автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Совершенствование методов календарного планирования строительства новых железнодорожных линий

МЕЖДУНАРОДНЫЙ МЕЖАКАДЕМИЧЕСКИЙ СОЮЗ

На правах рукописи

ЛИСОВЫЙ ВИТАЛИЙ ВЛАСОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ КАЛЕНДАРНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА НОВЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЛИНИЙ

Специальность 05.02.22 - Организация производства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада

Москва 2004

Работа выполнена в Дальневосточном Государственном университете путей сообщения

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, академик МАИ

Спиридонов Эрнст Серафимович;

доктор технических наук, профессор,

академик МАИ

Клыков Михаил Степанович.

Защита состоится 28 октября 2004 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 097.024.МАИ.32 Высшей межакадемической аттестационной комиссии.

С диссертацией можно ознакомиться в диссертационном зале совета.

Диссертация в форме научного доклада разослана сентября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор, академик МАИ

//¡¿/Г

4Ч4ЫГ

з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ -

Актуальность проблемы. Развитие Дальнего Востока и Севера России обуславливает переустройство существующей железнодорожной сети и создание новых железнодорожных коммуникаций. Однако осуществление современных железнодорожных строительных проектов, характеризующихся сложными взаимосвязями различных комплексов работ, сжатыми сроками строительства, сложными природно-климатическими условиями и др., требует существенного улучшения методов планирования и организации.

К числу новых и актуальных направлений исследования в железнодорожном строительстве следует в первую очередь отнести комплекс проблем организационно-технологической надежности строительного производства, то есть способности организационных, технологических и экономических решений сохранять в заданных пределах свои запроектированные качества в условиях воздействия возмущающих факторов, присущих строительству как весьма сложной вероятностной системе.

Исследования, а также опыт применения методов оптимизации календарного планирования, показывает, что учет вероятностного характера строительного производства является необходимым условием обеспечения требуемой устойчивости параметров производственного процесса и вскрывает значительные резервы повышения экономической эффективности строительства.

Цель работы заключается в исследовании принципиальных вопросов соотношения оптимальности и устойчивости организационных решений на примере функционирования систем управления в железнодорожном строительстве, а также разработке некоторых методов повышения надежности железнодорожных строительных программ с учетом

специфических особенностей сооружения железнодорожных объектов и комплексов.

Методы исследования основываются на системном подходе, теории вероятностей и математической статистике, теории расписаний, теории корреляции, методах теории надежности, новых информационных технологиях и системах, позволивших разработать комплексные способы оценки моделей календарных планов, получить количественные параметры действующих информационных систем календарного планирования, предложить новые подходы к моделированию и формированию строительных расписаний железнодорожного строительства.

Научная новизна. Степень научной новизны диссертационной работы определяется тем, что в ней поставлены и решены задачи моделирования и формирования календарных планов строительного производства с учетом требований надежности. К элементам научной новизны работы относятся следующие результаты:

-разработаны способы оценки моделей календарных планов на основе учета обратной связи между календарным планом и условиями и результатами его реализации;

-предложены методы анализа надежности календарных планов в условиях многономенклатурного строительства железнодорожных объектов;

-разработаны алгоритмы формализованного представления исходных моделей календарных планов с учетом требований устойчивости расписаний;

- предложены новые организационно-технологические решения для разнотипных строительных объектов, организационно-технологических схем и условий строительства.

Апробация работы. Автор ознакомил научную и техническую общественность с результатами исследований путем выступлений с доклада-

ми на Дальневосточной научно-практической конференции "Проблемы транспорта Дальнего Востока", Владивосток, 1995; на научно-практическом семинаре "Новые информационные технологии в управлении на транспорте и организации учебного процесса", Хабаровск, 1997; на Международной научно-практической конференции "Информационные технологии на железнодорожном транспорте", Хабаровск, 1998; на научно-технической конференции "Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока", Хабаровск, 1999; на 43-й Всероссийской научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки "Современные технологии - железнодорожному транспорту и промышленности", Хабаровск, 2003.

Публикации. Основные положения исследований опубликованы в 6 печатных работах.

Практическая ценность работы. Рассмотренные методологии существенно повысили эффективность применения систем информатизации календарного планирования в транспортном строительстве и на железнодорожном транспорте. Это подтверждается широким применением полученных результатов на практике. Новые подходы к моделированию .и формированию календарных производственных планов внедрены на строительстве и переустройстве мостов Дальневосточной и Сахалинской железных дорог, при сооружении автомобильной дороги к газовым месторождениям о. Сахалин, на строительстве мостов федеральной автомагистрали Чита-Хабаровск и транспортных развязок в г. Владивостоке и г. Хабаровске, используются в Дорстройтресте ДВЖД и ОАО "Даль-гипротранс".

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

На современном этапе методы календарного планирования претерпевают коренное изменение, что, в значительной мере, обусловлено широким использованием для этих целей современных средств информатизации. Важным достижением последних лет, в т.ч. и в железнодорожном строительстве, является разработка и внедрение комплексов программ автоматизированного формирования строительных расписаний на основе оптимизации ведения работ.

Постепенно накапливаемый практический опыт функционирования разрабатываемых на этой основе информационных систем календарного планирования выдвигает задачу по его анализу и обобщению. Но поскольку в этой области пока недостаточно аналогов, в свою очередь возникает проблема разработки методики проведения подобных исследований. Важное место при этом должны занимать современные методы оценки.

Как показал анализ, существующие методы оценки систем информатизации календарного планирования железнодорожного строительства не отвечают предъявленным требованиям. Основными методологическими недостатками указанных методов являются: детерминированный подход, не учитывающий вероятностный характер строительного производства, недооценка фактора обратной связи, отсутствие системного подхода в оценке календарного планирования как функциональной подсистемы.

Вероятностный характер строительства железнодорожных объектов и комплексов обусловливает неопределенность как на стадии разработки календарного плана, так и в процессе реализации расписания. Это означает, что элементы неопределенности в результатах деятельности строительной организации требуют рассмотрения проблемы оценки

планов с точки зрения организационно-технологической надежности.

