автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Инфографическое моделирование характеристик закрытых передвижных рабочих мест в САПР строительства

Введение

1. Проблемы инфографического моделирования характеристик закрытых передвижных рабочих мест (ЗПРМ) в системах автоматизированного проектирования (САПР) строительства

1.1. Организационно-технологические особенности СМИТ в строительном производстве

1.2. Выбор объекта - представителя ЗПРМ.

1.3. Организационно-технологическая надежность как основной параметр строительного производства.

1.4. Анализ вероятностного характера строительного производства и обоснование организационно-антропотехнической надежности (ОАН) как важного параметра ОТН строительства

1.5. Выводы по главе

2. Методологические основы исследования и моделирования закрытых передвижных рабочих мест.

2.1. Концептуальная модель тенденций развития системы ЧТС и ее детализация

2.2. Инфографическое моделирование комплексной оценки и сопоставления систем ЧТС.

2.3. Компьютерные информационные технологии исследования и моделирования систем ЧТС в САПР строительного производства.

2.4. Методологическая схема исследования.

2.5. Выводы по главе

3. Исследование и разработка методов автоматизированного проектирования ЗПРМ СМИТ с заданным уровнем ОАН.

-33.1. Взаимосвязь отдельных компонентов в системе ЧТС.

3.2. Инфографическое моделирование характеристик СМИТ в среде строительного производства.

3.3. Инфографическое моделирование характеристик человека-оператора в ЗПРМ СМИТ строительного производства

3.4. Комплексная интегральная оценка качества системы ЧТС

3.5. Выводы по главе 3.

4. Внедрение и анализ результатов диссертационного исследования

4.1. Внедрение результатов исследования при проектировании и переустройстве ЗПРМ СМИТ строительного производства.

4.2. Анализ результатов исследования.

4.3. Оценка экономической эффективности применения ПЭВМ

Актуальность темы. Функциональная система «человек - техника -среда» (или «Система ЧТС») - интегральный объект исследования многих научных направлений [176]. Техническую компоненту строительных систем ЧТС исследуют по различным показателям качества и эффективности более 80 лет (Афанасьев JI.JL, Брилинг Н.Р., Великанов Д.П., Володин А.Н., Григорьев М.А., Грифф М.И., Журавлев А.А., Илларионов В.А., Литвинов А.С., Мемин EJL, Михеев Е.Н., Николенко В.Ф., Островский Н.Б., Певзнер Я.М., Платонов В.Ф., Полунгян А.А., Ротенберг Р.В., Токарев А.А., Фальке-вич Б.С., Фаробин Я.Е., Фахсиев Х.А., Федюкин В.К., Чудаков Е.А., Шейнин A.M. и др.), получены значимые научные результаты.

Отечественные и зарубежные исследования закрытых стационарных и передвижных рабочих мест (ЗПРМ) в строительстве (Вейкум И.И., Иващенко А.В., Никифоров С.Ю., Овчинников С.Г., Мастуров И.Я., Смирнов П.Н., Тротиньон Ф., Хаббард Д., Чулков В.О. и др.) показали, что по степени влияния на сроки, результаты и качество строительства проблема комплексной оценки ЗПРМ машиниста или оператора, осуществляющего разные виды трудовой деятельности с использованием средств механизации и транспортирования (СМИТ) в строительном производстве, является одной из главных.

Результаты НИР в строительном производстве, выполненных в 19972003гг. в МГСУ, МАДИ, ЦНИИОМТП, НПО «Поиск» и ряде других научно-исследовательских институтов и ВУЗов, позволяют утверждать, что ЗПРМ СМИТ является наиболее экстремальным звеном систем ЧТС.

Организационно-антропотехническая надежность (ОАН), как важный показатель качества функциональных систем ЧТС, был предложен д.т.н. профессором Чулковым В.О. в 1996г. Для ЗПРМ СМИТ диагностику и мониторинг ОАН осуществляют с применением инженерной технологии приборной квалиметрической оценки уровня комфорта производственной деятельности человека-оператора [151 и др.].

