автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Модели организационно-технологического проектирования при выборе вариантов производства строительно-монтажных работ

На правах рукописи

МАИЛЯН Александр Левонович МОДЕЛИ

ОРГАНИЗАЦИОННО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИ ВЫБОРЕ ВАРИАНТОВ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНО - МОНТАЖНЫХ РАБОТ

Специальность 05.23.08 - Технология и организация строительства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 8 моя 2010

Воронеж-2010

004613009

Работа выполнена в ГОУ ВПО Воронежский государственный архитектурно - строительный университет

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Павел Николаевич Курочка

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Валерий Яковлевич Мищенко

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Олег Александрович Бабкин

Ведущая организация: ОАО «Ростовский ПромстройНИИпроект»

Защита состоится 18 ноября 2010 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.033.02 при Воронежском государственном архитектурно - строительном университете по адресу: 394006, г.Воронеж, ул. ХХ-летия Октября, д.84, корпус 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно - строительного университета.

Автореферат разослан 18 октября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Старцева Н. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Строительное производство многовариантно по своей сути, то есть каждая работа может быть выполнена несколькими способами, как с точки зрения ее технологии, так и с точки зрения организации ее выполнения. Существующая система нормативных документов нацеливает на многовариантное организационно -технологическое проектирование выполнения работ в ходе подготовки производства. Это означает, что предварительному анализу должны подвергаться наиболее перспективные варианты выполнения строительно-монтажных работ, из которых должен отбираться самый рациональный в рассматриваемых условиях.

Существующие модели выбора организационно - технологических решений по выполнению строительно-монтажных работ направлены в основном на то, чтобы обеспечить соответствие привлекаемых ресурсов строительной организации требованиям, диктуемым выполняемыми работами и выбрать рациональную схему движения бригад по объектам строительства, обеспечивающую сокращение сроков строительства за счет сокращения простоев бригад при движении с объекта на объект.

Успешное завершение строительства объекта, или же комплекса объектов, определяется как достижение запроектированных целей при соблюдении установленных ограничений на: продолжительность и сроки завершения строительства; сметную стоимость строительства; качество выполненных работ и спецификации требований к результатам. При этом объект должен быть принят заказчиком в установленном порядке. Таким образом, ключевыми параметрами, влияющими на конечный результат строительства, являются продолжительность, стоимость и качество выполняемых работ. По крайней мере, два из них: продолжительность и стоимость, очень тесно зависят от количества используемых ресурсов при строительстве: насыщая фронт работ ресурсами типа мощности можно сократить продолжительность, но увеличить стоимость проекта и наоборот.

Следовательно, одной из основных задач является задача составления расписания работ с тесной увязкой необходимых для их выполнения ресурсов. Для этой цели приходится решать задачи связанные с распределением ограниченных ресурсов. При этом следует учитывать технологическую взаимосвязь выполняемых работ. Такие зависимости могут носить различный характер. В тех случаях, когда речь идет о выполнении строительно-монтажных работ на одном объекте зависимости между работами носят жесткий характер, то есть их нарушение невозможно или же сопряжено с очень большими затратами. С другой стороны, если строительно-монтажные работы выполняются на различных объектах, зависимости между такими работами носят необязательный, рекомендательный, характер, то есть нарушение таких зависимостей возможно, но приводит к дополнительным затратам. Насколько приемлемыми будут эти затраты для конкретного предприятия требуется установить на этапе организационно - технологического проектирования.

Строительная организации выполняет работы одновременно на ряде объектов, причем, если учесть динамику производственной жизни, то следует отметить, что номенклатура объектов постоянно сменяется и деятельность строительного предприятия должна обеспечить выполнение заданных комплексов работ в определенные договорными обязательствами сроки. Учитывая, что сокращение сроков выполнения работ, можно обеспечить при неизменных производственно-технологических условиях то есть постоянной технической оснащенности и заданном уровне производительности труда, только за счет насыщения фронта работ дополнительными ресурсами или же за счет совмещенного выполнения работ, следует признать, что очень часто стремление предприятия уложиться в договорные сроки выполнения работ приводит к дополнительным затратам. В связи с этим возникает задача такого выбора вариантов производства работ на объектах, чтобы при соблюдении договорных сроков было бы обеспечено минимально необходимое количество дополнительных финансовых ресурсов.

Тем самым, необходимость создания новых подходов к разработке стратегии выбора вариантов производства строительно-монтажных работ, с целью обеспечения договорных сроков их выполнения и минимизации затраченных с учетом характера зависимостей между выполняемыми работами является актуальной и важной проблемой.

Основные исследования, получившие отражение в диссертации, выполнялись по планам научно-исследовательских работ:

- федеральная комплексная программа «Исследование и разработки по приоритетным направлениям науки и техники гражданского назначения»;

- госбюджетная научно-исследовательская работа «Разработка и совершенствование моделей и механизмов внутрифирменного управления».

Цель и задачи исследования. Цель диссертации - разработка моделей выбора вариантов производства строительно-монтажных работ в процессе организационно - технологического проектирования на стадии подготовки строительного производства.

Достижение цели работы потребовало решения следующих основных

задач:

1. Проанализировать существующие модели выбора вариантов производства работ.

2. Построить модель выбора вариантов производства строительно-монтажных работ при минимуме средств направляемых на сокращение сроков выполнения.

3. Разработать модель выбора вариантов производства работ, учитывающая свойство выпуклости функции затрат, что дает возможность существенно упростить процедуру получения решения.

4. Предложить модель выбора вариантов производства работ для случая, когда часть зависимостей между работами носит рекомендательный характер.

5. Получить критерий сходимости итерационной процедуры решения задачи минимизации продолжительности выполнения комплекса строительно-монтажных работ.

6. Построить модель составления расписания работ с учетом ограничений на количество используемых ресурсов типа мощности (бригад) и рекомендательных зависимостях между работами.

Методы исследования. В работы использованы методы моделирования организационных систем управления, теории графов, системного анализа, математического программирования.

Научная новизна.

1. Модель выбора вариантов производства строительно-монтажных работ при минимуме средств направляемых на сокращение сроков выполнения, отличающаяся учетом технологической последовательности выполнения работ и позволяющая получать производственный план, реализуемый с минимальными затратами.

2. Модель выбора вариантов производства работ, учитывающая свойство выпуклости функции затрат, что дает возможность существенно упростить процедуру получения решения.

3. Модель выбора вариантов производства работ, отличающаяся тем, что часть зависимостей между работами носит рекомендательный характер, то есть может быть нарушена, что сопровождается увеличением затрат, позволяющая получать оптимальную очередность выполнения строительно-монтажных работ, включенных в производственную программу предприятия.

4. Теорема о минимальных сроках завершения работ, позволяющая получать критерий сходимости итерационной процедуры решения задачи минимизации продолжительности выполнения комплекса строительно-монтажных работ.

5. Модель составления расписания работ, отличающаяся учетом ограничений на количество используемых ресурсов типа мощности (бригад) и рекомендательных зависимостях между работами, что позволяет получить зависимость продолжительности проекта от дополнительных затрат.

Достоверность научных результатов. Научные положения, теоретические выводы и практические рекомендации, включенные в диссертацию, обоснованы математическими доказательствами. Они подтверждены расчетами на примерах, производственными экспериментами и многократной проверкой при внедрении в практику управления.

Практическая значимость и результаты внедрения. На основании выполненных автором исследований созданы модели, позволяющие при соблюдении договорных сроков осуществить выбор вариантов производства работ, обеспечивающих минимизацию дополнительных средств, направляемых на сокращение сроков выполнения работ.

Использование разработанных в диссертации моделей и механизмов позволяет многократно применять разработки, тиражировать их и осуществлять их массовое внедрение с существенным сокращением продолжительности трудозатрат и средств.

Разработанные модели используются в практике разработки вариантов производства работ в УК «Жилстрой» (г.Воронеж) и ООО «Ростовгорстрой» (г.Ростов-на-Дону).

Материалы диссертационной работы использованы в нормативном документе регионального значения - «Рекомендации по расчетному выбору вариантов производства строительно-монтажных работ, оптимальных по стоимости» (Ростов н/Д, СевкавНИПИагропром, 2010).

Модели и алгоритмы внедрены также в учебный процесс и читаются в Воронежском государственном архитектурно - строительном университете, Ростовском государственном строительном университете, Кабардино -Балкарском государственном университете и Кабардино - Балкарской государственной сельскохозяйственной академии.

На защиту выносятся:

1. Модель выбора вариантов производства строительно-монтажных работ при минимуме средств направляемых на сокращение сроков выполнения, при различных свойствах функции затрат

2. Модель выбора вариантов производства работ при рекомендательном характере зависимостей между работами.

3. Теорема о минимальных сроках завершения работ, дающаяя критерий сходимости итерационной процедуры решения поставленной задачи.

4. Модель составления расписания работ при рекомендательных зависимостях и с учетом ограничений на количество используемых ресурсов типа мощности (бригад).

Апробация работы.

