автореферат диссертации по строительству, 05.23.13, диссертация на тему:Методы обоснования организации и технологии железнодорожного строительства на основе многомерного анализа

МПС РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

На правах рукописи

МАКСИМОВ АЛЕКСЕЙ ВИКТОРОВИЧ

УДК 625: 658.012.12 М 17

МЕТОДЫ ОБОСНОВАНИЯ ОРГАНИЗАЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА НА ОСНОВЕ МНОГОМЕРНОГО АНАЛИЗА

05.23.13 - Строительство железных дорог

ДИССЕРТАЦИЯ

I

на соискание учен техничек

степени кандидата [сих наук

Научный руководитель 1ндидат технических наук, профессор Э.С. Спиридонов

МОСКВА-1999 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1 Современные организационные и технологические решения в железнодорожном строительстве 12

1.1. Информационное обеспечение обоснования организационных и технологических решений в железнодорожном строительстве 12

1.2. Основы применения новых технологий в моделировании организационных систем 15

1.3. Математические методы оценки организационных и технологических решений строительства и реконструкции железных дорог с позиций многомерного анализа 22

ГЛАВА 2 Рационализация организационных решений в железнодорожном строительстве на основе многомерного анализа 33

2.1. Научные основы оптимизации показателей железнодорожного строительства 33

4

2.1.1. Методика одномерной оптимизации показателей железнодорожного строительства (МООП ЖС) 33

2.1.2. Методика многомерной оптимизации показателей железнодорожного строительства (ММОП ЖС) 35

2.2. Методика многомерного моделирования на уровне организационных решений (УОР) системы железнодорожного строительства (1 этап) 41

2.3. Методика многомерного моделирования на уровне организационно-технологических решений (УОТР) системы железнодорожного строительства (2 этап) 54

2.4. Методика многомерного моделирования на уровне технологических решений (УТР) системы железнодорожного строительства (3 этап) 65

ГЛАВА 3 Исследование показателей многомерного представления

производственной деятельности организаций железнодорожного строительства 87

3.1. Моделирование расчета мощности организаций железнодорожного строительства 87

3.2. Исследование производственной мощности подразделений организационного уровня на основе многомерного анализа 90

3.2.1. Многомерное моделирование мощности организации 90

3.2.2. Исследование поведения (варьирования) коэффициентов эластичности 97

3.2.3. Прогнозные модели мощности организации на основе многомерного анализа и оценка достоверности результатов 102

3.3. Многомерные модели показателей подразделений железнодорожного строительства на организационно-технологическом уровне 108

3.3.1. Исследование ресурсов и возможностей организации 108

3.3.2. Многомерное прогнозное моделирование мощности СМП-351 111

3.3.3. Надежность и оценка достоверности результатов 120 ГЛАВА 4 Многомерные модели организационно-технологических

мероприятий в железнодорожном строительстве 124

4.1. Описание исследуемого объекта 124

4.2, Разработка вероятностной модели многомерного вида для оптимизации работы погрузочно-транспортных комплексов при сооружении земляного полотна желез-

ной дороги 127

4.2.1. Многомерное моделирование для одноканальной СМОЭА 127

4.2.2. Многомерное моделирование для многоканальной СМОЭА 139

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 150

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 152

ПРИЛОЖЕНИЯ 161

Приложение 1 161

Приложение 2 166

Приложение 3 175

Приложение 4 177

Приложение 5 178

Приложение 6 180

Приложение 7 181

Приложение 8 185

Приложение 9 186

ВВЕДЕНИЕ

Железнодорожное строительство в России имеет более чем вековую историю. Российскими учеными, строителями были разработаны методы и способы строительства железных дорог в различных климатических, геологических, гидрологических и др. условиях. В рыночных условиях железнодорожное строительство претерпевает существенные изменения [71, 93, 108].

В настоящее время, в связи с ослаблением государственного управления строительным комплексом и введением рыночных экономических оценок деятельности организаций в строительстве, приобрели особую значимость научные проработки оптимизационных задач организации и технологии производства [21, 77, 102, 106].

Развитие железнодорожного строительства в условиях рыночной экономики может успешно осуществляться только на базе научно-технического прогресса путем внедрения моделей новых технологических процессов, организации, управления и современных технических средств нового поколения [5, 23, 62, 63, 65, 103].

Сложность строительного производства, многообразие зависимости процессов друг от друга, случайность доминирования того или иного фактора в системе в определенный момент времени, побуждают рассматривать вопросы современного строительства в трех- и более мерном представлении с использованием пространственного моделирования и динамически изменяемых систем реального времени, функционирующих на основе искусственного интеллекта [64, 115, 116, 119].

Железнодорожное строительство имеет сложную систему выработки и анализа информации, совершенствование которой может существенно улучшить показатели деятельности строительных фирм, улучшить технологию производства, а также, создать структуру автоматизированного взаимодействия всех основных элементов системы [46].

