автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Методы определения надежности организационно-технологических решений при строительстве и реконструкции железных дорог с позиций системотехники

! КОНТРОЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР !

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛНИЯ НАДЕЖНОСТИ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И РЕКОНСТРУКЦИИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ С ПОЗИЦИЙ СИСТЕМОТЕХНИКИ

05.23.11 -Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

МОРОЗОВ Денис Вадимович

Москва - 2004

Работа выполнена в Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ)

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Т.В. Шепитько

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор А. А. Гусаков, кандидат технических наук А.К. Кельчевский

Ведущее предприятие - ВНИИ транспортного строительства ОАО «ЦНИИС»

Защита состоится «_»_2004 г. в_час.

на заседании диссертационного совета Д 218.005.06 при Московском государственном университете путей сообщения по адресу 127994, ГСП, Москва, ул.Образцова, д. 15, ауд.7603

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан «_»_2004г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный гербовой печатью, просим направлять по адресу совета университета.

Ученый секретарь диссертационного совета профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. В соответствии с принятым законом Российской Федерации «О техническом регулировании», вновь разрабатываемые СНиП, СП и другие нормативные документы носят рекомендательный характер, в них определяются только минимально необходимые основные требования к потребительским свойствам объектов и сооружений железной дороги и устанавливаются общие правила принятия проектных, организационно-технологических решений. Принятие. же конкретных решений в конкретной производственной ситуации возлагается на строительные организации, в связи с чем они должны располагать инструментом обоснованного выбора надежных организационно-технологических решений. Их надежность и технический уровень являются решающими факторами успешной деятельности строительных организаций при возрастающей конкуренции,на рынке услуг транспортного строительства и появлении новых строительных машинки средств механизации.

Целью исследования является разработка методики определения влияния системотехнических особенностей организационно-технологических процессов на надежность применяемых при строительстве и реконструкции железных дорог организационно-технологических решений с целью формирования кластеров работ повышенной надежности.

Для ее достижения решены следующие задачи: 1. Выполнен анализ существующих методик принятия ор-

ганизационно-технологических решений и определения их надежности при строительстве и реконструкции железных дорог.

-42. На основе системного подхода разработана методика сведения организационно-технологических процессов в неразличимые по надежности группы.

3. Разработано программное обеспечение для реализации

моделирования организационно-технологических процессов сооружения и реконструкции, железных дорог с определением их надежности для формирования на основе комбинаторно-графовых моделей кластеров равнонадежных процессов.

Методика исследования основана на системном подходе с использованием научных положений организации строительного производства, теории надежности и математической статистики при проведении вычислительных экспериментов на моделях.

Научная новизна состоит в учете системотехнических особенностей технологических процессов при анализе организационно-технологических решений. и формировании кластеров технологических процессов повышенной надежности.

Практическая значимость результатов состоит в формировании методики учета системотехнических особенностей технологических процессов при определении надежности организационно-технологических решений, принимаемых при строительстве и реконструкции железных дорог.

Пользователями могут являться проектные и научно-исследовательские организации МПС России, осуществляющие научное сопровождение строительства и реконструкции железных дорог, строительные организации МПС России и корпорации «Трансстрой». Внедрение разработок при строительстве и реконструкции железных дорог позволяет решить важную задачу повышения эксплуатационной надеж-

ности железных дорог за счет учета системотехнических особенностей такой сложной системы как «железнодорожное строительство».

Личный вклад автора заключается в разработке на основе системного подхода методики сведения организационно-технологических процессов в неразличимые по надежности группы, а также в разработке методики формирования кластеров работ повышенной надежности и разработке программного обеспечения для реализации моделирования организационно-технологических процессов сооружения и реконструкции железных дорог с определением их надежности. Все научные положения сформулированы и разработаны автором лично.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на IV научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (2001 г.), IV научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (2003 г. - 2 доклада), конференциях «Неделя науки» (2002, 2003 г.г.), а также как содоклад при обсуждении проблемы «Надежность организационно-технологических решений» на постоянно действующем научном семинаре «Надежность и качество функционирования систем» РАН и Международной академии наук высшей школы 20.02.03 (рук. профессор Дружинин Г.В.).

Основные результаты исследований по диссертации изложены в печатных работах и использованы при разработке фундаментальных и поисковых НИР МИИТа (темы: 4.9 Программы 19.1.17/274р/01 и 1.21 Программы 19.10.00), а также как часть «Научных обоснований к техническим решениям рабочего проекта подъездного ж.д. пути к Чи-нейским месторождениям руд», разработанным ВНИИ транспортного

строительства, для обоснования эффективных организационно-технологических решений при сооружении верхнего строения пути.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы, приложений. Работа содержит 129 страницы машинописного текста, 31 иллюстрацию, 10 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность и формулируется цель диссертационной работы.

Глава 1. Анализ существующих методов выработки организационно-технологических решений с определением их надежности при строительстве и реконструкции железных дорог. Исследования А.Ф. Аккуратова, А.А. Гусакова, А.К. Кельчевского, С.Я. Луцкого, А.О. Неймана, Г. С. Переселенкова, СП. Першина, A.M. Призмазонова, Э.С. Спиридонова, А.А. Цернанта, Т.В. Шепитько и других ученых показывают, что железнодорожное строительство, представляющее совокупность огромного количества организаций, предприятий, которые выполняют множество функций строительного назначения, является сложной комплексной системой и, как следствие - областью изучения системотехники.

