Повышение эффективности эксплуатации машин в строительстве путём выбора оптимальных вариантов выполнения механизированных работ

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ МАШИН В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПУТЁМ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ РАБОТ

Специальность 05.05.04 - Дорожные, строительные и подъёмно-транспортные машины

Двизов Денис Александрович

Москва - 2007 г.

Работа выполнена в Волжском институте строительства и технологий (филиал) государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет".

Научный руководитель:

Рогожкин Василий Михайлович, доктор технических наук, профессор.

Официальные оппоненты:

Никулин Павел Иванович, доктор технических наук, профессор;

Клашанов Фёдор Константинович, кандидат технических наук, доцент.

Ведущая организация: ООО СФК "Волгоградгидрострой".

Защита состоится ____ ___________ 2007 г. в ____ часов на заседании диссертационного совета Д 212.138.06 при ГОУВПО Московском государственном строительном университете по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, ауд.____.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО Московского государственного строительного университета.

Автореферат разослан ____ __________ 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Густов Д.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. С повышением уровня механизации производственных процессов в строительстве, внедрением рыночных отношений и режима самофинансирования проблема рационального использования машин приобретает особую актуальность.

Прибыль, получаемая предприятиями, во многом определяется эффективностью использования машин и оборудования. Нерациональное использование строительно-дорожной техники приводит к существенному повышению стоимости строительных работ, затягиванию сроков их выполнения и в конечном итоге - к уменьшению прибыли, получаемой предприятиями. Всё это выдвигает проблему повышения эффективности использования машин на первый план среди других проблем механизации строительного производства.

Как показывает практика работы передовых строительных организаций, за счёт рационального, эффективного использования имеющейся техники можно добиться повышения её производительности на 10…30 % по сравнению со средней по отрасли и получить от этого значительную экономию средств. А это в свою очередь приведёт к снижению стоимости производимой продукции и повышению её конкурентоспособности. Поэтому разработка новых и совершенствование существующих методик выбора оптимальных вариантов эксплуатации машин, основанных на современных математических методах и применении ЭВМ и учитывающих влияние разнообразных производственных факторов, является актуальной научной задачей, отвечающей потребностям практики.

Цель работы и задачи исследования. Целью работы является повышение эффективности применения машин в строительных организациях путём выбора оптимальных вариантов их эксплуатации при выполнении заданного объёма механизированных работ.

Для реализации указанной цели предусмотрено решение следующих задач:

1. На основе изучения закономерностей процесса использования машин в условиях современного строительного производства разработать методику выбора оптимальных вариантов эксплуатации машин при выполнении ими заданного объёма работ, основанную на математическом аппарате динамического программирования.

2. Разработать общую схему решения задач выбора оптимальных трасс при строительстве магистральных сооружений (нефте-, водо-, газопроводов, автомобильных и железных дорог и т.д.) методом динамического программирования по критерию минимума затрат средств на строительство или максимума получаемого экономического эффекта.

3. Дать математическое описание процесса оптимизации строительства магистральных сооружений моделями динамического программирования.

4. Предложить методику разработки экономико-технологических карт для выполнения механизированных работ при реализации оптимальных вариантов строительства.

5. Проверить эффективность предлагаемой методики в реальных условиях эксплуатации машин на строительстве магистральных сооружений.

Объект исследования - комплект строительных машин, занятых на выполнении механизированных работ при строительстве магистральных сооружений.

Метод исследования. В основе метода исследования лежит математический аппарат динамического программирования, позволяющий решать задачи большой размерности и учитывать влияние различных факторов на выбор оптимальных решений. Метод основан на использовании в качестве критерия оптимизации минимума прямых эксплуатационных затрат на строительство объекта магистральных сооружений комплектом строительных машин или максимума получаемой прибыли от эксплуатации объекта.

Научная новизна:

1. Дано математическое описание процесса оптимизации строительства магистральных сооружений моделями динамического программирования.