Каждая компания, фирма, крупная стройка представляют собой сложный организм, изменяющийся во времени. Желательно исследовать производственные процессы настолько глубоко и детально, чтобы в любой ситуации имелась достаточная информация для принятия наилучших вариантов из возможных решений. Разумеется, даже достаточное количество информации не гарантирует успеха, хотя знание безусловно уменьшает риск возникновения непредвиденных ситуаций как в организационно-технологической, так и экономической сфере деятельности фирмы. Известно, что сложные вещи проще понимать, если они тем или иным образом зрительно представлены, а не только описаны словами [110,118,119].

Формальный способ визуализировать состояние производственного процесса - это построить многомерную модель. Следует помнить, что модель не адекватна моделируемой сущности - это всего лишь более или менее верное представление этой сущности. Практически в любой области используются различные виды моделей (математические, физические или компьютерные) [33, 35, 42, 45]. Модельные исследования неизмеримо информативнее традиционных, основанных на обобщении, главным образом, прошлого опыта [20,22].

Совершенство и гибкость моделей, имитирующих производство, расширяет возможности человека в управлении реальными событиями, процессами, объектами. Чтобы разобраться со сложными вопросами развития строительного производства, необходимо рассмотреть не только некоторые положения системологии, но и организационные формы деятельности систем, как локальных, так и сложных, как на микро, так и макроуровнях [137].

На каждом из этих этапов (уровней) решаются определенные задачи, а результаты решения являются основой для постановки целей очередного этапа (уровня). Исследовательская деятельность на каждом этапе предполагает анализ ситуации, выявление тенденций ее возможного развития и формирование цели в соответствии с той тенденцией, которая представляется наиболее эф-

фективной. В случае многомерного математического представления организационно-технологических и управленческих решений, этапность создает предпосылки к изучению и развитию иерархии строительной системы различного уровня, которые проявляются в унифицированности разрабатываемых моделей, их взаимной адаптации в условиях производства, самоусовершенствовании и способности накапливать и обрабатывать информацию [2, 16, 37, 39, 48].

Разработка структуры взаимодействия и выработки организационно-технологических решений на макроуровне является частью данного исследования. При этом используется системный анализ организационных, технологических и управляющих составляющих, принципы и методы реинжиниринга, математический и многомерный анализ [49, 67, 76, 105].

Актуальность проблемы.. Большое внимание в настоящее время уделяется рационализации методов оптимизации выработки организационных, технологических и управленческих решений, применению эффективных технологий, возможностей электронно-вычислительной техники, новых материалов [11, 58].

В настоящее время в железнодорожном строительстве в условиях конкуренции, воздействия экономических законов на подразделения, необходимо уделять большое внимание обоснованности и надежности выработки организационно-технологических решений. Принятие обоснованного решения зависит в полной мере от точности, правильности и соответствия реальным условиям модели, имитирующей тот или иной строительный или технологический процесс. На различных этапах строительства, включая проектирование, возникает необходимость иметь универсальные модели, которые бы системно описывали через целевую функцию производственную ситуацию, строительный процесс, поведение организации, исходя из вида функции при изменении факторов, характеризующих ее.

-8В большинстве случаев морфология процессов, имеющих место в железнодорожном строительстве, включает множество вероятностных параметров, которые заметно усложняют модель. В целях упрощения модели или функциональной зависимости на различных этапах строительства и реконструкции вводятся ограничения, позволяющие абстрагироваться от большинства случайных факторов. Системный анализ в сочетании с имитационным моделированием и экспертными оценками позволяет сузить границы поиска решения целевой функции. В современных условиях, при описании производственных процессов железнодорожного строительства, следует детальнее изучать вопросы вероятностного описания поведения наиболее важных показателей деятельности организации путем компьютерного моделирования. При этом, чтобы имитационная модель более соответствовала реальным условиям железнодорожного строительства, она должна описывать работу системы комплексом многомерных зависимостей. Следует отметить, что введение большого количества факторов усложняет модель. Многомерный анализ, как метод, позволяет исключить малозначимые факторы при сохранении качественного результата исследования рассматриваемой системы строительства и реконструкции железных дорог [3,8].

Важную роль в развитии теории проектирования, обоснования, оптимизации и надежности выработки организационно-технологических и управленческих решений в области строительства сыграли исследования ученых: Авдеева Ю.А., Аганбегяна А.Г., Аккермана Г.Л., Атаева С.С., Бабича В.Н., Бороды Г.Л., Болотина В.В., Булгакова Б.С., Вентцель Е.С., Виноградова В.В., Волкова Б.А., Гавриленкова A.B., Гончарука С.М., Грицыка В.И., Гусакова A.A., Дьяконова В.П., Дьякова Ю.В., Жинкина Г.Н., Зеликовича И.И., Золотаря И.А., Иванова М.И., Исаенко Э.П., Карпелевича Ф.И., Кондратченко А.П., Космина В.В., Лукомского Я.И., Луцкого С.Я., Мастаченко В.Н., Матвеева С.И., Миддлтона Д., Неймана А.О., Ope О., Переселенкова Г.С., Першина С.П., Писарева Ю.В., Прокудина И.В., Пугачева B.C., Рыбальского В.И., Сая

В.М., Спиридонова Э.С., Тимошенко В.А., Турбина И.В., Цернанта A.A., Хана Г., Хинчина А.Я., Шадрина H.A., Шепитько Т.В., Шульги В.Я., Юзвишина И.И., Яковлевой Т.Г., Cornell С.А., Moses S., Rackwitz R., Stevenson J., Saaty T. и др.