Строительство железной дороги состоит из различных комплексов, работ, которые включают большое количество технологических процессов, составляющих единый организационно-технологический суперкомплекс. Связи между технологическими процессами носят системообразующий характер. Поэтому их нарушение снижает, часто значительно, конечную результативность системы, и приводит к нарушению ее целостности, рассыпанию на отдельные фрагменты. Сохранение этих связей есть системотехнический вопрос; оно обеспечивает надеж-

ность работы системы. Системный подход позволяет увязывать цели, сроки и ресурсы строительства. Согласование технологических операций, процессов является системотехнической задачей. В главе приведена классификация этих задач.

При изучении связей системы возникают вопросы устойчивости ее функционирования и надежности организационно-технологических решений. В работе проведен анализ существующих методов определения надежности организационно-технологических решений, предложенных Г.В. Дружининым, А.А. Русаковым, А.О. Нейманом, В.Н. Мас-таченко, Г.С. Переселенковым, Э.С. Спиридоновым, Т.В. Шепитько, А.Ф. Шкляровым он показал разнообразие подходов к этой проблеме.

Вместе с тем, решение проблемы обеспечения организационно-технологической надежности при строительстве и реконструкции железных дорог требует учета системотехнических особенностей комплек- . сов работ. Учет указанных особенностей требует группировки технологических процессов на основе изучения их структуры в однородные, с точки зрения обеспечения организационно-технологической надежности, группы с применением комбинаторно-графовых моделей с выполнением статистического анализа устойчивости срока строительства и формированием кластеров технологических процессов с близкой надежностью.

Глава 2. Системотехника технологических процессов и исследование их влияния на надежность организационно-технологического решения при строительстве и реконструкции железных дорог. Во второй главе произведена декомпозиция комплекса работ по сооружению верхнего строения пути с выделением элементарных модулей, соответствующих каждой ветви графа, приведенного на рис.1.

Рис. 1. Граф комплекса работ по сооружению верхнего строения пут

Е~3 □

- возвраиение со строящегося участка к головному пункту;

- транспортировка балласта и звеньев рельсошпальной

реиетки от места их погрузки д) головного п>нкга;

- ожидание въезда и выезда на сгрояииися участок материальных поеашв

и машин.

Р - натичие необходимого ко.тичесва звеньев РИР.

Продолжительность строительства в существующих рыночных условиях является одним из важнейших показателей. В отношениях заказчика и подрядчика, зачастую именно срок выполнения заданного объема работ является первостепенным в выборе заказчиком подрядчика. Это объясняется тем, что заказчик заинтересован в более раннем начале этапа эксплуатации, в ходе которой обеспечивается окупаемость инвестиций.

В работе применен следующий метод оценки уровня надежности принятого организационно-технологического решения. Надежность системы рассматривается, как свойство этой системы достигать заданного результата в процессе функционирования в течение заданного времени. Под надежностью производственной системы при этом понимается вероятность непревышения сроком производства работ директивного или договорного срока в процессе функционирования системы

(0

где; Н, - надежность организационно-технологического решения;

- вероятность непревышения сроком производства работ директивного срока

В настоящей работе в качестве меры надежности используется коэффициент вариации. Это связано с тем, что надежность технологического строительного процесса в классической постановке - это вероятность непревышения нормативного или договорного срока строительства. Так как в настоящем исследовании нормативная продолжительность комплексного технологического процесса не задана, то для сопоставления надежностей генетически подобных технологических процессов приемлемо использовать коэффициент вариации.

Технологические комплексы представлены в виде сетевых графов, генерация случайных продолжительностей работ или их комплексов производится методом Монте-Карло. Этот метод требует большого количества вычислений,

Н,=Р(Г<Г,),

но он сравнительно просто реализуется на ЭВМ ввиду того, что свободен от систематической ошибки и громоздкости.

После проведения нескольких десятков испытаний собирается статистика, включающая продолжительности работ. На основе полученных результатов по продолжительностям отдельных работ набирается статистика по продолжительности критического пути.

Для проведения статистических испытаний сетевой модели необходимо установить закон распределения вероятностей появления тех или иных про-должительностей работ, входящих в сетевую модель, параметры этого закона. В работе принято, что распределение значений продолжительностей работ подчиняется бета-распределению с плотностью:

где I - случайное значение продолжительности работы;

!„,„, — минимальное значение продолжительностей работы; максимальное значение продолжительностей работы;

С - иормировочный коэффициент.

Из условия нормировки | р (/ = 1 (3)

нормировочный коэффициент С определяется

как (4)

В отличие от стандартного бета-распределения, определенного на интервале (0,1), используется вариант бета-распределения, определенного на интервале и,).

При определении границ интервала вводится вероятностный коэффициент, который определяется

как

(5)

где I - вероятная продолжительность работы; 1„ - нормативная продолжительность работы.

(6)

Интервал продолжительностей работ является обобщенной характеристикой влияния случайных факторов на продолжительность отдельных работ в условиях конкретного строительства. Установлено, что предельные значения < К(0тдп» КФХшк инвариантны относительно условий строительства и составляют. К(0тт=О,85; К(1)1Пах=2.

В соответствии с известным алгоритмом фон Неймана, разработан алгоритм генерации случайных продолжительностей работ, который коротко состоит в следующем:

1. разыгрывается случайное число £ 1,, распределенное равномер -но на интервале (¡н К(()тт...Ш Кфтах);

2. разыгрывается случайное число £2, распределенное равномерно на интервале

(7)

3. если Р(£1) < £2, то принимается в качестве случайной продолжительности работы, иначе производится возврат к п.1. На основе этого алгоритма разработана программа генератора случайных продолжительностей работ в среде Excel; алгоритм приведен на рис. 2,а.

По данному алгоритму набрана статистика по лродолжительностям выполнения работ, по каждой работе набрана статистика из тысячи значений, все значения сведены в матрицы 100x100.

Значение надежности комплексного технологического процесса по сооружению верхнего строения пути определяется по алгоритму, представленному на рис.2,6.