Выдвижение на первый план проблемы организационно-технологической надежности приводит к выводу о необходимости исследования вопросов обеспечения надежности всех процедур календарного планирования, начиная с методологий разработки исходных моделей календарных планов. В свете изложенного очень важно разработать методы проектирования исходных моделей календарного планирования строительного производства с учетом требований надежности.

При их создании также необходимо учесть сложные условия реализации транспортных строительных проектов, определяемые недостаточным освоением территории строительства, низкой плотностью населения и нехваткой рабочей силы, слаборазвитой сетью транспортных сообщений, большим удалением баз снабжения, сложными природно-климатическими условиями.

Не упрощает разработку новых подходов к моделированию календарного планирования строительства железнодорожных линий территориальная рассредоточенность объектов строительства, строительных организаций и предприятий строительной индустрии, большая разнотипность объектов, сооружаемых силами одного подразделения, разновидность объектов по капиталоемкости, структуре строительно-монтажных работ и сложности, неравенство объемов работ по конструктивным элементам, большое число одновременно строящихся объектов силами одного строительного подразделения.

Все сказанное подтверждает важность проблемы повышения надежности организационно-технологического моделирования и календарного планирования железнодорожного строительного производства, решению которой посвящены исследования СП. Першина, М.И. Иванова, ПН. Жинкина, Э.С. Спиридонова, А.А. Русакова, В.И. Рыбальского, Ю.А. Куликова, Ю.А. Авдеева, ГС. Переселенкова, Л.В. Лукашук, Б.А. Волкова,

В.А Афанасьева, СМ. Гончарука, А.К. Шрайбера, А.И. Татаринова, А.П. Гончарук, М.С. Будникова, А.В. Болотина, В.А. Тимошенко, В.И. Воропаева, НА Шадрина, В.Н. Мастаченко, М.С. Клыкова, А.О. Неймана, ГЛ. Шалягина, Ю.Б. Калугина, С.Я. Луцкого, А.С. Финицкого, Т.В. Шепитько, Е.В. Васина, М.Д. Спектора.

Актуальность рассматриваемой проблемы возрастает и под углом зрения применения современных информационных систем управления в железнодорожном строительстве и на транспорте. Системы управления строительными проектами позволяют накапливать необходимую статистическую информацию не только о разработке календарных планов, но и о их реализации. Статистическая обработка и анализ полученной информации представляют возможность получать количественные оценки фактических значений параметров системы и их динамики.

Важное место среди таких параметров занимает уровень реализации строительного расписания. Рассмотрим данные (табл. 1), характеризующие степень реализации сетевых моделей по календарным срокам на примере ОАО "Дальмостострой". При обработке данных об отклонениях фактических сроков выполнения работ от запланированных все множество моделей было разбито на две группы: сетевые графики строительства больших и средних железнодорожных мостов и малых мостов. Это обеспечило однородность статистической выборочной совокупности по каждой группе.

Полученные результаты указывают на невысокий уровень достоверности исследуемых сетевых моделей. Так вероятность того, что сроки выполнения работ, принятые в исходной сетевой модели, будут превышены, составляет при строительстве больших и средних мостов более 65%, при строительстве малых мостов - около 60%. Причем наблюдается определенное постоянство соответствующих показателей по принятым группировкам объектов. По-видимому, в известной мере эту тенден-

цию можно рассматривать как выражающую достигнутый системой уровень организации производства.

Таблица 1

Статистическая оценка вероятности выполнения работ сетевой модели не позднее планируемого срока

Объекты Год т |х| а Р(Х2) Р(х>0)

Большие и средние мосты 2001 288 17,361 43,477 0,048 0,345

2002 362 18,232 37,624 0,329 0,314

2003 333 12,853 35,259 0,012 0,356

Малые мосты 2002 263 7,681 34,559 0,044 0,412

2003 228 8,333 36,931 0,358 0,411

Анализ данных о реализации сроков выполнения работ сетевых моделей также позволяет сделать заключение о наличии связи между процентом выполненных в срок работ и продолжительностью периода реализации плана. Для количественной оценки этой связи были применены методы теории корреляции.

С этой целью статистический материал систематизировался с помощью рядов распределения и вычисления теоретических кривых распределения. Проверка сходимости эмпирических и теоретических рядов распределений значений признака и фактора по критерию согласия Пирсона при вероятности Р(Х2) не превышающей в обоих случаях общепринятого 1%-го уровня значимости, позволяет сделать вывод о согласовании гипотезы относительно подчинения распределений нормальному закону с опытными данными.

В результате произведенных на ЭВМ расчетов получено следующее уравнение, отражающее зависимость уровня реализации планируемых

сроков выполнения работ сетевых моделей от продолжительности периода реализации:

Пх = 62,12016 - 9,33031 X + 0.4292Х2,

где Пх - процент работ сетевой модели, выполняемых в соответствии с календарными датами, принятыми по расчету сетевой модели; х - продолжительность периода реализации плана в месяцах.

На основании полученного уравнения регрессии можно сделать заключение, что наиболее вероятный процент выполнения работ сетевой модели, составленной в начале года, в соответствии со сроками, принятыми в исходном варианте, через шесть месяцев, например, будет не более 22%. Т.е. используя это уравнение (рис. 1), можно заранее устанавливать необходимые сроки коррекции исходных расписаний производства мостостроительных работ.

Основным результатом такого анализа является получение ряда показателей количественной оценки достоверности решений, принимаемых при разработке сетевых моделей. Полученные показатели характеризуют соотношение системы календарного планирования сооружения мостов в целом. Однако в системе управления железнодорожными строительными проектами ход производства осуществляется на основе оптимальных оперативных планов, формируемых на основе исходных сетевых моделей. В связи с этим для получения более полной оценки системы календарного планирования необходимо также оценить качество и этих календарных планов.

