автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему:Теория и практика формирования комплектов и систем машин в строительстве

На правах рукописи

Кузнецов Сергей Михайлович

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ФОРМИРОВАНИЯ КОМПЛЕКТОВ И СИСТЕМ МАШИН В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 5 АПР 2015

05.23.08 - Технология и организация строительства

Ростов-на-Дону 2015

005567469

Работа выполнена на кафедре «Технология, организация и экономика строительства» ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет путей сообщения»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Воробьев Валерий Степанович

Официальные оппоненты: Емельянов Рюрик Тимофеевич - доктор

технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Инженерные системы зданий и сооружений» ФГБОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

Ким Борис Григорьевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Строительного производства» ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет»

Болотин Сергей Алексеевич — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Организации строительного производства» ФГБОУ ВПО «Санкт-Петеоблтэгский государственный архитектурно-строительный университет»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Новосибирский

государственный архитектурно-строительный университет»

Защита состоится «20» мая 2015 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.207.02 при Ростовском государственном строительном университете по адресу: 344022, г.Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, РГСУ, главный корпус^ ауд. 1025, тел/факс. (863) 201-90-57. e-mail: dis_sovet_rgsu@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Ростовского государственного строительного университета (www.rgsu.ru)

Автореферат разослан «19» апреля 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук, доцент

А.В. Налимова

Актуальность темы исследования. В современных условиях становятся востребованными новые методы, методики, технологии и модели, которые могут способствовать снижению себестоимости строительной продукции и повышению рентабельности работы строительных организаций.

Целью организации любого строительного производства является разработка мероприятий, обеспечивающих сооружение объектов и сдачу их в эксплуатацию в проектные сроки с высоким качеством и оптимальными денежными, трудовыми и материальными затратами. Строительство, как и любая другая отрасль материального производства, имеет свою специфику, которая в значительной степени связана с технологией и организацией работ. Одной из особенностей является необходимость перемещать средства механизации и ресурсы через определенный промежуток времени на новую строительную площадку. Это вызывает дополнительные затраты, связанные с уточнением организации производства, технологии строительства, составов систем и комплектов машин, дальности и времени доставки строительных материалов, полуфабрикатов и готовых строительных элементов.

Строительное производство подвержено воздействию природно-климатических факторов, оказывающих влияние на качество и сроки выполнения технологических операций, производительность машин, занятых в строительном процессе. Возникают незапланированные простои средств механизации, отклонения технологических, технических и экономических параметров от оптимальных значений. Это влечет непроизводительные затраты материальных, трудовых, энергетических и денежных ресурсов и приводит к существенному удорожанию строительных объектов. Таким образом, строительное производство, как сложная вероятностная организационно-технологическая система находится в состоянии повышенного риска по обеспечению расчетной скорости потока строительства, .срока выполнения работ, стоимости и энергоёмкости строительно-монтажных работ.

Производительность машины является одним из важнейших технико-экономических показателей. Вследствие влияния многих факторов (погодные условия, возраст и техническое состояние

машин, квалификация оператора и др.) конкретная производительность в каждом случае будет различной, то есть реальная производительность - случайная величина и заранее точно предсказать её невозможно. Однако на основе опыта можно установить долю тех случаев, когда выполняются нормы соответствующих ЕНиРов. Эта доля и будет оценкой вероятности выполнения нормативов. Она даёт возможность более обоснованно рассчитывать требуемое количество машин, энергоемкость строительного процесса, его стоимость и трудоемкость.

В связи с этим ещё на стадии проектирования необходимо использовать вероятностные представления о технологическом процессе и производительности машин, что позволит учесть возможность отклонений фактических параметров рабочих операций от намеченных, увеличение сроков выполнения работ и завершения проекта.

Однако в настоящее время еще недостаточно внимания уделяют стадии макропроектирования. Этим и обусловлен ряд недостатков проектных решений, основными из которых являются: отсутствие должной взаимоувязки параметров машин различных типов; недостаточная вариантность и экономическая обоснованность рассматриваемых систем машин; отсутствие учета вероятностного характера функционирования машин; отсутствие оценки надежности работы машин на эффективность строительства; недостаточное использование методов исследования операций и имитационного моделирования.

Создавшаяся ситуация в строительном производстве обусловила необходимость создания методологии обоснования систем, комплектов и отдельных машин.

Степень разработанности проблемы. Теоретическая и методологическая основа исследования. Системным исследованиям теоретических и экономических проблем строительства, совершенствования организации работы систем, комплектов и отдельных машин посвящены работы отечественных ученых: И.С. Адышева, В.Н. Анферова, С.С. Атаева, А.К. Бчемяна, С.И. Васильева, B.C. Воробьева, А.И. Гныри, В.Н. Иванова, АЛ. Исакова, С.Е. Канторера, В.М Колишевского, Е.М. Кудрявцева, A.C. Мензуренко, Ч.М. Мешика, И.А. Недорезова, О.И. Недавнего, С.Я Луцкого, В.Б. Пермякова, C.B. Репина, В.А. Роганова, A.B.

Семенченко, B.C. Смирнова, М.М. Титова, П.И. Филимонова, A.A. Яблонского и др.

Цель работы: создание методологии обоснования систем, комплектов и отдельных строительных машин в условиях экономических рисков строительства.

Идея работы - повышение эффективности календарного планирования при производстве строительно-монтажных работ путем учета технической и организационно-технологической надежности работы систем, комплектов и отдельных машин.

Объект исследования - реальные строительные процессы, применение систем, комплектов и отдельных машин в строительстве, существующая теоретическая база.

Предмет исследования - методология, методы, методики, инструментарий формирования комплектов и систем машин в строительстве.

Задачи исследований:

Теоретико-методологические:

- систематизировать теоретические основы оценки работы комплектов и систем машин при строительстве объектов;

- обобщить и интерпретировать методы эффективного использования машин в строительстве;

- разработать методологию расчета надежности работы систем, комплектов машин при строительстве зданий и сооружений;

- выявить методологическое содержание и потенциальные возможности системного анализа для обоснования управленческих решений применения систем, комплектов и отдельных машин с учетом надежности их работы в инвестиционных проектах, календарных планах и при выборе очередности строительства объектов.

- разработать методологию формирования оптимальной структуры систем и комплектов машин с учетом надежности их работы и неопределенности ситуации.

Практические:

- разработать пакет регрессионных уравнений (моделей) для прогнозирования и оценки влияния параметров систем и комплектов машин на основные технико-экономические показатели их работы;

- разработать пакет корреляционно-регрессионных моделей работы машин для выявления основных направлений повышения эффективности работы систем и комплектов машин;

обосновать и разработать показатели надежности планирования строительных работ и оценки организационно-технологических решений;

- создать модель расчета организационно-технологической надежности работы систем, комплектов и отдельных строительных машин;

- разработать алгоритмическое и программное обеспечение для обоснования рациональных границ организационно-технологической надежности работы отдельных машин, комплектов и систем для повышения качества различных технологических процессов, выполняемых машинами;

- создать комплект моделей, методик, алгоритмов и программ для совершенствования производственных, организационных и бизнес-процессов работы строительных машин.

Технические:

- создать информационные базы натурных испытаний, технических и экономических показателей работы отдельных машин, комплектов и систем для оценки эффективности их использования в строительстве;

- составить математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для работы с базами данных;

разработать математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для обработки результатов нормативных наблюдений;

- создать математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для построения многофакторных математических моделей;

разработать математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для формирования комплектов и систем машин;

- создать имитационные модели работы систем, комплектов и отдельных строительных машин;

разработать математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для расчета организационно-

технологической надежности работы систем, комплектов и отдельных строительных машин;

- составить математическое, алгоритмическое и программное обеспечение по формированию оптимальной структуры комплектов и систем машин с учетом надежности их работы.

Научное значение работы состоит в развитии научных основ обоснования путей повышения организационно-технологической надежности строительства.

Научная новизна работы заключается:

1) в создании системы обоснования организационно-технологических решений, которая включает в себя имитационные модели инвестиционных проектов, календарного планирования, технологических процессов, работы систем, комплектов и отдельных машин;

2) в разработке имитационных моделей обоснования инвестиционных строительных проектов, очередности возведения объектов, продолжительности и стоимости строительства отдельных объектов, отдельных технологических процессов с учетом надежности работы систем, комплектов и отдельных машин;

3) в создании модели формирования систем, комплектов машин с заданной стоимостью и оценкой экономического риска, представляющая собой модификацию известной задачи о портфеле акций Г. Марковича;

4) в разработке имитационной модели прогнозирования продолжительности и стоимости строительства отдельных объектов с учетом их надежности работы строительных машин, комплектов и систем;

5) в создании многофакторных математических моделей основных технико-экономических показателей организационно-технологических решений, учитывающие надежность работы строительных машин.

Методология и методы исследований.