Расчет коэффициентов вариации с розыгрышем случайных значений продолжительностей выполнения работ, реализованный на ЭВМ, выполняется

для комплекса по сооружению верхнего строения пути в следующей последовательности.

1.

Вводится время t;, нормативной продолжительности каждой из работ, входящих в граф, и выполняется розыгрыш случайного значения продолжительностей этих работ с занесением их значений в матрицу (1000 значений).

Выполняется выборка случайного значения продолжительностей работы из матрицы случайных значений (рис. 3).

Ввод tn Формирование матрицы случайных значений продолжительности выполнения работы Выборка случайного î значения t,

W W

Рис. 3.

3. Производится расчет сети на графе; определяется продолжительность критического пути графа формируется матрица значений продолжительности критического пути (1000 значений).

4. По известным формулам определяются значения математического ожидания Мх и среднеквадратического отклонения ах

5. Определяется значение коэффициента вариации

(8)

В результате выполненных исследований во второй главе разработан и представлен аппарат сопоставления надежности технологических процессов с целью формирования их кластеров с близкими значениями надежности, что позволяет производить обоснованный выбор организационно-технологических решений.

2

Глава 3. Реализация полученных результатов для анализа и выбора организационно-технологических решений. В третьей главе произведен расчет надежности различных топологий глобального графа комплекса.работ по сооружению верхнего строения пути, при этом используются матрицы случайных значений продол-жительностей работы, полученные по алгоритму, приведенному на . рис.2. Расчет числового значения надежности произведен для 92 вариантов элементарных модулей работ, на основании чего они сгруппированы в соответствии с полученными значениями.

Установлено, что чем больше разброс времени выполнения работ внутри группы, тем больше величина коэффициента вариации продолжительности критического пути этой группы, и наоборот.

Произведено формирование кластеров технологических процессов комплекса работ по сооружению верхнего строения пути. Под-кластером в настоящей работе понимается совокупность технологических процессов с близкими значениями коэффициента вариации.

Анализ коэффициентов вариации позволил выделить несколько кластеров технологических процессов. Работы в кластере близки по надежности, но надежность кластера в целом отличается от надежности аналогичных работ других кластеров.

На рисунках 4,а и 4,6 представлены сетевые графы, составленные из кластеров равнонадежных технологических процессов:

♦ 4,а - сетевой граф из кластеров технологических процессов комплекса работ по сооружению верхнего строения пути повышенной надежности;

♦ 4,6 - сетевой граф из кластеров с меньшей надежностью.

*0 s о

/* блок i УПМ-1-4, Ч. Т-15* .,

Сборка РШР

Транспортировка РШР

Укладка РШР

Подготовка пути к балластировке

Разработка и транспортировка балласта + перераспределение о: Р 3! г п> X о § ж

Подъемка на слой балласга 0 1 О! 3

Выправка, подбивка, рихтовка

Перегонка шпал по меткам, разгонка стыковых зазоров

Отделка балластной призмы

Проведены расчеты значений надежности полученных кластеров, на рис. 5 приведены некоторые результаты этих расчетов.

0.35

Коэффициент вариации

0,25

0,15

0,05

0,3

0.2

0,1

0

3

Кластер 1

Кластер 3 Кластер 2

4

Номер набора статистики

5

Рис. 5. Зависимость коэффициента вариации от топологии графа.

Из рисунка видно, что кластеры, составленные из технологических процессов с близкими значениями коэффициента вариации (№№1 и 2), имеют большую надежность, нежели состоящие из элементарных модулей работ с различными коэффициентами вариации (№ 3). Отсюда следует, что целесообразно комплекс по сооружению верхнего строения пути составлять из элементарных модулей работ с близкими значениями коэффициента вариации и комплектовать их средствами механизации с близкой производительностью.

На основании выполненных расчетов в работе исследуется влияние на надежность комплексного технологического процесса местоположения приобъектного склада материальных ресурсов. Созданный в работе программный аппарат позволяет произвести численное моделирование для исследования этого влияния.

На рис. 6 и 7 представлены значения коэффициентов вариа-циии для различной протяженности плеча подвоза материалов, что характеризует влияние процесса доставки материалов по существующей железнодорожной сети до станции примыкания на надежность комплексного технологического процесса сооружения верхнего строения пути.

Рис. 6. Значение коэффициента вариации в зависимости от протяженности маршрута поездов

Из рисунка видно, что:

в точке 200 км имеет место перелом, что соответствует уменьшению надежности за счет перехода с одной дороги на другую;

в точке 100 км - скачок из-за перехода с одного отделения дороги в пределы другого отделения.

Увеличение или уменьшение надежности в данном случае является результатом влияния транспортной составляющей.

Полученные результаты позволяют утверждать, что наибольшая надежность комплексного технологического процесса обеспечивается при доставке материалов по действующей сети на расстояние от 5 км до 100 км. Динамика уменьшения надежности в случае, когда расстояние возки материалов более чем 100 км, также представлена на рис. 6.

Ц км

Рис. 7. Значение коэффициента вариации при транспортировке материалов в пределах отделения временной эксплуатации.

-19В ходе анализа результатов для расстояний транспортировки материалов в пределах отделения дороги (рис.7) установлено, что чем ближе приобъектный склад к головному раздельному пункту, тем выше надежность технологического процесса укладки и комплексного технологического процесса сооружения верхнего строения пути.

Но, с другой стороны, надежность транспортной компоненты комплексного технологического процесса снижается по мере приближения места дислокации приобъектного склада к головному раздельному пункту за счет увеличения влияния поездов, заполняющих склад звеньев рельсошпальной решетки, на движение материальных и рабочих поездов, обеспечивающих собственно технологический процесс укладки.

