автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Совершенствование методов оптимизации технологических комплексов мелиоративных машин

«6 о

' \ и 'ДО'*.

\ г'Всероссийский ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н.Костякова

Ва правах рукописи УДК 631.31:631,6:658.012.122

ЗОТОВА Людмила Васильевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ МЕЛИОРАТИВНЫХ МАШИН

Специальность 05.23.07 - Гидротехническое я мелиоративное

строительство

Автореферат

диссертации.на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнена во Всероссийском ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте .гидротехники и мелиорации ин. А.Н.Костикова (ВНИИГиМ).

Научный руководитель

Официальные оппоненты

кандндит технических наук, старший научный сотрудник Мануйлов B.D.

доктор технических наук, профессор Суриков В.В.

кандидат*технических наук Шапочкин А.Я.

Ведущая организация - ид "Союэводпроект"

Защита состоится " ?" ¿¿ ¿'г/1994 г. в _ часов

у

на заседании Специализированного Совета К 099.05.02 по присуждении ученых степеней Всероссийского, ордена Трудового Красного Знаиени научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации ии.А.Н.Костякова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы и замечания на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 127550, г. Москва, Б.Академическая, 44, ВНИИГиМ.

Автореферат рарослан "_" _ 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

С.Ш.Зюбенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Целесообразность подбора

оптимального состава технологических комплексов машин с помощью вычислительной техники в водохозяйственном и мелиоративном строительстве подтверждается высоким уровнем комплексной механизации при производстве основных видов мелиоративных работ, достигающим, например,) по земляным работам более 99%. Необходимость автоматизации расчетов определяется также значительными объемами выполняемых работ и многочисленностью используемой техники. Так, в Системе машин для водохозяйственного строительства представлено свыше 600 наименований марок машин и механизмов. К тому же, улучшение качества и эффективности проектирования производства мелиоративных работ в условиях .развивающихся рыночных отношений неразрывно.связано с разработкой я внедрением в практику современных средств автоматизации расчетов технико-экономических показателей технологических процессов, построения графиков выполнения операций и загрузки техники по всему интервалу планирования.

В этом случае необходима разработка высокоэффективных математических моделей, наиболее точно отражающих технологию строительства мелиоративных объектов.

В качестве средства моделирования технологических процессов при формировании комплексов машин могут использоваться обобщенные сетевые модели (ОСМ), обеспечивающие учет взаимосвязей между технологическими операциями и их частями.

Исследования, содержащиеся в диссертации, были выполнены в - соответствии с программой работ, утвержденной ГКНТ прй Совете Министров СССР по проблеме 0.52.01.23 (1986-1990 гг.).'

Целью исследований является разработка методики и алгоритма оптимизации технологических комплексов • мелиоративных машин за счет совершенствования на этапе проектирования их состава и режима работы. -

Для реализации поставленной цели необходимо выполнение следующих этапов:

- исследование к анализ используемых на практике методов по формировании состава технологических комплексов и парков машин;

- разработка наиболее универсальной модели,- обеспечивающей автоматизацию расчетов при исследовании альтернативных вариантов основных технологических комплексов машин;

- разработка алгоритма оптимизации ТКЫ и реализация его в программах для Э8!5;

- разработка методики проведения анализа результатов расчета;

- выполнений мааикаого сксперимента по формировкою составов ТКМ для основных типовых технологичзских процессов, зключаюгдос: строительство закрытого горизонтального дренажа, строительство оросительного канала, проведение кудьтуртехкччеекгх мероприятий на залесенкнх землях, а также ремонтно-восстановительных работ на оросительном канале.

Теоретической и кзтндологичзской основой исследований явились груды отечественных ч зарубежных ученых по вопросам технологии, организации и управления строительны»! и сельскохозяйственным производством, сетевому и календарному планировании, методам оптимизации.

Для'расчетов использовались нормативные, экспериментальные и расчетные данные по техническим характеристикам машин и механизмов.

При реализации разработанных алгоритмов использовались следующие методы: метод ветвей л границ, симплекс-метод и эвристический метод; при анализе результатов исследования использовался мзтод квантования информации.

Расчеты проводились на мини-ЭВМ "РЕАДИТЭ".

Научная новизна результатов исследований заключается:

- в разработке метода оптимизации технологических комплексов машин с использованием сетевых моделей;

- в разработке методики анализа технико-экоиомкческих показателей технологических процессов с использованием метода квантования информации.

На защиту выносятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, включавшие:

1. Экономико-матьматическую модель формирования и оптимизации состава технологических комплексов машин (ТКМ) на базе обобщенных сетевых моделей.

2. Алгоритм оптимизации ТКМ, основанный на эвристическом методе, методе "ветвей к границ", симплзкс-методе.

3. Методику проведения анализа технико-экономических показателей технологического процесса, основанную на методе квантования информации.

