технологии их реализации, совместимые с информационной средой действующих в строительных организациях интегральных информационных систем строительного комплекса.

Теоретическая значимость. Получены зависимости и формулы для расчета и проектирования организационно-технологической надежности эксплуатации и

обслуживания средств механизации и транспортирования в процессах строительного производства. Эти результаты вносят вклад в совершенствование существующих методов и средств автоматизированного проектирования в строительстве.

Разработанные функциональные модели и реализующие их компьютерные технологии, в сочетании со средой эксплуатации и обслуживания предприятий строительной механизации, образуют класс «нагруженных систем» управления строительным производством.

Практика применения таких систем показала, что обслуживание и профилактические ремонты средств механизации и транспортирования необходимо проводить чаще, что увеличивает безотказное время их эксплуатации и обеспечивает поддержание организационно-технологической надежности строительного производства на заданном уровне в пределах планируемого срока.

Практическая значимость работы:

- разработаны методики и компьютерные технологии автоматизированного проектирования и анализа организационно-технологических систем эксплуатации и обслуживания парка средств механизации и транспортирования, совместимые с информационной средой действующих в строительных организациях интегральных информационных систем;

- разработаны для использования в САПР функциональные модели взаимосвязи компонентов системы «человек - техника - среда», моделирующей эксплуатацию и обслуживание средств механизации и транспортирования в процессах строительства по критерию организационно-технологической надежности;

даны практические рекомендации по расчёту организационно-технологической надежности функциональных моделей взаимосвязи компонентов системы «человек - техника - среда», моделирующей эксплуатацию и обслуживание средств механизации и транспортирования в процессах строительства;

- выполнено опытно-промышленное внедрение результатов диссертационного исследования в ООО «СТРОЙ-ЗАПАД» и ООО «Институт общественных зданий» (Москва), ООО «СК Мегаполис» (Ростов-на Дону).

Достоверность полученных результатов обеспечивается: • применением известных методов и подходов принятия решений (оценка операций по многим критериям, векторная и условная оптимизация, операция распределения ресурсов в конфликтных ситуациях, принципы обоснования оптимальных решений и др.); • использованием апробированных средств вычислительного комплекса строительных САПР; • проведением расчётов при автоматизированном проектировании организационно-технологической надежности эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования в процессах строительного производства ряда объектов Москвы и Ростова-на-Дону; • удовлетворительной сходимостью результатов численных расчетов с экспериментальными данными.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационного исследования изложены в рекомендациях, переданных в ООО «СТРОИ-ЗАПАД», ООО «СК

Мегаполис» и ООО «Институт общественных зданий» и использованы при проектировании организационно-технологической надежности эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования в процессах строительного производства.

На защиту выносятся:

1. Инфографическая модель системы «человек - техника - среда» как совокупность трёх её компонентов, их взаимодействий, нагружающих воздействий и их прогнозируемых результатов.

2. Результаты экспериментальных исследований и обобщения функциональных моделей систем автоматизации проектирования взаимосвязи компонентов системы «человек - техника - среда», моделирующей эксплуатацию и обслуживание средств механизации и транспортирования процессов строительства по критерию организационно-технологической надежности на основе диагностики и мониторинга выхода средств механизации и транспортирования из штатного режима функционирования в строительном производстве.

3. Разработанные функциональные модели автоматизированного проектирования эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования (в том числе - «горячего резервирования») в среде технологических процессов строительного производства.

4. Методические рекомендации по расчёту организационно-технологической надежности функциональных моделей взаимосвязи компонентов системы «человек -техника - среда», моделирующей эксплуатацию и обслуживание средств механизации и транспортирования в процессах строительства.

Личный вклад автора диссертации заключается:

- в разработке использованных в процессе диссертационного исследования инфографических и функциональных моделей взаимосвязи компонентов системы «человек - техника - среда», моделирующей эксплуатацию и обслуживание средств механизации и транспортирования в процессах строительства;

- в формулировании рекомендаций и заключений, определяющих практическую значимость и научную новизну диссертационной работы;

- в анализе и оценке экспериментального внедрения и его результатов.

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования доложены на

научном семинаре и заседаниях секции «Строительство» Российской инженерной академии (г.Москва, 2008-2009); Московском городском семинаре «Системология и системотехника комплексной обработки данных и документации» (г.Москва, 20102014); Международных конференциях СТРОЙИНВЕСТ-2010, СТРОЙИНВЕСТ-2011 и СТРОЙИНВЕСТ-2012 по управлению инвес-тиционно-строительным и жилищно-коммунальным комплексами (г.Москва, 2010-2012); нау-чных семинарах факультета ИСТ&АС МГСУ (г.Москва, 2012-2015).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе пять - в реферируемых журналах из списка ВАК РФ. Общий объем публикаций 4,0 печатных листа.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 130 наименований (в том числе 10 публикаций соискателя, из которых 5 в журналах по списку ВАК) и 2 приложений. Объём работы: 122 страницы текста, 26 рисунков, 1 таблица.