2. Разработана методика решения задач выбора оптимальных трасс строительства магистральных сооружений комплектом строительных машин, в основе которой лежит математический аппарат метода динамического программирования.

3. Дана общая схема решения рассматриваемых задач по динамическим моделям с использованием критериев минимума затрат средств на строительство или максимума получаемой прибыли.

4. Предложена методика определения прямых эксплуатационных затрат средств при работе комплекта машин на строительстве магистральных сооружений, основанная на использовании экономико-технологических карт на выполнение механизированных работ, с целью реализации оптимальных вариантов строительства.

Практическая ценность. Разработанная методика, математические модели и форма экономико-технологических карт позволяют выбрать оптимальные трассы при строительстве магистральных сооружений комплектом строительных машин и обеспечить получение наименьших затрат средств на строительство.

Применение предлагаемой методики при выборе оптимальных трасс строительства магистральных сооружений позволит значительно сократить затраты средств на строительство нефте-, газопроводов, объектов водоснабжения, автомобильных и железных дорог, оросительных систем, линий связи и др. объектов, отличающихся большой протяжённостью.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на межвузовской научно-практической конференции молодых учёных и студентов (г. Волжский, 2003 г.), VIII всероссийской научно-практической конференции "Современные технологии в машиностроении" (г. Пенза, 2004 г.), международной научно-технической конференции "Интерстроймех-2005" (г. Тюмень, 2005 г.), IV международной научно-технической конференции "Итоги строительной науки" (г. Владимир, 2005 г.), международной научно-технической конференции "Интерстроймех-2006" (г. Москва, 2006г.). Основные положения работы опубликованы в журнале "Механизация строительства", №12 2005 г., №10 2006 г. В полном объёме работа заслушана на совместном заседании кафедр Строительных и дорожных машин и оборудования, и Высшей и прикладной математики Волжского института строительства и технологий (филиал) ГОУВПО "Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет" и рекомендована к защите.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Математические модели, описывающие процесс оптимизации строительства магистральных сооружений методом динамического программирования.

2. Общая схема решения задач выбора оптимальных трасс при строительстве магистральных сооружений по моделям динамического программирования.

3. Методика выбора оптимальных вариантов эксплуатации машин при строительстве магистральных сооружений комплектом строительных машин.

4. Методика разработки экономико-технологических карт для реализации оптимальных вариантов строительства.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти глав, общих выводов, приложений, списка использованной литературы, насчитывающего 120 наименований, содержит 177 страниц, из них приложений 6 страниц, 66 иллюстраций, 3 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе "Анализ существующих методов и моделей оптимальной эксплуатации машин" анализируется большое число научных работ, в которых рассмотрены различные аспекты методики исследований, выбора критериев оптимальности, разработки математических моделей оптимизации и другие задачи оптимальной эксплуатации машин.

Первыми известными нам работами из этой области являются исследования Дж. Тейлора и В.О. Васильева, в которых рациональный срок эксплуатации машин определяется по минимуму удельных приведённых затрат средств на единицу работы. Упрощённо предложенную ими математическую модель для определения рационального срока службы машин можно представить в виде:

(1)

где Y - значение приведённых удельных затрат средств на единицу работы; оптимальная эксплуатация машина строительство

S₀ - цена новой машины;

S_n - остаточная стоимость машины к концу года n её эксплуатации (выручка от реализации подержанной машины);

Q_i - эксплуатационные затраты в год i, включающие расходы на техобслуживание, ремонт, приобретение запчастей, амортизацию и другие прямые эксплуатационные затраты;

W_i - наработка машины в i-й год эксплуатации;

n - продолжительность эксплуатации машины в годах.