Исследования и публикации последних лет [152, 153 и др.] показали, что человек-оператор, осуществляющий процессы строительного производства в ЗПРМ СМИТ, не всегда способен самостоятельно разобраться и сфор-му-лировать, какое воздействие на него оказывает трудовая деятельность в ЗПРМ. В результате он может систематически находиться под патогенным для него воздействием, не осознавая этого и не предпринимая никаких действий по компенсации такого воздействия. Поэтому, кроме субъективного мнения самого человека, необходимо иметь объективную инженерную при-борно определяемую (замеряемую в любой необходимый момент) оценку параметров исследуемого ЗПРМ СМИТ и степени взаимного соответствия человека и ЗПРМ СМИТ. Некое разнообразие таких объективных характеристик системы ЧТС необходимо на основе инфографического моделирования свести к единой комплексной интегральной оценке («свертке»), однозначно характеризующей качество функциональной системы ЧТС в целом. Необходимо также научиться отображать динамику изменения этой «свертки» с помощью инфографического моделирования в среде САПР строительства.

Поэтому тема диссертационного исследования представляет собой актуальную научную проблему, обладающую значительной научной новизной и практической ценностью.

Научно-техническая гипотеза предполагает значительное повышение эффективности функционирования человека в ЗПРМ СМИТ на основе: формирования методов расчёта организационно - антропотехнической надежности (ОАН); использования методов и компьютерных информационных технологий обследования ЗПРМ СМИТ с целью определения текущих значений УКО и мониторинга динамики их изменения в пространстве и времени; включения этих методов и информационных технологий в состав САПР организации строительного производства.

Цель диссертации: разработка в интегрированной информационной среде САПР методов оценки качества ЗПРМ СМИТ и их проектирования с заданным или расчетным уровнем организационно - антропотехнической надежности (ОАН).

Задачи исследования: анализ особенностей СМИТ строительного производства как системы ЧТС и обоснование выбора объекта-представителя СМИТ; анализ вероятностного характера строительного производства и обоснование ОАН как важного параметра организационно-технологической надежности строительства; анализ зарубежного и отечественного опыта оценки существующих ЗПРМ СМИТ в строительстве; анализ специфики ЗПРМ как технологической компоненты объекта-представителя СМИТ; разработка методологических основ и методологической схемы диссертационного исследования; разработка организационно-функциональной технологии исследования системы ЧТС, диагностики и мониторинга качества ЗПРМ СМИТ; разработка инфографических моделей комплексной интегральной оценки ЗПРМ СМИТ на основе адаптации инфографического метода проектирования; разработка методики и алгоритма автоматизированного проектирования организации строительства с заданным уровнем ОАН; экспериментальное внедрение и обоснование эффективности результатов диссертационного исследования.

Объект исследования: ЗПРМ СМИТ строительного производства. Предмет исследования: организационно - антропотехническая надежность (ОАН) строительного производства.

Методологические и теоретические основы исследования: работы отечественных и зарубежных ученых в области системотехники строительства; теории: функциональных систем, моделирования, инфографии, математической статистики; теория и прикладные исследования системы ЧТС в целом и ее отдельных компонентов в строительстве.

Достоверность результатов обеспечена применением обоснованных теоретических и экспериментальных методов с приемлемой сходимостью полученных данных, а также результатами натурных испытаний на образцах ЗПРМ СМИТ при их эксплуатации в реальных условиях строительного производства.