4. Результаты исследования ка модели процесса строительства, гогизочталнного дрена,ка с использованием перегружателе« фильтра: методику выбора технологиии строительства с одновременным. и раздельным использованием на объекте двух др^ноукладчиков.

Практическая ценность и реализация результатов исследований.

Разработанная математическая модель по оптимизации состава технологических комплексов машин обеспечивает ее использование при сравнении альтернативных вариантов ТКМ дтш технологических процессов ка этапе проектирования производства работ, а также непосредственно при строительстве мелиоративных объектов.

Результаты научных исследований использовакч при выполнении научно-технической проблемы В.5?..01.23 "Разработать перспективную систему машин для комплексной механизации мелиоративных работ на 2001-2010 г.г." (1966-1990 гг.), а также при разработке и внедрении технологий и средств механизации для производства дренажных работ на рисовых и хлопковых системах при их реконструкции .

апробация и публикации. Основные результаты исследований докладывались к обсул<дались на заседании секции технологии, .механизации и организации мелиоративных работ (ВНИИГиМ 1988. 1990, 1993), на Всесоюзном совещании по Научному обеспечению повышения эффективности кспользоьания мелиорируемых земель . (Москва, 1987), на Всесоозиой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов на тему: "Мелиорация и водохозяйственное строительство" (Тбилиси, 1989), на Всесоюзной шко-ле-семияаре молодых ученых и специалистов "Развитие мелиоративной науки в новых экономических условиях" (Москва,1990 г.)

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, общих выводов. Содержит 151 страниц текста, список использованной литературы (130 наименований), 31' таблицу и Z9 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Выполненный анализ опубликованных работ показывает, что состав ТКМ оказывает значительное влияние на технико-экономические показатели технологического процесса. В используемых на практике моделях, как правило, в качестве критерия оптимальности ТКМ применяются удельные приведенные затраты, отличие в значениях которых по различным вариантам ТКМ для заданного технологического процесса оставляет более S0H. При этом сравнение вариантов по другим оценочным показателям, таким как себестоимость работ, трудозатраты, расход топлива и капитальные затраты показывает также разницу в значениях более, чем в 1,5 раза.

Установлено, что используемые в оптимизационных задачах критерии оптимальности практически сводятся к трем основным: минимизации затрат. сокращении сроков строительства,' максимализации выполненного объема работ.

Наиболее широко известны оптимизационные модели, - выполненные ВИИ, УНШШЗСХ, ЦНИИОКТП, МИСИ, ВНИИстройдормаш, ВНИИГиМ, УкрНИИГиМ, Сосзводпроект. Формированию оптимальных комплексов строительных и землеройных машин посвящены работы Баловнева В.И., Недорезоеа И. А., Кудрявцева E.H. Хмары Л.А., Гарбузова З.Е..

Вопросами формирования рационального состава комплексов машин для конкретных технологических процессов в мелиоративном И водохозяйственном строительстве занимались такие исследователи, как Томин Е.Д., Кизяев Б.М., Казаков B.C..Матвеев A.B., Носиров Н., Шапочкин А.Я., Финин Г.С., Федченко И.Д., Насонова Н.В.. Ряд математических моделей, используемых указанными авторами, представлены в таблице 1.

Проведенный анализ существующих моделей показал, что:

Таблица 1. Модели оптимизации технологически:: комплексов мелиоративных машин.

! ЦЕЛЕВАЯ 4УНШ1Я И ОГРАНИЧЕНИЯ ! ОРГАНИЗАЦИЯ-!

! ! РАЗРАБОТЧИК !

1. Целевая функция: удельные приведенные затргты Зуп К N

? = Ьул =22 27 Зуя1э —пап , где 3 1

М - число рассматриваемых марок машин; N число операций; Ограничения:

- обязательность выполнения всего объема работ VI:

М ti - продолжительность;

¿2. л_у >= VI , Вч!} - часовая выработка;

3 = 1 1.-1,Я ЧхЗ - число механизмов;

- по капвложениям Зкап:

_ ЦЗ - цена механизма; Сопзаодпроект

Ц.)-Кб}-к13<= Зиап, КбЗ - коэффициент; ВНИИГиМ

1,3 .

- по наличию техники КЗ:

N __УкрНИИГИМ

Т. <= ^ , 3=1,М

2. Целевая функция: удельные приведенные заграуы Зуп с учетом эффекта от сокращения срокоэ Эсс строительства (Зобщ): дТ

Зобщ =3уп - Эсс —Ш1П , Эсс = Д-Рк —— , где ОКБ

Т ВНИИГкМ

Д - дополнительный чистый доход к ед.работы; Рк - уд. вес затрат; Т- срок строительства; л Т - сокращение сроков строительства.