Одним из основных показателей, характеризующих систему информатизации оперативного календарного планирования в целом, можно считать уровень реализации расписаний, сформированных ЭВМ по соответствующей оптимизирующей программе. При оценке этой величины, на наш взгляд, наибольший интерес представляет анализ выполнения

оперативных планов по номенклатуре работ, так как при этом оценивается достоверность временных показателей календарных планов.

\ \

\ \ \

V

\ \ \Л П/ 62,1 2-9, 33х + 0,42£

\

\ \

V — -- О

123456789 10 11 X

Рис. 1. Характер влияния фактора времени на ритмичность строительного производства

С целью получения количественных характеристик величины отклонений фактических сроков работ от устанавливаемых в оптимальном расписании по результатам функционирования информационной системы ОАО "Дальмостострой" была собрана соответствующая статистическая информация. Фиксировались отклонения по срокам начала работ, которые в данном случае соответствуют оптимальным. В смысле принятого критерия, продолжительности выполнения каждой работы и всего железнодорожного строительного проекта в целом.

Обработка и анализ полученного материала проводился с применением методов математической статистики. Выборочная совокупность со-

ставила 1514 данных. Учитывая результаты предшествующего анализа, а также форму полученного эмпирического распределения была выдвинута гипотеза о нормальном законе распределения значений исследуемого признака. Сравнение частот подобранного теоретического и эмпирического вариационных рядов показало, что теоретическое распределение не противоречит статистическим данным.

Анализ показал, что более половины (52%) всех работ начинает выполняться позже запланированных в оптимальном расписании сроков. И хотя этот показатель несколько ниже, чем полученный при анализе исходных сетевых моделей, он тем не менее, позволяет сделать вывод о неустойчивом характере рассматриваемой системы календарного планирования.

Проведенный анализ оценивает устойчивость расписаний с точки зрения соблюдения сроков выполненных работ. Большой интерес представляет также оценка строительных расписаний с точки зрения сохранения запланированной продолжительности работ. С этой целью была собрана информация об отклонениях фактических длительностей работ от планируемых.

Поскольку в календарных строительных графиках продолжительности работ задаются в очень широком диапазоне (от одного дня до десятков дней) измерение отклонений в абсолютных величинах не может дать объективной качественной оценки явления. В связи с этим было решено все отклонения привести к соизмеримому виду. Это оказалось возможным благодаря вычислению величины

где длительность работы - в расписании сформированном ЭВМ; ^ - фактическая продолжительность работы Н.

Выборочная совокупность составила 1348 значений р. Анализ статистического материала показал, что в данном случае имеет место большая асимметричность распределения. Выравнивание эмпирического распределения по нормальной кривой и вычисление критерия хг не позволило принять эту гипотезу. В связи, с чем была выдвинута новая гипотеза о подчинении распределения логарифмически нормальному закону.

Согласования, произведенные по критерию Б.С. Ястремского, подтвердили правомерность принятой гипотезы. Учитывая, что !п (3 распределяется по нормальному закону, определим с доверительной вероятностью 0,954 пределы изменения величины р:

ап« Цм[и]-2аи)<р<ап« 1п|м [и]+2стц].

пределы изменения р равны: 0,529 < (3 < 2,032 или 0,529^^1^2,032^.

Полученные статистические показатели имеют очень большую практическую ценность для анализа устойчивости расписаний строительства мостов, сформированных ЭВМ, а также оценки результатов функционирования всей рассматриваемой производственной системы. Возникновение отклонений в ходе реализации организационных решений, с одной стороны, связано с недостаточным учетом воздействия на производственный процесс всех случайных факторов. С другой - обусловлено процедурами отыскания наиболее рациональных решений, основывающихся, чаще всего на модели, не в полной мере описывающей производственную систему во всей совокупности ее параметров.

Учитывая размеры и сложность современных строительных систем, на железнодорожном транспорте и в транспортном строительстве разработка комплексной организационно-технологической модели нереаль-

на. Поэтому приходится прибегать к разделению общей модели на ряд локальных моделей, используя свойство декомпозиционности задач оптимизации. В свою, очередь, декомпозиционность общей модели предполагает итерационность процесса оптимизации. А это означает невозможность получения действительно экстремального решения.

В лучшем случае речь может идти о рациональных решениях, удовлетворяющих лишь не экстремальным ограничениям. В свете изложенного становится актуальной проблема оценки устойчивости оптимальных решений. Применительно к оптимальному календарному планированию задача оценки устойчивости может быть сформулирована следующим образом.

В общем случае каждой производственной программе {М} соответствует некоторое множество расписаний {0} . Производственная программа состоит из множества работ {М}эт, которые необходимо выполнить на множестве объектов {N1} множеством бригад {Э}. Множество расписаний {0} будет конечным в случае детерминированной продолжительности работ и бесконечным в противоположном случае. На множестве {0} задана некоторая функция К{0}, называемая целевой функций. Каждому расписанию 0 э {0} соответствует определенное значение К{в}. Два расписания 0, и 02 эквивалентны между собой по критерию К{в}, если К^} = К{вг}.

В результате неизбежных отклонений при выполнении исходного расписания 0о оказывается, что фактически производственная программа была реализована не по исходному, а по некоторому другому календарному плану 0. Вероятность того, что план полученный в результате производственной реализации плана 0о будет отличаться по критерию К{0} не более чем на заданную положительную единицу ДК, принимается за меру устойчивости календарного плана 0о. Другими словами, оценивается вероятность Р(дК):

Р(ДК)=Р{К(СЗ)-К(6о)5ДК.

Эта вероятность зависит от того, как много среди допустимых планов таких, значение целевой функции которых не больше величины К (О) = К(О0) + АК.

В настоящее время количественных методы решения задач устойчивости практически разработаны лишь для систем, описываемых обыкновенными дифференциальными уравнениями; в изучении устойчивости сложных систем делаются только первые шаги. В связи с этим при решении практических задач оценки устойчивости наиболее распространенными являются методы качественного исследования функционирования сложных систем путем выделения и оценки устойчивости некоторых интегральных характеристик (технологичности, надежности, уровня организованности и т.п.).