Научная новизна выносимых на защиту результатов диссертационного исследования состоит в том, что впервые: предложена научная гипотеза о необходимости значительного повышения эффективности функционирования человека-оператора на основе методов расчёта и измерения организационно - антропотехнической надёжности (ОАН) ЗПРМ СМИТ и включения этих методов в состав САПР организации строительного производства; разработана методология выбора объекта-представителя ЗПРМ СМИТ в строительном производстве; разработаны организационно-функциональная компьютерная технология и схема САПР, включающая в себя блок исследования и проектирования функциональной системы ЧТС, обеспечивающей заданный уровень ОАН; разработаны инфографические модели комплексной интегральной оценки качества ЗПРМ СМИТ на основе адаптации инфографического метода проектирования в среде строительной антропотехники; разработана информационная технология оценки ОАН ЗПРМ СМИТ. Практическая значимость работы. Разработанный автоматизированный метод инфографического проектирования позволяет формировать организационно-функциональную информационную технологию оценки ОАН ЗПРМ СМИТ, способную решать при проектировании систем ЧТС две основные задачи обоснованного выбора: оператора, способного качественно осуществлять трудовую деятельность в конкретном ЗПРМ СМИТ строительного производства, обеспечивая заданный уровень ОАН;

ЗПРМ СМИТ, в котором конкретный оператор способен качественно осуществлять трудовую деятельность в строительном производстве на заданном уровне ОАН.

Внедрение результатов теоретических исследований, инфографи-ческие модели, алгоритмы, программы и организационно - функциональная информационная компьютерная технология оценки ОАН ЗПРМ СМИТ осуществлено в 2001-2003гг. при экспериментальном определении и мониторинге параметров системы ЧТС на производственной территории ЗАО «Метро-вагонмаш» в г. Мытищи Московской области, осуществляющего производство СМИТ для строительства, а также на строительных площадках вновь возводимых и переустраиваемых объектов строительства Московской области. Для отработки методики измерений и накопления статистических данных о конкретных ЗПРМ СМИТ, был проведен ряд экспериментов на трех моделях СМИТ производства ЗАО «Метровагонмаш».

Независимые контрольные испытания после модернизации ЗПРМ СМИТ были проведены на строительном полигоне ОАО «РИАТ», г. Набережные Челны. В рамках испытаний исследованы строительные грузовые бортовые СМИТ («саморазгрузчики») с гидроманипуляторами «Синегорец»-75, МКС-4032 (последний в сочетании с базовым и модернизированным ЗПРМ), определены интегральные критерии ИКЧТС оценки системы ЧТС для различных вариантов (3 разных объекта-представителя СМИТ и 3 разных механика-оператора).

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были обсуждены на семинаре секции «Системотехника строительства» Научного Совета по комплексной проблеме «Кибернетика» РАН (2000-2002гг.), на Московском городском семинаре «Системология и системотехника комплексной обработки данных и документации» (2001-2002 гг.), на конференции «Франс Тех в России» (октябрь 2003г., Экспоцентр, Краснопресненская набережная, д. 14), на научных семинарах лаборатории «Информационные технологии, экономика и безопасность жизнедеятельности» ЦНИИОМТП, на научных и научно-методических семинарах проектных организаций отрасли строительства РФ.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано в 2001 - 2003 гг. четыре печатных научных работы общим объемом 2,3 п.л. (доля соискателя 1,7 п.л.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Основной текст диссертации (без рисунков, таблиц, списка использованной литературы и приложений) содержит 125 страниц машинописного текста. В работе 35 рисунков и 20 таблицы. Список использованной литературы содержит 243 наименования отечественных и зарубежных источников.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ отечественного и зарубежного опыта моделирования и исследования трудового, технического, технологического, организационного, информационного и других обеспечений и процессов с целью их автоматизированного проектирования как взаимосвязанных компонентов строительного производства выявил, наряду со значительными успехами в разработке новых современных подходов к этой проблеме, необходимость детального исследования отдельных компонентов строительства как функциональных систем деятельности. Одним из типичных объектов-представителей технического обеспечения строительного производства являются средства механизации и транспортирования (СМИТ), в которых наиболее экстремальным, по воздействию на эффективность трудовых процессов и качество строительной продукции, элементом являются закрытые передвижные рабочие места (ЗПРМ)

2. Выявлена и обоснована возможность и необходимость моделирования (математического, имитационного, эвристического и др.) строительного производства в целом, его отдельных компонент, а также СМИТ и их ЗПРМ на основе единой инфографической модели системы «человек-техника-среда» (сокращенно «системы ЧТС»). Известны фрагментарные исследования с использованием инфографического моделирования в строительном переустройстве городских территорий и инженерных коммуникаций, в строительных системах обработки документации и данных (СОДЦ), в организационно-технологическом проектировании подготовки строительного производства. Инфографическое моделирование ЗПРМ СМИТ в строительстве предлагается впервые.

