Главная Коллекция "Otherreferats" Строительство и архитектура Автоматизация и моделирование работы предприятий по строительству промышленных объектов

Автоматизация и моделирование работы предприятий по строительству промышленных объектов

Решение проблемы автоматизации и моделирования процессов технологической подготовки строительного производства, управления технологическими процессами строительства, техническими средствами, материалами для реализации моделей строительного производства.

Рубрика	Строительство и архитектура
Вид	автореферат
Язык	русский
Дата добавления	14.02.2018
Размер файла	717,0 K

посмотреть текст работы

скачать работу можно здесь

полная информация о работе

весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОМАТИЗАЦИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

ОСТРОУХ АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

Москва - 2009

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

Неизбежное повышение требований к темпам и качеству строительства, углубление специализации строительных объектов, усложнение техники, технологии, методов работ и многие другие факторы вызывают значительное увеличение объемов и усложнение задач в области организации, управления и технологии строительного производства промышленных предприятий. Актуальными являются проблемы совместимости (логической, методологической, информационной, математической и др.) подсистем организационно-технологического проектирования со смежными подсистемами архитектурно-строительного проектирования промышленных объектов и проектирования управленческих решений.

Отличительной чертой технологического процесса строительного производства помимо большого числа параметров, влияющих на конечную его стоимость, является использование большого количества различного вида ресурсов и возможность создания различных комбинаций этих ресурсов в виде жестких связок последовательностей. Ресурсы в строительном производстве включают в себя как материальные, так и ресурсы в виде услуг, а также одушевленные ресурсы в виде рабочей силы. Последнее предполагает наличие некоторой степени неопределенности в значении ключевых параметров, влияющих на стоимость производства.

Не решен широкий круг вопросов, относящихся к автоматизации подготовки производства, которые возникают при обработке проектно-сметной документации (ПСД), формировании перспективных и годовых планов строительно-монтажных работ (СМР), организации материально-технического снабжения и комплектации. Далека от совершенства организация взаимосвязей бригад, механизмов, автотранспорта и служб, обеспечивающих поставку конструкций, материалов и полуфабрикатов.

Практика показывает, что моделирование работы строительных предприятий по использованию ресурсов является важнейшим фактором, оказывающим влияние на повышение темпов строительства, рост производительности труда, ввод промышленных объектов в установленные сроки.

В основе настоящего исследования лежат результаты работ в области автоматизации и управления технологическими процессами и производствами (А.К. Шрейбер, В.А. Воробьев, А.А. Гусаков, А.Б. Николаев, А.В. Илюхин, Б.А. Кононыхин, В.И. Марсов, О.И. Максимычев), теории вероятностей и случайных процессов (Ю. К. Беляев, И. И. Коваленко, В. М. Шуренков, Б. А. Севастьянов, А. Д. Соловьев, Д. Кокс, В. Смит), теории массового обслуживания (А. Д. Соловьев, Г. П. Башарин, Я. Д. Коган, А. Д. Харкевич, М. А. Шнепс, В. Г. Беляков, А. Л. Толмачев, М. Шварц), теории сетей массового обслуживания (Г. П. Башарин, А. Л. Толмачев, В. А. Жожикашвили, В. М. Вишневский, Л. Клейнрок), методов анализа многопотоковых систем массового обслуживания сложной структуры (Г. П. Башарин, П. П. Бочаров, Ю. В. Гайдамак, К. Е. Самуйлов), методов управления процессами информационного обмена (Б. Я. Советов, С. А. Яковлев, О. Б. Низамутдинов, С. Л. Белковский, В. Т. Еременко, С. В. Костин).

В этих изданиях и специальных трудах имеются достаточные научные предпосылки для решения поставленной задачи. Между тем, до настоящего времени существующие подходы к решению проблемы автоматизации и моделирования работы предприятий по строительству промышленных объектов на этапе проектирования и их адаптации к изменению параметров внешней среды на этапе функционирования носят, как правило, локальный по областям применений и разрозненный по методам характер.

Указанные обстоятельства предопределяют актуальность темы настоящей диссертационной работы, ориентированной на комплексное решение рассматриваемой проблемы автоматизации и моделирования технологического процесса строительства промышленных объектов.

Цель и объект исследования

Целью диссертации является решение проблемы автоматизации и моделирования процессов технологической подготовки строительного производства, управления технологическими процессами строительных работ, техническими средствами, материалами и изделиями для построения, исследования и реализации моделей строительного производства по всем объектам и комплексам, обеспечивающих соблюдение заданных ограничений (сроков сдачи объектов, лимитов ресурсов и финансирования и др.) и рациональное использование ресурсов по тому или иному критерию.

Объект исследования - типовая строительная организация, выполняющая строительство промышленных объектов различного назначения с полным комплексом строительных операций и взаимосвязанными технологическими процессами.

Предмет исследования - методы, модели и алгоритмы автоматизации предприятий по строительству промышленных объектов.

Задачи исследования

1. Системный анализ проблем автоматизации, отыскания оптимальных значений основных параметров производства и моделей управления технологическим процессом строительства промышленных объектов.

2. Разработка моделей и методов автоматизации процессов технологической подготовки строительного производства на основе системы показателей, характеризующих все стороны организации производства работ и имеющих единую базу для расчетов.