Выбор той или иной интегральной характеристики может быть осуществлен в зависимости от ее роли в общей эффективности системы. При этом под эффективностью понимается количественная мера, определяющая степень соответствия результатов функционирования всех элементов системы целям и задачам, стоящим перед системой.

Для формализованного представления эффективности систем введем следующие понятия. Всякая система А при фиксации ее цели определяется своей целью - А, структурой |А| И поведением А, т.е. А = ^А|,А). Среду также можно представить в виде системы В, имеющей свою цель в, структуру |в| и поведение в, т.е. в = (|в|,в). Если две любые системы А и В имеют общие цели, то их можно рассматривать как одну систему. Если цели В противоположны целям А, то имеет место конфликтная (игровая) ситуация. Некоторые случаи могут быть охарактеризованы как индифферентные ситуации.

Функционирование систем можно представить в виде серии обменов некоторых количеств U расходуемых ресурсов на некоторое количество V потребляемых ресурсов ((11,\/)-обменов). Целью системы является выгодный (и,\/)-обмен, т.е. получение возможно большего количества V за фиксированное количество и, или соответственно отдать как можно меньшее количество и за фиксированное количество V. Условия таких обменов зависят от структур и поведения систем В); I) = II (V, А, В).

Взаимодействие систем А и В должно в общем случае рассматриваться в вероятностном аспекте, поэтому следует говорить о некоторой вероятности P(U,V) достижения системой А своей цели. Асимптотическое выражение Р(11,\/) при больших 11(\/) имеет вид:

где Vo - фундаментальная константа, определяемая из соотношений:

V„ =

V(U,A0,B)=maxV(U1A1B) Ае9

(при индифферентной ситуации),

V(U,A0,B0)=maxV min(U,А,В) АеЭ ВеШ

(при конфликтней ситуации).

При этом под Ао и Во понимается оптимальное подмножество, вьде-ляемое из достаточно широких систем бию.

В случае отсутствия max и min берутся соответственно sup и inf (верхняя и нижняя точные границы). Аналогично при фиксированных U и V определяются оптимальные системы Ао и Во при целевом функционале P(U,V). Полученную таким путем вероятность P(A)-P(U,V) назовем эффективностью системы А. Эффективность Р(А) характеризует систему через ее общую стратегическую цель.

Однако последняя имеет тактическое проявление по отдельным качествам (Х-качество), к числу которых относятся: надежность (Я-качество), помехозащищенность У-качество, управляемость), (С-качество) самоорганизация (1_-качество) и сложность (Б-качество). Другими словами, целостная система может рассматриваться как обладающая множеством {X} качеств.

Цель системы А по ее Х-качеству имеет вид А*. При этом в системе выберем подсистему которую назовем Х-сечением. В соот-

ветствии с тактическими целями определим и их - оценку совме-

стной вероятности достижения тактической цели с помощью неравенства Буля, имеющего вид:

1-Р1[1-Р(Ах)]<Р(А)<т|пР(Ах).

Если множество "" , х , „ элементов и

1-Р(Ах)<1-т{пР(Ах)<т-1,

то из последних двух ураг11".................

Р(А)*ттР(Ах).

Таким образом, эффективность системы в целом равна эффективности ее наиболее «слабого» Х-сечения. Из последнего выражения также следует, что оптимальная в целом система близка к системе, оптимальной по своим Х-сечениям, т.е. оптимальность в частях соответствует оптимальности в целом.

Этот вывод позволяет перейти к методам количественной оценки целостной системы только по одному из ее качеств. При этом Х-качества системы должны рассматриваться в порядке их активности, означающей, что каждое последующее качество имеет смысл только при наличии предыдущего.

Я-качество (надежность системы). Действительно, до появления устойчивого образования из связанных между собой элементов не имеет смысла рассматривать какие-либо другие качества этого образования (системы). Вслед за надежностью в порядке качественной активности следует поставить свойство помехозащищенности, связанное с правильной ориентацией системы в среде.

Рассмотренная схема расчета эффективности соответствует практически применяемым в настоящее время способам оценки общей эффективности сложных систем. Она позволяет решать проблему учета большого числа различных факторов. Это достигается путем создания отдельных моделей для расчета значений основного показателя эффективности с учетом только основных факторов. Влияние остальных факторов рассматривается как эффект взаимодействия. Например, влияние помех на показатель надежности.

Таким образом, в современных условиях задача оценки устойчивости многочисленных качеств строительной системы по отношению ко всем возможным возмущениям должна рассматриваться как задача оценки и обеспечения заданной надежности ее функционирования. Такая оценка обычно сводится к определению по статистическим данным величин среднего времени безотказной работы и среднего времени восстановления. При ее выполнении основное внимание уделяется тем или иным сбоям функционирования системы возведения объекта или комплекса, вызывающим, в конечном итоге, простои рабочих, связанные с потерями живого труда.

Вместе с тем, анализ реализации календарных планов позволил установить, что наряду с простоями, вызывающими потери живого труда, имеет также место простои, которые непосредственно не влекут за собой потери живого труда (простаивание фронта работ в отсутствии рабочих). Такие простои (отказы) особенно характерны для многономенк-

латурного железнодорожного строительства. Они приводят к увеличению продолжительности строительства железнодорожных объектов и комплексов, росту объемов незавершенного производства, распылению средств и т.д. Все это подтверждает необходимость исследования указанных проявлений ненадежности календарных планов.

В качестве первого этапа разработки методик, направленных на повышение надежности расписаний была поставлена и решена задача создания базы данных по отказам системы календарного планирования. Функционирование информационной системы в ОАО "Дальмостострой" и его мостостроительных филиалах (Хабаровском, Комсомольском, Уссурийском, Сахалинском, Магаданском) позволило подготовить необходимые сведения об отказах. Необходимые данные были получены на основе анализа информации по обновлению сетевых моделей за период функционирования информационной системы ОАО "Дальмостострой" в 2002-2003 гг.