3. Целевая функция: стоимость производства с учетом транспортной техники

Р -ВКИИГиМ

Г =¿££.2 Сд.;)к1:-х1 + ХЛ-2.Г Зз-экг-А З^кг —>- пап 1,3,к,С

- уд.стоимость производства; х1- протяженность объекта; Э- уд. стоимость транспортировки; У- протяженность переброски;

" ./1- механизм перебрасывается; 10-

механкзм не перебрасывается. Ограничения:

- по стоимости (С.ч- нормативная стоимость):

С1зк1 < Сн;

- по фонду рабочего времени (»к):

К1]к1 1 - номер объекта;

¿72,227 - <= $к , 2 - номер работы;

1,3,к,г к - вид механизма;

I - количество сиен, кии - количество механизмов; Ило^ - производительность на 1-ом объекте при выполнении 3-го вида работ к-ой машиной в период времени ^

- модели не достаточно универсальны и предназначены для расчетов конкретных технологических процессов, что снижает область применения таких моделей;

- технологические комплексы машин, как правило, оцениваются только по одному из заданных критериев оптимизации;

- модели не рассматривают совместное взаимодействие мелиоративных машин и не учитывают возможность использования одних и тех же механизмов на последующих операциях; у

- автоматизированный расчет ТКМ производится без учета последовательности выполнения операций, сроков их начала и окончания, что ке 'позволяет составить графики выполнения операций и загрузки техники по всему интервалу планирования, а следовательно рассчитать продолжительность строительства.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОПТИМИЗАЦИИ ТКМ.

В общем виде описание организационно-технологической модели строительного производства представлено в форме обобщенной сетевой модели, разработанной д.т.н. Воролаевым В.И. Введена основные понятия, рассматриваются примеры, моделирующие отдельные фрагмента реальных процессов и демонстрирующие характерные свойства предлагаемых моделей.

В настоящей работе на основе симплекс-метода разработана методика расчета оптимальной продолжительности ведения работ на операциях технологического процесса, при этом предварительно определяются минимальная к максимальная продолжительности, находящиеся в обратно пропорциональной зависимости соответственно от максимальной и минимальной производительности машин, задействованных на данной операции. Директивный срок строительства задается через соответствующее ограничение на срок выполнения посладней операции процесса. Симплекс-таблица заполняется ЭВМ, используя исходную информацию по описанию сетевой модели.

Кроме того, сделана математическая постановка и разработан алгоритм расчета продолжительностей ведения работ на операциях технологического процесса учитывающий темп производства работ на головной операции. Условием задачи также задана•необходимость

выполнения ограничения по срокам строительства и имеющейся в налички техники. Себестоимость работ должна быть минимально возможной при выполнении указанных ограничений.

Зкономггкс-к'атекатическая постановка задачи формирования оптикалыгого состава ТКМ включает в себя целевую функцию,

описывающую эаганный критерк." оптимизации, и ряд ограничений по

О

наличии Mv-^аннзиов и условиям влюлнения технологического процесса.

ЦЕЛЕПАЯ ФУНКЦИЯ (о5о5щенный технико-экономичесхий критерий) - минимизация удельных приведенных затрат:

N М Cj-Vij K6j-Iü-Vij

F " min Зуп =min ZI (---+ eh -(1)

i-1 j-1 Вч1j-kij Trj • Bnij

где: К - число операций технологического процесса; М - число марок механизмов, принятых к рассмотрению; Cj - стоимость машино -ч_га ' j-ro механизма; Vij - удельный объем работ на i-ой операции, выполняемый j-ым механизмом, Bnij - выработка в час j-го механизма на i-ой операции, Ея - нормативной коэффициент эффективности капитальных вложений, Щ - стоимость j-ro механизма, K6j - коэффициент перехода от стоимости механизма к капитальным затратам, Trj - годовая загрузка j-ro механизма (в часах).

ОГРАНИЧЕНИЯ: - Обязательность выполнения всего объема работ:

Mi _

ZI B4ij • kij • ti - Vij , i =1,N . (2)

j=l

Здесь: Mi - число марок механизмов, задействованных на ра- -боте.i,. kij - число j-ых механизмов, выполняющих i-ую операцию, (целое число), ti - продолжительность i-ой операции, принимающая значения в интервале [tmini, tmaxi ]. tmln i.tnax i - минимальная и максимальная продолжительности работы, рассчитывав-. , мая на основании фактической выработки механизмов, предназначенных для ее выполнения.

- Ограничение на наличие техники:

Nt -

ZI. fcijt <= Kj , j -ГТм , (з) ,

i-Г t € ¡0,Тд)

- 10 -

где К^ -число ¿-их механизмов, имеющихся в наличии.