Необходимость исследования вызвана необходимостью повышения рационализации и надежности организационно-технологических и управленческих воздействий на работу производственных звеньев и механизированных комплектов на объектах рассредоточенного строительства и оценки их, применяя аналитические методы многомерного анализа.

Основной целью проводимых исследований является создание методической и модельных основ обоснования организационно-технологических решений на различных уровнях строительства и реконструкции железных дорог.

Задачи исследования включают: « анализ существующей системы строительства и реконструкции железных

дорог в организациях Госстроя РФ, корпорации "Трансстрой" и МПС РФ; ® разработку методики обоснования организационно-технологических решений для различных уровней строительной системы железных дорог; ® методику математического обоснования оптимизации (одномерной и многомерной) с оценкой показателей деятельности строительных организаций различного уровня управления; ® разработку алгоритмов и программ решения задач одномерной и многомерной оптимизации по уровням управления, проведение расчетов и нахождение оптимальных количественных характеристик оценки организационных, технологических и управленческих процессов строительства и реконструкции железных дорог.

В качестве объекта исследования рассматриваются различные организационные, организационно-технологические и технологические уровни железнодорожного строительства и строительно-монтажных организаций Гос-

строя РФ, корпорации "Трансстрой" и МПС РФ, системы работы механизированных комплектов, применяемые для ведения земляных работ на строительстве железнодорожной линии Обская - Бованенково.

Методы исследования включают системный и факторный анализ, имитационное моделирование, многомерный анализ, теорию вероятности, систем массового обслуживания, графов, градиентный анализ и параметрическое программирование.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые дается математическое выражение показателей деятельности строительных подразделений различных организационных и технологических уровней в иерархии управления как динамических систем, представляемых п-мерными функциональными зависимостями факторного вида на основе многомерного анализа. Предлагаемая методика позволяет прогнозировать поведение организации или модели, описывающей ее, во времени, а также, позволяет на основе факторной модели выявлять оптимумы функций, описывающих управленческий процесс.

В работе дается новый подход изложения возможности представления организационно-технологической и управленческой информации в трехмерном координатном пространстве, что позволяет на основе многомерного анализа повысить качество, обоснованность организационных решений и управляемость системы железнодорожного строительства.

В результате исследования представлено сравнение эффективности предлагаемой многомерной оценки деятельности строительного подразделения по сравнению с общепринятыми методами и получены поверхности многофакторного оптимума, а также потерь системы массового обслуживания "экскаватор-автосамосвал" (СМО ЭА) для землеройно-транспортного комплекта.

Практическая ценность диссертации состоит в том, что предлагаемая методика обоснования выработки и реализации организационных и технологических решений на основе многомерного представления может быть приме-

нена на различных стадиях проектирования й прогноза в проектно-изыскательских и строительных организациях.

Реализация работы. Методика, предлагаемая в исследовании частично использована и внедрена в организациях Госстроя РФ (Спецтрест №4 и др.) и корпорации "Трансстрой" (ОАО "Ямалтрансстрой"), а также Дорстройтре-стов (ДСТ МПС РФ).

Реализация предлагаемых методик и методов многомерного анализа, разработанных автором, позволит придать выявленным закономерностям оценки и прогноза строительства и реконструкции железных дорог количественно-качественное содержание и обеспечить внедрение вероятностных методов расчета показателей деятельности организации с высокой степенью надежности.

Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертации докладывались и получили одобрение на 10 научно-технических и научно-практических конференциях (1996-1998 г.), на заседаниях кафедры "Организация, технология и управление строительством".

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 работ.

-в

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка использованных источников, включающего 137 наименований, приложения. Работа изложена на 151 страницах машинописного текста, содержит 75 рисунков и 6 таблиц.

ГЛАВА 1. Современные организационные и технологические решения в железнодорожном строительстве

1.1. Информационное обеспечение обоснования организационных и технологических решений в железнодорожном строительстве

В настоящее время системный анализ базируется в основном на статической информации, на автоматизированном характере ее получения и не дает полного использования возможностей автоматической обработки динамических баз данных и применения алгоритмов искусственного интеллекта. Прошлый опыт весьма полезен, если может с той или иной степенью достоверности и позитива быть повторен в настоящем и будущем. [13, 15, 32, 117].

Системный анализ преимущественно предполагает этапы: научное предвидение (прогнозирование), проектирование, планирование, целенаправленное исполнение, имеющее в виду корректировку цели сообразно с кон