В результате была получена статистическая информация об интервалах непрерывного выполнения работ сетевой модели (до перерыва в работе, соответствующего простаиванию готового фронта работы) и об интервалах перерывов в работах сетевой модели. Имеющаяся статистическая информация была систематизирована с помощью рядов распределения. Во всех случаях была выдвинута гипотеза о подчинении обоих изучаемых признаков экспоненциальному закону распределения.

PK(t) - вероятность того, что в течение времени от 0 до t в процессе реализации календарного плана произойдет точно К перерывов в работах ранее их запланированного окончания;

А = =- параметр распределения Пуассона.

РК(Ц характеризует безотказность системы. Однако показатели безотказности являются чрезмерно жесткими с точки зрения функционирования строительных систем. Наиболее приемлемыми показателями надежности таких систем можно считать восстанавливаемость и готовность. Это объясняется тем, что все основные элементы строительного производства характеризуются восстановлением своей способности выполнять предназначенные им функции после истечения некоторого интервала времени.

Основной статистической характеристикой восстанавливаемости строительного производства является интенсивность восстановления

где Т„ ■• среднее время восстановления системы.

При анализе надежности календарных планов в качестве величины Тв можно использовать математическое ожидание интервалов простаивания готового фронта работ. Стационарной усредненной оценкой готовности системы служит коэффициент готовности

где То - наработка системы на отказ (математическое ожидание интервалов непрерывного выполнения строительно-монтажных работ между двумя перерывами).

Вычисления Кг, выполненные в исследовании на основе данных о реализации строительных календарных программ ОАО "Дальмостост-рой" в период 2002-2003 г.г. показали относительно низкий коэффициент готовности (Кг°°2=0,683, К*003 =0,774), что свидетельствует о важности изыскания путей повышения устойчивости организационных решений. И, в первую очередь, за счет использования внутренних резервов производства.

Одним из путей повышения устойчивости организационно-технологической надежности разрабатываемых расписаний может быть учет временной избыточности систем. Наличие в системе резервов времени позволяет значительно повысить эффективность и надежность ее функционирования за счет реализации возможностей использования ее мощностей.

Такой подход возможен в строительстве при использовании современных информационных систем, базирующихся на сетевых моделях. Календарные планы, сформированные на принципах сетевого моделирования, как правило, имеют резервы времени. Поэтому отказ этих систем произойдет лишь в том случае, когда суммарное время перерывов в работах (время восстановления) превзойдет итоговый резерв времени работ сетевого графика.

Ввиду зависимости части интервала времени восстановления от величины резерва времени и условий функционирования системы календарного планирования необходимо найти допустимое время продолжительности отказа (Тд). Величина Тд позволяет определить влияние отказа на функционирование системы.

При экспоненциальном законе распределения среднее время безотказной работы системы (Тб) имеет вид:

где Т - время функционирования системы.

Соответственно коэффициент готовности системы с временной избыточностью при экспоненциальном законе надежности равен

Если воспользоваться статистическим определением, то коэффициент готовности можно вычислить по формуле:

где Кг' - статистическая оценка коэффициента готовности; ^ - наработка на отказ между (М)-м и 1-м отказом; ^ . время восстановления после 1-го отказа; V- 'часть интервала времени восстановления, зависящая от

величины резерва времени; т - количество отказов за время наблюдения за системой. При этом усредненная оценка готовности системы строительного производства может быть вычислена как:

То

Кг=:

• о

То+Т„-Тд

Последнее выражение соответствует такому процессу реализации календарного плана, при котором под срывом функционирования понимается состояние системы, когда затраты времени на восстановление становятся равными выделенному резерву времени.

Учет фактора временной избыточности при определении надежности календарных планов позволяет повысить их устойчивость. Однако, для реализации такого подхода требуется определить величину избыточного времени в системе, представленной календарным планом. Наиболее точно ее можно представить в виде среднего резерва времени на работах сетевого графика.

Из последней формулы следует, что повышение надежности календарного плана может быть обеспечено за счет увеличения резерва времени при разработке расписания. На рис. 2 показана зависимость ко-

эффициента готовности от величины резерва времени. Для построения графика этой зависимости формула коэффициента готовности системы с временной избыточностью преобразована следующим образом:

где Л = - интенсивность отказов системы.

'о

Кг

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 ртд

Рис. 2. Зависимость коэффициента готовности системы с временной избыточностью от величины резерва времени

Как видно из графика, наибольшая эффективность временного резервирования достигается при размере резерва времени, не превышающей величины среднего времени восстановления. По этому графику можно определять требуемый резерв времени для достижения заданного уровня надежности. Если, например, этот уровень назначить в пределах до 0,6, то в Комсомольском мостостроотряде ОАО "Дальмостострой" требуемая надежность календарного планирования может быть обеспе-

1

I! / 1-АЦ = 0,5

Лм. и-XV 1,0

а III - АТВ = 3,0

IV • АТВ = 5,0

чена путем увеличения имеющегося резерва на работах сетевой модели, разрабатываемой на существующей нормативной базе, на 20%.

Таким образом, предлагаемая методика позволяет уже на стадии формирования исходной модели расписания определить количественную оценку его выполнимости, а такие необходимые резервы для обеспечения устойчивости графиков работ в процессе их реализации. Важное значение методики заключается также и в том, что она способствует дальнейшему совершенствованию методологии оценки, как моделей календарных планов, так и системы разработки расписаний на использовании принципа обратной связи.

Реализация на практике данного принципа необходима не только на заключительной стадии календарного планирования, но и в процессе конструирования организационно-технологических моделей строительства. Для этого, прежде всего, требуется формализовать процесс учета факторов, оказывающих влияние на устойчивость основных параметров модели. Их учет можно осуществлять путем многовариантного формирования моделей организационно-технологических процессов на основе изменения интенсивности их выполнения, очередности и схем взаимоувязки.