- Расчетная продолжительность всего технологического процесса • ье должна превышать нормативную или директивную, то есть,

Тр <- Тн или Тр <- Тд . (4)

- Ограничения, связанные с описанием сетевой модели можно

представить следующим образок:

а) связь между началом (х!) и окончанием (у1) 1-ой операции описывается уравнением:

у1 - XI - М , (5)

б) зависимость между предшествующей (з.) и последующей (¿) операциями технологического процесса ;<меет следующее выражение :

хз <- XI а^ , где а^ - числовой параметр (6)

зависимости,

в) абсолютные временные ограничения типа "не ранее" (ГЦ) и "не позднее" (Ра.) представлены неравенствами:

х1 >= Н1 , у1 <- Рл . (7)

Кроме того, .зведеиы дополнительные условия:

- использование минимального количества техники;

- использование минимального количества марок машин.

В данной постановке задача достаточно полно отражает процесс подбора ТКЫ (критерий, условия, ограничения).

ОПИСАНИЕ АЛГОРИТЫА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ.

Поставленную задачу предлагается решать поэтапно (блок-схема представлена на на рис.1). В бл.1 вводится исходная информация. В бл. 2 производите« просчет затрат (удельных приведенных (Зуп1о), эксплуатационных) по операции при выполнении ее ¿-ым механизмом. Механизмы выстраиваются в ряд по величине Зуп1д для выполнения каждой операции. В бл.З производится проверка, каким образом рассчитывается продолжительность ведения работ на операциях: — продолжительности задаются пользователем; — продолжительности рассчитываются симплекс-методом; - расчет продолжительностей в соответствии с темпом производства работ на головной операции. В бл. 4 рассчитывается продолжительность

11

(начало) /-^

¿у-

га

м 9 г

■

15

КО

(коне О

Рис.1. Блок-схема алгоритма оптимизации.

работ симплекс-методом. В бл. 5 рассчитывается продолжительность операций ва основании темпа работ на головной операции. В бл. 6 проверяется, имеется ли ограничение на наличие техники. В бл.? проверяется возможность использования па одной операции нескольких марок машин. В бл.8 производится расстановка техники по операциям с учетом использования на одной операции нескольких

марок механизмов. ") В бл. 9 производится расстановка техники по операциям с учетом ограничения на ее наличие. В бл. 10 спрашивается о необходимости минимизации максимума потребности в основных видах механизмов, используемых на работах технологического процесса. В бл. 11 расставляется техника по операциям без ограничения на наличие. В бл. 12 минимизируется максимальная потребность в основных видах механизмов . ,

3 бл. 13 рассчитываются технико-экономические характеристики операций на основании выбранных для их выполнения марок механизмов. Рассчитывается состав и структура ТКМ с учетом использования одних и тех же механизмов на последовательных операциях.

В бл.14 производится расчет графика выполнения операций.

Весь комплекс программ сформирован по модульному принципу: практически каждый блок (за исключением логических блоков) есть отдельная программа, что позволило использовать для решения задачи различные методы. Алгоритм, решающий задачу, описанную блоком 2, основан на методике полного перебора. Симплекс-метод используется в блоке 4 для расчета оптимальной продолжительности работ. На основе метода "ветвей и границ" проиго^дится временной анализ сетевой модели; эвристический метод используется при расстановке техники по операциям.

Такое разнообразие методов объясняетсп сложностью поставленной задачи и, как следствие, необходимость ее поэтапного решения.

На основе представленного алгоритма разработан комплекс программ "ОПТИК" на языке "БЭЙСИК" для мини-ЭВМ "РЕАЛИТЕ". Основная исследовательская работа проведена -на этой базе. В доследующих разделах дается описание необходимой входной информации и получаемой в результате расчета выходной информации. включающей линейный график выполнения технологических операций и графики загрузки основных видов механизмов.

•) Данный модуль разработан на уровне алгоритма для случая использования не более 3-х марок машин на одной операции.

Разработана методика анализа результатов исследования, позволяющал оценить эффективность выбранного ТКМ на основе заданных показателей оптимальности технологического процесса, таких как: удельные приведенные затраты (УПЗ), эксплуатационные расходы (ЭР), капитальные затраты (КЗ), расход топлива (РТ), трудозатраты (ТЗ), то есть оценить состав ТКМ по нескольким критериям.

Если значения, любого из перечисленных показателей представить в виде' графика зависимости от продолжительности строительства (Тр), то разброс значений для различных ТКМ затрудняет их анализ (рис. 2). Сравнивая пять таких графиков по различным показателям, трудно определить лучший вариант.

У/73,

*и*а *« кМ

ю

755 715 ао йо Т^/гас) •

Рис. 2. Значения удельных приведекых затрат и продолжительности строительства для различных вариантов' ТКМ'(*-2?).