3. Разработка методов и алгоритмов решения задач планирования технологической подготовки строительного производства промышленных объектов и рационального распределения ресурсов.

4. Разработка имитационной модели возведения промышленных объектов, учитывающих стохастический характер рассматриваемого технологического процесса.

5. Оценка вычислительной эффективности предложенных методов и алгоритмов.

6. Разработка структуры, модели данных и программная реализация интерфейса информационной системы(ИС) предприятия по строительству промышленных объектов.

7. Разработка логической структуры и программная реализация системы поддержки принятия решений для автоматизации процесса проектирования и оптимизации календарных планов строительства промышленных объектов.

Методы исследования

В качестве теоретической основы для создания системы в условиях реального функционирования, многочисленных неопределенных факторов и неодинаковой степени информированности органов управления разных уровней использовалась общая теория иерархических многоуровневых систем. Для решения поставленных в диссертации задач используются современные информационные технологии и пакеты прикладных программ, методы математического программирования, теории графов, методы системного анализа, методы имитационного моделирования, математической статистики и математической логики, теория вероятностей.

Научная новизна

1. Предложена и обоснована система показателей и методика выбора рациональных значений параметров организации процесса технологической подготовки строительства промышленных объектов, предусматривающая выбор соответствия между структурой работ, составом промышленных объектов и структурой ресурсов.

2. Предложена новая постановка задачи по непрерывному и равномерному распределению ресурсов по программе работ в целом, которая возникает на этапе планирования технологической подготовки строительного производства промышленных объектов и разработан математический метод ее решения.

3. Предложено формализованное описание объекта строительства, на основе которого разработана имитационная модель возведения промышленных объектов, учитывающей стохастический характер технологического процесса строительства.

4. Разработан метод, алгоритм генерации комбинаций значений неопределенных параметров технологического процесса строительства промышленных объектов с целью получения максимального значения основного параметра.

5. Разработана многоуровневая структурная схема технологических процессов и концептуальная модель данных ИС предприятия по строительству промышленных объектов.

6. Разработана логическая структура и алгоритмы использования системы поддержки принятия решений для упрощения, ускорения процессов проектирования и оптимизации календарных планов возведения промышленных объектов.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов определяется сочетанием корректным использованием современных формальных и неформальных методов исследования; обобщением накопленного опыта работы по автоматизации и моделированию работы предприятий по строительству промышленных объектов; верификации отдельных результатов в рамках известных теоретических конструкций, широко используемых в теории сложных технических и информационных систем; непротиворечивости и воспроизводимости результатов, полученных теоретическим путем, а также проведения оценки адекватности разработанной модели.

Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения работы в ряде строительных предприятий.

Практическая значимость

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Они представляют непосредственный интерес в области автоматизации и моделирования работы предприятий по строительству промышленных объектов.

Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения на предприятиях ООО «Бизнес-Консоль», ЗАО "СУ-7 Фундаментстрой" и ООО "Строймонолит".

Апробация и публикации

Содержание разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение:

· на Российских, межрегиональных и международных научных конференциях, симпозиумах и семинарах (1999-2008 гг.);

· на 59-й - 66-й научно-методических конференциях МАДИ(ГТУ) и V Межвузовской конференции РосНОУ;

· на совместном заседании кафедр «Автоматизированные системы управления» и «Автоматизация производственных процессов» Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета).

Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований в области автоматизации и моделирования работы предприятий по строительству промышленных объектов составляет новое направление в области теоретических и практических методов принятия решений и выбора стратегий управления технологическими процессами строительного производства.

Положения, выносимые на защиту

1. Система показателей и методика выбора рациональных значений параметров организации процесса технологической подготовки строительства промышленных объектов.

2. Постановка задачи по непрерывному и равномерному распределению ресурсов по программе работ в целом и математический метод ее решения.

3. Формализованное описание объекта строительства и программная реализация имитационной модели возведения промышленных объектов.

4. Метод, алгоритм и программная реализация генерирования комбинаций значений неопределенных параметров технологического процесса строительства промышленных объектов с целью получения максимального значения основного параметра.

5. Многоуровневая структурная схема технологических процессов и концептуальная модель данных, а также программная реализация пользовательского интерфейса ИС предприятия по строительству промышленных объектов.

6. Логическая структура, алгоритмы использования и программная реализация системы поддержки принятия решений для проектирования и оптимизации календарных планов возведения промышленных объектов.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложения. Работа изложена на 352 страницах машинописного текста, включающего 1 приложение, библиографический список из 247 наименований.

Содержание работы

автоматизация строительный управление моделирование

Структура работы соответствует списку перечисленных задач, содержит описание разработанных методов, моделей, алгоритмов и методик.

Во введении обоснована актуальность работы, определены границы предметной области, рассматриваемой в диссертации. Отмечено, что научно-технические достижения последних лет создают новые возможности для решения проблемы автоматизации и моделирования работы предприятий по строительству промышленных объектов. Реализация этих возможностей требует новых научных разработок по ряду перспективных прикладных направлений, которым посвящены исследования диссертации. Сформулированы цель и задачи работы, научная новизна, практическая значимость и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе основной акцент делается на выявление наиболее существенных проблем, возникающих при автоматизации всего цикла строительства промышленных объектов.