Методологией настоящей работы используется комплект методов и моделей при анализе свойств при совершенствовании многофункциональных систем. Для решения поставленных задач использовались методы: системного, статистического, регрессионного анализа, теории вероятностей, имитационного

моделирования, «экспертных оценок», линейного и нелинейного программирования и информационные технологии. Кроме этого рассматривались: анализ литературных источников, системотехника строительства, теория управления строительством, проектами и инвестициями, базы натурных испытаний с обработкой результатов методами математической статистики, научное обобщение теоретических и экспериментальных исследований.

Основные научные положения, защищаемые автором!

I. Учёт технической и организационно-технологической надежности работы систем, комплектов и отдельных машин позволяет с большей точностью планировать их ритмичную работу и определять время производства строительно-монтажных работ, что сказывается на снижении стоимости и повышении качества строительной продукции.

II. Создание информационных баз натурных испытаний, технических и экономических показателей отдельных машин, комплектов и систем способствует оптимизации организационно-технологических решений с заданной надежностью при разработке ресурсосберегающей технологии индустриального строительства.

III. Создание алгоритмического и программного обеспечения при обосновании надежности различных технологических строительно-монтажных работ позволяет установить рациональную область применения систем, комплектов и отдельных машин, сократить время принятия решений при разработке ППР.

IV. Созданный инструментарий для обоснования управленческих решений применения систем, комплектов и отдельных машин с учетом ОТН при разработке инвестиционных проектов, календарных планов и очередности строительства объектов позволяет принимать организационно-технологические решения с минимальным риском.

V. Формирование оптимальной структуры системы машин на основе предложенной методологии обеспечивает эффективное применение машин, снижение стоимости и трудоемкости строительно-монтажных работ при соблюдении запанированного графика строительства.

Достоверность научных положений подтверждается:

- представительным объемом длительного (более 10 лет) наблюдения за работой кранов, трубоукладчиков и бульдозерных, экскаваторных комплектов и гидротранспортных систем при производстве строительно-монтажных работ;

- логичностью и адекватностью сделанных допущений при построении математических моделей;

- значительным объемом наблюдений за работой строительных машин и механизмов при строительстве зданий и сооружений в Сибирском федеральном округе;

- корректностью теоретических расчетов, удовлетворительным совпадением результатов расчетов с результатами натурных испытаний, высокими коэффициентами корреляции установленных эмпирических зависимостей;

- широким внедрением результатов исследований при составлении проектов производства работ и проектов организации строительства.

Основные результаты диссертационной работы, полученные лично автором.

Теоретико-методологические:

- выявлены проблемы в теории выбора и применения комплектов и систем машин при организации строительства, определены факторы, влияющих на организационно-технологическую надежность строительства и предложен путь установления важности каждого из них;

-установлены закономерности и параметры распределения факторов, влияющих на надежность работы строительных машин и систем;

- предложены статистические, имитационные и вероятностные методы прогнозирования и оценки комплектов и систем машин, технологических процессов строительства, календарных планов, очередности строительства, инвестиционных проектов;

- разработана методология формирования оптимальной структуры комплектов и систем машин с учетом надежности их работы и неопределенности ситуации.

Методические:

- разработана методика подготовки и проведения наблюдений за работой систем, комплектов и отдельных машин при строительстве зданий и сооружений;

- предложены имитационные модели для оценки вариантов инвестиционных проектов, очередности строительства, календарных планов, технологических процессов строительства, работы систем и комплектов машин;

- созданы модели расчета надежности работы систем, комплектов и отдельных строительных машин;

-предложена модель формирования оптимальной структуры систем и комплектов машин с учетом надежности их работы на конкретных строительных объектах;

- разработана модель расчета надежности комплектов и систем машин при использовании в них дополнительных машин.

Прикладные:

- по данным ЗАО «Сибгидромехстрой» построены корреляционно-регрессионные модели, позволяющие учесть влияния факторов риска на производство земляных работ;

- построен ряд корреляционно-регрессионных моделей основных технико-экономических показателей работы строительных машин;

-выполнена оценка надежность работы гидротранспортных систем, бульдозерных и экскаваторных комплектов, стреловых кранов и других строительных машин;

- созданы имитационные модели работы строительных машин, комплектов и систем для оценки организационно-технологической надежности производства строительных процессов;

- сформулированы основные принципы и созданы эффективные компьютерные программы для формирования оптимальных комплектов и систем машин для конкретных условий строительства, позволяющих осуществлять подготовку бакалавров, магистров и повышение квалификации ИТР.

Технические:

- созданы информационные базы натурных испытаний, технических и экономических показателей работы машин, комплектов и систем для оценки эффективности их использования в строительстве;

предложено математическое, алгоритмическое и программное обеспечение для работы с базами данных;

- разработан комплекс программ для обработки результатов нормативных наблюдений;

- создано математическое, алгоритмическое и программное обеспечение построения многофакторных математических моделей;

- созданы имитационные модели для расчета основных технико-экономических показателей и надежности работы строительных машин, комплектов и систем;

разработано математическое, алгоритмического и программное обеспечение для расчета надежности работы отдельных строительных машин, комплектов и систем;

разработано математическое, алгоритмического и программное обеспечение для формирования оптимальной структуры комплектов и систем машин с учетом надежности их работы.

Практическая ценность работы:

Разработано методическое, математическое и программное обеспечения для исследования и оценки надежности работы систем, комплектов и отдельных машин и механизмов при строительстве сооружений с использованием специальных баз данных, включающая: модели формирования систем и комплектов с учетом организационно-технологической надёжности работы строительных машин; модель формирования комплектов машин при производстве бетонных работ; многофакторные модели влияния случайных факторов на основные технико-экономические показатели инвестиционных проектов, календарных планов, технологических процессов и отдельных машин; многофакторные математические модели основных технико-экономических показателей систем, комплектов и отдельных машин для оптимизации организационно-технологических решений; модель оценки эффективности применения новых машин и механизмов; программное обеспечение для проектирования

ресурсосберегающей технологии возведения зданий и сооружений с учётом организационно-технологической надёжности строительства.

Созданы базы данных по строительным машинам и механизмам для совершенствования процесса формирования допустимых сочетаний оборудования и выбора оптимальных по структуре или составу решений. В базу данных вошли показатели асфальтоукладчиков, автобетоновозов, автобетоносмесителей, автогрейдеров, автомобилей-самосвалов, бетоносмесителей принудительного и гравитационного действия, бетононасосов, бетоноукладчиков, поверхностных и глубинных вибраторов, бульдозеров, бурильных машин, гидромониторов, грунтовых насосов, земснарядов, катков, насосов водяных, экскаваторов (прямая лопата, обратная лопата, драглайн), фронтальных погрузчиков, скреперов, автомобильных кранов, башенных, гусеничных и пневмоколёсных, вибропогружателей, дизель-молотов, бортовых машин и прицепов.

Реализация работы:

Результаты исследований реализованы в виде программ, баз данных и найденных решений в ОАО компаний «Корпорация трансстрой», управлении федеральных автомобильных дорог (УФАД) «Алтай» федерального дорожного агентства, Государственном унитарном предприятии Новосибирской области «Управление капитального строительства» (ГУП НСО «УКС»), ЗАО «Региональный инновационный центр», ООО «Сибмельстрой», ООО «Новосибирскрегионводстрой», ОАО «Сибстроймеханизация», ЗАО «Сибгидромехстрой» при строительстве объектов в Сибирском федеральном округе.

Результаты диссертационной работы нашли отражение в учебных пособиях и учебных процессах СГУПС. По материалам диссертации соискателем написаны учебные пособия «Оптимизация организационно-технологических решений в промышленном и гражданском строительстве», «Оптимизация производственных процессов в строительном комплексе», «Экономика строительства (Спецкурс)». В СГУПС соискателем написаны два учебных пособия, подготовлены и читаются лекции по дисциплинам «Автоматизированная система управления строительством», «Управление организационно-технологической надежностью в транспортном строительстве», «Технология строительных процессов», «Компьютерное обеспечение. АСУ и АРМ экономиста».

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. В соответствии с формулой специальности 05.23.08 «Технология и организация строительства» в диссертации разработаны новые и усовершенствованы существующие методы и средств анализа обработки информации и управления сложными машинными системами, повышения эффективности, надежности и качества этих систем. Полученные результаты соответствуют пунктам: 1 «Прогнозирование и оптимизация параметров технологических процессов и систем организации строительства и его производственной базы, повышение организационно-технологической надежности строительства»; 4 «Теоретические и экспериментальные исследования эффективности технологических процессов; выявление общих закономерностей путем моделирования и оптимизации организационно-технологических решении»; 5 «Исследование эффективности применения машин, оборудования, установок, инструментов, транспортных средств, систем автоматизации в строительстве и его производственной базе; обоснование их технологических возможностей и областей рационального применения; обоснование оптимального машинного парка и организационных форм управления им» паспорта специальности».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях НГАСУ (Новосибирск, 1998 - 2014 гг.); II международном конгрессе «Ресурсо- и энергосбережение в реконструкции и новом строительстве» (Новосибирск, 1999 г.); международной научно-практической конференции

«Эффективность инвестиций в новое строительство и реконструкцию» (Новосибирск, 2000 г.); международной научно-технической конференции «Наука, инновации и образование: актуальные проблемы развития транспортного комплекса России» (Екатеринбург, 2006 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Роль механики в создании эффективных материалов, конструкций и машин XXI века» (Омск: СибАДИ, 2006 г); междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 75-летию Сиб. гос. ун-та путей сообщения «Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе: кадровое и науч.-техн. обеспечение процессов интеграции в мировую трансп. систему» (Новосибирск, 2007 г.);

Международном конгрессе «Машины, технологии и процессы в строительстве» (Омск: СибАДИ, 2007 г.), Научно-техническом семинаре института горного дела (Новосибирск, ИГД, 2009 г.), Международной научно-технической конференции

«Политранспортные системы» (Новосибирск, СГУПС, 2014 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано более ста печатных работ, в том числе 2 монография и 53 научных статей в журналах по списку ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Результаты исследования изложены на 256 страницах основного текста, в том числе 100 таблиц и 62 рисунка. Список использованных источников содержит 366 наименований трудов отечественных и зарубежных авторов; объём приложений - 28 страниц.