Поэтому разработана методика оценки , вариантов ТКМ с использованием метода квантования информации.- В- этом случае осуществляется преобразование графиков в соответствующие гистограммы, где по оси абцисс откладывается не продолжительность строительства, а номера вариантов ТКМ, которые сгруппированы по квантам времени - интервалам, в пределах которых расположена расчетная продолжительность строительства объекта, выполняемого данным составом ТКМ (рис. 3).

В таком виде графики можно анализировать как по оси абцисс, так и по_ оси ординат.

Если имеются дополнительные ограничения на .наиболее важные показатели технологического процесса, например, сроки, расход

• $ ч 1 Т,ЧО ТтпТГ ХШх И: Г** тптпт на Т1

ж, « « »1 а'Уп чг* а

п 1* т 4* т 30 А ¥ ( * и 4» IX «с ч ** И Ц Л Л Т) .

1]- з * > II 1* ч и

«X} Ив до * ы и' "И 1 О *Г

Рис. 3. Гистограммы изменения показателей технологического процесса для различных вариантов ТКМ.

топлива, экслуа?ацяонные расходы, то анализируя последовательно каждый из показателей, выбираются варианта ТКМ, удовлетворяющие ограничениям, и уже они служат основой для принятия решений. В случае, если таких вариантов много или ограничений на показатели технологического процесса нет, то для принятия решения о наиболее оптимальном состаае ТКМ по оснозному критерию выбираются три лучших альтернативных варианта ТКМ. Для окончательного решения может иметь значение оценка состава ТКМ с точки зрения надежности, количества единиц техники к т.д.

3. РЕЗУЛЬТАТЕ ОПТИМИЗАЦИИ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ МАШИН.

С помощью разработанной модели комплектуются технологические комплексы машин для различных технологических процессов, например, строительства оросительного канала и закрытого дренажа, проведения культуртехначесккх мероприятий па закустарекнкх землях и ремонтно-восстанозительных работ на

канале. Анализ различных вариантов ТКМ проводится с использованием методики, описанной выше. Каждый из перечисленных технологических процессов представлен сетевой моделью.

В случае строительства, например, оросительного канала в голунасыпи глубиной 1,5 м рассматривалось 27 вариантов ТКМ. Директивный срок строительства 100 часов на 1 км канала. В качества ведущих машин использовались экскаваторы-каналокапатели ЭТР-206А и ЭТР-2Я8. Расчеты показывают, что более экономичным на этих работах является ЭТР-206А. Наиболее оптимальный по величине капитальных затрат является комплекс машин 1 (табл. 2), а по остальным показателям - комплекс машин 2.

Исследовался также процесс строительства закрытого дренажа в зоне орошения с глубиной закладки дрен 2,5 м. В качестве ведущих машин использовались дреноукладчики ДУ-3502 и Хайконс 6017. Исходная информация по производительности машин и объемам зыполняемшс работ формировалась на основе экспериментальных данных. Было расчитано 15 вариантов различных ТКМ. С учетом того, что производительность Хайконс 6017 на 19% выше, чем у

Таблица 2.

Варианты ТКМ ! N 1 ! N 2 !

Наименование машин ! Марка Кол-во ! Марка Кол-во !

Экскав.-каналокапатэль ЭТР-206А 1 ЭТР-206А 1

Бульдозер ДЗ-110В 5 ДЗ-110В 6

Бульдозер-рыхлитель ДЗ-116 1 ДЗ-116 1

Автогрейдер ДЗ—143 1 ДЗ-14Э 1

Гидросеялка П0-2А 1 ПО—2А 1

Поливочная машина МП-15 2 ЫП-15 2

Каток ДУ-26А 1 ДУ-37В 2

Грейдер-элеватор - ДЗ-507А 2

ИТОГО: ! 12 ед. 1 16 ед.

ДУ-3502, представить его более эффективным нельзя, так как на ведущей операции эксплуатационные расходы на него на 26% выше, чем на ДУ-3502, а удельные приведенные затраты - на 39%, что объясняется высокой стоимостью дреноукладчика Хайконс. Было выбрано три лучших варианта ТКМ, . имеющих одинаковое значение

удельных приведенных затрат. Окончательное решение принято, учитывая, что один из них имеет капитальные затдатк гораздо ниже остальных.

Для расчета оптимального ТКМ при проведении культуртехнических работ на закустаренных и залесенных землях объемы рассчитывались для 1-й категории залесенности, то есть на 1 га кустарник к мелколесье составляет 8554, лес - 15%. Директивный. срок проведения мероприятий - 250 часов на 10 га площади. Было сформировано 14 вариантов ТКМ.

Расчеты показали, что на срезке деревьев диаметром более 15 см наиболее, эффективно использовать валочно-трелевочную машину ЛП-49, а на корчевке пней - корчевальный агрегат МП-19. Технологические комплексы машин для выполнения

культуртехнических работ включают в себя большое количество техники С свыше 20 единиц). Состав машин . отличается разномарочностью, так как фактически для каждой из имеющихся операций требуется специальная машина.