Основные результаты исследований и научных разработок докладывались и обсуждались на: 37 научно-технической конференции СевКавГТУ (Ставрополь, 2008г.), 61...63 научно-технических конференциях по проблемам архитектуры и строительных наук (Воронеж, ВГАСУ, 20082010гг.) и научных конференциях «Строителъство-2008...20Ю» (Ростов н/Д, РГСУ, 2008-2010гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ -10 статей (7 - в сборниках, рекомендуемых ВАК России и 3 - в других изданиях), 2 монографии и 3 справочника.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Она содержит 165 страниц основного текста, 85 рисунков, 28 таблиц, 2 приложения и список использованной литературы из 131 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность, описывается цели и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе отмечается, что характерная особенность организации строительного производства - множественность возможных решений и их многовариантность. Любой строительно-монтажный процесс можно организовать различными способами, выбирая оборудование, привлекая различное число рабочих в разные сроки, в зависимости от технологических схем производства работ.

Основная задача организационно - технологического проектирования строительного производства заключается в создании условий для эффективного проведения строительных работ, под которым подразумевается их выполнение в планируемые сроки при соблюдении ограничений по техническим требованиям и условий на имеющиеся трудовые и материальные ресурсы (использование машин и механизмов) при определенных качественных показателях (затраты, прибыль и т.п.).

Таким образом, моделирование организационно - технологических решений строительства является сложным процессом со многими варьируемыми параметрами, а возможность их учета и оценки позволяет обеспечить управляемость системы при накладываемых ограничениях.

Задачи организационно - технологического проектирования строительного производством, как уже отмечалось, характеризуются многовариантностью, причем множество возможных вариантов выполнения работ образует компактное множество, то есть оно замкнуто и ограничено. Следовательно, выбор оптимальных вариантов управления строительным производством приводит к необходимости решения задач оптимизации на счетном множестве, что обусловливает применение методов дискретной оптимизации. Поэтому в главе приведен обзор основных методов решения задач дискретной оптимизации.

Во второй главе рассматривается постановка задачи выбора вариантов выполнения произвольного числа работ, связанных технологической последовательностью выполнения.

Рассмотрим постановку задачи выбора вариантов выполнения произвольного числа работ, связанных технологической последовательностью выполнения. Причем, затраты исполнителей на выполнение работы являются функцией продолжительности выполнения работ (р/т,), где г, продолжительность / - ой работы. Функция имеет минимум в некоторой точке а,, соответствующей оптимальной продолжительности / - ой работы (рис. 1)

Рис. ¡.Зависимость затрат исполнителей на выполнение работы от

продолжительности операции Естественно, что в этом случае исполнители заинтересованы в выполнении операции с минимальными затратами, то есть за время а,. Обозначим Т(а) продолжительность строительства, предусмотренную

I

*Ы

договором (длина критического пути) при условии. Рассмотрим случай, когда все работы будут выполняться исполнителями за оптимальное время, то есть продолжительность i - ой операции равна а,. Как правило, при этом продолжительность выполнения всего комплекса работ оказывается больше, чем это предусмотрено договором, то есть T(a)>Tg, где Tg - требуемая по договору продолжительность проекта. В этом случае возникает задача сокращения продолжительностей работ и, как следствие, увеличение затрат. Для исполнителя очень важно так выбрать варианты сокращения продолжительности выполнения работ, чтобы с одной стороны обеспечить выполнение договорных обязательств, а с другой - минимизировать свои затраты, направляемые на эти цели.

Продолжительность строительства можно сократить экстенсивным путем (использование максимального числа строительной техники и рабочих бригад) и интенсивным путем (повышение производительности труда рабочих, лучшее использование строительных машин и механизмов, улучшение организации труда, управления строительством и т.д.).

Однако, сокращение продолжительности строительства объектов ведет и к увеличению дополнительных затрат, связанных с насыщением фронта работ дополнительным числом машин и рабочих, снижается оборачиваемость опалубки строительных лесов и инструментов, увеличиваются транспортные расходы и расходы, вызванные ведением строительно-монтажных работ в 2 и 3 смены и др.

Под технологически максимальной продолжительностью строительства объекта понимается последовательное выполнение всех видов строительно-монтажных работ и возведение объектов с минимальными по количеству рабочих бригадами, обеспечивающими рациональную возможность выполнения работ, с максимально возможным членением объекта на участки с независимым ведением работ, максимальным насыщением фронта работ материально-техническими и людскими ресурсами.

Сокращение продолжительности строительства объекта от Т шах до Т min изменяет себестоимость строительства.

При постановке задачи будем предполагать, что технологическая и организационная зависимости между работами, подлежащими выполнению, отображаются в виде сетевого графика (сети).

Рассмотрим задачу определения оптимального варианта производства работ с учетом дополнительных затрат, направляемых на сокращение времени выполнения работ. При этом вполне естественно, что такой критерий обладает свойством .аддитивности и складывается из соответствующих затрат, возникающих при выполнении отдельных работ, составляющих весь комплекс.

Обозначим через п число объектов строительства, а через у,■ - число вариантов производства работы /. Каждому варианту производства работ соответствует своя продолжительность строительства и, соответственно,

свои затраты. Общая продолжительность выполнения всего комплекса работ будет зависеть от продолжительности каждой из работ.

Первый вариант будет характеризовать ситуацию, когда объект возводится в нормативные сроки, предусмотренным СНиП, а вариант максимального номера соответствует способу производства работ с максимальной интенсивностью за минимальные сроки.

Таким образом, возникает задача определения оптимальной стратегии выполнения работ на объектах строящегося комплекса при минимизации затрат, направляемых на сокращение сроков выполнения работ.

Рассмотрим сначала сравнительно простые случаи независимых работ и последовательных работ.

Независимые работы. Обозначим через хв =1, если для ¡-ой работы

выбран вариант] и ху = 0 в противном случае. Так как для каждой работы выбирается один вариант, то должно выполняться условие

5>,=1, 0)

!

Обозначим далее т8 - продолжительность выполнения работы (объекта) 1 при варианте - затраты на реализацию данного варианта производства работ. Тогда продолжительность комплекса работ определяется величиной

Л = (2)

1

а суммарные затраты

О)

ы

Задача заключается в определении д: = {дс5}, минимизирующих (3) при ограничениях (1) и (2). Решение этой задачи для независимых работ достаточно очевидно.

Примем без ограничения общности, что для всех / г,, > г, ,>...> ты, 8л > >... > ^.

В этом случае для каждой работы определяем вариант с максимальным номеров /,, таким что тд_ <, Я„. Совокупность номеров определяет

оптимальное решение задачи с минимальными затратами ^^ = .

I*

Меняя Дг можно получить параметрическую зависимость минимальных затрат от продолжительности проекта.

Последовательные работы. В случае последовательного выполнения работ продолжительность выполнения комплекса работ определяется выражением

Г = (4)

Задача заключается в определении {х,..}, минимизирующих (3), при ограничениях (1) и (4). Для ее решения эффективен метод динамического программирования. Вычисления удобно проводить в табличной форме.

Полученные результаты для независимых и последовательных работ можно применить для решения задачи в случае так называемых агрегируемых сетей. Предварительно введем определения последовательного и параллельного множества работ.

Определение 1. Последовательным множеством работ называется подмножество работ сетевого графика, образующих путь такой, что любая вершина, за исключением начальной, имеет степень захода 1, и любая

Рис. 2. Последовательное множество работ

Заметим, что последовательное множество работ можно агрегировать в одну работу с зависимостью затрат от продолжительности, получаемой в результате решения задач минимизации затрат при различных продолжительностях для этого множества.

Определение 2. Параллельным множеством работ называется подмножества работ сетевого графика, у которых множество непосредственно предшествующих работ одно и то же, и множество непосредственно следующих работ одно и то же.

Параллельное множество работ можно агрегировать в одну работу с зависимостью затрат от продолжительности, получаемой в результате решения задачи минимизации затрат, при различных продолжительностях для этого подмножества.

Определение 3. Сетевой график называется агрегируемым, если путем агрегирования последовательных и (или) параллельных множеств работ его можно свести к одной работе.

Утверждение I. Всякий сетевой график, описывающий строительство объекта, является агрегированным.

Структуру агрегируемого сетевого графика удобно представлять в виде дерева агрегирования. На рис. 3 приведен пример агрегируемого сетевого графика, а на рис. 4 - соответствующее дерево агрегирования.

Знак (шах) в вершинах дерева соответствует параллельному множеству работ, а знак (+) - последовательному.

Алгоритм решения задачи. Двигаясь снизу вверх по дереву агрегирования, решаем задачи минимизации затрат либо для последовательных объектов (знак (+)), либо для независимых (знак (шах)).

В результате для корневой вершины дерева агрегирования получаем агрегированную зависимость минимальных затрат от продолжительности проекта. Двигаясь в обратном направлении от корневой вершины к висячим

определяем вариант выполнения для каждой работы.

Рассмотрим произвольный сетевой график. Основная идея предлагаемого подхода заключается в том, чтобы путем деления ряда вершин сетевого графика на несколько вершин (с произвольным распределением затрат между этими вершинами) превратить сетевой график в агрегированный.

Рис. 4. Дерево агрегирования

Имеет место следующая важная теорема.