Автор глубоко признателен и искренне благодарен д.т.н., профессору Воробьеву B.C., д.т.н., профессору Кузнецову A.C., д.т.н., профессору Пермякову В.Б., д.т.н., профессору Исакову A.JI. и д.т.н., профессору Анферову В.Н. за ценные советы при проведении исследований и подготовке диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы и сформулирована цель работы, подтверждающая необходимость развития научных основ прогнозирования эффективности использования систем машин в строительстве, сформулирована цель, идея и задачи исследования, определены объект и предмет исследования, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, научная новизна. Подтверждены личный вклад автора, практическая значимость работы и реализация результатов работы в строительстве. Даны сведения об апробации работы и публикациях автора. В заключительной части введения кратко освещено содержание каждого раздела работы. На рисунке 1 приведена структура исследования.

Прогнозирование надежности и эффективности работы систем машин в строительстве

ЦЕЛЬ Создание методологии оценки надежности работы систем (п^ков.

ко «тле кс се. комплектов) и отделывлх строительных машин в условиях экономичео«« О исков стооитет кегля

ос Основные подходы к исследованию работысистеммашин (п. 1.4}

а Обоснование организационно-технологически» решений с учетом рисков (п. 2)

^ X Концепция построения упрааленчесю« информационных систем (п. 3)

X Концепцю ресурсосберегающей технологии строительства (п. 4)

3 Единство методологии и всех моделей обоснования систем машин

Принципы расчета надежности систем маи*1н(п. 3)

? Принцип рациональной организации работы систем ма пин (п 1.4, п 2.5)

с Модульность создания инструментария информаииожых технологий (п. 5.1)

Оптимизация использоааниясисгеммашин (п. 4.1)

£ § Миндальная себестоимость работ систем машин {п. 4.2)

Максимальная надежность работы систем машин (п. 2.3)

Минимальный риск при расчете производительности машин (п. 2.5)

Модели производства работмацмнами(п. 2.6)

5 Модели работы систем машин (п. 4.1)

ь 2 2 Модели надежности планирования работы систем машин (п. 2.4)

Модели реализации инвесп**ионных проектов работы машин (п. 2.3)

Технопогмче- Модели надежности работы отдельных машин (п. 2.6)

с>ме Модели надежности работы систем машин (п. 3.5, п. 3.6, п. 3.7, п. 3.8)

Организацион- Модели формирования структуры систем машин (п. 4.1, п. 4.2)

ные Модели надежности календарного плажрования (п. 3.3, п. 3.4)

Экономиче- Оценка экономической эффективности работы систем машин (п. 2.1)

сже Модели ТЭП работы строительных машин (п. 3)

Показатели работы систем и отдельных машин (п. 4.4)

Факторы риска производства работ маиинами (п. 3.5)

Информацион- Логико-информационные модели (п. 4.3)

ные Имитационныемодели работы систем и отдельных машин {п. 3)

1 ПАРАМЕТРЫ Производительность систем и отдельных маимн Время производства работ Ритм строительства

-► > з; ПОКАЗАТЕЛИ Себестоимость, энергоемкость и трудоемкость работы систем машин Надежность работы систем и отдельных машин Срок окупаемости, внутренняя норма прибыли, денежные доходы и затрать^ чисты й дисконтированный доход инвестиционного проекта

з Оптимизацияформированиясисгеммаи1лн(п.4.1, п.4.2)

Оптимизация распределения машин по объектам строительства {п. 4.4)

ь Оптимизация очередности использования маимн в строительстве {п. 4.3)

Оценка надежности инвестиционных проектов работы систем машин {2.3)

Рисунок 1 - Струю-ура диссертационных исследований

Первая глава (Состояние вопроса по оценке надёжности систем машин) содержит анализ состояния проблемы по основным вопросам. Рассмотрены действующие методики расчёта технико-экономических показателей систем, проектных и организационно-технологических решений. Несмотря на то, что оптимизация систем машин ведется много лет, нет ни одной методики, которая бы учитывала надежность их работы.

Дан обзор технико-экономических критериев для оценки организационно-технологических решений зданий и сооружений, парков, комплексов, комплектов и отдельных машин. Показано, что многие исследователи при оптимизации организационно-технологических решений пользуются различными упрощенными способами. Всё это позволяет утверждать, что нет единой унифицированной методики обоснования организационно-технологических решений (ОТР), позволяющей получить надежный результат при анализе вариантов строительства объектов.

Для совершенствования технико-экономической оценки ОТР, касающихся зданий и сооружений, парков, комплексов, комплектов и отдельных машин следует создать:

1) имитационную модель обоснования инвестиционных строительных проектов с учетом надежности строительства;

2) имитационную модель обоснования очередности возведения объектов с учетом ОТН строительства;

3) имитационную модель прогнозирования продолжительности и стоимости строительства отдельных объектов с учетом надежности их строительства;

4) имитационную модель формирования квалификационного и количественного состава строительных бригад;

5) имитационные модели отдельных технологических процессов с ОТН строительства;

6) имитационную модель формирования экскаваторных, бульдозерных и скреперных комплектов с учетом надежности их работы;

7) вероятностную модель формирования многоступенчатых гидротранспортных систем с учетом надежности строительства;

8) создания многофакторных математических моделей работы гидротранспортных комплексов и отдельных строительных машин с учетом их ОТН;

9) модели формирования парков и комплексов строительных машин;

10) базы данных по строительным материалам, конструкциям, машинам и механизмам;

11 ) единый метод составления и технико-экономического обоснования вариантов проектных решений сооружений с формированием для возведения каждого варианта из баз данных необходимого комплекса строительных машин и механизмов;

12) методическое и программное обеспечения для использования соответствующих баз данных в формировании и оценке проектных решений;

13) многофакторные математические модели для задания целевой функции при оптимизации проектных и OTP зданий, сооружений, парков, комплексов, комплектов и отдельных машин.

Проведенный анализ по автоматизации формирования и оценки проектных и организационно-технологических решений зданий, сооружений, систем, комплектов и отдельных машин показал, что при оптимальном проектировании вариантов используются упрощенные методы определения технико-экономических показателей. Слабо используются базы данных по строительным машинам и механизмам. Это не всегда приводит к желаемому результату. Для совершенствования проектирования необходимо анализировать накопленный опыт, это потребует создание базы данных по строительным материалам, конструкциям, машинам, механизмам и улучшать качество технико-экономического обоснования вариантов.

Широко известны работы по оптимизации парков комплексов и комплектов машин И.С. Адышева, С.С. Атаева, А.К. Бчемяна, В.Н. Иванова, С.Е. Канторера, В.М Колишевского, Е.М. Кудрявцева, A.C. Мензуренко, Ч.М. Мешика, И.А.Недорезова, С.Я Луцкого, В.Б. Пермякова, C.B. Репина, В.А. Роганова, A.B. Семенченко, B.C. Смирнова, П.И. Филимонова, A.A. Яблонского и др.

Значительный вклад в создание систем автоматизированного проектирования строительства зданий и сооружений внесли

отечественные учёные Н.И. Абрамов, В.Т. Александров, Н.П. Бусленко, Н.В. Варламов, Я.П. Ватман, B.C. Воробьев, К.Б. Ганиев, A.A. Гусаков, JI.C. Ерешко, Е.М. Кудрявцев, Н.И. Ильин, Г.Ф. Левин, И.А.Недорезов, П.П. Олейник, Ю.А. Попов, Б.В. Прыкин, И.И. Рафилович, Ю.М. Редько, С.А. Синенко, В.И. Торкатюк, В.А. Фисун, Ю.Н. Хромец, A.A. Цернант, Г.Я. Эпельцвейг и др. и зарубежные - Ж.К. Армоу, А. Бил, Е.С. Буффа, Ч.Е. Истман, Р. Карстен, В. Петрова, Р. Синг и др. При этом практически все разрабатываемые программы ориентированы для использования на завершающей стадии проектирования, когда есть рабочие чертежи строящихся сооружений. Применение программ на стадии рассмотрения вариантов требует доработки каждого варианта до уровня рабочих чертежей, что в значительной степени увеличивает материальные и людские затраты. Поэтому для совершенствования вариантного проектирования необходимо разработать систему проектирования ресурсосберегающих парков, комплексов и комплектов машин для строительства сооружений, работающую с неполной исходной информацией на основе современных информационных технологий. Эффективная система может быть разработана только при наличии баз данных и программного обеспечения для работы с ними.