Принципиальным результатом исследований является установление этих двух противоположных тенденций, что позволяет говорить о наличии оптимума при размещении приобъектного склада и определить его. В том случае, если он попадет между раздельными пунктами, то осуществляется переход на одну из субоптимальных схем.

На рис. 8 представлена исходная информация для анализа надежности комплексного организационно-технологического процесса сооружения верхнего строения пути.

Таким образом, на основе проведенных исследований получены важные результаты, влияющие на формирование организационно-технологических решений. Результаты представлены в основных выводах по диссертации.

Рис. 8

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 В ходе исследования выполнен анализ подходов к ре-

шению задачи обеспечения надежности организационно-технологических решений. В современных исследованиях не полностью учтены системотехнические особенности комплекса работ по сооружению верхнего строения железных железнодорожного пути. Именно учет системотехнических особенностей позволяет достоверно определять параметры надежности.

-212 Модель технологического процесса сооружения верхнего строения рассмотрена с учетом влияния транспортной составляющей. Рассчитаны несколько вариантов организационно -технологического решения в зависимости от места нахождения складов, определены параметры надежности для принятых вариантов решений. Выявлена взаимосвязь между надежностью и плечом транспортировки материалов: с увеличением плеча уменьшается значение надежности.

3 Предложена вероятностная модель функционирования приобъектных складов, выполняющих роль буфера при компенсации неравномерности поставок материалов, изделий, конструкций и их элементов к месту монтажа рельсошпальной решетки.

4 Произведено сопоставление надежностей вариантов технологических процессов путем сравнения коэффициентов вариации для соответствующих технологических процессов выборок продолжи-тельностей критических путей, на основании чего сформированы кластеры технологических процессов с близкими значениями коэффициентов вариации.

5 Анализ топологий вариантов критического пути и сочетаний продолжительностей составляющих его работ показал, что надежность организационно-технологического процесса выше, то есть величина случайных колебаний продолжительности критического пути меньше в том случае, если критический путь состоит из работ с разными среднеквадратическими отклонениями. Напротив, близкие средне-квадратические отклонения продолжительностей работ, лежащих на критическом пути, ведут к снижению надежности технологического процесса. Таким образом; предложен принцип формирования комплексных технологических процессов повышенной надежности, что пред-

ставляет основную научную и практическую ценность настоящей работы.

6 Установлено наличие двух тенденций, которые опре-

деляют существование оптимального положения промежуточного склада звеньев рельсошпальной решетки. Первая тенденция определяется увеличением надежности процесса монтажа рельсошпальной решетки и соответствующим повышением надежности комплексного технологического процесса сооружения верхнего строения пути при приближении склада к «голове» укладки. Вторая тенденция состоит в снижении надежности комплексного технологического процесса при приближении склада звеньев к «голове» укладки из-за увеличения влияния поездов, заполняющих склад звеньев, на движение рабочих и материальных поездов, обеспечивающих комплексный технологический процесс.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Морозов Д.В., Шепитько Т.В. О статистическом анализе устойчивости срока строительства и определяющих его работ. «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте»//Труды 1У-ой научно-практической конференции. - М, МИИТ, 2001 г., с. У111-47.

2. Шепитько Т.В., Морозов Д.В. Использование сетевого моделирования для определения надежности принимаемых решений. «Неделя науки 2002», - М., МИИТ, 2002 г.

3. Шепитько Т.В., Морозов Д.В. О системотехническом характере проблемы надежности организационно-технологического решения. «Безопасность движения поезд ов»//Труды четвертой научно-практической конференции. - М., МИИТ, 2003 г. Ш-33.

-234. Морозов Д.В. О формировании кластеров равнонадежных работ «Безопасность движения поездов»//Труды четвертой научно-практической конференции. - М, МИИТ, 2003 г. Ш-34 5. Шепитько Т. В., Морозов Д.В. О влиянии на надежность технологического процесса транспортной составляющей. //В сборнике научных трудов МИИТа «Обоснование принятия организационно-управленческих решений в системах транспортного строительства». -М., МИИТ, 2004 г., с. 120.

is- 4427

Морозов Денис Вадимович

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ СТРОИТЕТЕЛЬСТВЕ И РЕКОНСТРУККЦИИ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ С ПОЗИЦИЙ СИСТЕМОТЕХНИКИ

специальность 05.23.11 - Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

Подписано к печати -1S.03.C4. Формат 60x80 1Д6

Объем- 2„«Э п.л. Заказ- Тираж 80 экз

Типография МИИТ 127994, ГСП, Москва, А-55, ул. Образцова, 15

Введение.

1. Анализ существующих методов выработки организационно-технологических решений с определением их надежности при строительстве и реконструкции железных дорог.

1.1. Применяемые в железнодорожном строительстве технологические процессы с позиций системотехники.

1.2. Системный подход к изучению системотехнических особенностей комплекса работ по сооружению верхнего строения пути.

1.3. Организационно-технологическая надежность строительных систем и ее определение.

1.3.1. Надежность технологических систем.

1.3.2. Надежность строительных систем.

2. Системотехнические особенности технологических процессов и исследование их влияния на надежность организационно-технологического решения при строительстве и реконструкции железных дорог.

2.1. Элементарные модули технологических процессов и объединение их на основе комбинаторно-графовых моделей.

2.2. Устойчивость функционирования технологических систем.

2.3. Методика определения значения организационно-технологической надежности.

2.3.1. Случайные значения продолжительности работ.

2.3.2. Надежность комплекса работ по сооружению верхнего строения пути.

2.4. Модели функционирования склада.

3. Реализация полученных результатов исследования для анализа и выбора организационно-технологических решений.

3.1. Числовое значение надежности комплекса по сооружению верхнего строения пути.