Теорема 1. Величина затрат в оптимальном решении преобразованной задачи (для агрегированной сети) является оценкой снизу величины затрат для исходной задачи.

На практике, как правило, зависимость затрат от продолжительности работ является в определенном смысле выпуклой, то есть чем меньше продолжительность проекта, тем больше затраты требуются при ее сокращении на одну и ту же величину. Рассмотрим частный случай задачи, когда величина сокращения продолжительности любой работы кратна определенному числу А (то есть продолжительность работы можно

уменьшить на А, 2Д, ЗА и т.д.). Без ограничения общности можно принять Д равным 1.

Соединим соседние дискретные точки на графике функции отрезками прямых. Получим непрерывную кусочно-линейную функцию. Выпуклость означает, что эта функция является выпуклой. Заметим дискретные зависимости затрат от продолжительности работ полученными непрерывными зависимостями. Однако если продолжительность проекта является целым числом, то всегда существует целочисленное решение задачи минимизации затрат, то есть решение, в котором продолжительность всех работ является целым числом. Отмеченное свойство позволяет эффективно решать задачи оптимизации затрат для последовательных и параллельных множеств работ на каждом шаге описанного выше алгоритма как задачи выпуклого программирования. Особенно это относится к задаче минимизации для последовательного множества работ, которая в дискретном случае является трудной задачей дискретной оптимизации.

В третьей главе отмечается, что существуют четыре основных типа зависимостей между работами проекта: «старт-финиш», «старт-старт», «финиш-финиш» и «финиш-старт», причем следует отметить, что наиболее часто встречаются зависимости «финиш-старт», то есть окончание предыдущей работы (финиш) делает возможным начало последующей работы (старт). Эти зависимости имеют обязательный характер, то есть должны выполняться неукоснительно (недаром их еще называют жесткими зависимостями). Однако на практике нередки ситуации, когда эти зависимости носят не обязательный, а рекомендательный характер. Другими словами они могут нарушаться, но их нарушение ведет к определенным потерям, либо к увеличению продолжительности работ, либо к росту затрат на реализацию проекта.

Итак, пусть имеется комплекс работ, подлежащих выполнению. Зависимости между работами носят рекомендательный характер, то есть являются мягкими и описываются сетевым графиком. В работе рассматриваются наиболее распространенные зависимости типа «финиш-старт». Вершины сетевого графика соответствуют работам, подлежащим выполнению. Дуги соответствуют мягким зависимостям между работами.

Для каждой дуги заданы два числа а^ и Ь1Г Первое число а^ >0 определяет увеличение продолжительности работы ^ если зависимость (¡у) нарушается, то есть если работа ] начата до окончания работы ¡. Второе число Ьц > 0 определяет увеличение затрат на выполнение работы ^ если зависимость (У) нарушается.

Для описанной модели возможны различные постановки задач.

Задача 1. Пусть заданы только числа (можно считать, что все Ьу =0). Требуется определить календарный план с минимальной продолжительностью проекта.

Задача 2. Пусть заданы только числа Ьу (можно считать, что все а^ =0). Требуется определить календарный план с минимальными дополнительными затратами.

Задача 3. Пусть заданы оба числа а^ и Ьу . Определить календарный план, при котором проект выполняется за время Т, а увеличение затрат минимально.

Рассмотрим возможные способы решения поставленных задач.

Сначала получим алгоритм построения календарного плана с минимальной продолжительностью выполнения комплекса работ. Для этого присваиваем всем работам сетевого графика начальные индексы / = 1 ,п. Рассматриваем каждую работу ¡. Обозначим через С?; - множество работ, предшествующих работе то есть в сетевом графике существует дуга 0", ¡) для Обозначим через т; - число дуг, заходящих в вершину [ (число элементов множества СЬ). Рассмотрим все подмножества из п^ элементов (их число равно 2™') Для каждого подмножества, содержащего вершины с О; вычисляем

+ + (5)

Определяем новый индекс вершины 1

Я,=ттГ,(^.) (6)

^

Алгоритм заканчивается когда, все индексы установятся. Конечность алгоритма следует из того, что последовательность индексов для каждого i является возрастающей. С другой стороны индексы ^ ограничены величиной

Можно рассмотреть другой критерий. А именно, поставим задачу построения календарного плана, при котором минимально суммарное увеличение продолжительностей работ, при условии, что продолжительность проекта не превышает заданной величины Т. Можно заметить, что если не учитывать ограничение на продолжительность всего комплекса работ, то формально поставленная задача эквивалентна задаче 2, если под дополнительными затратами понимать дополнительные затраты времени.

Рассмотрим эвристический алгоритм решения задачи, в основе которого лежит метод последовательного сокращения продолжительности проекта начиная с максимальной продолжительности То, соответствующий максимальному дополнительному увеличению суммарной продолжительности работ.

Переходим к исследованию задачи 2. Пусть ограничение на продолжительность выполнения комплекса работ отсутствует. В этом случае задача заключается в определении очередности выполнения работ, при которой дополнительные затраты минимальны.

Для этой цели рассмотрим граф из п вершин (по числу работ, принятых к реализации строительной фирмой). Две вершины I и j соединим дугой (У), если работу 1 рекомендуется завершить раньше начала работы ^ Каждой дуге (У) припишем пропускную способность Су, равную потерям при нарушении рекомендуемой очередности реализации работ [ и ^ Заметим, что если полученный граф не имеет контуров, то всегда существует очередность

выполнения работ такая, что будут выполнены все рекомендации. Это следует из того, что в графе без контуров всегда существует правильная нумерация вершин сети, то есть такая нумерация, что для любой дуги номер ее начальной вершины меньше номера конечной. Эта нумерация и определяет оптимальную очередность проектов. Если граф имеет контуры, то не существует очередности работ, такой что все они выполняются в предпочтительном порядке. Задача заключается в удалении из графа некоторого множества V дуг, такого что полученный частичный граф не будет иметь контуров и сумма пропускных способностей удаленных дуг С(У) будет минимальной. Это соответствует минимизации потерь от нарушения предпочтительной очередности проектов. Множество V назовем разрезом графа, а С(У) - пропускной способностью разреза. Фактически речь идет об определении перестановки из п чисел, гда п - число работ. Как известно, число таких перестановок п!. Таким образом, задача оносится к классу задач комбинаторной оптимизации, трудности решения которых известны. Для разработки методов ее решения введем ряд определений. Пусть я = (1Ь ¡2, ..., ¡п) некоторая перестановка вершин графа. Дугу (¡к, ¡3) графа назовем неправильно ориентированной относительно перестановки к, если к > б.

Определение 4. Потенциалом перестановки С(л) называется сумма пропускных способностей дуг, неправильно ориентированных относительно этой перестановки, то есть С(/|,/2,...,/я) = /, •

к>-1 '

Рассмотрим некоторые свойства потенциала перестановки:

Свойство 1. =с, „,-с,ы , то есть при

транспозиции элементов перестановки потенциал изменяется на разность соответствующих элементов матрицы пропускных способностей.

Свойство 2.С (и,¡2,..., /„)+С (»„,iVi.--.ii) = £ сц, то есть сумма

■■1

потенциалов двух обратных перестановок равна постоянной величине (сумма всех пропускных способностей дуг графа).

Отметим теперь, что удаление множества неправильно ориентированных дуг V исключает (разрывает) все контуры графа. И наоборот, любому множеству дуг V, разрывающему все контуры графа, соответствует перестановка (возможно несколько перестановок), потенциал которой меньше или равен пропускной способности разреза С(У).

Рассмотрим следующую задачу о минимальном потенциале: определить перестановку, имеющую минимальный потенциал. Заметим, что оптимальное решение задачи дает оценку снизу для оптимального решения задачи определения разреза с минимальной пропускной способностью. Более того, эта оценка достигается, поскольку множество неправильно ориентированных дуг являются разрезом графа. Таким образом, задача определения минимального потенциала эквивалентна задаче определения минимальной пропускной способности разреза.

Опишем алгоритм решения задачи. Без ограничения общности можно считать граф сильносвязным (в противном случае, задача решается отдельно для каждой сильно связанной компоненты графа).

I шаг. Определяем все элементарные контуры графа. Это можно делать различными способами. Опишем один из простейших. Описание проведем на примере графа, изображенного на рис. 5.

Выберем произвольную вершину, например, вершину 1. Строим прадерево с корнем в вершине 1, пути которого соответствуют элементарным путям графа. Процедура построения ясна из рис. 6 и мы не будем ее описывать.

Висячие вершины прадерева с номером 1 определяют все элементарные контуры графа, содержащие вершину 1. Эти контуры: ц, = (1, 2, 3, 5,1), ц2 = (1,2, 5,1), цз = (1, 3, 5,1), ц4= (1, 3,4,2, 5,1).

Удаляем вершину 1, снова разбиваем граф на сильно связные компоненты (если он окажется не сильно связным) и повторяем описанную процедуру для каждой из сильно связных компонент. В рассматриваемом примере после удаления вершины 1 граф остается сильно связным, что легко проверяется. Поэтому выбираем следующую вершину, например, вершину 2 и снова строим прадерево с корнем в вершине 2 (рис. 7).