Содержание диссертации соответствует пп. 1,2,3,6 Паспорта специальности 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (строительство):

1) методология автоматизированного проектирования в технике, включая постановку, формализацию и типизацию проектных процедур и процессов проектирования;

2) разработка научных основ создания систем автоматизации проектирования и автоматизации технологической подготовки производства;

3) разработка научных основ построения средств систем автоматизации проектирования, разработка и исследование моделей, алгоритмов и методов для синтеза и анализа проектных решений;

6) разработка научных основ реализации жизненного цикла «проектирование -производство - эксплуатация».

Общая методологическая схема исследования представлена на рис.1.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, подразумевающей анализ, выбор, разработку и совершенствование функциональных моделей (ФМ) систем автоматизированного проектирования (САПР) эксплуатации и обслуживания (ЭИО) средств механизации и транспортирования (СМИТ) с учетом современных тенденций развития организационных форм процессов строительства (ПС). Использование таких моделей позволяет оперативно реагировать на проявления возмущающих факторов строительного производства (СП) и обеспечивать организационно-технологическую надёжность (ОТН) в рамках заданного диапазона. Определены цель и задачи исследования. Приведены научные результаты, которые получены лично соискателем и вынесены на защиту.

В первой главе выполнен анализ теоретических основ инвестиционной деятельности эксплуатирующих СМИТ предприятий строительной механизации (ПСМ), обеспечивающих ПС техническим и организационно-технологическими ресурсами.

Инвестиционно-строительные проекты (ИСП) различают по виду выполняемых строительно-монтажных работ (СМР), составу и размерам объектов строительства, срокам возведения или переустройства строительных объектов, степени их сложности, директив-ному уровню качества СМР и продукта строительного рынка, другим характеристикам. Управление ЭИО СМИТ осуществляют в оказывающей на его результативность непосредственное воздействие динамичной среде. В реализации ИСП участвует много ПСМ, каждое из которых объединяет несколько управлений механизации (рис.2).

Рис.1. Общая методологическая схема исследования

Эксплуатационно-производственный отдел ПСМ обеспечивает ЭИО СМИТ, их ремонт и предоставление строительно-монтажным организациям по договорам аренды (выполнение СМР, лизинг, аутсерсинг, аутстаффинг и др.).

ПСМ подразделяют на универсальные (обслуживающие строительные организации по территориальному признаку всеми видами СМИТ) и специализированные (обслуживающие строительные организации любой территориальной принадлежности определенной номенклатурой СМИТ, способствующих осуществлению определенных видов СМР).

Рис.2. Типовая структура ПСМ

Ущерб, наносимый ПС в результате выхода СМИТ из штатного режима, измеряют временем простоя, когда производят его техническое обслуживание или ремонт. Поэтому в ПСМ необходима научно обоснованная система ЭИО СМИТ ПС, использующая компьютерные информационные технологии ФМ в САПР. Они должны распределять минимизированные ресурсы по производственным процессам ЭИО СМИТ ПС на основе диагностики и мониторинга параметров календарного планирования СП, параметров функционирования СМИТ и фактической загруженности бригад и технологических линий, обеспечивающих ЭИО и ремонт СМИТ. Анализ эффективности технической политики управления ЭИО СМИТ ПС на основе функционального моделирования в САПР - одна из наиболее важных функций ПСМ.

Функциональное моделирование должно, с учетом заданных критериев, предлагать ли-цу, принимающему решение (ЛПР) альтернативные варианты работ по обслуживанию, ремо-нту и восстановлению работоспособности СМИТ в необходимый срок, а также потребные для этого инвестиции ресурсов. Основная задача при этом - минимизация ресурсных затрат. ФМ разделяют на группы по назначению СМИТ (грузоподъёмные, напольный и подвесной однорельсовый транспорт, погрузочно-разгрузочные и транспортирующие машины) и по принципу действия СМИТ (периодический, циклический, непрерывного действия). В каждой группе СМИТ их ФМ дифференцируют по видам и маркам. Локальным объектом-предста-вителем СМИТ в диссертационном исследовании выбраны краны.