Задача оптимизации использования машин по критерию минимума затрат средств на единицу работы (продукции) в различных постановках рассматривалась также В.В. Новожиловым, Р.М. Петуховым и другими авторами. Методика, основанная на минимизации удельных затрат, применялась не только для оптимизации работы машины в целом, но и для определения наиболее выгодных сроков службы отдельных узлов и деталей. Так, Г.В. Веденяпиным разработана методика для определения срока службы узла по минимуму затрат средств на обработку единицы площади. Расчёты основаны на выражении:

, (2)

где S_в - затраты на восстановление эксплуатационных свойств узла;

- темп износа узла;

D - параметр, характеризующий величину износа;

D₀ - первоначальное значение параметра D;

С_чс - средние часовые затраты на эксплуатацию узла;

W_c - средняя наработка за единицу времени.

В.М. Рогожкин предложил методику определения оптимального срока службы деталей цилиндропоршневой группы двигателей, особенность которой заключается в том, что затраты средств определяются не на единицу наработки машины, а на единицу вырабатываемой двигателем энергии.

Проблема оптимизации использования машины рассматривалась не только на основе минимума затрат средств, но и по критерию максимума получаемого экономического эффекта. В такой постановке задача описана, в частности, Г. Готеллингом.

Известны также работы, в которых оптимизируется не только работа отдельных машин, но и деятельность машинного парка предприятия в целом. Например, Е.М. Кудрявцевым для этих целей предложен алгоритм оптимизации состава парка машин предприятия по различным критериям. В исследованиях Н.Н. Гребенниковой описана методика выбора оптимальных вариантов распределения машин предприятия по видам механизированных работ методами линейного программирования.

Анализ ранее выполненных исследований показывает, что в них практически не рассматриваются проблемы, связанных с выбором оптимальных вариантов выполнения механизированных работ при строительстве магистральных сооружений. В результате в настоящее время траектории строительства таких объектов выбираются без достаточного экономического обоснования, что приводит к дополнительным затратам средств на строительство.

Во второй главе "Основные положения методики исследования" рассмотрены достоинства и недостатки методов решения задач применительно к нашей работе. Указаны преимущества метода динамического программирования по сравнению с другими, что и предопределили выбор этого метода как основного математического аппарата в нашем исследовании.

Предлагаемая нами методика позволяет оптимизировать процесс строительства магистральных сооружений комплектом строительных машин по нескольким критериям оптимальности. Для этих критериев нами разработаны теоретические основы решения рассматриваемых задач. Но все расчёты, показывающие возможность практического приложения разработанной методики, выполнены по критерию минимума затрат средств на выполнение заданного объёма работ.

Экспериментальная часть наших исследований выполнена на базе Муниципального унитарного предприятия (МУП) "Водоканал" (г. Волжский, Волгоградская область) в период с 2004 по 2006 г.г. Исходные данные для расчётов, приведённых в диссертации, получены путём статистических наблюдений за работой машин в условиях реальной их эксплуатации.

В третьей главе "Основы метода динамического программирования" приведены общие сведения о методе, основные требования при решении задач этим методом и пример практического приложения этого метода.

В четвёртой главе "Математическое описание процесса оптимизации строительства магистральных сооружений" приведены математические модели, описывающие процесс оптимизации строительства магистральных сооружений комплектом строительных машин, и изложен общий подход к решению рассматриваемых задач по предлагаемым моделям.

Здесь рассмотрены два случая: первый - когда строительство на каждом этапе ведётся в одном из двух, взаимно перпендикулярных, направлений (Н или L), и второй - строительство можно вести ещё и в третьем направлении - по диагонали (D). Ниже изложен второй, как наиболее сложный, случай.

Математически процесс оптимизации строительства по минимуму затрат средств на выполнение всего объёма механизированных работ описывается следующей моделью динамического программирования:

. (3)

Здесь F_i - суммарные затраты средств на строительство на этапе i и на последующих, после i-го, этапах при оптимальном варианте строительства на этапе i и после этапа i до конца процесса;

i - номер этапа, на которые разбивают рассматриваемый процесс;

C_(i)H, C_(i)D, C_(i)L - затраты средств на строительство на этапе i соответственно для варианта H, D и L;

C_{(i+1)опт.H}, C_{(i+1)опт.D}, C_{(i+1)опт.L} - затраты средств на строительство по оптимальному варианту после этапа i и до конца процесса, если на этапе i строительство велось соответственно по варианту H, D и L.