Его висячие вершины определяют все элементарные контуры, содержащие вершину 2. Эти контуры ц5 = (2,3,5,4,2), ^ = (2, 3,4, 2), ц7= (2, 5, 4,2).

Если удалить вершину 2, то получим граф без контуров. Следовательно, определены все элементарные контуры графа.

II шаг. Определим двудольный граф Н(Х, У, V), вершины которого X соответствуют дугам исходного графа в, вершина У- элементарным контурам графа в, а дуги соединяют вершину ((,.0еХ с вершиной цкеУ, если дуга (((, принадлежит контуру цк (рис. 8).

Получили так называемую задачу о покрытии: необходимо определить подмножество дуг и (то есть подмножество и вершин множества X), такое что каждая вершина множества У смежна хотя бы с одной вершиной множества и, и сумма

С(У)= £СУ (7)

(Шеи

минимальна.

[2, 1] [2, 1] [4,4/з] [3, 1] [6, 3] [1,'/з]

[з,3/4]

[5,5/4] [2,1]

Рис. 8. Двудольный граф, вершины которого соответствуют дугам исходного графа

Дадим формальную постановку задачи. Обозначим через Оу -множество контуров (то есть вершин множества У графа Н), содержащих Дугу (и)> а через ^ - множество дуг (вершин множества X графа Н),

принадлежащих контуру цг Введем переменные Ху = 0 или 1, причем Ху = 1, если вершина (i,j) е U и ху = 0 в противном случае. Задача заключается в определении х = {Ху}, минимизирующего

C(x)=IcijXij, (8)

(«)

при офаничениях

]>Х>1, к = Т^, (9)

где m - число контуров. Заменим m ограничений одним:

f(x)= min £х,>1.

Очевидно, что функция f(x) представима в дихотомическом виде. Сформулируем оценочную задачу. Для этого для каждой дуги [(i,j),k] графа Н зададим длину s^ таким образом, что

Zs(ü)k=cij- (10)

fceQii

Рассмотрим следующую задачу для каждой вершины k € Y:

cpk(sk)=min Xs(ij)kxü> (ü>*k

при офаничениях > 1.

(ij)eRk

Ее решение очевидно: <pk(sk) = min s(ii)k. Получаем следующую оценочную задачу: максимизировать

m

при офаничениях (8).

Обозначим через ук = тш s^,,. Так как s(ij)k > yk, то положим

s(ij)k = yk, (ij) е Rk- В этом случае оценочная задача становится следующей задачей линейного профаммирования: определить yj > 0, j = l, m, максимизирующее

Фо(У)=1>;, (И)

j

при офаничениях

2 У] -cij' V(i,j). (12)

jsQii

Интересно отметить, что в такой форме записи оценочная задача полностью совпадает с двойственной задачей для исходной задачи линейного программирования без требований целочисленности. Действительно, легко показать, что офаничение Ху < 1 можно отбросить, поскольку решается задача на минимум. Если теперь сформулировать задачу, двойственную к задаче (8)-(9), где х„ > 0, V i, то мы получим задачу (11)-(12).

Заметим, что можно не находить оптимальное решение задачи (11)-(12), а взять любое допустимое решение. Так, В.Н. Бурковым предложено взять

• (13)

пи

где Пу - степень вершины (у)

Используя (13), опишем метод ветвей и границ. Разобьем множество всех решений на два подмножества. В первом подмножестве дуга (3, 5) входит в разрез, а во втором - не входит.

Оценка первого подмножества. Поскольку дуга (3,5) входит в разрез, то можно исключить из двудольного графа рис. 3.3.4. вершину (3, 5) и вершины 1, 3, 5 множества У, поскольку дуга (3,5) разрывает соответствующие контуры. Для оставшегося двудольного графа снова решаем оценочную задачу (11)-(12). Ее решение Ь = 4 и с учетом пропускной способности дуги (3,5) получаем оценку снизу С[(3,5)] = 5. Эта оценка не достижима. Соответствующий разрез VI = [(3,5), (2,5), (4,2)], С(У,) = 7.

Оценка второго подмножества. Исключаем вершину (3,5) вместе с инцидентными ей дугами и решаем задачу (11)-(12) для оставшегося двудольного графа. Ее решение Ь = 6 является нижней границей для второго подмножества. Однако эта оценка не достижима. Из двух подмножеств выбираем подмножество с минимальной оценкой. Продолжая таким образом, получаем оптимальный разрез V = [(3,5), (1,2), (4,2)]. Заметим, что оптимальное решение оценочной задачи было получено по следующему правилу: в первую очередь ненулевые значения переменных назначались для вершин (£, j) с минимальными длинами С у = Су/пу. На основе этого можно предложить простое эвристическое правило получения приближенного решения:

1. Определяется вершина (ц|) с минимальной длиной С д. Эта вершина удаляется вместе с исходящими дугами и смежными вершинами.

2. Определяются новые степени вершин множества У и соответственно новые длины дуг. Возврат к шагу 1.

Шаг 1 и 2 повторяются до тех пор, пока не будет получен разрез графа.

Рассмотренный выше алгоритм можно применить в качестве первого этапа решения задачи 2. Если в полученном сетевом графике с жесткими зависимостями продолжительность проекта не превышает заданной величины Т, то задача решена. В противном случае, необходимо уменьшение продолжительности проекта, что ведет к росту затрат. Рассмотрен частный случай, когда сетевой график имеет вид последовательной цепочки.

В работах В.Н. Буркова и И.В. Бурковой предложен метод решения задач дискретной оптимизации, названный методом дихотомического программирования, который и применен к решению задачи 2 и обобщен для решения задачи 3.

До сих пор рассматривали задачу разработки календарного плана при рекомендательных зависимостях между работами без учета ресурсных

ограничений (учитывались только стоимость работ). Рассмотрим ряд постановки с учетом ограничений на количество ресурсов (ш бригад). Начнем со случая ш=1 (одна единица ресурсов, например одна бригада). Очевидно, что в этом случае все работы будут выполняться последовательно, и задача заключается в определении оптимальной очередности выполнения работ. Заметим, что увеличение продолжительности проекта (задача 1) будет равна

5Х (14)

UJ)eU

где U - множество неучтенных рекомендательных зависимостей. Аналогично, увеличение затрат на весь выполняемый комплекс работ составит

В= (15)

иЛеи

Таким образом задача 1 и 2 фактически сводится к одной задаче определения множества U, минимизирующего (14) или (15) (множество U называется разрезом графа, а величины А и В - пропускной способностью разреза).

Это известная задача на разрыв контуров или на определение разреза минимальной пропускной способности.

В работах В.Н. Буркова для ее решения определялись все элементарные контуры графа и задача сводилась к задаче покрытия двудольного графа, которая решалась методом ветвей и границ. Рассмотрим метод ветвей и границ, не требующий перечисления всех контуров графа, для этого воспользуемся понятием циркуляции в графе. Циркуляцией Ф называется множество неотрицательных чисел х(ц), заданных на контурах ц графа. Величиной циркуляции называется сумма циркуляций по всем контурам графа.

*(Ф)=5>М (16)

IxU

где M - множество контуров графа. Известно, что величина любой циркуляции не превышает пропускной способности любого разреза. Поэтому величина любой циркуляции является оценкой снизу минимальной пропускной способности разреза. Величину циркуляции предполагается использовать в качестве оценки подмножеств решений в методе ветвей и границ.

В четвертой главе рассмотрены конкретные задачи применения разработанных моделей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ существующих моделей выбора вариантов производства работ показал, что на этапе организационно - технологического проектирования возможности влияния на продолжительность выполнения совокупности работ, принятой к реализации конкретным строительным предприятием достаточно ограничены, поэтому необходима разработка комплекса моделей,

обеспечивающих соблюдение договорных сроков при минимуме дополнительных затрат и учете характера зависимостей между работами.

2. Предложена модель выбора вариантов производства строительно-монтажных работ при минимуме средств направляемых на сокращение сроков выполнения, отличающаяся учетом технологической последовательности выполнения работ и позволяющая получать производственный план, реализуемый с минимальными затратами.

3. Разработана модель выбора вариантов производства работ, учитывающая свойство выпуклости функции затрат, что дает возможность существенно упростить процедуру получения решения.

4. Построена модель выбора вариантов производства работ, отличающаяся тем, что часть зависимостей между работами носит рекомендательный характер, то есть может быть нарушена, что сопровождается увеличением затрат, позволяющая получать оптимальную очередность выполнения строительно-монтажных работ, включенных в производственную программу предприятия.

5. Доказана теорема о минимальных сроках завершения работ, позволяющая получать критерий сходимости итерационной процедуры решения задачи минимизации продолжительности выполнения комплекса строительно-монтажных работ.

6. Получена модель составления расписания работ, отличающаяся учетом ограничений на количество используемых ресурсов типа мощности (бригад) и рекомендательных зависимостях между работами, что позволяет получить зависимость продолжительности проекта от дополнительных затрат.

7. Использование предложенных моделей организационно технологического проектирования строительного производства в конкретных строительных организациях подтвердило их реальную ценность и практическую значимость и позволило в одних случаях - существенно сократить продолжительность строительства, а в других - минимизировать стоимость дополнительных затрат.