Приобретение и использование материальных и интеллектуальных ресурсов (объектов производственных инвестиций) способствует достижению инвестиционных целей и страте-гических инвестиционных решений (СИР). Проектируют и реализуют СИР на фоне высокого уровня неопределенности в широком диапазоне вероятностных изменений ОТН ЭИО СМИТ при выполнении ПС.

В результате анализа известных методов ФМ и принципов оценки эффективности ЭИО СМИТ ПС были выбраны наиболее перспективные, позволившие разработать рекомендации по совершенствованию процессов ЭИО СМИТ:

Сумма СУМ аначимостей контролируемых параметров ЭИО ПТС СП

Рис.3. Выделение существенных и несущественных параметров ЭИО СМИТ СП по принципу

80/20.

• методы условной оптимизации (метод скаляризации, метод главного параметра, метод уступок, метод последовательной оптимизации), использующие принцип диспропорции между вкладываемыми в ЭИО СМИТ ресурсами и достигаемыми результатами (принцип 80/20, диаграмма Вильфредо Парето, рис.3);

• метод выявления оптимальности отдельного параметра с точки зрения оптимальности всей совокупности параметров ЭИО СМИТ, использующий принцип оптимальности Ричарда Беллмана',

• метод распределения ресурсов «с вложением доходов в производство», использующий уравнение Р.Беллмана для k-го шага оптимизации;

• метод планирования эксперимента в условиях неопределенности.

Выполнен анализ основных методов планирования использования СМИТ в САПР организационно-технологического обеспечения строительного производства (ОТО СП). Рассмотрена целесообразность в процессе решения экспертами задач оценивания параметров ЭИО СМИТ ставить в однозначное соответствие каждой альтернативе одно или несколько чисел.

Во второй главе исследована возможность при функциональном моделировании ЭИО СМИТ в САПР ОТО СП использовать методы условной оптимизации. Разработана функциональная модель и реализующая ее компьютерная технология автоматизированного проектирования, обеспечивающие организационные и технологические аспекты «горячего резервирования» СМИТ, агрегатов и узлов в процессе их ЭИО.

После разделения контролируемых параметров ЭИО СМИТ на существенные и несущественные (если существенных параметров на диаграмме Парето два или более, рис.3), встает вопрос о выборе единственной точки на кумулятивном графике. Учитывая свойство точек этого графика (каждая из них по одному параметру лучше, но по другому хуже), понимаем, что одновременное улучшение ЭИО СМИТ по двум параметрам невозможно, оптимизация становится условной и необходимо ввести условие согласованности параметров (то есть применить один или несколько методов, названных выше в составе множества методов условной оптимизации).

Применение метода скаляризации подразумевает представление всей совокупности па-раметров £Ру как скалярной функции / (у^Рь где у,у - вес каждого параметра ЭИО СМИТ в ЕРу.

По методу главного параметра совокупность ЕРу параметров ЭИО СМИТ располага-ют в порядке убывания значимости каждого из параметров; первый в этом ряду условимся считать главным параметром ЭИО СМИТ, остальные -управляемыми перелкннъши.

По методу уступок в совокупности ЛР'у первый параметр Л оставляем, а остальные отбрасываем и определяем Р1пах; затем вычисляем «уступку» Р, - АР,, которую можно отдать в пользу других параметров; такую процедуру осуществляем для всех остальных параметров совокупности XРу.

Если взаимозависимость между параметрами ЭИО СМИТ слабая, то сначала выполня-ем оптимизацию по параметру Р, (без учета всех остальных параметров совокупности £Ру), затем по параметру Р2 и так далее(метод последовательной оптимизации).

Использование перечисленных методов условной оптимизации в компьютерных ин-формационных технологиях САПР относят к классу К КС-процессов.

Условимся разделять обслуживание СМИТ ПС на два этапа: обслуживание СМИТ на стройплощадке; ремонтные работы СМИТ в специализированных подразделениях ПСМ. На этих этапах важным средством обеспечения ОТН СП и надежности функционирования СМИТ является резервирование, которое повышает живучесть системы применяемых на строительстве СМИТ, но увеличивает их парк,

затраты на горюче-смазочные материалы и себестоимость применения СМИТ. Основным параметром резервирования является его кратность - отношение числа резервных СМИТ к числу реально функционирующих. Кратность резервирования ограничена жесткими пределами в отношении массы, габаритов и потребляемой мощности СМИТ. Условимся различать общее резервирование (резервируют целиком СМИТ) и фрагментарное (или «раздельное», когда СМИТ условно разделяют на модули, каждый из которых или некоторые из них резервируют). Такие резервные модули выделяют на уровнях устройств, элементов и деталей, что существенно повышает ремонтопригодность СМИТ.

