автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Оптимизация календарного планирования в управлении строительным производством на основе теории нечетких множеств и имитационного моделирования

Введение.

1. Современное состояние теории и практики календарного планирования как основного инструмента управления в строительстве л

1.1. Цели и задачи календарного планирования в управлении строительным производством.

1.2.Анализ моделей и методов совмещения строительных работ при календарном планировании.

1.3.Анализ существующих автоматизированных систем календарного планирования.

Выводы и постановка задачи исследования.

2. Модели и методы оптимизации календарного планирования

2.1.Моделирование задачи совмещения строительных работ на основе теории нечетких множеств.

2.2.Имитационное моделирование в календарном планировании строительного производства.

2.3.Формирование набора показателей оценки календарных планов и определение их взаимной важности.

Выводы по второй главе.

3. Алгоритмическое обеспечение моделей и методов оптимизации календарного планирования

3.1.Алгоритм имитационного моделирования календарного плана строительства объекта.

3.2.Алгоритм построения многофакторной оценки вариантов календарных планов.

3.3.Алгоритм построения календарного плана строительства объекта.

Выводы по третьей главе.

4. Анализ практического внедрения результатов моделирования и полученный экономический эффект

4.1.Практическая реализация и внедрение результатов моделирования в работу строительной организации.

4.2.Экономический эффект от внедрения результатов оптимизации.

Выводы по четвертой главе.

Актуальность работы определяется тем, что современное строительство представляет собой весьма сложную динамическую вероятностную систему. Сложность такой системы определяется взаимодействием целого ряда строительных, проектно-конструкторских, научно-исследовательских и снабженческих организаций, а также производственных предприятий, в которых заняты тысячи людей и сотни машин и механизмов. Вероятностный характер строительного производства (СП) выражается в том, что оно функционирует в условиях подверженной изменениям среды (изменение планов, перебои в снабжении, случайные поломки машин и механизмов, перемена погоды и т.д.). Кроме того, на результаты функционирования системы управления СП оказывают влияние не только факторы, которые могут быть заранее учтены и описаны, но и ряд таких, воздействие которых может быть предусмотрено лишь с некоторой вероятностью. Это приводит к необходимости применения таких методов управления, которые обеспечили бы поддержание СП в заданном режиме функционирования.

Кроме того, в практику формирования портфеля заказов строительной организации (СО) все больше внедряется система тендерных торгов. Это означает, что наибольшие конкурентные преимущества получает та строительная фирма, которая может работать быстрее, дешевле и качественнее других. При строительстве одного и того же объекта весь комплекс работ может быть выполнен различными методами, с разными технико-экономическими показателями. В этом случае задача комплексного управления СП является одной из самых важных.

С одной стороны, вероятностный характер и сложность строительных процессов, многовариантность методов организации и управления строительства и его обслуживания обуславливают возникновение множества оптимизационных задач, решение которых позволяет вскрыть и использовать значительные резервы повышения эффективности СП, С другой стороны, необоснованные решения и низкий уровень организации производства приводят к крупным потерям и снижению эффективности капитальных вложений.

Календарное планирование (КП) СП - один из первоочередных, наиболее сложных, трудоемких и ответственных комплексов задач управления в строительстве. Качество календарных планов непосредственно влияет на важнейшие показатели и результаты деятельности СО. Этим и определяются высокие требования к моделям и методам КП и центральное место комплекса таких задач в создаваемых для строительных организаций автоматизированных системах управления.

В настоящее время в связи с внедрением современных персональных компьютеров, доступных практически любой организации, появилась возможность автоматизировать процесс КП, то есть создать информационную технологию (ИТ) по разработке плана СП. Под ИТ в дальнейшем мы будем понимать комплекс взаимосвязанных программ, обеспечивающих автоматизацию КП СП. В нашей стране и за рубежом уже имеется опыт разработки подобных систем. Однако, следует отметить, что большинство из них не достаточно формализованы для решения задач управления СП с минимальным участием человека, что затрудняет их использование в реальных СО.

Высокая степень сложности и трудоемкости составления календарных планов выполнения большого числа работ многими участниками современного строительства с использованием огромной номенклатуры различных ресурсов, высокие требования к качеству планов, необходимость их систематического составления и корректировок, а также бурное развитие экономико-математических методов и вычислительной техники стимулировали интенсивные поиски эффективных методов решения этого сложного класса задач.