3. Инфографический метод визуально-образной соорганизации отдельных деятелей или их коллективов при отображении и анализе динамики изменения значений параметров отдельных компонентов системы ЧТС и их взаимосвязей в процессе проектирования технологии и организации строительного производства подразумевает создание, переработку и использование таких объемов информации, которые эффективно могут быть использованы только в среде компьютерных информационных технологий систем автоматизации проектирования (САПР) в строительстве. Такое направление в САПР строительного производства только начинает разрабатываться и представляет значительный научный и практический интерес.

4. Выдвинута научная гипотеза о возможности значительного повышения эффективности функционирования человека-оператора в ЗПРМ СМИТ строительного производства на основе: формирования методов расчёта организационно-антропотехнической надёжности (ОАН) как важного показателя эффективности функционирования системы ЧТС; использования методов и компьютерных информационных технологий обследования ЗПРМ СМИТ в строительстве с целью определения текущих значений параметров функционального состояния оператора (ФСО) в процессе выполнения им профессиональной строительной производственной деятельности и мониторинга динамики изменения значений этих параметров пространстве и времени; включения этих методов и информационных технологий в состав САПР организации строительного производства.

5. В результате анализа работ отечественных и зарубежных ученых в области технологии и организации строительства, системотехники функциональных систем деятельности, моделирования, инфографии, математической статистики, теории и практики исследования систем ЧТС в целом и их отдельных компонентов в строительстве позволили сформировать методологические основы автоматизированного проектирования ЗПРМ СМИТ и использовать их в процессах проектирования новых и переустраиваемых ЗПРМ, а также при их производстве.

6. Разработанные методики исследования параметров функционирования отдельных компонентов системы ЧТС (человекаоператора, техники и среды) и определения комплексного показателя качества функционирования системы ЧТС как инфографической модели строительного производства были проверены в процессе эксперимента, содержащего три цикла: три разных водителя-оператора последовательно осуществляли производственные процессы строительного производства на трех различных объектах-представителях ЗПРМ СМИТ каждый. Реализованные методики и информационные технологии САПР ЗПРМ СМИТ позволили решать две основных задачи выбора: при фиксированном ЗПРМ СМИТ подобрать наиболее подходящего к нему водителя-оператора; при фиксированном водителе-операторе подобрать ему вариант ЗПРМ СМИТ, обеспечивающего наилучшее ФСО.

7. Дальнейшее развитие диссертационного исследования должно быть направлено на изучение многообразия функциональных систем ЧТС в строительстве, систематизацию специализированных работ строительного производства, формирование требований к модернизируемым и вновь создаваемым ЗПРМ СМИТ, организацию и поддержание базы данных мониторинга значений параметров ФСО для различных видов СМИТ и их ЗПРМ.

1. Авилов В. А. Математико-статистические методы технико-экономического анализа производства, «Экономика», Москва, 1967.

2. Автоматизация проектирования БИС.-В 6 кн.-Практич. Пособие: Кн.1. Г.Г.Казеннов и др. Принципы и методология построения САПР БИС.-Под ред. Г.Г.Казеннова.-М.:Высш. Шк., 1990.-142с., ил.

3. Автоматизация проектирования строительных и технических объектов / Д.А.Аветисян, В.П.Игнатов, Г.Д.Фролов, Г.Я.Эпельцвейг.-М.: Наука, 1986.-135с.,ил.