Процесс оптимизации по максимуму прибыли, получаемой от эксплуатации объекта, в общем виде можно описать следующей математической моделью:

. (4)

Здесь Р_i - суммарная прибыль, получаемая от эксплуатации объекта на этапе i и на последующих, после i-го, этапах при оптимальном варианте строительства на этапе i и после этапа i до конца процесса;

S_(i)H, S_(i)D, S_(i)L - доход, получаемый от эксплуатации объекта на этапа i, соответственно при строительстве по варианту H, D и L.

C_(i)H, C_(i)D, C_(i)L - затраты средств на строительство на этапе i соответственно для варианта H, D и L;

Р_{(i+1)опт.H}, Р_{(i+1)опт.D}, Р_{(i+1)опт.L} - прибыль, получаемая от эксплуатации объекта при строительстве по оптимальному варианту после этапа i и до конца процесса, если на этапе i строительство велось соответственно по варианту H, D и L.

Если в качестве критерия оптимизации принят минимум удельных затрат средств на единицу выполненного объёма механизированных работ, то в общем виде математическая модель такой задачи может быть представлена так:

. (5)

Здесь с_i - суммарные удельные затраты средств на строительство на этапе i и на последующих, после i-го, этапах при оптимальном варианте строительства на этапе i и после этапа i до конца процесса;

_(i)H, _(i)D, _(i)L - объём работ при строительстве на этапе i соответственно для варианта H, D, L;

C_(i)H, C_(i)D, C_(i)L - затраты средств на строительство на этапе i соответственно для варианта H, D и L;

с_{(i+1)опт.H}, с_{(i+1)опт.D}, с_{(i+1)опт.L} - суммарные удельные затраты средств на единицу выполненного объёма работ при строительстве по оптимальному варианту после этапа i и до конца процесса, если на этапе i строительство велось соответственно по варианту H, D и L.

При строительстве магистральных сооружений, как известно, предварительно проводят геодезическую разведку местности. Если затраты средств на геодезическую разведку на каждом этапе будут одинаковыми, то они не окажут влияния на выбор оптимальной трассы строительства. Если же эти затраты на этапах будут различными, тогда они повлияют на выбор оптимальной трассы, и математическая модель такой задачи будет иметь вид (критерий минимума затрат средств на строительство):

, (6)

где C_(i)г.H, C_(i)г.D, C_(i)г.L - затраты на геодезическую разведку местности соответственно для варианта H, D и L.

Строительство магистральных сооружений является сложным и дорогостоящим проектом. К тому же он нередко затрагивает экологические проблемы. Примером тому может служить изменение первоначально намеченной трассы строительства нефтепровода из Сибири в Китай. Как известно, этот нефтепровод первоначально должен был пройти по территории, прилегающей к озеру Байкал. Однако по рекомендациям экологов трасса его была изменена.

Разработанная нами методика позволяет заранее учитывать экологический фактор при выборе оптимальных трасс строительства. Модель такой задачи имеет вид:

, (7)

где C_(i)эко.H, C_(i)эко.D, C_(i)эко.L - затраты средств на экологические мероприятия по защите окружающей среды на этапе i при строительстве соответственно по варианту H, D и L.

Рассматриваемые здесь задачи могут быть решены двумя способами, которые отличаются друг от друга тем, что в них за начальные принимают разные состояния.