Таким образом актуальность определяется необходимостью решения оптимизационных задач КП СП с последующей практической реализацией на ЭВМ с целью повышения эффективности управления СО.

Работа выполнялась в соответствии со следующими грантами:

- Программа «Строительство»- номер государственной регистрации 01.9.70006573;

- «Инновационная программа Черноземья»- номер государственной регистрации 01.9.70.001450.

Целью работы является разработка и внедрение эффективных моделей и методов для решения задач управления СП. В рамках этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

- анализ существующих моделей управления в КП СП;

- моделирование процесса совмещения различных строительных работ во времени;

- создание базы знаний нечетких зависимостей коэффициентов совмещений строительных работ от параметров СП;

- разработка алгоритма управления процессом совмещения различных работ во времени с целью повышения эффективности СП;

- разработка алгоритма имитационного моделирования календарного плана СП;

- получение основных временных характеристик календарного плана с использованием процедуры имитационного моделирования;

- систематизация и выбор показателей для оценки управляющих решений в КП СП;

- разработка визуальной технологии определение важности показателей оценки календарных планов для управления строительством;

- построение многофакторной оценки разработанных планов строительства объекта с целью выбора наилучшего из них.

Методы исследования базируются на использовании аппарата теории нечетких множеств, линейного программирования, имитационного моделирования, многокритериального выбора.

Научная новизна работы состоит в применении теории нечетких множеств и имитационного моделирования для формализации процесса совмещения СМР во времени с целью оптимизации КП СП. На основе этого были получены следующие результаты:

1. построена модель нечетких зависимостей коэффициентов совмещения СМР от характерных факторов СП, отличающаяся формализацией процесса управления строительством объекта;

2. предложены элементы базы знаний, содержащие интервальные зависимости для каждого коэффициента совмещения, позволяющие сформировать рекомендации для управления процессом КП;

3. разработан алгоритм имитационного моделирования продолжительности строительства, позволяющий получить основные временные характеристики календарного плана;

4. предложена технология определения важности показателей КП, отличающаяся использованием визуального метода опроса.

Практическая значимость работы состоит в программной реализации построенных моделей и внедрению их в работу СО АООТ «Воронежагропром-строй». В связи с чем:

1. создана программа «Совмещения», реализующая нечеткую модель совмещений СМР при КП СП;

2. разработана программа «Трудность», позволяющая строить многофакторные оценки вариантов календарных планов на основе визуальной технологии сравнения показателей процесса КП СП;

3. полученный экономический эффект свидетельствует о возможности внедрения данных программных продуктов в другие организации строительной отрасли с целью повышения эффективности управления СП. Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались на семинарах Воронежской государственной архитектурно-строительной академии; международной конференции «Управление

Проектами: Ключ к успеху», Москва-1998; международной конференций «Проблемы строительного и дорожного комплексов», Брянск- 1998; 20-й международной конференции «Системное моделирование социально-экономических процессов», Воронеж- 1998; 53-й научно практической конференции студентов и сотрудников ВГАСА, Воронеж- 1998.

Публикации. По теме диссертационной работы автором опубликовано 9 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения и содержит 115 страниц.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. построена модель формирования нечетких коэффициентов совмещения СМР во времени;

2. результаты моделирования собраны в базу знаний для формирования рекомендаций по управлению СП;

3. разработана методика имитационного моделирования строительства объекта;

4. получены эмпирические законы, характеризующие распределения вероятности продолжительности строительства объектов;

5. разработана визуальная технология опроса эксперта для расчета важности показателей КП;

6. построена модель обработки экспертной информации с целью получения «весов» показателей;

7. разработана процедура многокритериального выбора альтернативных вариантов календарных планов на основе многофакторной оценки типа «трудность»;

8. все полученные модели были программно реализованы;

9. разработанные программы прошли апробацию и внедрение в работе АООТ «Воронежагропромстрой» и АООТ МПМК «Бутурлиновская-2»;

10.от использования результатов моделирования получен годовой экономический эффект 170 тыс. руб. в ценах 1998 г.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Амосов А.А., Дубинский Ю.А., Копченова Н.В. Вычислительные методы для инженеров. -М.: Высшая школа, 1994,- 544 с.