Расчет ТКМ для комплексного содержания канала в земляном русле глубиной 3 м и шириной по дну 2 м производился из парка машин, включающего 25 марок машин и механизмов. Было рассчитано 18 ТКМ.

В качестве ведущих машин рассматривались каналоочистители МР-20 и МР-16. Исходя из полученных результатов, для данного вида работ более эффективным оказался МР-20 как с точки зрения расхода топлива и трудозатрат»- на ТКМ, в состав которого он входит, так и с точки зрения удельных приведенных затрат и количества единиц техники, задействованных на операциях технологического процесса.

Проведенный анализ показал, что технико-экономические показатели технологических процессов при использовании различных ТКМ могут значительно отличаться. В таблице 3 представлена полученная разница в показателях для различных ТКМ по этим четырем процессам.

По каждому из исследуемых процессов построены графики выполнения технологических операций. Автоматизированный расчет ТКМ и технико-экономических показателей процесса исключает

Таблица 3.

"-—-^Процесс Строительство Культуртехни- Содержание

Показатели"""—— канала дренажа ческие работы канала

Уд.привед•затраты 1,3 1,2 1,6 1,8

Эксплуат.расходы 1,2 ' 1,2 2,0 1,2

Капит. затраты 2,3 1,7 2,0 1,7

Трудозатраты -.1,6. 1,2 2,0 1,8

Расход топлива 1,4 1,2 1,7 1,7

арифметитческие ошибки и опечатки, что повышает качество выполняемых работ.

4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОПТИМИЗАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ТЗП ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ( НА ПРИМЕРЕ СТРОИТЕЛЬСТВА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА).

Возможности разработанной модели не ограничиваются формированием состава' технологических комплексов машин. Пакет программ позволяет исследовать технологический процесс с точки зрения различных режимов работы выполнявших его механизмов, учитывать дикиинку изменения техкако-экономических пояазателей, давать рекомендации по наиболее эффективному использовании техники в данних комплексах машин. Имеется возможность исследования вновь разрабатываемых машин в конкретны* технологических процессах, используя их предполагаемые технико-экономические показатели.

3 мелиоративном строительстве процесс строительства закрытого горизонтального дренажа с использованием перегружателей фильтра является одним из наиболее сложных с точки зрения организации производства.

С помощью разработанной ■ модели (1.)-(7) проводился математический эксперимент по исследованию технологического процесса строительства горизонтального дренажа. с глубиной укладки дрен до 2,5 м на участке, типичном для районов Среднего Поволжья и Ставрополья площадью 160 га с восьмью дренами длиной 1 км, . кехдренным расстояние;'. 200 и. Анализировалась работа узкотраншейных дреноукладчиков УДМ-350 и ДУ-3502, наиболее эффективно зарекомендовавших себя на этих работах. В комплекте с ними могут нсполъзоватьсч практически все перегружатели фильтра, поэтому для- исследования выбраны перегружатели с различными техническими характеристиками, такие хак ПРТ-16,ПС-1,ПС-7,ПФС-4.

Исследуется влияние количества приобъектных складов с песчано -гравийной смесью (ЛГС) на тохнико-экономические показатели процесса.Технология строительства- задается обобщенной сетевой моделью. Расчет ТКМ и технико-экономических показателей процесса производился комплексом программ "ОПТИМ". Было рассчитано 54 варианта ТКМ при различных скоростях передвижения дреноукладчиков вдоль дрены с использованием на объекте нескольких складов ПГС. Разность в технико-экономических показателях процесса при наличии одного и четырех складов ПГС незначительна (около 1%) и только в случае использования перегружателя ПС-7 она может достигать 5,6% при производительности дреноукладчика до 210 м/ч (рис.4).

Получена зависимости основных технико-экономических

показателей технологического процесса от производительности

Стоимостные показатели машин на уровне цен 1990 года.

та ■ «в -х»

л»

л»/»

г»* л»

Рис. 4. Изменение ТЭП в случае использования вместо одного четырех складов ПГС (пунктир).

удз •

■200

« -150

« -Ю0

5«>

<50 Л6 иг 150 чо НО К/г. Рис. 5. Изменение удельных приведенных - затрат в зависимости от производительности дреноукладчика.

дреноукладчиков при использовании различных перегружателей фильтра (рис. 5 - пример изменения удельных приведенных затрат).

Анализ полученных зависимостей техкико-эконоиических показателей (себестоимость, капитальные затраты, расход топлива и трудозатраты), позволяет сделать вывод о предпочтительности использования в данном технологическом процессе перегружателей фильтра ПФС-4 (объем бункера 4 куб.м, работает непосредственно с дреноукладчаком, фильтр доставляется самосвалом ЗИЛ-ШЗ, транспортная скорость 25 км/ч) и ПС-1 (объем бункера 8 куб.к, транспортная скорость 8,55 км/ч).