В зависимости от способа ввода в ПС резервных СМИТ или их модулей различают горячее и холодное резервирование.

При горячем резервировании резервные СМИТ или их модули вводят в действие на этапе ЭИО СМИТ на стройплощадке, что усложняет обслуживание (необходимо выявлять вышедшие из штатного режима функционирования СМИТ или их модули и оперативно их заменять). Холодное резервирование легче в обслуживании: резервное СМИТ включают в строительный процесс только при полном выходе из строя основного СМИТ.

Учет возможности резервирования позволяет с большей степенью надежности планировать и осуществлять ЭИО СМИТ, планировать работу ремонтных служб и подразделений ПСМ с учетом разнотипности используемых СМИТ, проектировать в САПР приоритетные схемы и технологии ЭИО СМИТ.

В третьей главе исследован системный подход к изучению ЭИО СМИТ как сложной социально-технической организационно-технологической системы, призванной оперативно реагировать на проявления возмущающих факторов СП и обеспечивать его ОТН в заданном диапазоне. Базовая модель функционирования системы ЧТС (рис.4) в общем виде учитывает функциональные воздействия и взаимосвязи между компонентами.

Рис.4. Базовая инфографическая функциональная модель сложной социально-технической организационно-технологической системы ЧТС

На уровне рассмотрения отдельных компонентов (рис.3) объект изучения не разделяют на составляющие его части, не всегда учитывают имеющие место в реальной практике вза-имосвязи, воздействия и изменения разных компонентов базовой модели. Следующий уро-вень рассматривает три вида взаимодействия отдельных компонентов: направленное воздействие одного компонента на 14

Двухсторонние стрелки отображают взаимосвязь компонентов, а односторонняя жирная стрелка - воздействие на такую взаимосвязь («погружение»).

другой (управление или регулирование); взаимосвязь (цикл); противодействие (рис.4).

Взаимодействие ПС и СМИТ нагружено управляю-щим (регулирующим) воздействием ПСМ

Рис.5. Функциональное взаимодействие отдельных компонентов (функционеров предприятия строительной механизации ПСМ, средств механизации и транспортирования СМИТ и.процессов строительства ПС).

На модели (рис.5) можно рассматривать каждый её компонент отдельно или во взаимосвязи с остальными компонентами.

Рассмотрены базовая инфографическая модель системы ЧТС и её локальные вырожденные варианты, которые применены в работе для исследования конкретных проблем ЭИО СМИТ. Подробно рассмотрены использованные в исследовании математические модели и рациональные технологии построении в САПР функциональных моделей ЭИО СМИТ в рамках классической задачи принятия решения.

Любое взаимодействие или управляющее (регулирующее) воздействие ПСМ имеет горизонт моделирования (то есть на каком-то этапе его заканчивают).

Если зафиксировать существенное для выполнения строительно-монтажных работ про-межуточное состояние СМР,-, то можно оптимизировать все последующие за этим состоя-нием этапы взаимодействия СМИТ и ПС (вплоть до конечного) и определить условный оптимальный выигрыш (по Р.Беллману), то есть осуществить шаговое управление. Использовать уравнения Р.Беллмана нужно в конце планируемого этапа завершения воздействия и, выходя на начальное состояние этого воздействия, получать безусловный оптимальный выигрыш. Ресурс /-, -определенное количество СМИТ, их ПСМ должно распределить между несколькими ПС. Объект функционального моделирования - ресурсы на определенном промежуточном состоянии СМР; выполнения строительно-монтажных работ. Доход d-, - объем ресурса (разница между стоимостью реализованной строительной продукции и её себестоимостью), который может быть использован (например, инвестирован внутри или вовне предприятия) без ущерба для качества функционирования ПСМ.

В классической задаче полученный на к-ом шаге функционального моделирования доход dk в собственное производство ПСМ не вкладывает, а отчисляет и рассматривает как эффект функциональной деятельности. В условиях рыночной экономики в строительстве для интенсификации развития производства целесообразно после к-то шага функционального моделирования доход dt объединять с оставшимся ресурсом ПСМ, образуя измененные ресурсы гк.

/ J \

Функцию изменения ресурса на к-ом шаге функционального моделирования

будем определять по каждому виду ресурса ПСМ. При распределении ресурсов с вложением доходов в производство существенно важной является методика подсчета дохода dt от всей задействованной в ПС совокупности ресурсов в процессе управления использованием СМИТ.