Краткий анализ состояния вопроса по решаемой проблеме позволил сделать следующие выводы:

1. Слабым звеном технико-экономического обоснования вариантов организационно-технологических решений строительства является применение парков, комплексов, комплектов и отдельных машин при возведении сооружений в намеченные сроки. Необходимо учитывать организационно-технологическую надежность работы машин и механизмов при строительстве объектов.

2. Отсутствие единой методики расчета надежности строительства и технико-экономической оценки вариантов организационно-технологических решений парков, комплексов, комплектов и отдельных машин делает результаты сравнения разных авторов трудно сопоставимыми.

3. Для качественного улучшения организационно-технологического проектирования необходимо автоматизировать процесс формирования ресурсосберегающих решений

строительства и выбора машин с учетом надежности возведения сооружений в намеченные сроки на основе современных информационных технологий с использованием всей имеющейся номенклатуры машин и механизмов.

4. При оптимизации парков, комплексов и комплектов машин мало внимания уделяется их технико-экономической оценке и практически отсутствует анализ организационно-технологической надежности принимаемых решений.

5. Большинство нормативных документов для определения стоимости работы дорожных, строительных и подъемно-транспортных машин ориентированы на ручной счет. Данное обстоятельство значительно усложняет обоснование применения парков, комплексов, комплектов и отдельных машин при строительстве зданий и сооружений.

6. Некоторые исследователи формируют критерии оптимизации систем машин и пытаются получить оптимальные параметры системы, взяв частные производные по искомым параметрам и приравняв их нулю. Подобный анализ далеко не всегда приводит к желаемому результату.

7. Существующие способы оптимизации парков дорожно-строительных машин не всегда приводят к желаемому результату для промышленного и гражданского строительства, так как не учитывают привязку к конкретным объектам строительства.

Сформулированы цели и задачи исследования.

Вторая глава (Теоретические основы работы строительных машин) посвящена совершенствованию методологии обоснования надежности работы строительных машин с учетом организационно-технологической надежности инвестиционных проектов, очередности строительства объектов, календарных планов и технологических процессов.

Третья глава (Прогнозирование и оценка организационно-технологической надежности работы систем машин) посвящена разработке имитационных моделей организационно-технологической надежности инвестиционных . проектов, календарных планов, очередности строительства, работы парков, комплексов, комплектов и отдельных дорожных, строительных и подъемно-транспортных машин.

Четвёртая глава (Оптимизация систем машин) посвящена автоматизации формирования и оценки систем машин для производства строительных работ. Приведен пример модели формирования комплектов машин, показатели которых хранятся в базе данных, для производства земляных, бетонных и других работ. Сформулированы основные принципы формирования систем машин из отдельных комплектов.

Пятая глава (Рекомендации по эффективному использованию систем машин) содержит опыт проектирования ресурсосберегающих парков, комплексов и комплектов дорожных, строительных и подъемно-транспортных машин для строительства инженерных сооружений. Продемонстрирована область применения и возможности математического и программного обеспечения. Приведены модели организационно-технологической надёжности инвестиционных проектов, календарных планов производства отдельных видов работ. Даны модели для прогнозирования эффективности применения машин и механизмов.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

I. Учёт технической и организационно-технологической надежности работы систем, комплектов и отдельных машин позволяет с большей точностью планировать их ритмичную работу и определять время производства строительно-монтажных работ, что сказывается на снижении стоимости и повышении качества строительной продукции.

Одним из основных факторов ОТН работы строительных машин является коэффициент использования их рабочего времени. Во всех нормативных документах приводятся устаревшие (30-ти летней давности) данные по коэффициентам использования машин по времени, которые следует обновить, так как машины постоянно совершенствуются. Для оценки организационно-технологической надежности работы строительных машин в СГУПСе создана база данных по результатам натурных испытаний гидротранспортных, бульдозерных, экскаваторных систем, буровых станков и

трубоукладчиков. Проверку обоснованности значений результатов натурных испытаний проводилось в два этапа:

• логический - по замечаниям наблюдателя из выборки исключаются значения, не относящиеся к нормируемому процессу;

• математический - в выборке методами математической статистики определяются правомерность отклонений.

После формирования выборки в соответствии с ГОСТ 8.207-76 определяется её принадлежность закону нормального распределения и строится кривая нормального распределения.

Организационно-технологический риск (в процентах) производительности систем машин (Пс) можно рассчитать по следующей формуле

п,

о4Ъс' I

С)

Организационно-технологическую надежность (в процентах) производительности систем машин (Пс) определяется по следующей формуле

100 ? • (2) Ротн = —/г=' Iе ^ (Ту12Л п.

Значение организационно-технологической надёжности достижения рассматриваемой системой заданной производительности (Пс) при вводе в него дополнительных машин с производительностью (Пд) в процентах рассчитывается по формуле

1ПП 100 . (3)

Ротн =' 00--==• I е ¿х к '

стуЦп 1

При расчетах производительности систем будет рассматриваться только эксплуатационная производительность, определяемая в соответствии с реальными условиями использования системы машины

(4)

где - техническая производительность системы; Кв -

коэффициент использования системы по времени.

В настоящее время существуют методики определения технической производительности всех известных систем. Сложность представляет только определение коэффициента

использования по времени, который рекомендуется определять по результатам натурных испытаний систем.

Существует несколько подходов к оценке организационно-технологической надежности работы строительных машин с использованием аналитических, статистических, вероятностных экономико-математических моделей и имитационных моделей.

Для повышения организационно-технологической надежности работы строительных машин предложены следующие пути повышения ОТН работы строительных машин:

- иметь в резерве запасной экскаватор, который следует использоваться на маловажных вспомогательных работах;

- при крупной поломке экскаватора оперативно заказать новый из ближайшего парка строительных машин;

- заменить один экскаваторный комплект двумя одинаковыми экскаваторными комплектами с соответствующей производительностью.

Рекомендуется организационно-технологическую надежность работы комплекса машин определять по формуле

2>отн,

Ротн =—-' (5)

"■'л*

где N - количество комплектов в комплексе машин; /, - темп строительства /-го комплекта; /дир -темп строительства комплекса.

Требуемая организационно-технологическая надежность работы /-го комплекта в процентах должна удовлетворять следующему условию

р^т,> 50.^=- (6)

Рекомендуется организационно-технологическую надежность работы автомобилей-самосвалов и других вспомогательных машин определять по формуле

Ы V

£ Рота, "IV/7, (7)

Ротн = ~ '

где N — количество видов вспомогательных машин в комплекте; П/ — производительность вспомогательной машины /-го вида; п, — количество вспомогательных машин /'-го вида комплекте.

Проведенные исследования по оценке надежности работы систем машин для строительства позволили получить следующие результаты.

1. Коэффициент использования рабочего времени систем, полученный по результатам их натурный испытаний последних позволяет определить реальную производительность системы с учетом ОТН ее работы.

2. Использование в расчетах реальной производительности работы систем машин позволит улучшить календарное планирование, сократить простои строительных систем и бригад, наладить ритмичную работу систем и бригад, что ведет к повышению качества строительной продукции, а, следовательно, позволяет снизить себестоимость сооружений.

II. Создание информационных баз натурных испытаний, технических и экономических показателей отдельных машин, комплектов и систем способствует оптимизации организационно-технологических решений с заданной надежностью при разработке ресурсосберегающей технологии индустриального строительства.

Для анализа и прогнозирования работы машин и систем в СГУПСе созданы база данных: по результатам натурных наблюдений систем, техническим и экономическим показателям машин. Например, в базе данных по результатам натурных испытаний гидротранспортных систем приведена следующая информация (таблица 1). Значимость каждого фактора потерь (таблице 2) определялась по модели коэффициента использования рабочего времени систем (Кв = 1 - К„01 - Кп02 - Кпоз - Кп04 - Кп05 -

КпОб - КП07 - К„08 - К„09 - КпЮ - Кп11- Кгш).

В таблице 3 приведены параметры выборок коэффициентов готовности (ЛГг), коэффициентов технического использования (А^ти), коэффициентов сохранения эффективности (Ксэ) и времени наработки на отказ гидротранспортной системы (Г„).