2. Архипова Н.И., Кульба В.В. Управление в чрезвычайных ситуациях. М.: Рос. гос. гум. ун-т, 1998 - 316 с.

3. Афанасьев В. А. Поточная организация строительства. J1: Стройиздат, 1990.-160 с.

4. Багриновский К.А., Егорова Н.Е. Имитационные системы в планировании экономических объектов. М.: Наука, 1980,- 250 с.

5. Баркалов С. А. , Курочка П. Н. , Мищенко В. Я. Моделирование и автоматизация организационно-технологического проектирования строительного производства. Воронеж, 1997.- 120 с.

6. Баркалов С.А., Берколайко М.З., Руссман Й.Б., Косачев С.Ю. Руководитель в строительстве: методы управления и проблемы принятия реше-ний//Строительство сегодня.-1998.-N 2, с. 26-27.

7. Баркалов С.А., Курочка П.Н., Богданов Д.А., Глухов А.В., Косачев С.Ю. Лабораторный практикум по дисциплине «Основы научных знаний по технологии и организации строительного производства».- Воронеж: ВГАСА, 1999 -170 с.

8. Баркалов С.А., Косачев С.Ю. Интервальный метод прогнозирования экономических показателей в управлении строительством //Изв. ВЗов. Строитель-ctbo.-1998.-N 2. с. 70-73

9. Баркалов С.А., Косачев С.Ю. Многофакторная оценка и выбор организационно-технологических решений в строительстве//Экономика строительства.-1998.-N 5, с. 39-42.

10. Баркалов С.А., Косачев С.Ю. Управление проектами в строительстве: проблемы, решения, перспективы//Строитель.- 1998,- N 5, с. 128- 130.

11. И.Баркалов С.А., Косачев С.Ю. Новая технология построения календарного плана строительства автомобильных дорог// Наука и техника в дорожной отрасли .- 1998,-N4, с. 16.

12. Баркалов С.А., Косачев С.Ю. Имитационное моделирование календарного плана строительства объектов// Изв. ВУЗов. Строительство. 1998.- N 11-12, с. 68-72.

13. Башмаков А.Н. Автоматизированное проектирование технологии и организации строительства .- Брянск: Грани, 1995.- 431 с.

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

15. Блохин А.Г. Алгебра нечетких множеств,- Известия Академии наук. Теория и системы управления, 1998, N5, с. 88-95.

16. Борисов А.Н. Модели принятия решений на основе лингвистической переменной.- Рига: Зинатне,1982 250 с.

17. Борисов А.Н., Алексеев A.B. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений.-М.: Радио и связь, 1989,- 304 с.

18. Борисов А.Н., Крумберг O.A., Федоров Й.П. Принятие решений на основе нечетких моделей.- Рига: Зинатне, 1990,-190 с.

19. Бурков В. М. , Новиков Д. А. Как управлять проектами .- М.: Синтег-Гео, 1997,- 188 с.

20. Бурков В.Н., Грацианский Е.В., Еналеев А.Н., Умрихина Е.В. Организационные механизмы управления научно-техническими программами.- М.: Препринт, 1993.- 65 с.

21. Бурков В.Н., Панкова JI.A. Получение и анализ экспертной информации.-Препривт. МИПУ, 1980.- 45с.

22. Бусленко В.Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных сис-тем.-М.: Наука, 1977.- 240 с.

23. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем .- М: Наука, 1968.- 235 с.

24. Бусленко Н.П. Метод статистического моделирования М.: Статистика, 1970,- 110 с.

25. Бушуев С., Сочнев С., Цветков А. Методы управления сложными проектами на основе энтропийного подхода// Сб. трудов конференции "Управление проектами в переходной экономике", Москва, 1997,- с. 234-237.

26. Вайнторг В. Л., Голуб Л. Г. Сбалансированное планирование в строительных организациях .- М: Стройиздат, 1985.- 134 с.

27. Вапник В.Н. Восстановление зависимостей по эмпирическим данным.- М.: Наука, 1979.- 448 с.

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

29. Воропаев В. И. Управление проектами в России .- М: Алане, 1995.-225 с.

30. Воропаев В.Й. Методические рекомендации по построению и использованию сетевых моделей в строительстве .- М.: ЦНИИЭУС, 1990,- 150 с.

31. Воропаев В.И. Модели и методы календарного планирования в автоматизированных системах управления строительством.-М.: Стройиздат, 1975,- 230 с.