Показано, что в работе предприятий по строительству промышленных объектов большую роль играет создание оптимально построенной структуры взаимодействия ресурсов. Оптимальная структура обеспечивает поточность выполнения работы. Основными негативными факторами, мешающими обеспечению поточности выполнения работы, является простой ресурсов при сохраняющейся потребности в этих ресурсах в будущем и открытый фронт работ при недостатке ресурсов, то есть для продолжения производственного цикла требуется ресурс, который в данный момент занят на другом участке.

Таким образом, при всем многообразии постановок задач оптимального организационно-технологического проектирования с учетом ресурсов типа мощностей, отличающихся друг от друга выбором критериев, налагаемыми ограничениями, предположениями об условиях выполнения отдельных работ (постоянные, дискретно и непрерывно изменяющиеся, ограниченные или неограниченные интенсивности, допустимость перерывов и др.) предлагается выделить два основных типа:

· задачи минимизации времени выполнения комплекса работ (или показателя отклонения от установленных сроков сдачи объектов) при заданных ограничениях по ресурсам;

· задачи оптимизации некоторого показателя использования ресурсов при заданных сроках выполнения проектов.

Приводится анализ методов оценки организации строительного производства, исследование ее влияния на производительность труда, а также пути совершенствования методов оценки организации строительного производства, посредством дальнейшей автоматизации выбора оптимальных значений исследуемых параметров.

Особенности методологии подхода к оценке организации строительного производства состоят в следующем:

· в качестве модели организации строительного производства принимается генеральный план производства работ;

· взаимоувязка информационных и материальных строительных потоков оценивается определенным составом параметров;

· критерии организации строительного производства рассчитываются на основе принятого состава исходных данных и имеют связь с определенными факторами потерь в производительности труда в процессе производства работ;

· в качестве системы показателей оценки приняты параметры организации производства строительных работ.

Рассмотрена модель управления, представленная в виде проектного треугольника, основными элементами которого являются объемы работ, сроки выполнения работ, и финансовые ресурсы, необходимые для выполнения этого объема работ в заданные сроки. И хотя для проекта в равной степени важны все три элемента, как правило, только один из них в зависимости от приоритетов имеет наибольшее влияние на другие.

Показано, что при оптимизации календарных планов, необходимо постоянно помнить обо всех элементах треугольника и о том, что когда изменяется одна из сторон, это затрагивает две другие - позитивно или негативно, в зависимости от конкретного проекта. Необходимо также проверять два других элемента треугольника, чтобы быть уверенными, что изменения не делают план невыполнимым.

Балансируя тремя элементами проектного треугольника можно получить оптимальные параметры возведения промышленных объектов.

Проект строительства отдельных объектов или комплексов объектов включает в себя согласование смет, чертежей и планов проведения работ, в комплексе это составляет почти 70% времени и 25% стоимости строительства. Поэтому автоматизация на ранних стадиях может принести большой эффект.

Составление плана проекта в общем виде заключается в описании задач проекта, доступных ресурсов и определении взаимосвязей между ними с помощью назначений.

Планирование начинается с определения проекта, то есть описания его ключевых характеристик. Затем составляется список фаз и задач и список необходимых для их выполнения ресурсов. После этого в план вносится дополнительная информация о задачах и ресурсах, которая будет использоваться при определении назначений и в дальнейшем при проведении работ по плану (отслеживании плана). Наконец, осуществляются назначения, после чего проект оптимизируется, если длительность или бюджет оказываются больше ожидаемых.

Составление плана работ невозможно без определения проекта, то есть задания его ключевых характеристик, таких как общая длительность, рабочее время и методика планирования.

Проведенный анализ показал, что, во-первых, к настоящему времени не разработана система комплексной оценки уровня организации технологического процесса строительства промышленных объектов. Во-вторых, в основу этой оценки должны быть положены такие параметры, как: непрерывность, равномерность, совмещение, ритмичность и интенсивность. Результаты анализа создают предпосылки для автоматизации и моделирования работы предприятий по строительству промышленных объектов.

Во второй главе для оценки уровня организации процесса технологической подготовки строительства промышленных объектов предложена система показателей, которая характеризует все стороны организации производства работ, имеет единую базу расчета, определяется безразмерными величинами, имеет функциональную связь с конечным результатом деятельности строительной организации (объемом работ, себестоимостью, производительностью труда и продолжительностью строительства).

Показано, что случайный выбор частных задач и раздельное их решение не позволяют комплексно и целенаправленно формировать оптимальный календарный план. Предложена система показателей, оценивающая в относительных величинах (от 0 до 1) изменения параметров организации строительного производства.

В качестве основных параметров предлагается использовать непрерывность, равномерность, совмещение, ритмичность и интенсивность.

Показатель непрерывности производства работ (К_Н) определяется отношением времени непрерывного выполнения работ на объекте (объектах) ко всей продолжительности их выполнения на объекте (объектах). Показатель непрерывности определяет относительную длительность процессов без перерывов:

(1)

Для определения времени непрерывного выполнения работ (t_Н) и общей их продолжительности (t₀) вся продолжительность строительства объекта, комплекса объектов, годовой программы работ разбивается на равные интервалы времени, которые определяют непрерывность строительных процессов.