Основные результаты диссертационной работы изложены в 15 публикациях:

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Маилян АЛ. Разработка алгоритма комплексной оценки поставщиков в ходе реализации проекта. Воронеж, Научный вестник ВГСУ «Строительство и архитектура», вып.№4(16),2009. -С. 130-135.

2. Баркалов С.А., Маилян А.Л.Выбор управленческого решения в условиях неопределенности. Воронеж, Научный вестник ВГСУ «Строительство и

' архитектура», вып.№4(16),2009. -С.124-130.

3. Агафонкина Н.В., Курочка П.Н., Маилян A.JI. Эвристические модели распределения ресурсов строительной организации. Тула, Известия ТГУ, вып. 13,2009.-С. 195-208.

4. Баркалов С.А., Мизербаев Н.Ф., Маилян A.JI. Моделирование професса

формирования производственной программы строительного предприятия. Тула, Известия ТГУ, вып. 13,2009. -С. 184-195.

5. Дудин A.M., Маилян А.Л., Сычев А.П. Модель реализации проектов с учетом возможности манипулирования информацией. Воронеж, Вестник ВГТУ, том 5, №1,2009 .-С. 16-20.

6. Агафонкина Н.В., Бурков В.Н., Маилян АЛ. Механизмы комплексного анализа при выборе согласованного варианта проекта. Воронеж, Вестник ВГТУ, том 5, №8,2009. -С.128-133.

7. Бурков В.Н., Кравцов А.Е., Маилян А.Л. Стеганцев Д.Н. Механизм оптимального определения чередования задач проекта. Воронеж, Вестник ВГТУ, том 4, №6,2008. -С.43-47.

Статьи в других изданиях:

8. Врублевская С.С, Потапов С.Ю., Маилян А.Л. Определение рациональных вариантов закупок на основе сетевой модели. Ставрополь, Материалы ХХХУ11 конференции СКГТУ, том 3, 2008. -С.72-77.

9.Маилян А.Л. Модель определения вариантов выполнения работ на объектах. В кн.: Теория систем и системный анализ. Воронеж, Научная книга, 2009.-С.166-173.

10. Маилян А.Л. Модель определения вариантов работ на объектах. В кн.: Системный анализ и принятие решений. Воронеж, Научная книга, 2009. -С.217-225.

Монографии:

11. Баркалов С.А., Белоусов В.Е., Маилян А.Л. Исследование систем организационного управления на основе имитационных моделей. Ростов-на-Дону, РГСУ, 2009. -460с./Лично автором выполнено 85с.

12. Маилян А.Л. Модели организационно-технологического проектирования при выборе вариантов производства строительно-монтажных работ. Ростов-на- Дону, РГСУ, 2010. -154с.

Справочники:

13. Справочник современного строителя. Ростов-на-Дону, Феникс, 2008,-452с./Лично автором выполнено 13с.

14. Справочник современного технолога строительного производства. Ростов-на-Дону, Феникс, 2008.-430с. /Лично автором выполнено 22с.

15. Справочник современного организатора строительного производства. Ростов-на-Дону, Феникс, 2009.-543с. /Лично автором выполнено 15с.

Подписано в печать15.10. 2010. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд. л. 1,0. Усл.-печ. л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказ № 735.

Редакционно-издательский центр Ростовского государственного строительного университета 344022, Ростов-на-Дону, ул.Социалистическая, 162.

Введение.—.

1 АНАЛИЗ МОДЕЛЕЙ ОРГАНИЗАЦИОННО - ТЕХНО ЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

1.1 Многовариантность организационно — технологических решений строительного производства.

1.2 Характеристики строительно-монтажныхработ..

1.3 Состав организационно-технологической документации.

1.4 Принципы выбора организационно-технологических решений.

1.5 Модели организационно-технологического проектирования строительного производства;. 33;

1.6 Методы решения* задач организационно - технологического проектирования строительного производства;. 48 ■

1.7 Цель изадачи'исследования.

2 МОДЕЛИ ВЬШОРА ВАРИАНТОВ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНО МОНТАЖНЫХ РАБОТ ОПТИМАЛЬНЫХ ПО СТОИМОСТИ .:. 59'

2.1: Постановка задачи выбора вариантов производства строительномонтажных работ.

2.2 Выбор вариантов ^производства работ для агрегируемых сетевых графиков.—.

2.3 Выбор вариантов выполнения работ для произвольного сетевого графика:.

2.4 Решения задачи определения оптимального варианта производства работ при выпуклой функции затрат.

2.5 Выводы по главе 2.'.'. ,84'

3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫБОРА ВАРИАНТОВ ПРО

ИЗВОДСТВА РАБОТ ПРИ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫХ ЗАВИСИМОСТЯХ.

3.1 Задачи выбора вариантов выполнения работ при зависимостях рекомендательного типа.

3.2 Модель построения календарного плана с минимальной продолжительностью выполнения комплекса работ.

3.3 Модель построения календарного плана с минимальными дополнительными затратами.

3.4 Построение календарного плана с минимальными дополнительны ми затратами для случая последовательного выполнения работ.

3.5 Построение календарного плана при.минимальном увеличении затрат с учетом ограничений на продолжительность выполнения.

3.6 Выводы по главе 3.

4 ФОРМИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ

ПРОГРАММЫ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ.

4.1 Производственная программа ЗАО «Воронеж — Дом».

4.2 Определение оптимальной очередности выполнения работ при зависимостях рекомендательного типа.

4.3 Определение оптимальной очередности выполнения работ при минимальных дополнительных затратах.

4.4 Выводы по главе 4.

Актуальность темы. Строительное производство многовариантно по своей сути, то есть каждая работа может быть выполнена несколькими способами, как с точки зрения ее технологии, так и с точки зрения организации ее выполнения. Существующая система нормативных документов нацеливает на многовариантное организационно — технологическое проектирование выполнения работ в ходе подготовки производства. Это означает, что предварительному анализу должны подвергаться наиболее перспективные* варианты выполнения строительно-монтажных работ, из которых должен отбираться наиболее рациональный в рассматриваемых условиях.

Существующие модели выбора организационно - технологических решений по выполнению строительно-монтажных работ направлены в основном на то, чтобы обеспечить соответствие привлекаемых ресурсов строительной организации требованиям, диктуемым выполняемыми работами и выбрать рациональную схему движения бригад по объектам строительства, обеспечивающую сокращение сроков строительства за счет сокращения простоев бригад при движении с объекта на объект.

Успешное завершение строительства объекта или комплекса объектов определяется как достижение запроектированных целей при соблюдении установленных ограничений на: продолжительность и сроки завершения строительства; сметную стоимость строительства; качество выполненных работ и спецификации требований к результатам. При этом объект должен быть принят заказчиком в установленном порядке. Таким образом, ключевыми параметрами, влияющими на конечный результат строительства, являются продолжительность, стоимость и качество выполняемых работ. По крайней мере, два из них - продолжительность и стоимость, очень тесно зависят от количества используемых ресурсов при* строительстве: насыщая фронт работ ресурсами типа мощности можно сократить продолжительность, но увеличить стоимость проекта и наоборот.

Следовательно, одной из основных задач является задача составления расписания-работ с тесной увязкой необходимых для их выполнения ресурсов. Для этой цели приходится решать задачи, связанные с распределением ограниченных ресурсов. При этом следует учитывать технологическую взаимосвязь выполняемых работ. Такие зависимости могут носить различный характер. В тех случаях, когда речь идет о выполнении строительно-монтажных работ на одном объекте зависимости между работами носят жесткий характер, то есть их нарушение невозможно или сопряжено с очень большими затратами. В тех же случаях, когда строительно-монтажные работы выполняются на различных объектах, зависимости между работами носят необязательный, рекомендательный, характер, то есть нарушение'таких зависимостей возможно, но приводит к дополнительным затратам. Насколько приемлемыми будут эти затраты для конкретного предприятия требуется установить, на этапе организационно - технологического проектирования.

Строительная организация, в общем случае, выполняет работы одновременно на ряде объектов, при этом номенклатура их постоянно сменяется и деятельность организации должна обеспечить выполнение заданных комплексов» работ в определенные договорными обязательствами^ сроки. Учитывая, что сокращение сроков выполненияфабот молено обеспечить-при неизменных производственно-технологических условиях, то есть при постоянной' технической оснащенности и заданном уровне производительности труда, только за счет насыщения фронта работ дополнительными ресурсами или же за счет совмещенного выполнения^ работ, следует признать, что часто стремление, уложиться в договорные сроки выполнения работ приводит к дополнительным затратам. В связи с этим возникает задача такого выбора вариантов производства работ на объектах, чтобы при соблюдении договорных сроков было бы обеспечено минимально необходимое количество дополнительных финансовых ресурсов

Тем самым, необходимость создания новых подходов к разработке стратегии выбора вариантов производства строительно-монтажных работ, с целью' обеспечения договорных сроков их выполнения и минимизации затраченных на их выполнение • средств, с учетом характера зависимостей между выполняемыми работами является актуальной и важной проблемой.