32. Гафт М.Г. Принятие решений при многих критериях.- М.: Знание, 1979.- 64 с.

33. Гачечаладзе Т., Криадо Ф. Нечеткие математические модели лингвистической статистики.- Известия Академии наук. Теория и системы управления, 1998, N5, с. 81-87.

34. Глушков В.М. Основы безбумажной информатики.- М.: Наука, 1987,- 552 с.

35. Голенко Д. И. Статистические методы в экономических системах.- М: Статистика, 1970,- 205 с.

36. Голенко Д.Й. Моделирование и статистический анализ псевдослучайных чисел на электронных вычислительных машинах,- М.: Наука, 1965,- 228 с.

37. Голенко Д.И., Лившиц С.Е., Кеслер С.Ш. Статистическое моделирование в технико-экономических системах Л.: 1977,- 264 с.

38. Горбунов В.Г., Львович Я.Е. Модели , алгоритмы и программные средства принятия решений в САПР,- Воронеж: ВГТУ, 1995.- 79 с.

39. Гусаков А. А. Организационно технологическая надежность строительства. -М: SvR-Apryc, 1994.-472 с.

40. Гусаков А. А. Системотехника строительства. М.: Стройиздат, 1983.-440 с.

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

42. Дарахвелидзе П., Марков Е. Delphi- среда визуального программирования.-С-Пб.: BHV, 1996,- 352 с.

43. Декарт Р. Избранные произведения. М.: Высшая школа, 1950,- 428 с.

44. Джамса К. Java сегодня. Минск: Попурри, 1996.- 416 с.

45. Жуковин В.Е. Нечеткие многокритериальные задачи принятия реше-ний//Техническая кибернетика .- 1986.- N 2, с. 129- 133.

46. Кашшнский А. И., Руссман И. Б., Умывакин В. М. Моделирование и автоматизация слабо-формализованных задач выбора наилучших вариантов сис-тем.-Воронеж: Изд-во ВГУ, 1990.-168 с.

47. Китайник JI.M. Нечеткие бинарные отношения и процедуры принятия ре-шений//Техническая кибернетика 1988,- N 6, с. 12-30.

48. Коршунов Ю.М. Математические основы кибернетики.-М.: Энергоатомиз-дат, 1987.-496 с.

49. Косачев С.Ю., Баркалов С.А. Информационная система календарного планирования с использованием теории нечетких множеств// Труды международной конференции "Проблемы строительного и дорожного комплексов", Брянск, 1998,- с. 552-555.

50. Косачев С.Ю. Система определения важности показателей стратегического планирования//Тезисы докладов 20-й международной конференции "Системное моделирование социально-экономических процессов", Воронеж, 1998.-с. 209-210.

51. Кофман А., Дебазей Г. Сетевые методы планирования и их применение М.: Прогресс, 1968.- 180 с.

52. Кочетков А.И., Никешин С.Н., Рудаков Ю.П. Управление проектами. Зарубежный опыт,- С-Пб.: ДваТрИ, 1993,- 443 с.

53. Куликов Ю.А. Имитационные модели и их применение в управлении строительством Ленинград: Стройиздат, 1983,- 224 с.

54. Куликов Ю.А. Оценка качества решений в управлении строительством.- М.: Стройиздат, 1990,- 144 с.

55. Ладензон А.Б., Литвак Б.Г. Принцип упорядоченных критериев при многокритериальных оценках//Техническая кибернетика,- 1986,- N 6, с. 49- 54.

56. Либерзон В.И. Основы управления проектами.-М.: Нефтяник, 1998,-152 с.

57. Либерзон В. Spider Project- новые возможности для управления проектами //Сб. трудов конференции "Проекты и Управление проектами в России и Восточной Европе", Москва, 1993.-е. 147-153.

58. Лившиц В.Н. Выбор оптимальных решений в технико-экономических расчетах.- М.: Экономика, 1971.- 255 с.

59. Литвак Б.Г. Экспертная информация: Методы получения и анализа.- М.: Наука,1982,- 184 с.

60. Львович Я.Е., Фролов В.Н. Структурно-параметрическая оптимизация технологических систем на основе имитационных моделей//Межвузовский сборник научных трудов «Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах», Воронеж, 1991.- с. 100-105.