Показатель равномерности производства работ (К_р) определяется отношением объема работ, выполненного с постоянной интенсивностью (V_р) ко всему объему работ (V₀) При этом V_р, V₀ могут быть определены для специализированного, объектного, комплексного потоков и годовой программы работ, если показатель равномерности рассчитывается отдельно для каждого из них. Этот показатель для календарного плана характеризует постоянство интенсивности процессов во времени, для ресурсов -- их недостаток или избыток, переходы с объекта на объект

(2)

Показатель совмещения (Кс) определяется отношением времени параллельного выполнения процессов ко всей их длительности в пределах заданной продолжительности строительства объекта (комплекса объектов) или продолжительности выполнения годовой программы работ. Для календарного плана этот показатель оценивает его плотность, для ресурсов--обеспеченность фронтом работ посылаемых ресурсов. Однако поскольку при засылке ресурсов необходимо, чтобы имеющийся фронт работ соответствовал специальности ресурсов, совмещение работ увязывается с решением задачи о специализации бригад и звеньев.

Для двух смежных специализированных потоков показатель совмещения определяется выражением

(3)

где - продолжительность параллельного выполнения работ на смежных специализированных потоках j₁ и j₂;

- продолжительность работ на предшествующем специализированном потоке j₁.

Показатель ритмичности (К_н) определяет характер повторяемости во времени единицы строительной продукции (захватки, участка, объекта) специализированного, объектного, комплексного потока, годовой программы работ, для которых он рассчитывается. Оценка этой повторяемости дается как отношение среднего квадратического отклонения времени на выполнение единицы продукции к числу единиц этой продукции. Для объектного потока показатель ритмичности равен:

(4)

где ₁- среднее квадратическое отклонение времени выполнения единицы продукции объектного потока;

m - количество захваток.

В условиях незаданной интенсивности потока возникает необходимость в определении ее рационального значения, а показатель интенсивности равен отношению интенсивности одного варианта к интенсивности другого варианта потока

(5)

Интенсивность определяется в зависимости от всех остальных параметров и, наоборот, каждому значению интенсивности соответствуют определенные значения непрерывности, равномерности, совмещения и ритмичности в производстве работ. Взаимосвязь параметров организации с составляющими затрат труда (переходами, перерывами и др.) ставит задачу выбора такой интенсивности потока, которая была бы рациональной с точки зрения затрат труда. Это одна из сторон оценки организации производства работ по показателю K_I.

При заданной интенсивности возникает необходимость в выборе таких значений параметров организации строительного производства, которые бы ей соответствовали и были бы рациональными с точки зрения зависимых от них составляющих затрат труда.

Совместное рассмотрение показателей позволяет определить при выполнении годовой программы работ рациональные значения по составу объектов первичных подразделений строительного предприятия, по распределению объемов работ в планируемых периодах отчетности, по структуре трудовых ресурсов, обосновать эффективность проектирования поточной организации работ, распределить с помощью показателя интенсивности трудовые ресурсы по первичным подразделениям строительной организации.

Расчет изменений каждого из показателей в одинаковых относительных величинах от 0 до 1 позволяет сопоставить их, как показано на рис. 1, и определить границы рационального уровня организации с расчетом суммарного значения потерь производительности труда.

На рис. 2 приведен интегральный график зависимости потерь производительности труда от показателей совмещения и интенсивности. Из графика видно, что изменение уровня специализации бригад по участкам требует перераспределения объектов между строительными участками. Интегральный график дает возможность при расчете эффекта учитывать влияние других показателей. Так, например, при расчете эффекта от рационального уровня специализации бригад необходимо учитывать его снижение от значения показателя интенсивности.

Описанная методика выбора рациональных значений параметров организации строительного производства выполнения годовой программы работ предусматривает выбор соответствия между структурой работ, составом объектов и структурой трудовых ресурсов. Однако вариантность в выборе ограничена заданными объемами работ, структурой объектов и численностью трудовых ресурсов. Поэтому эффективность методики будет значительно выше, если есть возможность изменить состав объектов и численность трудовых ресурсов.

Эффективность методики возрастает также с использованием ее для расчета организации выполнения годовой программы работ в подразделениях более высокого уровня.

Рис. 1. Зависимость объема не довыполненных работ (DV) от равномерности, совмещения и интенсивности (К_Р, К_С, К_I )

Рис. 2. Интегральный график зависимости объема недовыполненных работ (DV) от равномерности, совмещения и интенсивности (К_Р, К_С, К_I )

Рассмотренные резервы повышения уровня организации строительного производства находятся в пределах оптимизации календарных планов выполнения годовой программы работ.

Предлагается принципиально новая постановка задачи и математические методы ее решения, обеспечивающие непрерывное и равномерное распределение ресурса по программе работ в целом. Причем суммарная потребность в ресурсе может быть задана пользователем по интервалам.

Пусть взаимосвязь между работами объекта по-прежнему задана в виде сетевой модели.

Проведем вертикальные линии через все события так, чтобы образовались временные интервалы k_jТ, где k_j- часть времени от Т, приходящаяся на j -й интервал (рис. 3.4).

По всем работам сети известны объемы ресурса W_i(a_i, b_j), где

i = 1, …, m,

j = 1, …, n, 1a_jb_jn.

Интенсивность потребления ресурса по каждой работе постоянна и определяется соотношением:

(6)

Ограничения на интенсивности потребления ресурса отдельными работами не заданы. Время выполнения всех работ (Т) известно (для обратной задачи может быть задано Q ). Все ресурсы должны быть использованы, т. е.