Диссертационные исследованиявыполнялись по:

- федеральной комплексной программе «Исследование и разработки по приоритетным направлениям науки и техники гражданского назначения»;

- госбюджетной'научно-исследовательской работе «Разработка и совершенствование моделей и механизмов внутрифирменного управления».

Цель и, задач и, исследования. Целью «диссертации является разработка моделей выбора вариантов^ производства* строительно-монтажных работ в процессе организационно,— технологического проектирования на*стадии1 подготовки строительного производства.

Достижение цели работы потребовало решения основных задач:

1. Проанализировать. существующие ^модели« выбора■ вариантов производства работ.

2. Построить модель выбора^ вариантов производства, строительно - монтажных работ при минимуме средств, направляемых на сокращение сроков - выполнения.

3. Разработать модель»выбора« вариантов производства работ, учитывающую свойство выпуклости функции затрат, что дает возможность* существенно упростить'процедуру получения решения.

4. Предложить модель выбора вариантов производства!работ для случая; когда часть зависимостешмежду работами-носит рекомендательный характер.

5. Получить критерий сходимости итерационной процедуры решения задачи минимизации продолжительности выполнения комплекса строительно - монтажных работ.

6. Построить модель составления расписания работ с учетом ограничений на количество используемых ресурсов типа мощности (бригад) и рекомендательных зависимостях между работами.

Методы исследования. В работы использованы методы моделирования организационных систем управления; теории графов, системного анализа, математического программирования.

Научная новизна.

1. Модель выбора вариантов производства строительно-монтажных работ при минимуме средств, направляемых на сокращение сроков выполнения, отличающаяся учетом технологической последовательности выполнения работ и позволяющая'получать производственный план, реализуемый с минимальными затратами.

2. Модель выбора вариантов производства работ, учитывающая свойство 1 выпуклости функции затрат, что дает возможность существенно упростить процедуру получения решения.

3. Модель выбора вариантов» производства работ, отличающаяся тем, что часть зависимостей между работами носит рекомендательный характер, то есть может быть нарушена, что сопровождается увеличением затрат, позволяющая- получать оптимальную очередность выполнения* строительно-монтажных работ, включенных в производственную программу предприятия.

4. Теорема о минимальных сроках завершения работ, позволяющая* получать критерий сходимости итерационной, процедуры решения задачи минимизации продолжительности выполнения комплекса строительно-монтажных работ.

5. Модель составления расписания работ, отличающаяся* учетом ограничений на количество используемых ресурсов.типа мощности (бригад) и рекомендательных зависимостях между работами, что позволяет получить зависимость продолжительности проекта от дополнительных затрат.

Достоверность научных- результатов. Научные положения, теоретические выводы и практические рекомендации, полученные в диссертации, обоснованы математическими доказательствами. Они подтверждены расчетами на примерах, производственными экспериментами и многократной проверкой при внедрении в практику управления.

Практическая значимость и результаты внедрения. На основании выполненных исследований созданы модели, позволяющие при соблюдении договорных сроков осуществить выбор вариантов производства работ, обеспечивающих минимизацию дополнительных средств, направляемых на сокращение сроков выполнения работ.

Использование предложенных моделей и механизмов позволяет многократно применять разработки, тиражировать их и осуществлять их массовое внедрение с существенным сокращением продолжительности трудозатрат и средств.

Материалы диссертационной работы использованы в нормативном документе регионального значения — «Рекомендации по расчетному выбору вариантов производства строительно-монтажных работ, оптимальных по стоимости» (Ростов н/Д, СевкавНИПИагропром, 2010).

Разработанные модели используются в практике разработки вариантов производства работ в ОАО «Воронеж-Дом» и ОАО «Ростовгорстрой».

Модели, алгоритмы и механизмы внедрены в учебный процесс и читаются в Воронежском государственном архитектурно-строительном ^университете, Ростовском государственном строительном университете, Кабардино-Балкарском государственном университете и Кабардино-Балкарской государственной сельхозакадемии.

На защиту выносятся:

1. Модель выбора вариантов производства строительно-монтажных работ при минимуме средств, направляемых на сокращение сроков выполнения, при различных свойствах функции затрат

2. Модель выбора вариантов производства работ при рекомендательном характере зависимостей между работами.

3. Теорема о минимальных сроках завершения работ, дающая критерий сходимости итерационной процедуры решения поставленной задачи.

4. Модель составления расписания работ при рекомендательных зависимостях и с учетом ограничений на количество используемых ресурсов типа мощности (бригад).

Апробация работы.

Основные результаты исследований и научных разработок докладывались и обсуждались на 61-63 научно-технических конференциях по проблемам архитектуры и строительных наук (Воронеж, ВГАСУ, 2008-2010гг.), научных конференциях «Строительство - 2008, 2009, 2010» (Ростов н/Д, РГСУ, 2008-2010гг.) и 37 научно-технической конференции СевКавГТУ (Ставрополь, 2008г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ -10 статей (7 - в сборниках, рекомендуемых ВАК России и 3 - в других изданиях), 2 монографии и 3 справочника.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Она содержит 145 страниц текста, 85 рисунков, 28 таблиц, 2 приложения и список использованной литературы из 131 наименования.

4.4. Выводы по главе 4.

1. Осуществлено практическое внедрение предложенных моделей организационно - технологического проектирования строительного производства в конкретной строительной организации, подтвердившее их реальную ценность и практическую значимость.

2. Использование предложенных моделей организационно — технологического проектирования строительного производства позволило в одних случаях - существенно сократить продолжительность строительства, а в других случаях - оптимизировать стоимость дополнительных затрат.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате анализа моделей организационно — технологического проектирования строительного производства установлено, что управление временными характеристиками работ, предназначенных для выполнения, возможно на экстенсивной (насыщение фронта работ трудовыми ресурсами и техникой) и интенсивной (повышение производительности труда) основе. Оба способа сокращения сроков имеют свои пределы и, как правило, ведут к дополнительным затратам. Интенсивный путь сокращения продолжительности практически не может быть рассмотрен на стадии организационно — технологического проектирования из-за отсутствия на тот период точных данных по парку строительных машин и механизмов, рабочих кадров и т.д., которыми будет располагать строительная организация на момент строительства и который в общем случае возможен на основе проведения коренной модернизации предприятия. Экстенсивный способ также имеет свои ограничения.

Известно, что согласно нормативным документам существует минимальная численность бригады для выполнения конкретного технологического процесса (меньшее количество рабочих для его выполнения поставить нельзя). Максимальная же численность рабочих, выполняющих данный технологический процесс, ограничивается конкретными условиями его выполнения (соблюдением безопасных условий труда, обеспечением конструктивной целостной возводимого здания или же его частей, а таюке рациональным использованием рабочих кадров).

Таким образом, на стадии организационно — технологического проектирования влияние на продолжительность выполнения работ достаточно ограничено и, как правило, в организационно - технологических документах величина продолжительности уже определена с учетом всех вышеуказанных критериев и может считаться близкой к рациональной для данных условий возведения объекта силами конкретных строительных организаций. Следовательно, с этой стороны возможность влияния* на общую продолжительность строительства можно признать практически исчерпанной.

Но остается комплекс организационных мер, заключающийся вфацио-нальном распределении имеющихся в распоряжении предприятия ресурсов, в особенности типа мощности, что позволяет достаточно рационально осуществлять влияние на общую продолжительность выполняемого комплекса работ. В основе этих мер лежит учет характера зависимостей между отдельными работами во всем комплексе работ строительного предприятия. В'одном случае - эти зависимости носят жесткий характер, обусловленный технологической последовательностью* выполняемых работ, пренебрегать которыми нельзя, и тогда речь идет о решении оптимизационных задач на графах, когда в первую очередь* должна сокращаться, продолжительность работ, не имеющих резервов времени. В другом случае - эти зависимости носят рекомендательный характер, отражая организационные аспекты выполняемых работ между которыми нет технологической связи. В этом случае нарушение таких зависимостей- возможно, но сопровождается дополнительными затратами. В! связи с этим, возникает комплекс задач построения« оптимального календарного плана выполнения работ по заданному критерию.

Таким образом, в диссертационной, работе предложен комплекс моделей, позволяющих осуществить рациональный выбор вариантов производства работ, обеспечивающих соблюдение договорных сроков выполнения всего комплекса работ при минимальных дополнительных затратах, направляемых на эти цели с учетом характера зависимостей между работами. Основные результаты и выводы диссертационной работы: 1. Анализ существующих моделей выбора вариантов производства работ показал, что на этапе организационно - технологического проектирования возможности влияния на продолжительность выполнения совокупности работ, принятой к реализации конкретным строительным предприятием достаточно ограничены, поэтому необходима разработка комплекса моделей, обеспечивающих соблюдение договорных сроков при минимуме дополнительных затрат и учете характера зависимостей между работами.

2. Предложена модель< выбора вариантов производства строительно-монтажных работ при минимуме средств, направляемых на сокращение сроков выполнения, отличающаяся учетом технологической последовательности выполнения работ и позволяющая получать производственный план, реализуемый, с минимальными затратами.

3. Разработана модель выбора вариантов производства работ, учитывающая1 свойство выпуклости функции затрат, что дает возможность существенно упростить процедуру получения решения.