Таблица 1 - Показатели работы систем

Фактор Обозначение Коэффициент

Календарный фонд времени 7ф

Время наработки на отказ ТИ

Время работы, ч тР Кв= Тр/ 7ф

Время простоев, ч тп Кп= Г„/ 7ф

Чистка 7п01 К„о1 = 7^1 / 7ф

Работа на карте Т„02 АГп02 = 7п02 / 7ф

Профремонт Г„оз Л"гт03 = Г„оз / 7ф

Перекладка якорей Тп04 А"П04 = г„04 / 7ф

Отсутствие электроэнергии 7П05 А^п05 = Т"п05 / 7ф

Ремонт вспомогательной техники 7П06 А"поб = Тпоб / 7ф

Работа на плавучем пульпопроводе Гп07 А"п07 = Т"п07 / 7ф

Работа на магистральном пульпопроводе Г„08 ^п08 = 7п8 / 7ф

Передвижка земснаряда Т„09 А"п09 = Гп09 / 7ф

Техобслуживание земснаряда ТвЮ ^пю = Тлю / 7ф

Неисправность земснаряда Тли Кпи = Тли / 7ф

Прочие причины Тп12 = Тп12 / 7ф

Таблица 2 - Факторы, влияющие на причины простоя систем

Фактор Значимость фактора, %

Неисправность земснаряда 23,64

Работа на карте 20,89

Чистка 13,23

Работа на плавучем пульпопроводе 7,43

Профремонт 6,41

Ремонт вспомогательной техники 5,73

Передвижка земснаряда 4,82

Техобслуживание земснаряда 3,85

Отсутствие электроэнергии 2,56

Работа на магистральном пульпопроводе 2,26

Перекладка якорей 2,01

Прочие причины 7,16

Таблица 3 - Комплексные гидротранспортных систем

показатели надежности работы

Показатель Кг А'ти Г„

Количество опытов, шт. 145 145 145 145

Количество связей, шт. 3 3 3 3

Уровень значимости 0,05 0,05 0,05 0,05

Минимальное значение фактора 0,8172 0,6037 0,8064 588,4

Максимальное значение фактора 0,8953 0,7352 0,9026 644,6

Выборочное среднее значение фактора 0,8556 0,6708 0,8506 616,0

Среднее линейное отклонение фактора 0,01247 0,02243 0,0171 8,978

Среднее квадратическое отклонение фактор: 0.01551 0,02770 0,0214 11,16

Стандартное отклонение фактора 0,01556 0,02779 0,0214 11.20

Средняя квадратическая ошибка фактора 0,00129 0,00231 0,0018 0,9303

Ошибка в % от среднего значения фактора 0,15102 0.34407 0,2093 0,1510

Эмпирическая дисперсия выборки 0,00024 0,00077 0,0005 125,50

Вариации отклонения от среднего значения 0,00016 0,00050 0,0003 80,61

Риск отклонения от среднего значения 0,01247 0,02243 0,0171 8,978

Коэффициент вариации 1,81 4,13 4,85 1,81

Вычисленное значение критерия Пирсона 0,053 0,070 0,055 0,045

Табличное значение критерия Пирсона 11,02 11,02 11,02 11,02

Количество интервалов 8 8 8 8

натурных испытаний с представительным объемом выборки (145 опытов ежегодных технических и экономических показателей) длительного (более 10 лет) наблюдения за работой гидротранспортных систем при производстве строительных работ позволили получить следующие результаты.

1. Для работы с базами данных создано алгоритмическое, математическое и программное обеспечение, позволяющее строить многофакторные математические модели для оптимизации организационно-технологических решений.

2. Составлено алгоритмическое, математическое и программное обеспечение для оценки и прогнозирования надёжности инвестиционных проектов, календарных планов, технологических процессов и систем машин с использованием баз данных.

III. Создание алгоритмического и программного обеспечения при обосновании надежности различных технологических строительно-монтажных работ позволяет установить рациональную область применения систем, комплектов и отдельных машин, сократить время принятия решений при разработке 111)1'.

Для обоснования надежности различных технологических процессов предложено использовать статистические и имитационные модели работы строительных машин.

Одним из основных показателей производства работ является производительность систем и отдельных машин. Различают три вида производительности - теоретическая, техническая и эксплуатационная. В качестве надежности технологического процесса, выполняемого машинами, используется надежность эксплуатационной производительности работы машин. В таблице 4 приведены статистические модели коэффициента использования по времени гидротранспортных систем, позволяющие рассчитать эксплуатационную производительность систем.

Таблица 4 - Основные характеристики моделей

коэффициентов использования по времени

Показатель К. = - 0.277 К. = - 0,052 К. = 0,0001 К. = - 0,278

+ 0,9949 Кг + 0,9335 Кт +0,6499 К„ + 0,00138 Т„

Доля объясненной вариации, % 30,77 86,42 46,65 30,79

Коэффициент множественной корреляции 0,5547 0,9296 0,6830 0,5549

Средний отклик 0,574 0.574 0,574 0,574

Стандартная ошибка в % от среднего отклика 4,06 1,80 3,56 4,06

Стандартная ошибка 0,0233 0,0103 0,0205 0,0233

Общий р - критерий регрессии 63,54 910,14 125,05 63,62

Табличное значение общего И - критерия 3,89 3,89 3,89 3,89

0,66 0,65 0,64

5 о.бз |о,62 £ 0,61 I 0,6

5 0,59

I °'58

§ 0.57 | 0,56 I 0.55 §-0,54-4 0.53 § 0.52 * 0,51 0.5 0,49 0,8

Рисунок 2 — Зависимость коэффициента использования по времени от коэффициента готовности

На рисунке 2 приведены доверительный интервал модели коэффициента использования по времени в зависимости от коэффициентов готовности гидротранспортной системы.

При отсутствии статистических данных в работе предложено использовать имитационные модели работы строительных систем и отдельных машин.

Проведенные исследования по созданию алгоритмического, математического и программного обеспечения для обоснования надежности различных технологических процессов позволяет установить рациональную область применения систем и отдельных машин позволили получить следующие результаты.

1. Для учёта ОТН введен коэффициент использования по времени, учитывающий организационно-технологическую надежность работы машин. Это позволяет формировать комплекты и комплексы машин с заданной организационно-технологической надежностью, что позволит с большей степенью вероятности планировать рациональное использование парка машин, сократить время строительства объектов, снизить стоимости и повышении качества строительной продукции.

2. Имитационные модели позволяют обосновать рациональные границы различных технологических процессов с заданной организационно-технологической надежностью, установить рациональную область применения строительных машин и сократит время принятия решений при разработке ППР или ППРк.

3. Использование имитационных моделей позволило качественно улучшить вариантное проектирование комплексов и комплектов машин за счет формирования вариантов строительства с требуемой надежности, сократить время создания проектов производства работ и снизить их себестоимость.

4. Имитационные модели позволили систематизировать технические и экономические показатели баз данных по машинам и механизмам. Использование последних значительно облегчило задачу разработки инструментария для оптимизации организационно-технологических решений по выбору комплексов и комплектов машин с заданной ОТН при создании комплексной ресурсосберегающей технологии строительства.

IV. Созданный инструментарий для обоснования управленческих решений применения систем, комплектов и отдельных машин с учетом ОТН при разработке инвестиционных проектов, календарных планов и очередности строительства объектов позволяет принимать организационно-технологические решения с минимальным риском.

Минимизировать организационно-технологический риск и повысить ОТН строительства предлагается с помощью минимизации риска работы систем машин. Если учесть, что в транспортном строительстве до 95 % объемов работ выполняются машинами, а в промышленном и гражданском строительстве -около 85 %, то можно утверждать, что при нормальной организации надежность строительства в значительной степени зависит от эффективной работы строительных и дорожных машин.

Для определения продолжительности процессов с заданной вероятностью следует в нормативных документах приводить среднюю величину и среднее квадратическое отклонение нормы времени. Тогда продолжительность выполнения процессов с минимальным риском можно будет определять по формуле

t = t+r, (8)

где г — риск продолжительность выполнения процессов; I -средняя продолжительность выполнения процессов.

Риск продолжительность выполнения процессов определяется по формуле

г = л/Г, (9)

где V - вариация отклонения от среднего значения продолжительности выполнения процессов.

Для оценки продолжительности строительства, выдерживаемой с минимальным риском следует проанализировать выборки коэффициентов использования по времени, например, бульдозеров, буровых станков, земснарядов, экскаваторов.

Для анализа изменения продолжительности процессов при минимальном риске воспользуемся следующим уравнением

Гр = п;.;- = пэмл, (Ю)

где Ур — объем работ; Пэм и П,- соответственно эксплуатационная производительность при минимальном риске и средняя

эксплуатационная производительность машины; /м и I -соответственно продолжительность работы при минимальном риске и средняя продолжительность работы машины. Из выражения (10) находится изменение продолжительности процессов при минимальном риске

1= (П)

'« Пэм ПТКВМ Квм Кв —г'

где Пт - техническая производительность машины; Квм и К~ -соответственно коэффициент использования машины по времени с минимальным риском и средний коэффициент; г - риск отклонения от среднего значения.

При минимальном риске продолжительность работы бульдозеров увеличится в 1,096 раз, буровых станков - в 1,097 раз, земснарядов - в 1,042 раз и роторных экскаваторов - в 1,064 раз.

Проведенные исследования по работе строительных машин за 11-ти летний период показали, что при минимизации организационно-технологического риска эксплуатации машин продолжительность строительства может увеличиться не более чем на 10 процентов.