(7)

где W - объем ресурса по сети в целом.

Требуется найти такие продолжительности выполнения работ t_i, a_j, h_j и интенсивности потребления ресурса на них q_i(a_j, b_j), при которых достигается равномерное суммарное потребление ресурса в единицу времени в интервале от 0 до Т.

Из условия, что интенсивность потребления ресурса по каждой работе постоянна, следует:

(8)

При этом число уравнений, которые можно составить, равно числу неизвестных x_i_j. Отметим также, что все они будут уравнениями второго порядка.

В соответствии с требованием получить равномерное суммарное потребление ресурса в единицу времени запишем:

(9)

Заменив Q_j на (7), получим:

(10)

Число уравнений такого типа равно числу неизвестных k_j.

Решив систему линейных и нелинейных уравнений, получим неизвестные значения x_i_j и k_j. Время выполнения работы равно:

(11)

Интенсивность потребления ресурса каждой работой определяется по формуле (6).

Величину невязки будем подсчитывать по формуле

(12)

z = 1, …, .

Решение системы линейных и нелинейных уравнений при количестве неизвестных в несколько тысяч представляется сложным даже на современных компьютерах. Поэтому для данной задачи в диссертации разработан своеобразный метод, основанный на определенных свойствах структуры получаемых уравнений.

Общий алгоритм представлен в виде последовательности шагов.

Шаг 0. Положить z=0. Дадим любые положительные значения, так чтобы, где n - число временных интервалов. Задать точность вычислений e.

Шаг 1. Увеличить счетчик количества итераций z=z+1.

Шаг 2. Вычислить по формуле 8 неизвестные объемы работ приходящиеся на временной интервал j.

Шаг 3. Вычислить по формуле 10 значения используя значения , полученные на шаге 2.

Шаг 4. Вычислить по формуле 12 e_z.

Шаг 5. Если e_z> e, то перейти к шагу 1 иначе к шагу 6.

Шаг 6. Определяем по формуле 11 продолжительности выполнения работ.

Шаг 7. Подсчитываем суммарное потребление ресурса в единицу времени

Шаг 8. Определяем интенсивности потребления ресурса каждой работой по формуле 6.

Вычислительный процесс можно начинать, имея и отрицательные значения по отдельным . При этом получение заданной точности потребует больше времени.

Разработанный метод оптимизации распределения ресурсов по программе работ в целом в сочетании с известными эвристическими алгоритмами дает возможность получать такие планы, в которых достигается равномерное или близкое к нему распределение ресурсов даже при условии, что ограничения на интенсивности выполнения работ заданы.

Полученное методом целенаправленного перебора расписание работ позволяет получить решение, при котором создаются относительно равные возможности для различных видов ресурсов. При этом, критерии оптимальности по всем видам ресурсов в общем случае будут различными, но получение удачного распределения по одному из них за счет другого становится менее ощутимым.

В третьей главе предложено формализованное описание объекта строительства, на основе которого разработана имитационная модель возведения промышленных объектов, учитывающей стохастический характер технологического процесса строительства.

Объект строительства:

n, m, V={V _i_,_j}; G={Gⁱ_j₁_,_j₂}; D={D_i_,_j} (13)

где n - число пространственных участков (захваток);

m - число ресурсов;

V_i_,_j- объем j-той работы на i-том участке (элемент матрицы V) - матрица объемов работ;

Gⁱ_j₁_,_j₂ - технологическая последовательность выполнения работ на i-том участке (элемент матрицы G);

D_i_,_j- максимальное технологически допустимое количество ресурсов j-того типа на i-ом участке (элемент матрицы D).

Строительный объект расчленяется с учетом особенностей объемно-планировочных и конструктивных решений на n пространственных участков, на каждом из которых должен быть выполнен определенный комплекс строительно-монтажных работ, состав которых на участках может быть различным.

Для возведения объекта необходимо выполнить m видов работ. Матрица объемов работ V содержит информацию о составе работ и распределении их объемов по участкам.

Требования к технологической последовательности выполнения работ, отражающие особенности строительного объекта и технологии возведения, отображаются для каждого участка в виде технологического графа. В то же время технологический граф может быть единым для всех участков объекта, если составы работ на участках и условия их выполнения одинаковы. В модели технологическая последовательность производства работ представляется матрицей G:

Gⁱ_j₁_,_j₂ (14)

Деление всего технологического процесса строительства на отдельные виды работ производится в соответствии со специализацией производственных бригад (звеньев). Предполагается, что каждая специализированная бригада может выполнять только один вид работ и бригады разных специальностей не взаимозаменяемы.

Для выполнения каждого вида работ устанавливается с учетом специфики возводимого объекта минимальный состав бригады (звена) рабочих, который принимается за единицу ресурса типа «мощности» и уменьшен быть не может.

На каждом конкретном участке при выполнении любого вида работ существует фронт работ для одновременного включения в работу определенного числа бригад (звеньев). Этот предел будем называть максимальным технологически допустимым количеством ресурсов и представим его в модели матрицей D, в которой тип ресурса соответствует виду работ.