61. Макаров И.М., Виноградская Т.М., Рубчинский A.A., Соколов В.Б. Теория выбора и принятие решений.- М.: Наука, 1982,- 328 с.

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

63. Мамед-Заде К.А. Методы расчета строительных потоков.-М.: Стройиздат, 1975,- 176 с.

64. Месарович Э. Общая теория систем,- М.: Мир, 1966,- 190 с.

65. Миркин Б.Г. Проблема группового выбора.- М.: Наука, 1974,- 256 с.

66. Михайлов Г.А. Оптимизация весовых методов Монте-Карло.-М.:Наука, 1987,- 240 с.

67. Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решении.- М.: Мир, 1990,- 208 с.74,Одинцов Д.Г., Савостьянов C.B. Оптимизация решений при оперативном управлении строительными процессами//Изв. ВУЗов.Строительство и архитектура, N 8, 1985,- с. 84- 88

68. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации .- М.: Наука, 1981,- 208 с.

69. Португал В. М., Семенов А. И. Модели планирования на предприятии ,-М.: Наука, 1978.-270 с.

70. Преображенский Б.Г. Оперативное управление в производственных системах: проблемы и ресурсы интенсификации .-Воронеж, Изд-во ВГУ, 1988.200 с.

71. Резниченко B.C. Современная информационная технология в управлении строительством ,-М.: УРДЗ, 1992,- 72 с.

72. Решке X., Шелле X. Мир Управления проектами.- М.: Алане, 1994,- 304 с.

73. Руссман И.Б., Умывакин В.М. Об одном подходе к оценке технического уровня и качества инженерных решений на предпроектной стадии разработки мелиоративных систем//Межвузовский сборник, Воронеж, 1984,- с. 57-70.

74. Сатановский P.C. Методы снижения производственных потерь ,-М.: Экономика, 1988,- 300 с.

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

76. Смоляк С.А. О правилах сравнения нечетких альтернатив//Экономика и математические методы,- 1993,- Том 29, вып. 4, с. 627-641.

77. Солодный А.И., Карпов Б.Н. Календарное планирование строительства и ремонта автомобильных дорог,-М.: Транспорт, 1988,- 120с.

78. Тимощук В. С. Современные методы проектирования промышленных зда-ний.-Л: Стройиздат, 1990,- 231 с.

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

80. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений,- М.: Син-тег, 1998,- 376 с.

81. Трахтенгерц Э.А. Построение распределенных систем группового проектирование/Автоматика и телемеханика,- 1993.-N 9, с. 154- 174,

82. Тюкачев H.A., Свидидов Ю.Т. Проектирование баз данных в Delphi.- Воронеж: Биомик, 1998,- 190 с.

83. Ушацкий С.А. Выбор оптимальных решений в управлении строительным производством.-К.: Бидивельник, 1974,- 168 с.

84. Фоков Р. И. Выбор оптимальной организации и технологии возведения зда-ний.-Киев: Будивельник,1969,- 192 с.

85. Форд Л., Фалкерсон Д. Потоки в сетях.-М.: Мир, 1966,- 280 с.

86. Хибухин В.П., Баранецкий В.И. Математические методы планирования и управления строительством.-Л.: Стройиздат, 1985,- 140 с.

87. Хиллер С. Microsoft Visual Basic, Scripting Edition в действии,- Санкт-Петербург: Питер, 1997,- 448 с.

88. Чекмарев А. Среда визуального программирования на Java.- С-Пб.: BHV, 1998,- 400 с.96.1Пвецов Ю.В., Немчин A.M., Швецова К.М. Эффективность автоматизированных систем управления в строительстве.-Л.: Стройиздат, 1982.- 168 с.

89. Эддоус М., Стэнсфилд Р. Методы принятия решения,- М.: Юнити, 1997,590 с.

90. Golenko-Gmzburg D.I., Aronov I.A., Ljubkin S.M. Upon controlling large size stochastic network projects// Proceedings of Project managment in transition economy, Moscow, 1997,- pp. 245-256.

91. Torsleff H. The transition of project managment software solutions// Proceedings of Project managment in transition economy, Moscow, 1997,- pp. 367-373.

92. Falco M. A project managment model for time analysys in straightforward projects// Proceedings of Project managment in transition economy, Moscow, 1997.-pp. 125-132.