Исследуется эффективность использования технологических комплексов машин, включающих один и два дреноукладчика. Дополнительно было рассчитано 54 варианта ТКМ, влючаащих 2 дреноукладчика. Для анализа эффективности использования на объекте двух дреноукладчиков рассматриваются два аналогичных объекта, на которых дреноукладчики работают раздельно и вместе

Анализ графиков изменения таких показателей технологического процесса, как удельные приведенные затраты, расход топлива, трудозатраты показал, что они изменяются аналогично случаю использовании на объекте одного дреноукладчика (рис. 4).

Расчетом получ;но, что капитальные затраты на комплекс машин возрастают при увеличении скорости укладки дрен. На рис. 6 представлено изменение этого показателя в случае рассмотрения двух объектов с использованием на каждом участке одного дреноукладчика (I) и двух дреноукладчиков (П) ( пунктир). Разница в капитальных затратах здесь может достигать 15% для ПРТ -16, если Удр=60 м/ч и есть случаи, когда она равна лишь 5% для ПС—7, если 'Удр=150 м/ч.

Для того, чтобы определить, насколько эффективно использование одновременно двух дреноукладчиков на одном участке, отдельно рассмотрены капитальные затраты на комплексы машин, их обслуживающих. Поскольку в этом случае стоимость дреноукладчиков значительно выше остальных механизмов, что затрудняет анализ • изменения стоимости различных комплексов машин. На рис. 7 отражены коэффициенты увеличения капитальных затрат (<Х.кз,%) на обслуживающую дреноукладчики технику в случае

1'ПС-г

60 56 № /Л? (¿0 КО- л/с Рис. 6. Изменение капитальных затрат (КЗ) и продолжительности строительства (Т), Vдp - скорость дреяоукладчика.

работы дреноукладчиков на разных участках (К3(1)1 по сравнению с комплексом машин, одновременно обслуживающих два дреноукладчика [КЗ(2) ], а также имеющееся при этом сокращение сроков строительства

С<

КЗ"

К3(1) - К3(2) _

К3(2)

Рис. 7. Изменение коэффициентов увеличения капитальных затрат и сокращения сроков строительства.

7(2) - Т(1) ^ . Т(2)

Увеличение капитальных затрат обеспечивает сокращение сроков строительства. В то ;::з время, целесообразно лищь такое увеличение капитальных затрат, которое ведет к значительному сокращению сроков строительства.

Анализируя графики изменения капитальных _затрат и сроков строительства • можно сделать выгод, что практически все перегружатели предпочтительнее использовать в комплексе с 2-мя дреноукладчиками, за исключением отдельных случаев (для ПС-1 и ПС-7 при скорости дреноукладчиков 86 нУч, для ПФС-4 - при 150 м/ч, для ПРТ-16 - при 180 м/ч). Все возможные варианты эффективного использования одновременно двух дреноукладчиков находятся на заштрихованной поверхности рис.' 7.

Установлено, что два дреноукладчика целесообразно использовать з случае необходимости срочной•сдачи объекта (можно сократить продолжительность строительства на 26-47У.) (рис,£).

Если имеется . возможность одновременного и раздельного использования двух дреноукладчиков, выбор более эффективной технологии с точки зрения сокращения сроков строительства и увеличения капитальных затрат можно определить на основании сравнения (Xкз и СГт, меняющихся в зависимости от скорости дреноукладчиков. Если Йкз > С<т, то два дреноукладчика предпочтительнее использовать на объекте вместе, в противном случае - раздельно.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ.

г

1. В отличие от существующих методов, проведение оптимизации основных технологических комплексов мелиоративных машин с использованием обобщенных сетевых моделей обеспечивает универсальность расчетной модели; возможность оценки вариантов решения по различным критериям эффективности, а также расширение функциональных возможностей расчетной модели за счет увеличения количества учитываемых факторов при моделировании.

2. Разработанный эвристический алгоритм оптимизации технологических комплексов мелиоративных машин обеспечивает возможность учитывать использование одних и тех же механизмов на последовательно выполняемых операциях. Продолжительность всего технологического процесса определяется с учетом возможного параллельного выполнения работ.

3. Разработанная методика анализа результатов оптимизации, основанная на методе квантования информации, обеспечивает одновременную оценку технологических комплексов машин по различным критериям эффективности, включающих удельные приведенные затраты, трудозатраты, затраты Топлива, времени.

4. Анализ технико-экономических показателей исследованных типовых технологических процессов (строительство оросительного канала, проведение культуртехнкческих мероприятий и ремонтно-восстановительных работ на канале, а также строительство закрытого дренажа) показал, что разность в удельных приведенных затратах по различным вариатам ТКМ может составлять до 60%, в эксплуатационных расходах - до 70%. в капитальных затратах - до 100%, в расходе топлива - до 60% и в трудозатратах - до 80%.