Средства возведения объекта:

r={r_j}; L^н={l^н_j}, (15)

где r - матрица-вектор наличного количества ресурсов типа «мощности» (каждого типа) на стройплощадке;

r_j - наличное количество ресурсов j-того типа на стройплощадке (элементов матрицы r);

L^н - матрица-вектор нормативных интенсивностей работы ресурса каждого типа за смену;

l^н_j - нормативная интенсивность работы (выработка) единицы ресурса j-того типа за смену (элемент матрицы L^н)

Строительные организации располагают ограниченным числом бригад (звеньев) разной специализации, которые могут привлекаться для выполнения строительно-монтажных работ на объекте.

В модели число бригад разного типа (специализации) представляется в форме матрицы L^н.

Нормативная интенсивность работы специализированных бригад за смену представлена в модели матрицей. Однако в ходе строительства фактическая сменная выработка специализированных бригад J_i_,_jотклоняется от нормативной величины из-за случайных нарушений. Значение отклонений есть величина случайная и для каждой бригады она характеризуется соответствующей функцией распределения, полученной на основе статистических данных.

Оперативное управление строительством:

R^T_j, П₁, П₂, П₃, П₄, П₅, П₆, q(t)_i_,_j_,(16)

где R^T_j - число бригад, используемых в период строительства объекта Т для выполнения j-той работы;

П₁, П₂, - правила проверки наличия подготовленных фронтов работ (участков) для включения в работу бригад;

П₃, П₄, - правила назначения бригад на участки;

П₅, П₆, - правила освобождения бригад с участков;

q(t)_i_,_j- продолжительность выполнения j-той работы на i-том участке.

Основная задача организации возведения строительных объектов и комплексов заключается в обеспечении запланированных сроков строительства за счет выбора рационального движения (маршрута) бригад по мере подготовки фронтов для выполнения соответствующих строительно-монтажных работ.

Продолжительность выполнения работ и сроки их окончания на участках есть величины случайные. В модели продолжительности работ задаются по каждому виду работ соответствующими функциями распределения, построенными на основе статистических данных.

Условно принято, что все бригады каждого типа прибывают на объект одновременно в момент времени t^п _j. Моменты прибытия бригад на объект (сроки прибытия) выражаются в относительных датах (за 0 принимается момент начала работ на объекте).

В качестве основных параметров функционирования моделируемой системы приняты продолжительность работ q(t)_i_,_j_,сроки их окончания U_i_,_j, величина используемых ресурсов R^T_j, время простоев ресурсов F^T_j и фронтов работ F^T_i за период строительства T, математическое ожидание общего срока возведения объекта М_Т и средневзвешенный квадрат отклонения значений общего срока возведения от его математического ожидания.

Оперативное управление ресурсами осуществляется дискретно в моменты прибытия бригад на объект или их освобождения с очередного участка объекта, т.е. характеризуется изменением состояния ресурсов типа «мощности». При этом предполагается, что в периодах между моментами прибытия и освобождения бригад с участков величина ресурсов постоянная, а состояние объема работ (накопление подготовленных фронтов работ) изменяется.

Правила:

П₁ - бригада может начать работу на участке только в том случае, если на этом участке выполнены все работы, технологически предшествующие предстоящей.

П₂ - бригада может начать работу на участке только тогда, когда участок либо свободен, либо занят бригадами того же типа и их работу можно интенсифицировать, т.е. довести число работающих бригад на участке до максимального технологически допустимого количества D_i_,_j.

П₃ (доназначения) - бригады направляются для работы на тот участок, на котором аналогичные работы уже выполняются и которые можно интенсифицировать. Если имеется несколько участков, на которые можно будет доназначить бригады данного типа, то в первую очередь они направляются на участок, где средняя суммарная продолжительность всех оставшихся работ наибольшая. Средняя продолжительность всех оставшихся работ вычисляется при условии максимального насыщения фронта работ ресурсами.

П₄ - бригады направляются на свободный участок объекта. Если имеется несколько свободных участков с подготовленным фронтом работ для бригад одного типа, бригады распределяются по участкам в соответствии со средними суммарными продолжительностями оставшихся работ.

Если на один свободный участок могут быть назначены бригады разных типов, то действует следующее правила:

При d _i_,_j₁ ? R(t) и d _i_,_j₂ > R(t) - на участок направляются j₁ -ые бригады;

При d _i_,_j₁ > R(t) и d _i_,_j₂ ? R(t) - на участок направляются j₂ - ые бригады;

При d _i_,_j1 ? R(t) и d _i_,_j2 ? R(t)

d _i_,_j₁ < R(t) и d _i_,_j₂ < R(t) - на участок направляются первые по номеру бригады (например, j₁ - ые бригады для j₁ < j₂).

Если имеется несколько типов незанятых специализированных бригад, несколько свободных участков и для одного из участков есть возможность выбора, т.е. на этом участке подготовлен фронт работ для двух и более типов бригад из числа имеющихся, то назначение на участок бригад того или иного типа производится:

1) свободные участки без возможности выбора группируются по признаку (типу) бригад, для которых на участках подготовлен фронт работ (признак однородности подготовленных фронтов работ).

2) Участок с возможностью выбора относится к той или иной группе участков в соответствии со следующими условиями:

При ?d _i_,_j₁ ? R(t) и ?d _i_,_j₂ > R(t) - участок относится к j₁ - той группе участков;

При ?d _i_,_j₁ > R(t) и ?d _i_,_j₂ ? R(t) - участок относится к j₂ - той группе участков;

При ?d _i_,_j1 ? R(t) и ?d _i_,_j2 ? R(t)

?d _i_,_j₁ < R(t) и ?d _i_,_j₂ < R(t) - участок относится к той группе, в которой число участков меньше; при равенстве числа участков в группах участок с возможностью выбора относится к первой по номеру группе (например, j₁ - той группы для j₁ < j₂).