При первом способе, оптимизируя любой этап i (i=1, 2, …, n; где n - число этапов, на которые разбивают процесс), за начальные состояния системы принимают те состояния, из которых в конечный пункт можно попасть за (n-i+1) этапов. При этом не считаются начальными те состояния, из которых можно за (n-i+1) этапов попасть в последующее состояние по диагонали. Например, при оптимизации последнего n-го этапа, т.е. когда i=n, начальными являются лишь те состояния, из которых в конечный пункт можно попасть за один этап (не считая диагональное направление). Если оптимизируем предпоследний (n-1) - й этап, когда i=n-1, то начальными являются состояния, из которых можно попасть в конечное за два этапа, а также за один этап, если строить по диагонали.

Второй способ решения предполагает, что начальными состояниями могут быть и те состояния, из которых в последующее состояние можно попасть за меньшее число этапов, т.е. по диагонали.

Следовательно, для первого способа решения начальными на каждом этапе будут состояния, расположенные по линиям а-а, б-б, в-в и т.д. (рис. 1). А при решении вторым способом начальными будут состояния, находящиеся на линиях прямого угла (рис. 2). Ниже в главах 6 и 7 изложена методика решения рассматриваемых задач этими двумя способами.

В пятой главе "Выбор оптимальной трассы строительства магистральных сооружений методом динамического программирования" показана общая схема решения рассматриваемых задач и приведён конкретный пример для случая, когда строительство ведётся в одном из двух взаимно перпендикулярных направлений (H и L).

Постановка задачи. Требуется проложить трубопровод из начального пункта S₀ в конечный пункт S_К (рис. 3). Нетрудно убедиться в том, что существует множество вариантов траектории строительства, каждый из которых требует определённых затрат средств. На рисунке 3 показаны некоторые из них.

Известны затраты средств на строительство трубопровода от любого промежуточного пункта до последующего. Необходимо выбрать такой вариант строительства, на реализацию которого потребуется наименьшие затраты средств. Решать задачу будем методом динамического программирования.

Рассмотрим схему решения задачи в общем виде.

Разобьём трассу строительства на отдельные участки (этапы). Будем считать, что на каждом этапе строить можно либо в направлении Н, либо в направлении L (рис. 4).

Число этапов в направлении Н примем равным n_Н, а в направлении L - n_L. Тогда общее число этапов будет n= n_Н + n_L.

На каждом этапе длина трубопровода будет увеличиваться либо на величину

,

либо на величину

.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3 - Возможные траектории строительства трубопровода

В этом случае траектория строительства будет изображаться ломаной линией, соединяющей пункты S₀ и S_K.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 4 - Разбивка трассы трубопровода на этапы и оптимальная траектория строительства

Затраты средств на строительство трубопровода на каждом этапе обозначим соответственно:

C₍₁₎₁, C₍₁₎₂ - затраты средств на первом этапе;

C₍₂₎₁, C₍₂₎₂, C₍₂₎₃, C₍₂₎₄ - затраты средств на втором этапе; … … … … …

C_(n-1)1, C_(n-1)2, C_(n-1)3, C_(n-1)4 - затраты средств на предпоследнем (n-1)-м этапе;

C_(n)1, C_(n)2 - затраты средств на последнем n-м этапе.

Согласно требованиям метода динамического программирования решение задачи начнём с последнего n-ого этапа. На начало этого этапа можем находиться либо в пункте В_(n)1, либо в В_(n)2 (рис. 4). Если окажемся в пункте В_(n)1, то мы должны двигаться в конечный пункт S_К в направлении L и тратить на строительство F_(n)1=C_(n)1 единиц средств. Если же окажемся в пункте В_(n)2, то надо двигаться в направлении Н, а затраты средств на строительство в этом случае составят F_(n)2=C_(n)2 единиц. Эти направления на рисунке 4 отмечены стрелками.

Затем рассматриваем предпоследний (n-1)-й этап. На начало этого этапа можем находиться в одном из пунктов: В_(n-1)1, В_(n-1)2 или В_(n-1)3.