3.2. Формирование кластеров технологических процессов комплекса по сооружению верхнего строения пути.

3.3. Влияние местоположения приобъектного склада на надежность комплекса работ по сооружению верхнего строения пути.

4. Применение методики формирования кластеров работ повышенной надежности при сооружении железнодорожной линии от станции Новая

Чара до станции Чина.

Условия экономики и развитие научно-технического прогресса требуют особого внимания к вопросу надежности в отрасли строительного производства. Это диктуется развивающейся конкуренцией на рынке услуг транспортного строительства и сложившимся геополитическим положением России, а также появлением новых строительных машин и средств механизации, новых технологий.

В современных экономических условиях к продолжительности строительства предъявляются жесткие требования; уже недостаточно иметь большой практический опыт и хорошую инженерную интуицию. Эффективные и обоснованные решения могут быть приняты только на основе вариантного проектирования и на основе научных методов получения организационно-технологических решений.

В соответствии с принятым законом Российской Федерации «О техническом регулировании» [11], вновь разрабатываемые СНиП, СП и другие нормативные документы носят рекомендательный характер. В них определяются только минимально необходимые основные требования к потребительским свойствам объектов и сооружений железной дороги и устанавливаются общие правила принятия проектных, организационно-технологических решений, обеспечивающих достижения этих свойств в процессе проектирования и строительства и их сохранения в период эксплуатации и утилизации после выработки ресурса.

Принятие конкретных решений в производственной ситуации возлагается на строительные организации, в связи с чем они должны располагать инструментом обоснованного выбора надежных организационно-технологических решений.

Таким образом, в деятельности строительных организаций одними из решающих факторов являются надежность и технический уровень принимаемых организационно-технологических решений.

Вопрос надежности организационно-технологического решения в существующих условиях транспортного строительства является системотехническим, так как строительство носит сложный системный вероятностный характер. Выбор организационно-технологических решений, применяемых в настоящее время, не всегда позволяет гарантированно ликвидировать вероятностные отклонения в ходе строительства и обеспечить выполнение поставленных задач. Это происходит из-за недоиспользования методов системотехники, отсутствия учета системотехнических особенностей транспортного строительства, что подтверждает актуальность исследования.

Целью исследования является разработка методики определения влияния системотехнических особенностей организационно-технологических процессов на надежность применяемых при строительстве и реконструкции железных дорог организационно-технологических решений с целью формирования кластеров работ повышенной надежности.

Для ее достижения необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ существующих методик принятия организационно-технологических решений и определения их надежности при строительстве и реконструкции железных дорог;

2. Разработать на основе системного подхода методику сведения организационно-технологических процессов в неразличимые по надежности группы;

3. Разработать программное обеспечение для реализации моделирования организационно-технологических процессов сооружения и реконструкции железных дорог с определением их надежности для формирования на основе комбинаторно-графовых моделей кластеров равнонадежных процессов.

Методика исследования основана на использовании приемов математического моделирования вычислительных экспериментов на модели, научных положений организации строительного производств, системном подходе, теории надежности и математической статистики.

Научная новизна состоит в учете системотехнических особенностей технологических процессов при анализе организационно-технических решений и формировании по данному признаку кластеров технологических процессов.

Практическая значимость результатов состоит в формировании методики учета системотехнических особенностей технологических процессов при определении надежности принимаемых при строительстве и реконструкции железных дорог организационно-технологических решений.

Пользователями могут являться проектные и научно-исследовательские организации МПС РФ, осуществляющие научное сопровождение строительства и реконструкции железных дорог, строительные организации МПС РФ и корпорации «Трансстрой». Внедрение разработок при строительстве и реконструкции железных дорог позволяет решить важную задачу повышения эксплуатационной надежности железных дорог за счет учета системотехнических особенностей такой сложной системы как «железнодорожное строительство».

Апробация работы: Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на IV научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте»

2001 г.), конференциях «Неделя науки» (2002, 2003 г.г.), а также как содоклад при обсуждении проблемы «Надежность организационно-технологических решений» на постоянно действующем научном семинаре «Надежность и качество функционирования систем» РАН и Международной академии наук высшей школы. 20.02.03 (рук. Дружинин Г.В.)

Основные результаты исследований по диссертации изложены в печатных работах и отчетах по фундаментальным и поисковым НИР МИИТа (темы: 4.9 Программы 19.1.17/274р/01 и 1.21 Программы 19.10.00)

Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, основных выводов по диссертации, списка использованных источников 102, приложений. Работа содержит 127 страниц машинописного текста, 31 иллюстрацию, 10 таблиц.

Общие выводы по диссертации:

1 В ходе исследования выполнен анализ подходов к решению задачи обеспечения надежности организационно-технологических решений. В современных исследованиях не полностью учтены системотехнические особенности комплекса работ по сооружению верхнего строения железных железнодорожного пути. Именно учет системотехнических особенностей позволяет достоверно определять параметры надежности.

2 Модель технологического процесса сооружения верхнего строения рассмотрена с учетом влияния транспортной составляющей. Рассчитаны несколько вариантов организационно-технологического решения в зависимости от места нахождения складов, определены параметры надежности для принятых вариантов решений. Выявлена взаимосвязь между надежностью и плечом транспортировки материалов: с увеличением плеча уменьшается значение надежности.

3 Предложена вероятностная модель функционирования приобъектных складов, выполняющих роль буфера при компенсации неравномерности поставок материалов, изделий, конструкций и их элементов к месту монтажа рельсошпальной решетки.

4 Произведено сопоставление надежностей вариантов технологических процессов путем сравнения коэффициентов вариации для соответствующих технологических процессов выборок продолжительностей критических путей, на основании чего сформированы кластеры технологических процессов с близкими значениями коэффициентов вариации.