3) бригады каждого типа распределяются по участкам соответствующих групп согласно средним суммарным продолжительностям оставшихся работ.

П₅ - бригады считаются простаивающими из-за отсутствия соответствующих свободных участков с возможностью доназначения, а также если на свободных участках к рассматриваемому моменту времени не выполнен весь комплекс технологически предшествующих работ.

П₆ - бригады считаются закончившими работу на объекте и выбывшими с объекта, если они не могут быть использованы для интенсификации соответствующих работ.

Укрупненная схема имитационной модели возведения промышленных объектов (комплексов) приведена на рис. 4.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Схема имитационной модели возведения промышленных объектов и комплексов

В работе разработан моделирующий алгоритм, в котором используются дополнительные характеристики:

t - текущий момент времени;

F(t) = {f_i_,_j(t)} - булева матрица законченных работ;

E⁰(t) = {E(t)} - булева матрица, по которой производится назначение работ;

E(t) = {E_i_,_j(t)} - булева матрица ведущихся работ;

V(t) = {V_i_,_j(t)} - матрица объемов работ, незавершенных к моменту времени t;

r(t) = {r_i_,_j(t)} - матрица количества ресурсов, ведущих работы в момент времени t;

R(t) = {R_j(t)} - вектор количества свободных ресурсов на объекте в момент времени t;

t₀ - момент времени наблюдений системы, предшествующий t;

q - счетчик числа реализаций;

T_j_,_i - вычисленная продолжительность выполнения j-той работы на i-том участке;

T - время окончания строительства.

Информация, выводящаяся на печать:

f(y) - определение функции поточности

T_min, T_max - минимальное и максимальное время возможного окончания строительства;

А_i_,_j - средние простои подготовленных фронтов работ (участки, захватки);

B_j_,_i - средние простои ресурсов;

Q_i_,_j - продолжительность выполнения j-той работы на i-том участке

Для построения циклограмм, сетевых графиков и др. организационно-технологических моделей на печать выводятся:

Схема моделирующего алгоритма имитационного моделирования (рис. 5) состоит из десяти взаимосвязанных блоков.

Рис. 5. Схема моделирующего алгоритма

Для апробации разработанной имитационной модели и вышеописанного алгоритма имитационного моделирования создан программный продукт на языке программирования Java.

В работе предложены метод, алгоритм и программная реализация генерирования комбинаций значений неопределенных параметров технологического процесса строительства промышленных объектов с целью получения максимального значения основного параметра.

Суть метода заключается в построении иерархии элементов и дальнейшем формированием связей между элементами структуры согласно алгоритму на заданную глубину, создавая таким образом цепочки уникальных элементов, являющиеся уникальными комбинациями.

«Корнем» данной иерархии будет первоначальное заданное множество элементов. Назовем данное множество множеством первого уровня иерархии. Для образования уникальных пар элементов генерируем новые множества элементов, относящихся к каждому элементу первоначального множества минус элементы первоначального множества, уже связанные с созданным вторым множеством.

Для корректной работы необходимы два двумерных массива: первый массив будет содержать значения элементов, а второй будет формировать структуру, то есть отношение между элементами первого массива. Первый массив назовем массив комбинаций цифр, второй - массив путей проходов. Необходимо наполнить массив комбинаций цифр всеми возможными комбинациями элементов. Любое множество возможно пронумеровать, поэтому при программной реализации будем оперировать с числами. Массивы будут иметь размерность как первого, так и второго измерения равной количеству элементов множества первого уровня. Первое измерение обоих массивов будет содержать элементы одного уровня, второе измерение будет соответствовать уровню. Элемент, занимающий ячейку в массиве комбинации цифр, имеет свойство отношения, записанное в той же ячейке массива путей проходов. Значение свойства содержит значение элемента массива комбинации цифр уровнем выше, иерархически связанным с данным элементом. Например, для элемента со значением «2» на втором уровне его значение в матрице путей проходов будет - «1», а для элемента со значением «5», находящемуся на третьем уровне и принадлежащему множеству {1, 4, 5} будет соответствовать «4».

Для дальнейшего успешного прохождения по массиву комбинации цифр необходимо разделять элементы на одном уровне, относящиеся к разным элементам вышестоящего уровня. Будем разделять элементы отрицательным числом.

Значения массивов на первом уровне будут одинаковые и состоять из чисел от 1 до значения количества элементов первоначального множества. Для удобства обозначим массив комбинации цифр mas_content[][], а массив путей проходов mas_index[][].

Алгоритм формирования двумерных массивов примет следующий вид (рис. 6).

Рис. 6. Алгоритм формирования двумерных массивов

Одним из вариантов получения комбинаций значений является прохождение по «дереву» с первого до последнего уровня (в зависимости от количества элементов каждой комбинации) сначала «вглубь», затем по горизонтали «дерева».