В случае, когда решаем задачу обеспечить max d, в конце у'-го шага управления функциональным моделированием ЭИО СМИТ, то на всех предыдущих шагах к = 1, j-1 доход dk = 0 и суммарный доход (выигрыш) ¿У,- = 0. На у'-ом шаге управления функциональным моделированием ЭИО СМИТ Щ - Fzmj (rj + dj.h Эти результаты подставляем в уравнение Р.Беллмана и программируем задачу функционального моделирования от начала к концу с учетом начального объема ресурсов Zdm4.

Если априорные вероятности свершения тех или иных вариантов функционального моделирования при управлении ЭИО СМИТ ПС не удается изучить или задать, то будем применять принцип недостаточности основания, т.е. считать все возможные варианты функционального моделирования равновероятными.

Поскольку при равных вероятностях неопределенность максимальная, используем принцип пессимизма и сопутствующий ему критерий Рауса-Гурвица, известный в компьютерных информационных технологиях САПР также как «критерий пессимизма-оптимизма».

ФМ при управлении ЭИО СМИТ отображено (рис.6) в виде иерархического графа (дерева) последовательности многоэтапных решений, требующего оптимизации. Рассмотрено функциональное моделирование надежности СМИТ по критерию снижения риска выхода СМИТ из штатного режима ЭИО в процессе реализации ПС. Его выполняют для универсальных (обслуживающих строительные организации по территориальному признаку всеми видами СМИТ) и для специализированных ПСМ (обслуживающих любые строительные организации любой территориальной принадлежности строго определенной номенклатурой СМИТ, предназначенных для осуществления строго определенных видов СМР).

В процессе моделирования осуществлены сбор и обработка данных по отказам СМИТ, плотности потока таких отказов в процессе эксплуатации СМИТ в ПС, вычисление коэффициента готовности СМИТ и оптимальной кратности их резервирования.

Исследованные СМИТ систематизированы по уровням, соответствующим «Общему классификатору промышленной продукции», и распределены по признакам сходства, различия и взаимосвязей (табл.1).

Рис.6. Функциональное моделирование многоэтапных решений ЭИО СМИТ ПС

Класс СМИТ разделен на подклассы, группы, подгруппы, виды, подвиды и индексы.

Класс - совокупность СМИТ, имеющих общее назначение в строительном производстве. Подкласс - совокупность СМИТ, выполняющих определенный вид СМР. Группа - совокупность сходных по принципу действия СМИТ.

Таблица 1. Определение объекта-представителя в диссертационном исследовании

Класс Средства механизации и транспортирования (СМИТ)

Подкласс Машины гругоподъемные

Группа Краны грузоподъемные

Подгруппа Краны стреловые самоходные грузоподъемностью 4-250т

Вид Краны стреловые самоходные грузоподъемностью 25т

Подвид Краны пневмоколесные

Индекс (объект-представитель) Кран пневмоколесный электрический КС-5363А

Подгруппа - это СМИТ, объединенные принципом действия, методом выполнения технологической операции ПС, конструктивной схемой и лимитированные значением главного параметра. Вид - разновидность СМИТ в подгруппе. Подвид - группа СМИТ внутри вида, отличающаяся конструктивным исполнением (например, конструктивным исполнением ходового устройства СМИТ). Индекс - обозначение модели СМИТ конкретного подвида.

Уровень «индекс» позволил выявить конкретный объект-представитель СМИТ.

В четвертой главе рассмотрено экспериментальное и практическое применение функциональных моделей ЭИО СМИТ ПС в строительных и проектных организациях Москвы и Ростова-на-Дону, для организации которого диссертантом разработана методика исследования и оптимизации рассмотренных в третьей главе показателей.

При внедрении результатов диссертационного исследования осуществлены диагностика и мониторинг значений общей ОТН объекта-представителя СМИТ (крана пневмоколесного электрического КС-536А, рис.7) и ОТН его функциональных модулей (рис.8) в процессе эксплуатации и обслуживания СМИТ на объектах внедрения (г. Москва).

При разработке методических материалов в процессе экспериментального внедрения результатов диссертационного исследования были учтены специфические проявления современных ПС (повышенные сложность СМР, мощность и

производительность СМИТ, компьютеризированные и автоматизированные технологические процессы контроля и управления в ПС, повышенная вероятность и серьезность последствий потенциальных чрезвычайных ситуаций и аварий на стройке и др.).