В исследовании для учета воздействия на систему большого числа факторов предлагается метод коллективных экспертных оценок. Этот метод позволяет сравнительно быстро получить необходимый объем информации по учету и оценке как количественных, так и качественных параметров. Он дает возможность учесть многие из тех факторов, которые слабо поддаются изучению другими методами. Экспертные оценки служат или как источники информации, на базе которой создается модель, или являются составной частью действующей модели. Рассмотрим процедуру формирования организационно-технологи-ческой модели на основе метода экспертных оценок.

Пусть известны продолжительности строительства объекта и длительности каждого технологического этапа возведения объекта или комплекса. Разработка модели сводится к временной взаимоувязке технологических этапов.

Как видно из рис. 3 в общем случае возможны следующие варианты совмещения во времени двух смежных технологических этапов: а) моменты начала двух этапов совпадают; б) момент начала последующего этапа наступает раньше момента окончания предшествующего этапа; в) момент начала последующего этапа совпадает с моментом окончания предшествующего этапа; в) момент начала последующего этана наступает позже момента окончания предшествующего этапа.

а)

-

б)

1М

в)

<1

1 «и

"-^ 1 -+-

1]

«и

✓ л- 1

Рис. 3. Варианты совмещения технологических этапов.

Если величину совмещения сроков выполнения двух смежных этапов обозначить через At, то с ее помощью можно математически выразить связь между этими этапами. Для этого введем понятие коэффициента организационной связи технологических этапов работ

где - коэффициент (¡-1) - го и ко технологических этапов; - длительность ко технологического этапа; А^.^ - отставание момента начала ]-го этапа от предшествующего этапа. При назначении коэффициентов организационной связи г)] могут быть определены календарные сроки выполнения технологических этапов

где: момент начала ]-го технологического этапа; - момент окончания ]-го технологического этапа; ^ - длительность ]-го технологического этапа.

Коэффициент п] может изменяться в общем случае в широком диапазоне, что, в конечном итоге, обусловливает многовариантность организационно-технологических схем возведения железнодорожной линии. Однако пределы изменения коэффициента связи П^п-П)-Пртахограни-чены технологией и нормами производства работ, а также зависят от особенностей возводимых объектов. Следовательно, однотипные объекты в условиях нормализованной технологии и организации строительства должны иметь одинаковые показатели совмещения одноименных технологических этапов.

Таким образом, величина совмещения этапов при разработке модели может нормироваться. Наиболее подходящим способом нормирования, как представляется, на современном этапе может быть использование для этих целей коллективной оценки экспертов (специалистов - организаторов и руководителей производства). При таком подходе получение количественных экспертных оценок показателей связи технологических этапов следует рассматривать как составную часть алгоритма формирования технологической модели возведения объекта.

Одним из принципиальных вопросов, возникающих при использовании мнений экспертов, является вопрос о том, в какой степени сохраняется объективность оценки, поскольку мнения экспертов по оцениваемому вопросу, как правило, расходятся. Поэтому в процессе получения экспертной оценки важное место занимают способы обработки коллективных экспертных оценок. В исследовании принят метод Дельфи, в основу которого положен опрос экспертов на основе анкет.

Для облегчения работы экспертов в нашем исследовании предлагалось при ответе на вопрос о величине совмещения сроков выполнения двух смежных технологических этапов строительства мостовых переходов давать три оценки: оптимистическую, пессимистическую и наиболее вероятную. Поскольку А^. представляет собой абсолютную величину совмещения процессов во времени, определять ее в таком виде было бы затруднительно. Поэтому для этой цели использовалась величина коэффициента накопления фронта работ

ЛП

Н.1

1М

где ^ - коэффициент накопления фронта работ 1-го этапа; Д^ - отставание момента начала ¡-ГО этапа; ^ - длительность предшествующего этапа.

Как установлено в ряде исследований, распределение длительностей работ при анализе вероятностных моделей (например, при наличии трех оценок длительности) подчиняется закону бета-распределения с плотностью

с параметрами р = 1, д = 2.

Следовательно, математическое ожидание (л) и дисперсия (о?)

экс-

пертной оценки будут определяться из следующих выражений:

У1Т)т1п +Угтп+УзТ)

2 __ \Т(шах ^ ]т|п

где т,,™ - оптимистическая оценка; тг) - наиболее вероятная оценка; ^тах - пессимистическая оценка; У1=1; У2=2," Уз=1; У4=25 (в соответствии с методологией сетевого планирования). Соответственно для всей группы экспертов 0 = 1 ,п) будет иметь:

где а, - коэффициент компетентности 1-го эксперта, определяемое как

аг0,15^+0,20^+0,1 ЗК3+0,22К4+0,30К5,

где - самооценка специалиста; - коллективная оценка компетентности нго специалиста, выносимая членами экспертной группы; К3-оценка иго специалиста членами рабочей группы, производящей опрос; «4. оценка, зависимая от отклонения показателя от среднего:

К5 - параметр, зависящий от воспроизводимости результатов и определяемый аналогично И.

Методика конструирования организационно-технологических моделей и расписаний работ на основе экспертного метода интегрирована в действующую информационную систему календарного планирования ОАО "Дальмостострой" и его филиалов. В тех случаях, когда по сооружаемым ОАО "Дальмостострой" объектам заказчиками являются зарубежные партнеры, выходные формы календарных производственных графиков содержат дополнительную информацию (рис. 4). В частности, в отчетных и плановых документах сведения по строительным этапам

К4 =10(1-р|); Р^ХМ!

* I

jBrifiges ancJ Culverts Construction on Highway Nogiiki -Okha...