4. Построена модель выбора вариантов, производства работ, отличающаяся тем, что часть зависимостей между работами носит рекомендательный характер, то есть.может быть нарушена, что сопровождается увеличением затрат, позволяющая», получать оптимальную очередность выполнения строительно-монтажных работ, включенных в производственную» программу предприятия.

5. Доказана теорема о минимальных сроках завершения-работ, позволяющая получать критерий сходимости итерационной^ процедуры^ решения задачи минимизации продолжительности выполнения комплекса строительно-монтажных работ.

6. Получена модель составления'расписания работ, отличающаяся* учетом ограничений на количество используемых ресурсов типа мощности (бригад) и рекомендательных зависимостях между работами, что позволяет получить зависимость продолжительности проекта от дополнительных затрат.

7. Осуществлено практическое внедрение предложенных моделей организационно — технологического проектирования? строительного производства в конкретной строительной организации, подтвердившее их реальную ценность и практическую значимость.

8. Использование предложенных моделей организационно - технологического проектирования строительного производства позволило в одних случаях - существенно сократить продолжительность строительства, а в других случаях - оптимизировать стоимость дополнительных затрат.

147

1. Авдеев Ю.А. Оперативное планирование в целевых программах. Одесса: Маяк, 1990. - 132 с.

2. Айзерман М.А., Вольский В.И., Литваков Б.М. Элементы теории^ выбора. Псевдокритерии и псевдокритериальный выбор. М.: Нефтяник,1994. 216 с.

3. Александров Е.А. Основы теории эвристических решений. М-.: Советское радио, 1975.

4. Александров Н.И., Комков Н.И. Моделирование организации и управления решением научно-технических проблем. М.: Наука, 1988. — 216 с.

5. Алтаев В.Я., Бурков В.Н., Тейман А.И. Теория сетевого планирования и управления // Автоматика и телемеханика. 1966. № 5.

6. Алферов В.И., Баркалов С.А., Бурков В.Н., Курочка П.Н. и др. Прикладные задачи управления строительными проектами. — Воронеж «Центрально — Черноземное книжное издательство» 2008. 765 с.

7. Андронникова Н.Г., Баркалов С.А., Бурков В.Н., Котенко A.M. Модели и методы оптимизации региональных программ развития.' (Препринт) — М.: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2001.

8. Ансоф И. Стратегическое управление. М.: Экономика, 1989. 519 с.

9. Антанавичус К.А. Многоуровневое стохастическое моделирование отраслевых многоплановых решений. Вильнюс: Москлас, 1977.

10. Ю.Ануфриев И.К., Бурков В.Н., Вилкова Н.И., Рапацкая С.Т. Модели и механизмы внутрифирменного управления. М.: ИПУ РАН, 1994. 72 с.

11. Арнольд В.И. О функциях трех переменных. ДАН СССР, 1957, № 2.

12. Багриновский К.А. Основы согласования плановых решений. М.: Наука, 1977. 303 с.

13. Баркалов С.А., Бурков В.Н., Курочка П.Н. и др. Диагностика, оценка и реструктуризация строительного предприятия. Бизнес-планирование. Воронеж, ВГАСА, 2000. 405 с.

14. Баркалов С.А. Теория и практика календарного планирования в строительстве. Воронеж, ВГАСА, 1999.-216 с.

15. Баркалов С.А., Бурков- В.Н., Гилязов H.Mi, Семенов П.И. Минимизация упущенной выгоды в задачах управления,проектами. М.: ИИУ РАН, 2001.

16. Баркалов П.С., Буркова И.В., Глаголев A.B., Колпачев В:Н. Задачи.распределения ресурсов в управлении проектами. М.: ИЛУ РАН, 2002.

17. Баркалов С.А., Бурков В.Н., Гилязов-Н.М. Методы агрегирования в управлении проектами. М.: ИЛУ РАН, 1999. 55 с.

18. Баркалов С.А., Бурков В.Н., Курочка П.Н., Образцов H.H. Задачи управления материально-техническим.- снабжением в рыночной экономике. М.: ИГГУ РАН, 2000.-58 с.

19. Баркалов С.А., Бурков' В.Щ Курочка П.Н. и др. Системный» анализ и его приложения. Воронеж: Научная книга, 2008. - 439 с.20.'Баркалов С.А., Бурков В.Н., Курочка П.Н: и др. Модели и механизмы управления недвижимостью. М.: Уланов — пресс, 2007. 310 с.

20. Баркалов,С.А., Буркова И.В., Колпачев В.Н., Потапенко A.M. Модели и методы распределения ресурсов в.управлении проектами. М.: ИЛУ РАН, 2004г. -87 с:

21. Берзин Е.А. Оптимальное распределение ресурсов и элементы, синтеза систем. М.: Советское радио, 1974.

22. Бережная Е.В., Бережной В.И: Математические методы моделирования экономических систем. М.: Финансы и статистика, 2001. - 368 с.

23. Блишун А.Ф. Сравнительный анализ методов измерения нечеткости// Техническая кибернетика.- 1988.- N 5, с. 152-173.

24. Бобрышев Д.Н., Русинов Ф.М: Управление научно-техническими разработками в машиностроении. М.: Машиностроение, 1976. — 236 с.

25. Болтянский В.Г. Математические методы оптимального управления. М.: Наука, 1968.-408 с.

26. Брахман Т.Р. Многокритериальность и выбор альтернативы в технике. М.: Радио и связь, 1984.

27. Бурков В.Н. Распределение ресурсов как задача оптимального быстродействия // Автоматика и телемеханика. 1966. № 7.

28. Бурков В.Н. Основы математической» теории^ активных систем. -М.: Наука. -1977.-327 с.

29. Бурков В.Н., Багатурова О.С., Иванова С.И., Овчинников С.А., Ануфриев И.К., Маркотенко B.JI. Оптимизация обменных производственных схем в условиях нестабильной экономики. М.: ИЛУ РАН, 1996. — 62 с.

30. Бурков В.Н., Буркова И.В. Задачи-дихотомической оптимизации. М.: Радио и связь. — 2003. - 166 с. ;

31. Бурков В.Н:, Еоргидзе И.А., Ловецкий С.Е. Прикладные задачи теории графов. Тбилиси: Мецниереба, 1974. 234 с.

32. Бурков В.Н., Горгидзе H.A., Новиков Д:А., Юсупов Б.С. Модели и механизмы! распределения затрат и доходов в рыночной-экономике. М.: ИЛУ РАН, 1997.-60 с.

33. Бурков В.Н., Данев Б., Еналеев А.К. и др. Большие системы: моделирование организационных механизмов. Mi: Наука, 1989. 245 с.

34. Бурков В.Н., Еналеев А.К., Новиков Д.А. Механизмы стимулирования в вероятностных моделях социально-экономических систем // Автоматика и телемеханика. 1993. № И. С. У-30.

35. Бурков1 В.Н., Еналеев А.К., Новиков Д1А. Механизмы функционирования социально-экономических систем с сообщением информации // Автоматика и телемеханика. 1996. № 3. С. 3 25.

36. Бурков В.Н., Заложнев А.Ю., Новиков Д1А. Теория графов в управлении организационными системами. М.: СИНТЕГ — 2001. — 265 с.

37. Бурков В.Н1., Зинченко В.И., Сочнев С.В., Хулап Г.С. Механизмы обмена в экономике переходного периода. — М.: ИЛУ РАН, 1999. — 77 с.

38. Бурков В.Н., Квон О.Ф., Цитович JI.A. Модели и методы мультипроектного управления. М.: ИПУ РАН, 1998. 62 с.

39. Бурков В.Н., Кондратьев В.В. Механизмы функционирования организационных систем. М.: Наука, 1981. 384 с.

40. Бурков В.Н., Новиков,Д.А. Как управлять проектами. М.: СИНТЕГ, 1997. — 188 с.

41. Бурков В.Н., Новиков Д.А. Теория активных систем: состояние и перспективы. М.: СИНТЕГ, 1999. 128 с.

42. Бурков В.Н. Новиков Д;А. Как управлять организациями. М.: СИНТЕГ, 2004.

43. Бурков В.Н. и др. Сетевые модели и задачи управления. Библиотека технической кибернетики. М.: Советское радио, 1967.

44. Буркова И.В., Михин П.В., Попок М.В., Семенов П.И., Шевченко JT.B. Модели и методы оптимизации планов проектных'работ. — М: ИПУ РАН, 2005. -103 с.

45. Бусленко В.Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. М.: Наука, 1977.- 240 с.

46. Вагнер Г. Основы исследования операций. М.: Мир, 1972. Т. 1-3.

47. Васильев В.М., . Зеленцов Л.Б. Автоматизация организационно-технологического планирования в строительном производстве. М.: Стройиздат, 1991.-152 с.

48. Васильев Д.К., Колосова Е.В., Цветков А.В: Процедуры управления проектами // Инвестиционный эксперт. 1998. № 3. С. 9 10.

49. Васкевич Д. Стратеги клиент/сервер. Руководство по выживанию для специалистов по реорганизации бизнеса. Киев: Диалектика, 1996. — 384 с.