Динамвка нзмеиеввя органнзацвовао-гехнологнческой вадежвостн (ОТН) функциональных модулей объекта-представителя СМИТ (крана пнеемоколесного электрического КС-536Л) в процессе их эксплуатации и обслуживания (ЭИО)

Функциональные модули объекта - представителя СМИТ

Ка - Крановый агрегат

Дг - Двигатель

Дж- Движитель

(ходовая часть)

Рис.7. Результаты диагностики и мониторинга общей ОТН объекта-представителя СМИТ в 20092013гг.

Первоначально экспериментальное внедрение результатов диссертационного исследования и отработка положений методики исследования и оптимизации показателей качества ЭИО СМИТ были осуществлены в процессе возведения в Москве многофункционального центра «Ростокино» из сборных железобетонных конструкций заводского изготовления (в дальнейшем это сооружение получило коммерческое название «Золотой Вавилон»),

Многоэтажный комплекс этого центра состоит из нескольких десятков отдельных тем-пературно-деформационных блоков размерами в плане около 50х50м с крупными сетками колонн (от 8,2x11,2м до 11,2x11,8м). В процессе применения результатов диссертационного исследования были рассмотрены возможные варианты монтажа сборных строительных конструкций разными типами монтажных кранов: КС-5363А и КБ-674А (А-2), Россия; LC-8952 и 21LC550, фирма Comansa, США; MD900 и МС310, фирма Potain, Франция и ряд других используемых в России пневмоколесных электрических, башенных и стреловых кранов.

Показано, что более целесообразен в этом случае был монтаж конструкций по смешанной схеме, когда более тяжелые элементы (колонны первого яруса) монтирует стреловой кран (на гусеничном или пневмоколесном ходу), а все остальные элементы можно монтировать отечественными либо зарубежными башенными кранами грузоподъемностью 12-16т., номенклатура которых более обширна.

Рис.8. Доля функциональных модулей объекта-представителя (кранового агрегата, двигателя и движителя) в общей ОТН исследованного СМИТ по годам (2009-201 Згг.).

На первом этапе (колонны первого яруса) наиболее оптимальным СМИТ был признан кран пневмоколесный электрический двухканатный КС-5363А грузоподъемностью 25т с двигателем дизель-электрическим ЯМЭ-236 и стрелой 17,5м с удлиняющими вставками (сумм-марная высота со вставками 25м). Для использованного на первом этапе возведения многофункционального центра «Ростокино» крана КС-5363А средняя расчетная интегральная нара-ботка на отказ оказалась равной примерно 118ч или около 3 тыс. циклов подъема груза (при норме не ниже 100 ч или 2,5 тыс. циклов), что указывает на достаточную надёжность крана.

Интенсивность

Рис.9. Диапазоны (периоды) графика интенсивности отказов объекта-представителя СМИТ.

На рис.9 показаны диапазоны (периоды) графика интенсивности отказов объекта-представителя СМИТ.

Было применено общее резервирование (заключен договор на возможность экстренной поставки в случае выхода из штатного режима крана аналогичного ему в течение суток, т.е. одной рабочей смены). На протяжение строительства (13 месяцев) такое резервирование сработало дважды. Расчетная наработка на отказ крановых двигателей составила 8-12 тыс. ч., в связи с чем было предусмотрено фрагментарное резервирование, которое сработало в отношении электродвигателя крана КС-5363А за время строительства один раз.

Отказы и сбои в работе СМИТ в процессе экспериментального внедрения характеризовали количественными расчетными значениями показателей надежности:

• средняя наработка до отказа и между отказами;

• заданная наработка;

• среднее время простоя и восстановления;

• вероятность и интенсивность восстановления СМИТ;

• средняя суммарная и удельная трудоёмкость технического обслуживания СМИТ за определенный период;

• средняя и удельная суммарная трудоёмкость и стоимость ремонтов СМИТ за определенный период эксплуатации и др.).

В процессе внедрения рассмотрены варианты функционального моделирования ЭИО СМИТ, в частности - кранового хозяйства (используемых кранов с вильчатыми оголовниками), которые были учтены в процессе оптимизации технологий монтажа сборных конструкций многоэтажного каркасного здания с крупной сеткой колонн.

Опытно-промышленное внедрение результатов диссертационного исследования осуществлено затем в ООО «СТРОЙ-ЗАПАД» и ООО «Институт общественных зданий» (Москва), ООО «СК Мегаполис» (Ростов-на Дону).