ОАО "ДАЛЬМОСТОСТРОИ"

002 и 003*1 Bridae« and Culvert« Con*ferucfci©rt on Hiahway Koali..,;

A 'Oil) Мсбкиж*« M* yO'iWatwmuR to< QSTftirusMft M

A »(TO Hixrmwt. ихяо f»o Г»ы**у dwctiny. *** ■

002 и 003-1 СМО Учльто* Сгляптткаг* «KttSfcttoftof

302 w C63-1.'.WO.GiM«iy Crpcwrsnitfm» ipo'iMm моста ч<р ГормиаМЯМ^ДЗЗ^О«— t

- АЛ'00 А>>9АПкПЧУМ»<м«Ая^ПаЙ ¡MvtRtf

Л31 Xl >С>рМС1*в ЧаряАмОЛ) CIpmAVMinb^VSV*'MARe

. .! . A si90 оО*аял> %оя »в-«*8*»я*»

АЗгю f>i.i«inmwc.fao WBftgiuraottea hr>»»

Ail 'A) Устрв»ст»0 туы »» 34(Ипм>а»|>ивп Ы rXvwrt у* кл>

Л2М0 Устро«*-т»о Ним)

. /»pennwew citoooar Яорм рвммзяя л«! Уоро«сгае л^азм «»wvi. »¿»tv ш*

. ' : '.во frac—«счш ч*ор>пк«т*Cmm

flfti « 003-1 CWOA44*T0i Сгрспшмдетее г<м»«тр.гру<ы .0wi«4**7ctVC«r«u9M. - * v . Ai3»0 Ппаиирэааа и («««пям* швюм {торсам

- лм-л У«!М«<и парялмчгэ Чппда «tog

. У gat >■ на »ooMiiiHyg «»»»ц»' Tatn<wwy dtr«* tMwwoatat

- ? OOtw Od».t'cMOiV»y у» S.B »mm. Biwiy Cof '

- J ■ A (324 / Ocmt>r-.air рабатмг Эгврянйму

. Л. • AH,«о ' Car** meet* От»рчт> давив«-mm' Клада Kantfaq ov*. CowntogaimH а»

AUW 1ммм«

АНИ» По«'М>'чтиа1г«г«<1м. луг» УфУП. nkifm ивол. О 1*52 Ь«| Ко*«в-и..

A11W» • НАаякяна f-fwjft srpoentM WON-»«» ■вибц/ияЬ'вуаг» MtWira »■ аг лч A M'iW«i4i«

Aim ;хюшч»)(ммж-м........................................

A12U0 ' Цахг»» и омг^юпо яараицны» m Aiii»

AiiiO Veraeikrreo омрлмвплг*» мсшма WB*» Рлввв if

A1210 мое-» Atpha* an Ух bfJC* ....................

A ' /40 Vcr«<*M A«M«i<im «|xutA<Mta t»*nf

А1г*Л Ml ..

AM41 fltfMMoe iui#it«i«MMM i<

AM«? * Vtuw^« ani imMvvw

A > Ui Нрмм>*«м »«МГГА i fupewe t*m|Mr«t gwoMcten

13M ,

КЛ 2l mx-<U A

17M aawjoo« J

Vitf'. '«-iees-cm

OI -IXH-CMA

49

Г4 Угмл a* A >4d lA-nur^A 1И .«wvMA 1/в 04-W-04A 1»«e.-»-tt4 A 'Я X «QA-44A M yV«on-04A Ti M-mo^Od A

iog

IKJ 01-ЛОЛ^М А Г4 OJ <№C4 A

0T.M<"tHA Ot-Mt -txi A АГ.МГ04А СЗ-Мг-M A

Ж-МГ-94 A »«MMMA

wmt-b* a or A 0Г-МГ04А

V >44 1 OVMMfrMA l»-MCUV4>< A

«у&мМиЦАА

jj 14 c*»-04 1»««M-04

Ht-w-<UA 1SwO«A

i ГЛ^ш-'МА 2Л -1Я- 0*

i' ^e-w-04 А М^мг-М

J »on СЛ ^«tf-M

1 1VMM-C4 ! iU*.^

«03% ■0C\

'Oct.

'.90S 1004

В tor CT*»tWu(*ryl KM

i*>i и 1 CWO УчвмегСюАпимсыуо aQriUfW • ^■"■▼го-«*-©*. iK2 « «ra t С M0 wKTtt ca (

Р Усг!лж--пг> nqwifera^ агрмдамикЧг«^

ф rjv;Aci«а RWKAOII з' K»i

P ¡oft** >sj iw Mi> .иОАдолМЬап оогхли с-Лвя кл ^ «НИ VerpOMr.i»« дччкмйюй u«iMt«atf »ur'ecr» ^ лmco*.' ifcpw ((««eui

i PBCimCTii« ■ »{Ц.>«ГПВИ»^ УмCkMft щ»

0CJ * CO-1 CMO 709 Crpwm*;nnn

Ш tv» HUfl Mill» А УШИ»** ОТЪООО». jjtOBVt prWtCW

■ yopoActM wpwnw**» ариамм' i*fm<|

■ Удйпамма ц»«мяп| оАмада/ Т«пМО«гу ifctei dMiiut ^^ PM^laMiiw'

▼zi-»rr-o4. оог * no*i CMO.Wt* CipM»«

nMiW^TWMH« txtow PWWBV j j j "лсгв-

nvti^c «vci ряычщ* Pi* «Ми) and gi«Ar>«|

+ЯШ COWWJMH orfwg ЙКЛг»рейстее яцрошочммм muliijwui» пмттм« йгИ^» ясм'им^ * wocra1 Aientft »«мгч с Вл Wdc?

• йотупьтимз I««11 ч

■ гЧгииг.» MhJtcta ran еыч«£»♦»

К П«р*нвеи миастя ^афттдпооАФО* ОО«*ГА ЖАЧИМН a«j рттаьзп *т9*тл мафгтрвагЛА-'Оё pipe«"* )vtntKV«r> prwecMn

АСЛ1« WOfK RetwifHr>g Wc*1i ■ C'!t.iC0l Remaining Work ♦ мл^иэое

TASK filter: Все работы

Рис. 4. Расписание строительства мостовых переходов автомобильной дороги Ноглики-Оха

и агрегированным работам, а также необходимые пояснения дублируются на английском языке.