5. Разработанная модель оптимизации комплексов машин позволила установить условия зффектиьногс применения одновременно двух дреноукладчиков на одном участке при строительство закрытого горизонтального дренажа с использованием перегружателей фильтра:

- установлено, что использование в технологически.;: комплексах машин сднсвременно дзу.,. дреноукладчичов, обслуживаемых одной бригадой перегружателей песчано-гргвийьэй смеси, г^чроляет сократить сроки строительства объект на ?Л-4!%\

- показано, что при одновременном иг.по.чьйоваш.и двух дреноукладчиков, работающих на скоростях до 60 м/ч, экономия капитальных затрат на обслуживающ'.ч их комчле-кс махин по сравнению с раздельным использованием дреноукладчиког достигает 40-63%.

6. Затраты времени на проведение автоматизированного расчета, оптимального остава ТКМ, а ть;:>ке расчета технико-экономичгсккгх показателей технологического процесса и зыдачи расчетной документации по сравнению с ручной обработкой данных сокращаются б "тй*. раза.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ."ИССЕРТАЦЙИ

1. Зотова Л."Оптимизация г^рка машин ь мелиоративном строительстье", - К., Мелиорация и водное хозяйство, N. 12, 1990 г., с. 35-37.

2. Зотова Л.В. "Расстановка имеющейся техники по операциям технологического процесса с помощь» ЭВМ" в сб. Перспективные способы и комплексы машин длг: строительства и эксплуатации мелиоративных систем. Труды ВНИИГиМ, т.17, под ред. Кизяева Б.К. — М. , ВНИИГиМ, 1990 г., с. 159-163.

3. Зотова Л.В. "Расчет оптимальной продолжительности ведения работ на строительстве мелиоративных объектов" в сб. Перспективные способы и комплексы машин для строительства и эксплуатации мелиоративных систем. Труды ВНИИГиМ, т. 17, под ред. Кизяева Б.М. - М., ВНИИГиМ, 1990.г., с'. 164-171.

4. Воропаев В.И., Зотова Л.В.. Исаев Ю.Ы., Нудельман М.П. "Алгоритмы распределения ресурсов на "'обобщенных сетевых моделях" в сб. Научно-технические основы АСУ Минводхоза СССР.

Труды ВНИИГиМ. Под ред. Берзина А.К. и Воропаева В.И. - М. , ВНИИГиМ, 1977 г., с. 49-57.

5. Зотова Л.В. "Работа комплекса программ тракта "Сглаживание -ОСМ" системы типовых проектных решений календарного планирования" в сб. "Автоматизированные системы управления водохозяйственным строительством". - М., ВНИИГиМ, 1980 г., с. 132-142.

6. Зотова Л.В. "Задача формирования технологических комплексов строительных пашик и используемые в ней критерии оптимизации",- М., ЦБНТИ, Экспресс-информация. Водохозяйственное строительство, 5I&, 1990 г. , с. 1-5.

7. Зотова Л.В. "Формирование технологических комплексов машин при проектировании и строительстве мелиоративных объектов",- И., ЦБНТИ, Экспресс-информация. Водохозяйственное строительство, N 9, 199В г., с. 1-14.

8. Мануйлов В.Ю., Зотова Л.В. "Описание модели для оптикизации комплексов машин, применяемых в водохозяйственном строительстве" в сб. Перспективные технологии строительства и эксплуатации мелиоративных систем._ М., ВО "Агропромкздат", 1990 г., с. 116-122.

9. Зотова Л.В. "Методика расчета максимальной удаленности склада ПГС пр:: строительстве закрытого дренажа" //Механизация мелиоративных работ// Тр. ВНИИГиМ. Том 36. - М.,ВНИИГиМ, 1993 г. (в печати).

10. Зотова Л.Б., Левчиков A.A. "Влияние производительности дреноукладчика и количества складов ПГС ка экономические показателей процесса строительства дренажа" //Механизация мелиоративных работ//Тр. ВНИИГиМ. Том 86. - 1!. , ВНИИГиМ, 1993 г. (в печати).

11. Левчиков A.A., Зотова Л.В. "Эффективность использования комплексов машин, включающих один и два дреноукладчика" //Механизация мелиоративных работ// Тр. ВНИИГиМ. Том 86. - М., ВНИИГиМ, 1993 г. (в печати).

12. Мануйлов В.В., Зотова Л.В. "Выбор оптимальннх технологических комплексов машин по заданным технико-экономическим показателям" //Механизация мелиоративных работ//Тр. ВНИИГиМ. Том 66. - М. , ВНИИГиМ, 1993 г. (в печати).