При аналитических обоснованиях инвестиций этих организаций использованы разработанные диссертантом практические рекомендации, руководящие материалы и информационные технологии функционального моделирования процессов и ресурсных потоков эксплуатации и обслуживания СМИТ при возведении и реконструкции строительных объектов с заданным диапазоном организационно-технологической надежности строительного производства, предназначенные для использования в автоматизированных системах проектирования, планирования и управления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Строительство базируется на общих принципах управления, свойственных экономике страны. Но это самостоятельная отрасль материального производства со спецификой организации и функционирования органов управления, форм и способов проектирования и выполнения СМР (подрядный и хозяйственный). Строительство разделено на подотрасли по функциональному назначению возводимых или переустраиваемых объектов (жилищно-гражданское,

промышленное, транспортное, трубопроводное и др.); это объектно-функциональный признак систематизации. Вместе с тем, отрасль строительства включает в себя множество однотипных и разнородных организаций, разбросанных на огромной территории РФ, которые систематизированы по территориальному признаку. Кроме того, в организации строительства имеет место технологический принцип формирования организационных структур и процессов деятельности.

Такое многообразие существенно усложняет организационно-технологическое проектирование в САПР строительства и не позволяет предполагать решение проблем всего множества строительных организаций и СМИТ в рамках одного унифицированного методологического подхода.

2. В строительстве переход к действительно рыночным отношениям далек от завершения, а ситуация с механизацией строительного производства сложна, противоречива и неоднозначна. Можно условно выделить два множества реально существующих ПСМ, в первом из которых используют отечественную строительную технику десяти и более летней давности, вынуждены в условиях жесткой экономии прибегать к сдаче её в аренду (так как не имеют постоянных заказов на исполнение СМР). Существует и второе множество организаций, обладающих новой современной (или относительно новой) зарубежной строительной техникой, но эксплуатация таких средств механизации строительства не приносит им основной прибыли (то есть, они не могут быть полностью отнесены к разряду ПСМ).

3. Аренда зарубежной строительной техники в крупных городах РФ, как правило, пока не развита широко, стоимость такой услуги существенна, а срок аренды непродолжителен. Отечественные производители не всегда могут предложить по конкурентоспособной цене высоконадежную строительную технику, комплектуют её запчастями и агрегатами зарубежного производства (двигателями, гидроагрегатами и системами и т.д.). Такие «промежуточные» между отечественными и зарубежными комплекты оборудования не всегда внушают доверия и подталкивают потребителя на приобретение импортной техники (часто -уже бывшей в пользовании) известных производителей.

4. Сказанное убеждает в том, что в ведении ПСМ (или строительных организаций, приобретающих или арендующих строительную технику) часто находится крайне «разношерстное» множество СМИТ, эксплуатацию и обслуживание (ЭИО) которых предприятие вынуждено осуществлять своими силами для того, чтобы хотя бы в первом приближении оптимизировать ЭИО. Такую «оптимизацию», как правило, пытаются осуществить по принципу «выгодности» на интуитивном уровне. Это очень опасный путь, в строительстве конкуренция очень сильна, нужны взвешенные и качественные решения функционального моделирования ЭИО строительной техники.

5. Используемые в советское и постсоветское время методики оптимизации ЭИО оказались далекими от сегодняшней действительности, расчётные стоимости в них завышены, они не учитывают изменений законодательства и многообразия

специфических рыночных ситуаций в строительстве. В этом аспекте механизация строительства - почти не освоенная область, где экономические проблемы решают снижением (а порой - отсутствием) инвестирования, приобретением недорогих средств механизации, постоянной эксплуатацией техники в зоне её износа и т.д. Такой подход к «оптимизации» приводит к некачественным решениям в сфере ЭИО. Поэтому организационно-технологическое проектирование ЭИО строительной техники требует серьезного научного подхода.

6. Для обеспечения возможности управления на основе функционального моделирования организационно-технологической надежности (ОТН) инвестиционно-строительного процесса в зависимости от разных внешних и внутренних возмущающих факторов в диссертации выполнены:

анализ современных методов ЭИО средств механизации и транспортирования (СМИТ) в процессах строительства (ПС), как сложной системы «человек-техника-среда» (ЧТС), призванных обеспечивать необходимый уровень ОТН ПС в зависимости от разных внешних и внутренних возмущающих факторов;

адаптация интуитивных методов и рациональных технологий САПР при построении функциональных моделей ЭИО СМИТ ПС в рамках классической задачи принятия решения;

разработка компьютерных технологий распределения минимизированных ресурсов для вложения их в производственные процессы ЭИО СМИТ ПС на основе систематической диагностики и мониторинга параметров календарного планирования ПС, параметров функционирования СМИТ ПС и фактической загруженности обеспечивающих ЭИО и ремонт СМИТ бригад и технологических линий;

планирование эксперимента в условиях ненадежной исходной информации или её полного отсутствия, разработка компьютерной технологии многоэтапного принятия решений в ЭИО СМИТ;

выбор типа задачи оценивания результатов функционального моделирования ЭИО СМИТ ПС;

разработка методических материалов и алгоритмов внедрения результатов диссертационного исследования при организационно-технологическом проектировании ресурсного обеспечения ПС с учетом эффективного использования СМИТ.