Экспериментальное применение изложенных методов календарного планирования строительства в транспортном строительстве и на железнодорожном транспорте показало высокую их эффективность. Это подтверждается применением результатов исследования на практике. Предлагаемые подходы к совершенствованию формирования календарных планов внедрены на строительстве и переустройстве мостов Дальневосточной и Сахалинской железных дорог, при сооружении автомобильной дороги к газовым месторождениям о. Сахалин, на строительстве мостов федеральной автомагистрали Чита-Хабаровск и транспортных развязок в г. Владивостоке и г. Хабаровске, широко используются в Дор-стройтресте ДВЖД и ОАО "Дальгипротранс".

По результатам исследования можно сделать следующие основные выводы:

1. В результате проведенных исследований установлено, что одной из первоочередных задач совершенствования календарного планирования строительства новых железнодорожных линий является разработка и практическое освоение методов формализации и информатизации организационно-технологического моделирования. В диссертации определены основные требования к организационно-технологическим моделям железнодорожных объектов и комплексам и к методам их разработки в условиях применения информационных систем календарного планирования.

2. Для развития методов формализованного описания строительных процессов на железнодорожном транспорте важное значение имеет проблема совершенствования оценки календарных планов. Проведенные исследования позволили разработать способы оценки моделей ка-

лендарных планов на основе учета обратной связи между календарным планом и условиями и результатами его реализации.

3. Впервые получены количественные параметры действующих информационных систем календарного планирования (коэффициент реализации расписаний по номенклатуре работ, вероятность выполнения работ в плановые сроки, показатель надежности строительной системы по своевременному вводу объектов и др.) на примере применения системы информатизации в календарного планирования информационной системы в ОАО "Дальмостострой" и его низовых строительных подразделениях, которые являются количественной оценкой устойчивости календарных планов.

4. Проведенные исследования показали, что устойчивость оптимальных расписаний в значительной мере зависит от качества исходных моделей, в связи, с чем на современном этапе их совершенствованию должно уделяться первостепенное внимание.

5. Методологической основой решения задач устойчивости календарного планирования следует считать учет вероятностного характера строительного производства и его организационно-технологической надежности.

6. Установлено, что в условиях разнотипного железнодорожного строительства многочисленные организационно-технологические сбои производственного процесса могут быть разделены на два основных вида: а) связанные с потерями живого труда; б) не связанные непосредственно с потерями живого труда. В диссертации впервые исследована специфика анализа надежности" календарных планов с учетом сбоев второго вида.

7. Показано, что в условиях разнотипного железнодорожного строительства при определении показателей надежности календарных планов необходимо учитывать имеющиеся в системе резервы времени (вре-

менную избыточность системы). Учет временной избыточности позволяет значительно (до 30-40%) повысить точность оценки показателя надежности календарного плана. В диссертации разработаны способы определения величины избыточного времени, возникающего при реализации календарного плана.

8. Разработана методика формирования организационно-технологической модели возведения объекта и оценки устойчивости модели на основе оптимизации интенсивности строительных процессов. Экспериментальная проверка методики при информатизации задач календарного планирования работ и ресурсов, контроля и учета реализации производственных программ мостостроения показала, что модель может использоваться для составления расписаний работ на различных уровнях управления (строительный участок, объект, низовое строительное подразделение, трест).

9. Разработанные в диссертации способы оценки устойчивости оптимальных расписаний, анализа надежности календарных планов, а также причин, вызывающих сбои производственного процесса в условиях разнотипного железнодорожного строительства позволяют значительно повысить эффективность информатизации. По результатам внедрения указанных предложений в мостостроении на Дальнем Востоке общая эффективность информационной системы календарного планирования увеличилась от 9% до 12% годовой программы работ ОАО "Дальмосто-строй".

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Лисовый В.В. Учет временной избыточности строительного производства при оценке устойчивости календарных графиков. Материалы Дальневосточной научно-практической конференции "Проблемы транспорта Дальнего Востока". Владивосток, 1995 - с.183-184.

2. Лисовый В.В., Павличенко А.С. Анализ надежности календарных программ транспортных и железнодорожных организаций Дальневосточного региона. Материалы научно-практического семинара "Новые информационные технологии в управлении на транспорте и организации учебного процесса". Хабаровск: ДВГАПС, 1997. - с. 112-119.

3. Лисовый В.В., Клыков М.С. Информатизация в мостостроении: опыт, проблемы, перспективы. Материалы Международной научно-практической конференции "Информационные технологии на железнодорожном транспорте". Хабаровск: ДВГУПС, 1998. - с.75-78.

4. Лисовый В.В. Методика формирования организационно-технологических моделей возведения объектов железнодорожного строительства. - Хабаровск, ЦНТИ, №43-98,1998. - 4с.

5. Лисовый В.В. Статистический анализ функционирования информационных систем управления проектами в транспортном строительстве. - Сб. тезисов докладов научно-технической конференции "Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока". Часть 3. - Хабаровск: ДВГУПС, 1999. - с.144-145.

6. Лисовый В.В., Фомичев О.И. О проблеме формализации обратной связи в календарном планировании: Материалы 43-й Всероссийской научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки "Современные технологии - железнодорожному транспорту и промышленности",

ДВГУПС, Хабаровск, Изд-во ДВГУПС

200,3.,-С. 63-64.

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА ] С,Петербург j

OS «О мт ' .......

Виталий Власович Лисовый

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ КАЛЕНДАРНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛ ЬСТВА НОВЫХ ЖЕЛ ЕЗ Н ОДОРОЖН ЫХ ЛИНИЙ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада

ИД № 05247 от 2.07.2001 г. ПЛД № 79-19 от 19.01.2001 г. Подписано в печать 16.9.04 Печать офсетная. Бумага тип № 2. Формат 60х841Лв. Усл. печ. л. 2.0. Зак 118 Тираж 100 экз.

Издательство ДВГУПС. 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.

119 9 4 5

РНБ Русский фонд

2005-4 17135