5 Анализ топологий вариантов критического пути и сочетаний продолжительностей составляющих его работ показал, что надежность организационно-технологического процесса выше, то есть величина случайных колебаний продолжительности критического пути меньше в том случае, если критический путь состоит из работ с ш разными среднеквадратическими отклонениями. Напротив, близкие среднеквадратические отклонения продолжительностей работ, лежащих на критическом пути, ведут к снижению надежности технологического процесса. Таким образом, предложен принцип формирования комплексных технологических процессов повышенной надежности, что представляет основную научную и практическую ценность настоящей работы.

6 Установлено наличие двух тенденций, которые определяют существование оптимального положения промежуточного склада звеньев рельсошпальной решетки. Первая тенденция определяется увеличением надежности процесса монтажа рельсошпальной решетки и соответствующим повышением надежности комплексного технологического процесса сооружения верхнего строения пути при приближении склада к «голове» укладки. Вторая тенденция состоит в снижении надежности комплексного технологического процесса при приближении склада звеньев к «голове» укладки из-за увеличения влияния поездов, заполняющих склад звеньев, на движение рабочих и материальных поездов, обеспечивающих комплексный технологический процесс.

1. Спиридонов Э.С., Жинкин Г.Н., Луцкий С.Я. Строительство железных дорог: Учебник для вузов. М. Транспорт, 1995. - 208 с.

2. Гусаков А.А Системотехника строительства. М.: Стройиздат 1993 г.

3. Шепитько Т.В., Спиридонов Э.С. Выбор организационно-технологических решений при переустройстве железных дорог. 2000 г

4. Гусаков А.А. Системотехника строительства. Энцеклопедический словарь под ред. А.А. Гусакова. М. 1999 г.

5. Першин С.П. Железнодорожное строительство технология и механизация.

6. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных производственных систем.

7. Владимирский С.Р. Системотехника мостостроения: методология и практические приложения. СПб.: Питер, 1994. - 286 с.

8. Дружинин. Г.В. Анализ эрготехнических систем. 1984 г.

9. Спиридонов Э.С. Развитие транспортной сети и математические модели, и методы обоснования организационных и управленческих решений. М.: МИИТ, 1997 г.

10. Гусаков А.А. Организационно-технологическая надежность строительного производства. — М. Стройиздат, 1974 г. 252 с.

11. Федеральный закон РФ «О техническом регулировании» № 184 от 27 12 02.

12. Нейман А.О., Левин Д.В. Резервирование как средство повышения надежности железнодорожного строительства// ВИНИТИ РАН 1999 - № 10, с.2-8.

13. Нейман А.О., Шаульский Б.Ф., Левин Д.В. Ресурсосберегающий эффект строительного зонирвания в практике переустройства железнодорожных станций// ВИНИТИ РАН 2000 - № 2, с.2-19.

14. Строительство железных дорог: Учебник для средних специальных учебных заведений. В.П. Шурыгин, Н.Н. Вербитский, А.И. Лейтас, А.Н. Сессаревский, Б.И. Цвелодуб. Под ред. В.П. Шурыгина. -М.: Транспорт. 1979.

15. Шкляров А.Ф. Вопросы надежности при проектировании организации строительных работ. В сб. «Проблемы надежности в строительном проектировании», Свердловск, 1972.

16. Завадскас. Э-К.К. Системотехническая оценка технологических решений строительного производства. Ленинград.: Стройиздат. 1991 Г.-256 с.

17. Спиридонов Э.С. Совершенствование организации и управления строительством железнодорожной линии на основе комплексных вероятностных сетевых моделей. Труды МИИТ, вып. 691, 1981.

18. Балакин В.А. Совершенствование системы показателей плана и методов их обоснования. — Транспортное строительство, 1978, №3, с. 35-37.

19. Оганесов И.С., Соколов В.Г. Конечная товарная продукция в новом железнодорожном строительстве. — Транспортное строительство, 1979, №1, с. 36-39.

20. Киненко С.А. Информационная технология проектирования организации строительства производства. М.: РАН, НТО Системотехника и информатика, 1992.

21. Основные положения по разработке и применению систем сетевого планирования и управления. М., «Экономика», 1967.

22. В. Гнеденко, А.Я. Хинчин. Элементарное введение в теорию вероятности. М., Физматгиз, 1961.

23. А.А. Мешков. Об одном методе определения вероятностных характеристик сетевых моделей. В книге «Труды 1-ой Всесоюзной конференции по математическим методам в СПУ». Киев, 1967.

24. Длин A.M. Математическая статистика в технике. Советская наука», М., 1998 г., 466 с.

25. Маликов О.Б., Малкович А.Р. Склады промышленных предприятий. — Д.: «Машиностроение», 1989. 672 с.

26. Рыжиков Управление запасами. М.: 1999. - 344 с.

27. Технологическая карта.-М.: «ВПТИтранстрой», 1980 г. 15 с.

28. Технологическая карта. г. Вельск: «Оргтрансстрй», 1975 г. 15 с.

29. Рекомендации по выбору оптимальной технологии, организации и механизации работ по сооружению верхнего строения пути. М. 1990.-81 с.

30. Шепитько Т.В. Система и моделирование организации работ по сооружению верхнего строения пути при строительстве новой железнодорожной линии. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -М. 1984.

31. Евстигнеев В.А., Касьянов. В.Н. Теория графов

32. Кельчевский А.К., Хвостик Н.И. и др. Автоматизированная система управления инвестиционной деятельностью в МПС РФ. В кн. «Системы информационного обеспечения инфраструктурытранспортного строительства// Сб. науч. тр. Вып. 925. - М., 1999 -с. 78 - 80.