7. Экспериментальное внедрение и отработка методических материалов выполнены в процессе возведения в Москве ЗАО «Коммерческое агентство «Гепард» многофункционального центра «Ростокино» из сборных железобетонных конструкций заводского изготовления. Опытно-промышленное внедрение результатов диссертационного исследования осуществлено затем в ООО «СТРОЙ-ЗАПАД» и ООО «Институт общественных зданий» (Москва), ООО «СК Мегаполис» (Ростов-на Дону). При аналитических обоснованиях инвестиций этих организаций использованы разработанные диссертантом практические рекомендации, руководящие материалы и информационные технологии функционального

моделирования процессов и ресурсных потоков эксплуатации и обслуживания СМИТ при возведении и реконструкции строительных объектов с заданным диапазоном организационно-технологической надежности строительного производства, предназначенные для использования в автоматизированных системах проектирования, планирования и управления.

8. Сформулированы перспективные направления дальнейших исследований:

• разработка отвечающих современным рыночным условиям экономики РФ руководящих материалов по автоматизированному проектированию ЭИО строительной техники по всему диапазону СМИТ;

• разработка методики расчета количественных показателей качества ЭИО СМИТ ПС.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Фахратов, В.М. Основные показатели деятельности предприятий строительной механизации при реализации рыночных отношений в строительном производстве / Интернет: новости и обозрение.- Инфография в системотехнике. -2008. - №3. - Часть1. - С. 16-25.

2. Фахратов, В.М. Применение методов теории массового обслуживания для разделения процесса ремонта строительных машин на стадии / Интернет: новости и обозрение. - Инфография в системотехнике. - 2009. - №2. - С.35-46.

3. Фахратов, В.М. Инвестиционная деятельность применительно к парку строительных машин / Управление инвестиционно-строительным и жилищно-коммунальным комплексами: Междунар. сб. науч. тр. - М., МГАКХиС, 2010. -С.363-365.

4. Фахратов, В.М. Показатели деятельности предприятий строймеханизации при рыно-чных отношениях в строительном производстве / Модернизация инвестиционно-строительного и жилищно-коммунального комплексов: Междунар. сб. науч. тр. - М., МГАКХиС, 2011. - С.573-579.

5. Фахратов, В.М. Алгоритмизация моделирования организационно-технологических систем технического обслуживания парка строительных машин // Организационно-техноло-гические инновации жилищно-коммунального и инвестиционно-строительного комплексов в развитии города: Междунар. сб. науч. тр. - М„ МГАКХиС, 2012. - С.760-767.

6 *. Моделирование автоматизации проектирования логистических систем и потоковых процессов в строительстве [Электронный ресурс] / О.В. Мартинсон, В.М. Фахратов, Е.В. Селезнева и др. // Вестник МГСУ. - 2012. - №1. - С.188-191.

7*. Задачи моделирования и автоматизации проектирования организационно-технологических систем / В.М. Фахратов, О.В. Мартинсон, Е.В. Селезнева и др. // Вестник МГСУ. - 2012. - №1. - С.192-195.

8 *. Нормирование уровня организационно-технологической надежности функционирования промышленного предприятия / Р.К. Газарян, В.М. Фахратов, A.B. Беляев и др. //Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Политематическая. -2012. -Вып. 3(23).-С. 1-6.

9 *. Фахратов, В.М. Экономико-функциональная оптимизация срока службы СМИТ при максимизации прибыли от его эксплуатации в строительном производстве / Экономика и предпринимательство, 2015, №6 (ч.З) (59-3), С. 541544.

10 *. Гинзбург, A.B., Фахратов, В.М. Функциональное моделирование эксплуатации и обслуживания средств механизации и транспортирования в процессах строительства в среде САПР / Естественные и технические науки, 2015, №6 (84) - С.407-409.

* Публикации в реферируемых журналах из перечня ВАК РФ.

Лицензия ЛР №020675 от 09.12.1997 г. ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский

_Московский государственный строительный университет»

Подписано в печать: 25.09.2015. Формат: 60x84 1/16 Печать: XEROX Объем: 1,0 п.л._Тираж: 100_Заказ №: б/н

129337, г. Москва, Ярославское ш„ 26, НИУ МГСУ