Для оценки надёжности инвестиционных проектов соискателем разработана соответствующая имитационная модель, с помощью которой создаётся выборка заданного объёма и определяется надёжность реализации инвестиционного проекта. Под имитационной моделью понимается модель воспроизведения процессов, происходящих в системе, с искусственной имитацией случайных величин, от которых зависят эти процессы, с помощью датчика случайных чисел.

При наличии данных по инвестиционному строительному проекту следует отметить, что затраты на изыскание, проектирование и строительство объекта должны подчиняться следующему условию

у Л* Рд>-Дд-~РИ-Кд, (]2)

& 0 + £)'

где Т - срок окупаемости инвестиционного проекта, лет; ры -вероятностная доля отклонения денежных доходов в /-м году от ожидаемых доходов; Дд( - ожидаемые денежные доходы в /-м году, р.; рк, - вероятностная доля отклонения денежных затрат в /-

м году от ожидаемых затрат; Кд, - ожидаемые денежные затраты в /-м году, р.; Е - процентная ставка (норма прибыли), ед.; Т„„ - срок реализации инвестиционного проекта.

Предложенный инструментарий по оценке надежности работы систем машин для строительства позволил получить следующие результаты.

1. Для учёта организационно-технологической надежности работы систем машин и механизмов созданы имитационные модели инвестиционных проектов, календарных планов, очередности строительства, работы строительных машин, что позволит обеспечить их ритмичную работу, точнее определять время производства строительно-монтажных работ, что несомненно скажется на снижении стоимости и повышении качества строительной продукции.

2. Инструментарий для установления значения ОТН с помощью имитационных моделей в инвестиционных проектах, календарных планах и при выборе очередности строительства позволит принимать организационно-технологические решения с заданной надежностью.

3. Составлено методическое, математическое и программное обеспечение для оценки и прогнозирования надёжности инвестиционных проектов) календарных планов, технологических процессов и систем машин с использованием баз данных.

4. Разработана методика оценки организационно-технологической надёжности инвестиционных проектов, календарных планов, технологических процессов, систем и отдельных машин с использованием баз данных. Методика дает возможность оценивать сформированные графики производства строительных работ как с точки зрения качества организационно-технологических характеристик, так и с точки зрения надежности их достижения.

5. Усовершенствована модель оптимизации потока за счет оценки организационно-технологической надежности рассматриваемых вариантов очередности строительства объектов. Модель позволит с большей степенью вероятности планировать их ритмичную работу на объектах, уменьшить время производства строительно-монтажных работ.

6. Предложен инструментарий для оценки надежности

инвестиционных проектов, календарных планов и порядка строительства. Он позволяет принимать организационно-технологические решения с разумной, реальной надежностью.

V. Формирование оптимальной структуры системы машин на основе предложенной методологии обеспечивает эффективное применение машин обеспечивает снижение стоимости и трудоемкости строительно-монтажных работ при соблюдении запанированного графика строительства.

Оптимизацию работы систем машин соискателем предлагается проводить неразрывно с оптимизацией проектных и организационно-технологических решений строительства зданий и сооружений. Для этого соискателем разработаны имитационные модели оценки эффективности и надежности инвестиционных проектов, календарных планов, очередности строительства объектов и работы систем машин.

Формирование системы машин производится по модульному принципу, предложенному профессором С.Я. Луцким. Процесс формирования системы машин начинается с формирования модулей или комплектов (для небольших парков машин) для конкретных условий производства отдельных видов работ, например, земляных, бетонных и других. Далее формируются возможные варианты комплектов для производства соответствующих видов работ и рассчитываются технические и экономические показатели каждого варианта. При этом основными показателями являются производительность и себестоимость выполнения заданного объёма работ.

После того, как будет разработано т видов комплектов, из которых хотим сформировать систему машин, нам необходимо найти значения количества вариантов каждого вида комплекта п„ которое минимизирует вариацию эффективности системы

Ыт /=т

_ '=1 7=1 /пч

при условии, что обеспечивается заданное значение себестоимость использования системы.

Себестоимость использования системы машин определяется по формуле

С.-^-С,- (И)

/=1

Поскольку и, - количество комплектов /-го вида в системе

1=Ш

машин, то в сумме они составляют /V: : = дг.

¡=1

Следующим условием формирования системы является выполнение запланированного объема работ. Следовательно, суммарная производительность системы машин должна быть больше либо равна требуемой

2>-П,*Пт- (15)

1=1

Задача по оптимизации системы машин сводится к следующему:

1=т /=;»

II".

'-"-' ,-->тт> (16>

Ы1

1=111

(17)

1=1

«,>0,...,«„ >0, (18)

)=т

(19)

Сс<Ст, (20)

где V,, - ковариация себестоимости работы /-го и у'-го вида комплектов машин.

Если в формулы (16) — (18) ввести подстановку где х, —

доля /-тых комплектов в парке машин и избавиться от Ы, то получим задачу, аналогичную нелинейной задаче оптимизации портфеля ценных бумаг. Эта задача была сформулирована и решена американским экономистом Г. Марковичем.

Наша постановка включает дополнительные ограничения к задаче Г.Марковица в форме (19) и (20). По физическому смыслу переменные задачи (16) - (20) целые числа, поэтому алгоритм поиска решения сформулированной задачи состоит из двух последовательных этапов. На первом этапе находится вещественное непрерывное решение задачи (16) — (18). На втором этапе находится целочисленное решение полной задачи (16) — (20),

при этом применяется метод последовательного перебора возможных сочетаний целочисленных значений п, при выполнении условий (17).

На основе этого алгоритма соискателем составлены алгоритмы и разработано программное обеспечение <.<Parb> и «Komplex», позволяющее достаточно быстро сформировать оптимальную систему машин и оценить эффективность ее работы.

Предусмотрено три пути формирования вариантов системы машин. Путь первый - рассматриваются все возможные для использования варианты машин и механизмов. Путь второй -когда возможные для использования машины и механизмы выбираются только из машинного парка конкретной организации. Путь третий - когда основная часть необходимых машин и механизмов выбирается из конкретного парка и лишь отдельные из них по мере необходимости предусматривается брать в аренду или лизинг.

Все три пути позволяют по единому алгоритму сформировать возможные варианты используемой в строительстве системы машин и оценить эффективность ее использования.

Проведенные исследования по проектированию ресурсосберегающих систем (парков, комплексов, комплектов) машин для строительства зданий и сооружений позволили сделать следующие выводы.

1. Разработана модель оптимизации системы машин для строительства объектов на основе выбранных оптимальных комплектов для производства отдельных видов работ. Модель позволит с заданной организационно-технологической надежностью строительства обеспечить эффективное использование машин, снизить стоимость и трудоемкость строительно-монтажных работ.

2. Разработана модель формирования ресурсосберегающей системы из машин конкретного парка для строительства объектов. Модель позволит с большей степенью вероятности планировать рациональное использование парка машин, что несомненно скажется на снижении стоимости и повышении качества строительной продукции.

3. Созданы методическое и программное обеспечения для автоматизации проектирования ресурсосберегающей системы

машин для возведения сооружений с учетом организационно-технологической надежности использования строительных машин.

4. Разработанная модель обоснования машин для строительства позволяет определить эффективность применения существующих и разрабатываемых машин и механизмов в реальных комплектах с учетом имеющейся номенклатуры машин и механизмов в базе данных. Модель позволяет с заданной организационно-технологической надежностью строительства обеспечить эффективное использование парка машин, снизит стоимость и трудоемкость строительно-монтажных работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные организационно-технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики строительства. Разработаны научно-методические основы формирования и использования парков, комплексов и комплектов машин с учетом ОТН строительства. С использованием баз данных по машинам и механизмам разработано методическое, математическое и программное обеспечение для формирования и оценки ресурсосберегающих парков, комплексов, комплектов машин. Автоматизация технологического проектирования, например, в ОАО компаний «Корпорация Трансстрой» позволила снизить трудоёмкость подбора оптимальных комплексов и комплектов машин на 30 - 50 %, а себестоимость - на 20 - 40 %. Использование программного обеспечения, разработанного соискателем, позволило также, на 10 - 20 % снизить стоимость возводимых сооружений за счет оптимизации: очередности строительства объектов, календарных планов, технологических процессов, комплексов, комплектов машин и квалификационного и количественного состава строительных бригад. Качественно улучшено многовариантное проектирование за счёт использования имитационных моделей, баз данных и учета организационно-технологических особенностей строительства при составлении проектов организации строительства, проектов производства работ, технологических карт и схем. Создана система обоснования

вариантов, позволяющая использовать баз данных и тем самым улучшить организационно-технологические решения как транспортных, так и промышленных, гражданских зданий и сооружений.

Наиболее существенные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Предложена система учета организационно-технологической надежности работы строительных машин (парка, комплекса или комплекта). Она позволяет с большей обоснованностью планировать их ритмичную работу, точнее определять время (сроки, длительность) производства строительно-монтажных работ, что сказывается на снижении стоимости и повышении качества строительной продукции.

2. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для обоснования организационно-технологической надежности различных технологических процессов. Оно позволяет установить рациональную область применения строительных машин, сократить время принятия решений при разработке ППР или ППРк.

3. Предложен инструментарий для оценки надежности инвестиционных проектов, календарных планов и порядка строительства. Он позволяет принимать организационно-технологические решения с разумной, реальной надежностью.

4. С использованием задачи нелинейного программирования -оптимизации портфеля разработана модель формирования оптимальной структуры системы машин при достижимом уровне организационно-технологической надежности строительства. С помощью этой модели обеспечивается эффективное использование машин, снижается стоимость и трудоемкость строительно-монтажных работ с соблюдением намеченного графика строительства. Это позволило усовершенствовать прогноз эффективности использования для строительства реальных сооружений существующих и новых машин и механизмов. Например, оптимальный выбор машин при строительстве УФАД «Алтай» Северного обхода г. Новосибирска и реконструкции автомобильной магистрали М-52 «Чуйский тракт» на участке 172 -186 км составил более шестисот тысяч рублей.

5. Созданы информационные базы натурных испытаний,

технических и экономических показателей строительных машин и механизмов. Они позволили провести оптимизацию организационно-технологических решений и выбрать системы машин с заданной ОТН для создания и использования комплексной ресурсосберегающей технологии индустриального строительства. Применение баз данных дает возможность выявить эффективные области применения машин и механизмов, повысить степень автоматизации трудоёмкого процесса построения регрессионных уравнений технико-экономических показателей комплектов и систем машин для использования их организационно-технологическом проектировании.

6. Создано методическое, математическое и программное обеспечение, которое позволяет качественно улучшить процесс формирования и оценки вариантов парков, комплексов, комплектов и отдельных машин в курсовом и дипломном проектировании студентов за счёт оптимизации организационно-технологических решений с учетом ОТН технологических процессов, автоматизации расчётов и использования баз данных. Например, использование методического, математического и программного обеспечения ГУП НСО «УКС» позволило сократить сроки реконструкции театра «Красный факел», строительства школ, дворца культуры, больниц, водоочистных сооружений в Новосибирске и Новосибирской области на 10-20 %, снизить их себестоимость на 5 - 15 %.

Результаты работы в достаточно полном объёме опубликованы в 136-ти печатных трудах, основные из которых следующие:

Статьи в периодических изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:

Бетон и железобетон:

1. Пермяков В.Б. Обоснование организационно-технологической надежности производства бетонных работ / В.Б. Пермяков, И.Л. Чулкова, С.М. Кузнецов // Бетон и железобетон. -2010.-№ 1.-С. 18-21..

Жилищное строительство:

2. Кузнецов С.М. Автоматизированная система формирования парка строительных машин / С.М. Кузнецов, К.С.

Кузнецова, А.Д. Суворов, И.А. Маслов // Жилищное строительство. -2007. -№ з. _с. 8-10.

Известия вузов. Строительство:

3. Кузнецов С.М. Формирование комплектов строительной техники при моделировании строительства транспортных сетей / С.М. Кузнецов, B.C. Воробьёв // Изв. вузов. Строительство. -2003 -№ 10. -С. 67- 72.

4. Кузнецов С.М. Проектирование ресурсосберегающего комплекса машин и механизмов для строительства зданий и сооружений / С.М. Кузнецов // Изв. вузов. Строительство. -2005 -№ 2. -С. 84 - 88.

5. Кузнецов С.М. Системотехника ресурсосберегающей технологии строительства зданий и сооружений / С.М. Кузнецов // Изв. вузов. Строительство. -2005. -№ 3. -С. 110-117.

6. Кузнецов С.М. Организационно-технологическая надёжность экскаваторных комплектов / С.М. Кузнецов, O.A. Легостаева // Изв. вузов. Строительство. -2005. -№ 10. -С. 62 - 69.

7. Кузнецов С.М. Оптимизация организационно-технологических решений объектов рассредоточенного строительства / С.М. Кузнецов, O.A. Легостаева, H.A. Сироткин // Изв. вузов. Строительство. -2005. -№ 11. -С. 45 - 50.

8. Кузнецов С.М. Оценка организационно-технологической надёжности строительства зданий и сооружений / С.М. Кузнецов, H.A. Сироткин, O.A. Легостаева, С.Н. Ячменьков // Изв. вузов. Строительство. -2006. -№ 2. -С. 47 - 52.

9. Кузнецов С.М. Вероятностная модель работы многоступенчатых гидротранспортных систем / С.М. Кузнецов, Е.В. Лизунов, A.B. Щербаков // Изв. вузов. Строительство. -2006 -№9. -С. 33-41.

10. Сироткин H.A. Оценка обоснованности очередности строительства объектов методом имитационного моделирования / H.A. Сироткин, С.М. Кузнецов // Изв. вузов. Строительство -2007.-№1.-С. 81-86.

11. Щербаков A.B. Формирование комплексов машин для добычи строительных материалов способом гидромеханизации / A.B. Щербаков, С.М. Кузнецов, И.Л. Чулкова // Изв. вузов. Строительство. -2008. -№ 8. -С. 48 - 50.

12. Исаков A.J1. Оптимизация работы комплекса машин при строительстве объектов / A.J1. Исаков, К.С. Кузнецова, С.М. Кузнецов // Изв. вузов. Строительство. -2012. -№ 1. -С. 52 - 57.

13. Анферов В.Н. Имитационная модель оценки организационно-технологической надежности работы стреловых кранов / В.Н. Анферов, С.М. Кузнецов, С.И. Васильев // Изв. вузов. Строительство. -2013. -№ 1. -С. 70 - 78.

Механизация строительства:

14. Кузнецов С.М. Моделирование организационно-технологической надежности работы строительных машин / С.М. Кузнецов, И.А. Маслов, A.B. Щербаков // Механизация строительства. -2008. -№ 8. -С. 28 - 31.

15. Базилевич C.B. Повышение надежности возведения зданий и сооружений / C.B. Базилевич, С.М. Кузнецов, И.Л. Чулкова // Экономика ж. д. -2008. -№ 12. -С. 66 - 70.

16. Пермяков В.Б. Управление организационно-технической надежности работы СДМ / В.Б. Пермяков, С.М. Кузнецов, П.А. Хабарова // Механизация строительства. -2009. -№ 5. -С. 11 - 15.

17. Кузнецов С.М. Модель работы комплексов по добыче строительных материалов / С.М. Кузнецов, В.А. Седов, И.Л. Чулкова // Механизация строительства. - 2009. -№12. -С. 18-20.

18. Базилевич C.B. Повысим надёжность строительства объектов / C.B. Базилевич, И.Л. Чулкова, С.М. Кузнецов, H.A. Сироткин // Механизация строительства. -2009. -№ 6. -С. 12 - 14.

Монтажные и специальные работы в строительстве:

19. Кузнецов С.М. Информационная технология подбора монтажных кранов для строительства сооружений / С.М. Кузнецов // Монтажные и специальные работы в строительстве. -2005. - № 2.-С. 13-15.

20. Кузнецов С.М. Системотехника ресурсосберегающих технологических процессов строительства зданий и сооружений / С.М. Кузнецов // Монтажные и специальные работы в строительстве. -2005. - № 10. -С. 19 - 24.

21. Кузнецов С.М. Организационно-технологическая надежность производства земляных работ / С.М. Кузнецов, O.A. Легостаева, H.A. Сироткин // Монтажные и специальные работы в строительстве. -2006. -№ 7. -С. 17 - 19.

22. Круглова H.H. Концепция формирования парка машин /

38

H.H. Круглова, К.С. Кузнецова, С.М. Кузнецов // Монтажные и специальные работы в строительстве. -2006. -№ 12. -С. 3-5.

Омский научный вестник:

23. Демиденко, О. В. Экономико-математическая модель работы стреловых кранов / О.В. Демиденко, В.Н. Анферов, С.М. Кузнецов, М.Ю. Серов, С.И. Васильев // Омский научный вестник ОмГТУ. -2013. -№ 3 (119). С.74-80.

Промышленное и гражданское строительство:

24. Кузнецов С.М. Ресурсосберегающее проектирование технологии строительства зданий и сооружений / С.М. Кузнецов, H.A. Сироткин, В.П. Перцев // Промышленное и гражданское строительство. -2004. -№ 10. -С. 31-33.

25. Оптимизация организационно-технологических решений при строительстве зданий и сооружений / С.М. Кузнецов, H.A. Сироткин, К.С. Кузнецова, И.Л. Чулкова, // Промышленное и гражданское строительство. -2009. - № 9. -С. 57-60.

Путь и путевое хозяйство:

26. Кузнецова К.С. Формирование ресурсосберегающего парка машин / К.С. Кузнецова, С.М. Кузнецов // Путь и путевое хозяйство. -2006. -№ 8. -С. 11-12.