33. Нак И.В., Спиридонов Э.С., Гончарук А.С. Факторные методы расчета надежности транспортных объектов. // В сб. науч.трудов «Системы информационного обеспечения инфраструктуры транспортного строительства» М., МИИТ, вып. 925, 1999, с. 23.

34. Э.С. Спиридонов, И.В. Нак, Г.А. Голубева. Методы оценки надежности строительных систем. // В сб. науч.трудов «Системы информационного обеспечения инфраструктуры транспортного строительства» М., МИИТ, вып. 925, 1999, с. 91.

35. Спиридонов Э.С., Луговкин С.В., Нак И.В., Богдан А.Т. Показатели надежности// В сб. науч.трудов «Системы информационного обеспечения инфраструктуры транспортного строительства» М., МИИТ, вып. 925, 1999, с. 88.

36. Спиридонов Э.С., Шепитько Т.В. Надежность реализации организационно-технологических решений и ее определение на модели// В сб. науч.трудов «Системы информационного обеспечения инфраструктуры транспортного строительства» М., МИИТ, вып. 925, 1999, с. 51.

37. Спиридонов Э.С., Максимов А.В. Использование метода интегральных уравнений при определении надежности. Сборник научных трудов. М.: МИИТ, вып. 911.-1997 г.

38. Спиридонов Э.С. Проблематика надежности организации и регулирования деятельности предприятий железнодорожного строительства. М.: МИИТ, вып. 879, 1993. - с. 79 - 86.

39. Спиридонов Э.С., Кучеренко В.П. Модели оптимизации надежности при обсчете сроков планово-предупредительных замен по наработке детали. М.: МИИТ, вып. 881, 1993. - с. 146 — 158.

40. Спиридонов Э.С. Организационно-технологическая надежность железнодорожного строительства. В кн. «Информатизация в строительстве. Проблемы и решения»// Юбилейный сборник науч. тр. Вып. 901. М.: МИИТ, 1996. - с. 39 - 41.

41. Спиридонов Э.С., Нарусов Ю.Б. Вопросы надежности и качества ведения работ при строительстве железных дорог. Вопросы информатизации и надежности в управлении транспортным строительством // Сб. Научн. тр. М.: МИИТ, вып. 911.- 1997. 50 с

42. Технология строительного производства: Справочник/ Под ред. С .Я. Луцкого, С.С. Атаева М.: Высшая школа, 1991-384 с.

43. Мастаченко В.Н. Надежность моделирования структурных конструкций. Введение в теорию физического моделирования конструкций с учетом случайных явлений. М., Стройиздат, 1974 г. 84 с.

44. ГОСТ 27.004-85. Надежность в технике, системы технологические. Термины и определения.

45. Гавриленков А.В. Основы системотехники проектирования железных дорог на базе информатизации. В кн. «Информатизация в строительстве. Проблемы и решения»// Юбилейный сборник науч. тр. Вып. 901. М.: МИИТ, 1996. - с. 10 - 14.

46. Луцкий С.Я. Исследование и совершенствование методов сетевого планирования, управления и распределения ресурсов в ж.д. строительстве. Дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н., М., 1967 г. 184 с.

47. Луцкий С.Я., Басин Е.В., Тайц В.Г. Организация строительства железнодорожного пути в сложных природных условиях. М.: Транспорт, 1992. - 288 с.

48. Луцкий С.Я., Басин Е.В., Ландсман А .Я. Техническое перевооружение строительного производства в условиях рынка./ Под ред. Луцкого С.Я. М.: Архитектура, 1995. - 198 с.

49. Луцкий С.Я., Штанько Б.Ж. Разработка автоматизированной системы подготовки производства в транспортном строительстве. В кн. «Информатизация в строительстве. Проблемы и решения»// Юбилейный сборник науч. тр. Вып. 901. М.: МИИТ, 1996. - с. 61 -64.

50. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К. и др. Математические методы в теории надежности. М., «Наука», 1965. 524 с.

51. Берг А.И. Кибернетика и надежность. М., «Знание», 1964.

52. Иванов М.И., Клыков М.С., Шалягин Г.Л. Анализ надежности календарных планов строительной организации. Труды МИИТ, вып.478, с. 11-16.

53. Шепитько Т.В., Морозов Д.В. Использование сетевого моделирования для определения надежности принимаемых решений. «Неделя науки 2002», М., МИИТ, 2002 г.

54. Шепитько Т.В., Морозов Д.В. О системотехническом характере проблемы надежности организационно-технологическогорешения. «Безопасность движения поездов»//Труды четвертой научно-практической конференции. М., МИИТ, 2003 г. III-33.

55. Морозов Д.В. О формировании кластеров равнонадежных работ «Безопасность движения поездов»//Труды четвертой научно-практической конференции. М., МИИТ, 2003 г. III-34

56. Призмазонов A.M., Спиридонов Э.С. Производство работ по сооружению железнодорожного земляного полотна.: Учеб. пособие./МГУ ПС (МИИТ), 1997 85 с.

57. Конюхов И.Н. Организационное регулирование взаимодействия железнодорожных строительных и транспортных подразделений при сооружении малых и средних мостов.- Дисс.к.т.н.: М., МИИТ, 1987.

58. Надежность технических систем: Справочник / Ю.К. Беляев, В.А. Богатырев, В.В Болотин и др./ под ред. И.А. Ушакова. М.: Радио и связь. - 1985. - 608 с.

59. СНиП 32-01-95. Железные дороги колеи 1520 мм / Минстрой России, ГП ЦПП, 1996. 20 с.

60. Единые нормы и расценки на строительные монтажные и ремонтно-строительные работы: ЕниР.Сб.16. Сооружение верхнего строения пути. Вып.1. Пути широкой колеи. — М.: Стройиздат, 1988. -280 с.