50. Вознесенский'В.А., Ковальчук А.Ф. Принятие решений по статистическим моделям. М.: Статистика, 1978.- 192 с.

51. Воронов A.A. Исследование операций и управление. М.: Наука, 1970. — 128 с.

52. Воропаев В.И., Любкин С.М., Голенко-Гинзбург Д. Модели принятия решений для обобщенных альтернативных стохастических сетей // Автоматика и телемеханика. 1999. № 10. С. 144-152.

53. Воропаев В.И. Модели и методы календарного-планирования в автоматизированных системах управления строительством. М.: Стройиздат, 1974. — 232 с.

54. Воропаев В.И., Шейнберг М.В. и др. Обобщенные сетевые модели. М.: ЦНИПИАС, 1971.-118 с.

55. Гермейер Ю.Б. Игры с непротивоположными интересами. М.: Наука, 1976. -327 с.

56. Голенко Д.И. Статистические методы сетевого планирования и управления. М.: Наука, 1968. -400 с.

57. Голуб Л.Г. Автоматизация решения задач подготовки строительного производства. М.: Стройиздат, 1983.6Г.Горбатов В.А., Павлов П.Г., Четвериков В.Н. Логическое управление информационными процессами. М.: Энергоатомиздат, 1984.

58. Гусаков A.A., Ильин Н.И. Методика совершенствования!организационно-технологической подготовки строительного производства. М.: Стройиздат, 1985.- 156с.

59. Гусаков A.A. и др. Выбор проектных решений в строительстве. М.: Стройиздат, 1982.

60. Евланов Л.Г. Теория и практика принятия решений. М.: Экономика, 1984.

61. Ефимов Е.И. Решатели интеллектуальных задач. М.: Наука, 1982.

62. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию решений. М.: Мир, 1976.

63. Иванилов Ю.П., Лотов A.B. Математические модели в экономике. М.: Наука, 1979. 304 с.

64. Интриллигатор М. Математические методы оптимизации- и экономическая теория. М,: Прогресс, 1975. 606 с.

65. Исследование операций. Т.2. / Под ред. Моудера Дж., Элмаграби С. М.: Мир, 1981.

66. Каплинский А.И., Руссман И.Б., Умывакин В.М. Моделирование и автоматизация слабо-формализованных задач выбора наилучших вариантов систем. — Воронеж: ВГУ, 1990. 168 с.-. ' 152 .

67. Карпов;,ВШ., Тищенко-ВФ. Программно»— целевое планирование." линейного строительства; Минск: Вышейшая «школа, 1987. — 128?с; ,

68. Колмогоров А.Н. О представлении непрерывных функций нескольких переменных суперпозициями непрерывных функций меньшего числа переменных.

69. Ларичев О:И. Наукаиискусствопринятиярешешш:М.:Наука;1979.

70. Левин В.И. Оптимизация расписаний в системах с неопределенными временами обработки. 1,11 / В:И: Левин//Автоматика и телемеханика. 1995.2.-С. 99-110. -№3.-С. 106-116.

71. Либерзон В.И. Основы управления проектами. М.: Нефтяник, 1997. 150 с.

72. Ли Э.Б., Маркус Л. Основы теории оптимального управления. М.: Наука, 1972-576 с.

73. Литвак Б.Г. Экспертная информация: методы получения и анализа. М.: Радио и связь, 1982. 184 с.

74. Литвак Б.Г. Экспертные оценки и принятие решений. М.: Патент, 1996. 271 с.

75. Малышев Н.Г., Берштейн Л.С., Боженюк A.B. Нечеткие модели для экспертных систем в САПР. М.: Энергоиздат, 1991.- 136 с.

76. Методология и автоматизация архитектурно-строительных решений. A.A. Гусаков, Э.П.Григорьев, М.Порада и др. М.: Стройиздат, 1985.

77. Мильнер Б.З., Евенко.Л.И., Раппопорт B.C. Системный подход к организации управления. М.: Экономика, 1983. 224 с.

78. Михалевич B.C., Волкович В.Л. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем. М.: Наука, 1982. 286 с.

79. Моисеев H.H. Элементы'теории оптимальных систем. М.: Наука, 1974. 526 с.

80. Мулен Э. Кооперативное принятие решений: аксиомы и модели. М.: Мир, 1991.-464 с.

81. Новиков Д.А. Закономерности итеративного научения. М.: ИПУ РАН, 1998. -96 с.

82. Новиков Д.А. Механизмы стимулирования в моделях активных систем с нечеткой неопределенностью. М.: ИПУ РАН, 1997. 101 с.

83. Новиков Д.А. Механизмы функционирования многоуровневых организационных систем. М.: Фонд "Проблемы управления", 1999. 150 с.

84. Новиков Д.А. Обобщенные решения задач стимулирования в активных системах. М.: ИПУ РАН, 1998. 68 с.

85. Новиков Д.А., Петраков С.Н. Курс теории активных систем. М.: СИНТЕГ, 1999. -108 с.

86. Новиков Д.А. Стимулирование в социально-экономических системах (базовые математические модели). М.: ИЛУ РАН, 1998. 216 с.

87. Новиков Д.А. Теория управления организационными системами. М.: Московский психолого социальный институт, 2005. — 384 с.

88. Ногин В.Д., Протодьяконов И.О., Евлампиев И.И. Основы теории оптимизации. М.: Высшая школа, 1986. 384 с.

89. Орлов А.И. Устойчивость в социально-экономических моделях М.: Наука, 1979.-218 с.

90. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации. М.: Наука, 1981. 206 с.

91. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. М.: Высшая школа, 1989. 367 с.

92. Петросян JI.A., Зенкевич H.A., Семина Е.А. Теория игр. М.: Высшая школа, 1998. 304 с.

93. Планирование и управление строительным производством с применением-методов экономико-математического моделирования и ЭВМ. И.Г.Галкин, В.М.Серов, Г.И.Ярымова и др.; Под ред. Галкина. М.: Стройиздат, 1978.

94. Поспелов Д.А. Ситуационное управление: теория и практика. М.: Нака, 1986.

95. Поспелов Г.С., Ириков В.А. Программно-целевое планирование и управление. М.: Советское радио, 1976. 344 с.

96. Потапенко A.M. Модели и механизмы перераспределения ресурсов при управлении проектом. В кн.: Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах. Межвузовский сборник научных трудов. Воронеж, ВГТУ, 2003г. с. 209-215.

97. Реклейтис Г. Оптимизация в технике / Г. Реклейтис, А. Рейвиндран, К. Рэгсдел. М: Мир, 1986. - Т. 1,2.

98. Санталайнен Т. Управление по результатам. М.: Прогресс, 1988.-320с.

99. Симионова Н.Е. Управление реформированием строительных организаций. М.: СИНТЕГ, 1998. 224 с.

100. Синенко С.А. Информационная технология проектирования организации строительного производства . М.: НТО "Системотехника и информатика" , 1992.- 258 с.

101. Танаев B.C. Введение в теорию расписаний / B.C. Танаев, В.В. Шкурба. -М.: Наука, 1975.

102. Танаев B.C. Теория расписаний. Многостадийные системы / B.C. Танаев, Ю.Н. Сотсков, В.А. Струсевич Mi: Наука, 1989.

103. Теория расписаний и вычислительные машины / Под ред. Коффмана Э.Г. М.: Наука, 1984.

104. Товченко В.И., Михайлов B.C. Модели и алгоритмы управления строительным производством.- Киев: Высшая школа, 1991.- 151с.

105. Уздемир А.П. Динамические'целочисленные задачи оптимизации в экономике. -М.: Физматлит, 1995.

106. Форд Л., Фалкерсон Д. Потоки в сетях. М.: Мир, 1966. 276 с.

107. Цыпкин Я.3. Основы информационной теории идентификации. М.: Наука, 1984.-336 с.1221Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. М.: Мир, 1975. — 4 688 с:

108. Эткинд Ю.Л. Организация и управление строительством. Свердловск: УГУ, 1991.-312 с.

109. Янг С. Системное управление организацией. М.: Советское радио, 1982. -456 с.

110. Abba W.F. Beyond communicating with earned value: managing integrated cost, schedule and technical performance / PMI Symposium. New Orleans, 1995. P. 2 6.

111. Bellman R. Some Combinatorial Problems Arising in the Theory of Multistage Processes / R. Bellman, O. Gross // J. Soc. Indust. and Appl'. Math. 1954. -V.2,№3.-P. 175-183.

112. Bellman R. Mathematical Aspects of Scheduling Theory / R. Bellman // J. Soc.Indust. and Appl. Math. 1956. - V.4, №3. - P. 168-205.

113. Coleman J.H. Using cumulative event curves on automotive programs / PMI Symposium. Pittsburgh, 1992. P. 101 107.

114. Connely A. Ad-hoc hierarchies for flat-flexible organizations / PMI Symposium. Pittsburgh, 1992. P. 329 335.

115. Globerson S. Effective Management of Project process / PMI Symposium. New Orleans, 1995. P. 381 387.

116. Ingram T. Client/Server: Imaging and earned value: a success story / PM Network. 1995. N 12. P. 21 -25.