27. Сироткин H.A. Имитационная модель обоснования очередности строительства объектов / H.A. Сироткин, С.М. Кузнецов, С.Н. Ячменьков // Путь и путевое хозяйство -2007 - № 10.-С. 30-31.

28. Пермяков В.Б. Управление надежностью работы строительно-дорожных машин / В. Б. Пермяков, С.М. Кузнецов, П. А. Хабарова // Путь и путевое хозяйство -2010. - № 3. - С. 15-17.

Системы. Методы. Технологии:

29. Анферов В.Н. Организационно-технологическая надежность эксплуатации башенных кранов / В.Н. Анферов, С.М. Кузнецов, С.И. Васильев // Системы. Методы. Технологии - 2013 - № 2. - С. 35 - 41.

30. Недавний О.И. Оценка организационно-технологической надежности строительства объектов / О.И. Недавний, C.B. Базилевич, С.М. Кузнецов, С.И. Васильев // Системы. Методы' Технологии.-2013.-№2.-С. 137- 141.

31. Анферов В.Н. Оценка надежности работы бульдозеров / В.Н. Анферов, С.М. Кузнецов, С.И. Васильев // Системы. Методы. Технологии. - 2013.-№3.-С. 16-21.

32. Пермяков В.Б. Оценка надежности работы гидротранспортных систем /В.Б. Пермяков, В.Н. Анферов, С.М. Кузнецов, С.И. Васильев // Системы. Методы. Технологии. - 2013. - № 3. - С. 25-34.

33. Анферов, В.Н. Оценка надежности работы роторных экскаваторов / В.Н. Анферов, С.И. Васильев, С.М. Кузнецов // Системы. Методы. Технологии. - 2014. -№ 1. - С. 50—52.

Строительные и дорожные машины:

34. Кузнецов С.М. Единая методика обоснования выбора машин для строительства зданий и сооружений / С.М. Кузнецов // Строительные и дорожные машины. -2005. -№ 1. -С. 7-8.

35. Кузнецов С.М. Формирование ресурсосберегающих комплектов строительных машин / С.М. Кузнецов, А.И. Круглов, И.А. Маслов // Строительные и дорожные машины. -2007. -№ 8. -С. 28-31.

36. Есина H.A. Оценка ОТН работы строительных машин при производстве свайных работ в мерзлых грунтах / H.A. Есина, С.М. Кузнецов, И.Л. Чулкова // Строительные и дорожные машины. -2008. -№ 8. -С. 11-14.

Строительные материалы:

37. Кузнецов С.М. Обоснование разработки новых материалов и конструкций для строительства зданий и сооружений / С.М. Кузнецов // Строительные материалы. -2005. -№ 2. -С. 10-11 (прил.).

Транспортное строительство:

38. Воробьёв B.C. Формирование комплексов строительной техники при сооружении транспортных объектов / B.C. Воробьёв, В.П. Перцев, С.М. Кузнецов // Транспортное строительство. -2003.-№ 8.-С. 22-26.

39. Седов В.А. Обоснование применения машин и механизмов для строительства сооружений / В.А. Седов, В.П. Перцев, С.М. Кузнецов // Транспортное строительство. -2004. -№ 2. -С. 12 - 14.

40. Перцев В.П. Технико-экономическое обоснование инвестиционных проектов / В.П. Перцев, B.C. Воробьёв, С.М. Кузнецов, O.A. Легостаева // Транспортное строительство. -2004.

40

-№ 3. -С. 17-20.

41. Перцев В.П. Ресурсосберегающая технология проектирования и строительства автомобильных и железных дорог / В.П. Перцев, С.М. Кузнецов, К.С. Кузнецова // Транспортное строительство. -2006. -№ 1. -С. 14-19.

42. Сироткин H.A. Оптимизация продолжительности строительства объектов / H.A. Сироткин, С.М. Кузнецов, В.П. Перцев // Транспортное строительство. -2007. -№ 5. -С. 16 - 17.

43. Пермяков В.Б. Обоснование организационно-технологической надежности работы строительных машин / В.Б. Пермяков, С.М. Кузнецов // Транспортное строительство. -2008. -№ 12.-С. 23-25.

44. Исаков А.Л. Формирование ресурсосберегающего комплекса машин для строительства / А.Л. Исаков, К.С. Кузнецова,

С.М. Кузнецов // Транспортное строительство. - 2013. -№ 9. -С. 4 — 6.

45. Заморин В.В. Ресурсосбережение при производстве земляных работ / В.В. Заморин, С.М. Кузнецов, В.Я. Ткаченко, С.И. Васильев//Транспортное строительство.-2014.-JVo з _ç 22 -24.

Экономика железных дорог:

46. Кузнецов С.М. Методика оценки надёжности инвестиционных проектов / С.М. Кузнецов, O.A. Легостаева, С.Н. Ячменьков // Экономика ж. д. -2006. -№ 2. -С. 20 - 26.

47. Сироткин H.A. Методика обоснования очередности строительства объектов / H.A. Сироткин, С.М. Кузнецов, С.Н. Ячменьков // Экономика ж. д. -2006. -№ 10. -С. 75 - 78.

48. Базилевич C.B. Повышение надежности возведения зданий и сооружений / C.B. Базилевич, С.М. Кузнецов, И.Л. Чулкова // Экономика ж. д. -2008. -№ 12. -С. 66 - 70.

49. Кузнецов С.М. Оценка значимости факторов организационно-технологической надежности работы земснарядов / С.М. Кузнецов, В.Б. Пермяков, П.А. Хабарова // Экономика ж. д -2009. -№7. -С. 56-61.

50. Кузнецов С.М. Обработка результатов натурных испытаний при техническом и тарифном нормировании / С. М. Кузнецов, К. С. Кузнецова. - // Экономика ж. д. - 2010. - №7 _ с 88-99.

51. Кузнецов A.C. Оптимизация распределения машин по объектам строительства / A.C. Кузнецов, С.М. Кузнецов, А. И. Круглов // Экономика ж. д. - 2011. - №4. - С. 73-77.

52. Кузнецов С.М. Совершенствование обработки результатов натурных испытаний при техническом и тарифном нормировании / С.М. Кузнецов // Экономика ж. д. - 2013. -№ 7. -С. 90 - 97.

53. Кузнецов С.М. Оценка технической надежности работы гидротранспортных систем / С.М. Кузнецов // Экономика ж. д. -2013. -№10. -С. 77-87.

Государственный фонд алгоритмов и программ:

54. Кузнецов С.М., Легостаева O.A., Воробьёв B.C. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 2648 «Расчёт экономической эффективности инвестиционных проектов» от 03.06.2003 г.

55. Кузнецов С.М., Воробьёв B.C., Седов В.А. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 2672 «Подбор строительных машин для производства земляных работ» от 05.06.2003 г.

56. Кузнецов С.М., Сироткин H.A. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 3058 «Прогнозирование стоимости и продолжительности строительства зданий и сооружений» от 19.12.2003 г.

57. Кузнецов С.М. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 3059 «Подбор строительных машин для производства бетонных работ» от 19.12.2003 г.

58. Кузнецов С.М., Сироткин H.A. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 4030 «Подбор монтажного крана» от 22.11.2004 г.

59. Кузнецов С.М., Легостаева O.A., Сироткин H.A. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 5386 «ОТН землеройно-транспортных комплектов» от 18.11.2005 г.

60. Сироткин H.A., Кузнецов С.М. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 6686 «Оптимизация потока» от 14.08.2006 г.

61. Кузнецов С.М., Кузнецова К.С. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 6687 «Формирование парка строительных машин» от 14.08.2006 г.

62. Кузнецов С.М., Лизунов Е.В., Щербаков A.B.

Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 6863 «Прогнозирование показателей работы многоступенчатых гидротранспортных комплексов» от 7.09.2006 г.

63. Кузнецов С.М., Сироткин H.A., Круглов А.И. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 7461 «Программный комплект решения линейных и нелинейных задач математического программирования «ОПТИМА»» от 28.12.2006 г.

64. Кузнецов С.М., Сироткин H.A. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 8572 «Подбор состава строительных бригад» от 28.06.2007 г.

65. Кузнецов С.М., Кузнецова К.С. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки № 9087 «ОТН работы строительных машин» от 26.09.2007 г.

Монографии:

66. Кузнецов С.М. Системотехника ресурсосберегающих технологических процессов строительства. Монография / С.М. Кузнецов, O.A. Легостаева. - Новосибирск: Изд-во СГУПС 2004 - 233 с.

67. Алферов В.Н. Обоснование надежности работы строительных машин. Монография / В.Н. Алферов, С.И. Васильев, С.М. Кузнецов. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т. 2014. - 164 с.

Кузнецов Сергей Михайлович

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ФОРМИРОВАНИЯ КОМПЛЕКТОВ И СИСТЕМ МАШИН В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

05.23.08 — Технология и организация строительства

Подписано в печать 31.03.2015 г. Объем 2,75 печ.листа Тираж 100 экз. Заказ №2904

Издательство ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный университет

путей сообщения» 630049, г.Новосибирск, ул.Д.Ковальчук, 191. Тел./факс (383) 328-03-81