61. Руководство по технологии укладки и балластировки железнодорожного пути. ВНИИ транспортного строительства, М.: 1979.-212 с.

62. Руководство по составлению проектов организации строительства железных дорог / Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства. М.: ЦНИИС, 1988. - 188 с.

63. СНиП 4.02-91: 4.05-91. Сборники сметных норм и расценок на строительные работы. Сборник 28. Железные дороги / Госстрой СССР М.: Стройиздат, 1988. -240 с.

64. СП 81-01-94. Свод правил по определению стоимости строительства в составе предпроектной и проектно-сметной документации / Минстрой России. М.: ИНПА, 1995. - 104 с.

65. СНиП 4.02-91: 4.05-91. Сборники сметных норм и расценок на строительные работы. Общие положения по применению сметных норм и расценок на строительные работы / Госстрой СССР М.: Стройиздат, 1993. -32 с.

66. Методические рекомендации для разработки норм продолжительности строительства и задела в строительстве предприятий, зданий и сооружений / Госстрой СССР, ЦНИИОМТП. М. 1984. - 40 с.

67. СТН Ц-01-95. Железные дороги колеи 1520 мм / МПС РФ, М.: -1995.-87 с.

68. Методические рекомендации по проектированию этапного ввода новых железных дорог в эксплуатацию. / Всесоюзный науч,-исслед. институт трансп. стр-ва. М.: 1985. - 94 с.

69. Автоматизированное проектирование организации строительства железных дорог / С.П. Першин, М.И. Иванов, А.Ф. Акуратов и др. М.: Транспорт, 1991.-261 с.

70. Путевые машины. Учебн. для ВУЗов. Соломонов, Попович, Стефанов, Цигельный, Яковлева Транспорт, 1985, 375 с.

71. Исследование надежности сборочно-укладочного процесса и разработка предложений по ее повышению в условиях ж.д. строительства в Заполярной тундре. Д-ЗР-11-85/86: Отчет/ ВНИИ транспортного строительства. Рук. Темы Волков М.А. — М., 1986г. 103 с.

72. Шепитько Т.В., Гашков Б.В. и др. Рекомендации по технологии и организации укладки и балластировки пути при скоростном переустройстве станций и реконструкции железных дорог. М., ЦНИИС, 1989 г.

73. Вентцель Е.С. Исследование операций. М. «Советское радио», 1972,552 стр.

74. Бусленко Н.П. и др. Метод статистических испытаний (метод Монте-Карло). Под ред. Шрейдера Ю.А., М., Физматгиз, 1962.

75. Шкляров А.Ф. Надежность систем управления в строительстве. Л., Стройиздат (Ленингр. отд-ние), 1974. 96с.

76. Надежность технических систем: Справочник/ Ю.К. Беляев, В .А. Богатырев, В.В. Болотин и др./ Под ред. И.А. Ушакова. М.: Радио и связь. - 1985. - 608 с.

77. Гусаков А.А., Ильин Н.И. Методы совершенствования организационно-технической подготовки строительного производства. М.: Стройиздат, 1985 - 156с.

78. Жинкин Г.Н., Бабич В.В. Применение математических методов планирования железнодорожного строительства. М., « Транспорт», 1973, 168 с.

79. Выбор проектных решений в строительстве. Совместное издание СССР-ЧССР/А.А. Гусаков, Э.П. Григорьев и др. // Под ред. А.А. Гусакова. М.: Стройиздат, 1982. 268 с.

80. Бадьин Г.М., Завадскас Э.К., Пелдшус Ф.Ф. Игровое моделирование при подготовке строительного производства. — JL: ЛИСИ, 1989,-40 с.

81. Методические рекомендации по выбору оптимального варианта организации строительных работ при развитии станций. М. ЦНИИС, 1984.

82. Шепитько Т.В. Анализ связей при моделировании работы путеукладочного комплекса при строительстве железной дороги. Труды инст. инж. ж.-д. трасп., 1983 вып. 722, с.57 — 61.

83. Вентцель Е.С. Исследование операций. М., «Советское радио», 1972,552 стр.

84. Бусленко Н.П. и др. Метод статистических испытаний (метод Монте-Карло). Под ред. Шрейдера Ю.А., М., Физматгиз, 1962.

85. Инкин Н.И. Моделирование и автоматизированное проектирование организации балластировочно-выправочных работ на строительстве железных дорог : Дис.канд. техн. наук: 05.23.12 / МИИТ. М., 1983. -192 с.

86. Переселенков Г.С., Цернант А.А., Песов А.И., Шепитько Т.В. и др. Методические указания по строительству линейных сооружений Типография ЦНИИСа, 1995 г., 82 с.

87. Нейман А.О., Левин Д.В. Резервирование как средство повышения надежности железнодорожного строительства / ВИНИТИ РАН -1999 -№ Ю, с. 2- 17.

88. И.В. Нак. Методика принятия обоснованного управленческого решения. «Безопасность движения поездов»// Труды четвертой научно-практической конференции- М., МИИТ, 2003 г.

89. Призмазонов A.M., Шепитько Т.В., Нак И.В. Методика выбора обоснованного управленческого решения с учетом транспортного фактора. ВИНИТИ РАН, Транспорт, наука, техника, управление. Сб. обзорных статей, № 10.- М.: ВИНИТИ, 2003.

90. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. -М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1981.-488 с.

91. Бадьин Г.М., Завадскас Э.К., Пелдшус Ф.Ф. Игровое моделирование при подготовке строительного производства. Л.: ЛИСИ, 1989. - 40 с.

92. Астахов В.Н. Моделирование организации работ по переустройству промежуточных станций при строительстве вторых путей: Дис.канд. техн. наук. М., МИИТ, 1987 г.