4. Автоматизированное проектирование. Геометрические и графические задачи / В.С.Полозов, О.А.Будеков, С.И.Ротков и др.-М.:Маши-ностроение,1983.- 280 е.,ил

5. Автомобильные транспортные средства /Великанов Д.П., Бернацкий В.И., Нифонтов Б.Н., Плеханов И.П./ под ред. Великанова Д.П. М: Транспорт, 1977. - 326 с.

6. Азгальдов Г., Райхман Э. О квалиметрии.- М.: Изд-во стандартов, 1973.-172с., ил.

7. Азгальдов Г.Г. О взаимосвязи качества и потребительской стоимости, «Стандарты и качество», Москва, 1971.

8. Альперин JI.H. Об инженерно психологической оценке качества технических устройств, «Стандарты и качество», Москва, 1967 г.

9. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем.-М.: Наука,1975.-156с.

10. Анохин П.К. Принципиальные вопросы общей теории функциональных систем.-М.:АН СССР, 1971.-60с.

11. Антанавичус К.А. и др. Современная технология управления строительным производством.- М.: Стройиздат, 1990.- 224с.

12. Антонов Д. А. Теория устойчивости движения многоосных автомобилей. -М.: Машиностроение. 1978. -216 с.

13. Афанасьев В.А. Поточная организация строительства.- JL: Стройиздат, Ленинградское отделение, 1990.- 303е.,ил.

14. Афанасьев JI.JT. и др. Единая транспортная система и автомобильные перевозки. М: Транспорт, 1984. - 167 с.

15. Ашерова С.М., Мастуров И.Я. К анализу зависимостей качества и объема здоровья / Сб.науч.тр. УМЭ.-1996.-№3.-9с.,ил.

16. Банин А.П. Эффективность охраны окружающей среды в капитальном строительстве.- М.:Стройиздат, 1982.-233с.,ил.

17. Баранцев Р.Г. Системные триады и классификация. Теория и методология биологических исследований. М., 1983

18. Безопасность жизнедеятельности. Организационно-антропотехническая надежность мобильной среды строительного производства / Под ред. В.О.Чулкова.-М.:АСВ, 2003.-186с.,ил.

19. Богатуров А.Д. Стратегия «навязанного консенсуса».-Научно -образователь-ный форум по международным отношениям.-2002.- 6с.

20. Болотов В.П., Осипов В.А., Сатаев А.Г., Чулков В.О. Применение твердотельного моделирования при прочностных расчетах в САПР / В сб. «Компьютерная графика в науке и искусстве».-Владивосток: ДВГМАД996.- С.37-38.

21. Будников М.С., Недавний П.И., Рыбальский В.И. Основы поточного строитель-ства.-Киев:Госстройиздат УССР, 1961 .-21 Ос.,ил.

22. Бурков М.С. Специализированный подвижной состав автомобильного транспорта. М., Изд. Транспорт., 1979. с.296

23. Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения: Пер. с англ.- М.: Конкорд, 1992.- 519с.,ил.

24. Бызов J1.A. Методы графически изображений. М., 1930.

25. Вальдман JI.P. и др. Строительный комплекс в условиях рынка // Экономика строительства.-1990.-№12.-С.50-68.

26. Васильев В.И., Тягунова Т.Н., Хлебников В.А. Триадная сущность шкалы оценивания. ВТУ.

27. Васильева М.Н. Информационные методики воздействия на организм чeлoвeкa.-http://www.stana.ru/lections/lectl .html.-9p.-2001.

28. Вейкум И.И. Автоматизированное проектирование интеллектуального мониторинга при переустройстве жилища // Интернет: новости и обозрение.-2001.-Выпуск 2.-Часть 2.-С.52-63.

29. Великанов Д.П. Эксплуатационные качества автомобиля. —М.: Автотранспорт, 1962.-399 с.

30. Великанов Д.П. Эффективность автомобиля. -М.: Транспорт, 1969. — 239 с.

31. Вентцель Е.С. Теория вероятностей.-М.: Наука, 1969.-576с.

32. Волков А.А. Гомеостат строительных объектов. Часть 1. Концепция и термино-логия // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века.- №10.-2002.-С.22-23.37