Программное решение осуществляется с помощью рекурсивной функции. В качестве параметров рекурсивной функции передаются: общее количество элементов, количество элементов, участвующих в генерации уникальных комбинаций, значение элемента массива комбинации цифр, индекс нового элемента массива, содержащего создаваемую уникальную комбинацию, номер уровня. При каждом новом вызове рекурсивной функции значение глубины уровня увеличивается. Когда достигается уровень, номер которого совпадает с количеством элементов, участвующих в генерации уникальной комбинации - производится возврат значения функции, а текущий элемент в массиве путей переходов получает отрицательную ссылку - становится несвязанным. Границы на каждом уровне отделяют блоки значений элементов, относящихся к одному элементу вышестоящего уровня.

Предложенные имитационная модель, методы и алгоритмы были апробированы на исходных данных достаточно простых в количественном отношении, но содержащих большинство комбинаций отношений между ресурсами. Такой подход позволил провести анализ отношений между ресурсами и количественными значениями параметров с целью качественного улучшения системы.

В результате анализа конкретного примера удалось получить правила манипулирования значениями разных типов данных с целью улучшения показателя качества. Четко сформулированными оказались правила в отношении показателей: максимального значения ресурсов и количества свободных ресурсов. Показатель нормативной интенсивности зависит от сложности системы. Показатели, которые в наибольшей степени влияют на качество работы системы - объем работы и иерархия отношений ресурсов - сложно поддаются изменению в реальных условиях. Любой из показателей невозможно оптимизировать без учета остальных, описанных ранее, входных параметров. Тем не менее, как было показано выше, действуя согласно аналитически создаваемым правилам на основе полученной статистики есть возможность получить оптимальные показатели параметров сложной строительной системы.

В четвертой главе разработана многоуровневая структурная схема технологических процессов и концептуальная модель данных, а также программная реализация пользовательского интерфейса ИС предприятия по строительству промышленных объектов.

Для описания производственных процессов предприятия по строительству промышленных объектов использовалась методология IDEF0 и специализированный пакет прикладных программ BP-Win. Ниже приводятся контекстные диаграммы деятельности предприятия верхнего уровня и пояснения к ним.

Рис. 7. Контекстная диаграмма деятельности строительного предприятия

Внешним входом для строительной организации является “Строительный подряд”, управляющим входом является “Информация от поставщика” и “СНиП” (Строительные Нормы и Правила), механизмом деятельности является “Наёмные рабочие”. На выходе строительного предприятия получаем документацию по выполненной работе, сам объект работы и заказ на стройматериалы поставщику. Таблица предоставляет полное описание процессов строительного предприятия.

Блок	№ стрелки	Название стрелки	Описание стрелки
А0	1	Строительный подряд	Вход. От заказчика приходит подряд на возведение объекта.
А0	2	СНиП	Управляющий сигнал. Строительство и проектирование выполняются согласно строительным нормам и правилам.
А0	3	Информация от поставщика	Управляющий сигнал. Производство ориентируется на сроки поставки стройматериалов и строительной техники.
А0	4	Наёмные рабочие	Механизм. На некоторые виды работ строительное предприятия нанимает сторонние организации в виде наёмных рабочих.
А0	5	Документация	Выход. На выходе строительная организация предоставляет заказчику и государству в лице БТИ полный комплект документации по объекту.
А0	6	Выполненный подряд	Выход.
А0	7	Заказ поставщику	Выход. Предприятие формирует смету на необходимые стройматериалы и посылает запрос поставщику.

Рис. 8 Детализация контекстной диаграммы деятельности строительного предприятия

Блок	№ стрелки	Название стрелки	Описание стрелки
А1	1	Корректировка деятельности	Выход. Правление внедряет новую стратегию, проводит реорганизацию отделов и корректирует общую деятельность предприятия.
А1	2	Отчёт о деятельности отделов	Вход. Для создания новой стратегии правление получает полный отчёт о деятельности отделов.
А2	3	Стройматериалы	Выход. Отдел логистики доставляет на объект необходимые стройматериалы.
А2	4	Запрос стройматериалов	Вход. Отдел снабжения получает смету и отправляет на стройплощадку требуемые материалы. В случае если необходимого стройматериала нету на складе формирует запрос поставщику.

Логика взаимодействия информационных потоков разрабатывалась на основе методологии IDEF3. Фрагменты разработанных моделей представлены на рис. 9 и рис. 10.

Рис. 9. Составление сметы

Рис. 10. Детализация функционального блока "Составить смету"

Для построения концептуальной схемы данных применялась методология IDEF1X. В качестве примера на рис. 10 представлены взаимосвязанные сущности «Объект строительства карточка» и «Детализация карточки строительства», а ниже в таблицах описание атрибутов для этих сущностей.

Рис. 10. Карточка объекта и её детализация

Описание атрибутов карточки объекта строительства

Атрибут	Тип	Описание
Номер каточки	CHAR(20)	Номер карточки объекта строительства. Номер присваивается согласно правилам и нормативам
Код объекта	NUM(5)	Код объекта в системе. При расширении области системы будет являться внешним ключом
Статус	NUM(3)	Статус процесса строительства объекта
Чётное округление	CHAR(1)	Округлять площади до первого значащего знака или нет
Включать в справочник	CHAR(1)	Включать данную карточку в справочник карточек или нет
Площадь ПИБ утверждена	CHAR(1)	Прошёл объект расчёт площади ПИБ или нет

Описание атрибутов детализации карточки строительства

Атрибут	Тип	Описание
Класс	CHAR(5)	Класс объекта строительства