Если окажемся в пункте В_(n-1)1, то выбора нет, надо перемещаться в направлении L и тратить C_(n-1)1 единиц средств. А затраты средств за два последних этапа составят F_(n-1)1=C_(n-1)1+C_(n)1 единиц.

Если окажемся в пункте В_(n-1)2, то можем двигаться либо в направлении Н, либо в направлении L. В этом случае надо выбрать то направление, которое требует меньше средств. Это направление выбираем из условия:

. (8)

Предположим, что меньшей окажется верхняя величина выражения (8). Тогда выбираем направление Н.

Если окажемся в пункте В_(n-1)3, то выбора нет. Надо двигаться в направлении Н, затрачивая на два этапа F_(n-1)3=C_(n-1)4+F_(n)2 единиц средств.

Выбранные для этого этапа направления строительства на рисунке 4 указаны стрелками.

Таким образом, мы нашли так называемые условные оптимальные решения для двух последних этапов.

Аналогично определяем условные оптимальные решения для предшествующих этапов, т.е. для (n-2)-го, (n-3)-го и т.д. этапов.

Таким образом, получили условные оптимальные направления строительства для каждого этапа при любом исходе предыдущего.

Затем, "пробегая" процесс решения в обратном направлении, т.е. от первого до последнего этапа, по стрелкам находим оптимальную траекторию. На рисунке 4 она выделена жирной линией. При строительстве по такой траектории затраты средств на строительство будут минимальными и равны F₍₁₎₁.

Мы рассмотрели задачу при условии, что строительство трубопровода можно вести только в двух взаимоперпендикулярных направлениях: Н или L. Однако возможны более сложные варианты, когда строительство может вестись в одном из трёх направлений - кроме двух указанных выше, ещё и по диагонали.

Методика решения таких задач изложена в главах 6 и 7.

В шестой главе "Выбор оптимального варианта строительства магистральных сооружений первым способом" рассмотрена схема решения задачи, как в общем виде, так и на примере, при трёх направлениях строительства - H, D и L.

В диссертации изложены общий подход и схема решения задач этим способом. Здесь приведём лишь конкретный пример.

Найдём оптимальную траекторию строительства из пункта В в пункт В ₁₅ (рис. 5). Известны затраты средств на строительство между двумя соседними пунктами (указаны у линий, в условных единицах). Оптимальной будем считать такую траекторию, которая позволяет получить минимальные затраты средств на строительство.

Решение начнём с последнего шестого этапа (рис. 6).

На начало этого этапа мы можем находиться в одном из пунктов - В ₁₃ или В ₁₄. В каком бы из этих двух пунктов мы ни оказались, выбора у нас нет. Если окажемся в пункте В ₁₃, то надо вести строительство вправо и тратить 6 единиц средств. Если окажемся в пункте В ₁₄, то надо строить вверх и тратить 18 единиц средств. Эти направления строительства и величина затрат средств указаны на рисунке 6.

Далее рассмотрим предпоследний пятый этап (рис. 7).

Начальными для этого этапа будут пункты В ₁₀, В ₁₁ и В ₁₂. Из каждого из этих пунктов найдём оптимальный путь в конечный пункт В ₁₅ и соответствующие ему расходы средств.

Для пункта В ₁₀ выбора нет, мы можем двигаться только в направлении В ₁₃, затрачивая от пункта В ₁₀ до конечного 20 единиц средств. Для пункта В ₁₂ тоже выбора нет, мы можем двигаться только в направлении В ₁₄, затрачивая от пункта В ₁₂ до конечного 28 единиц средств.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5 - Схема разбивки трассы строительства на этапы и величины затрат средств на этапах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 6 - Условные оптимальные направления строительства на последнем этапе

Из пункта В ₁₁ в конечный пункт возможны три направления движения:

. (9)

Этим направлениям будут соответствовать затраты:

. (10)

Выбираем первое направление, как менее затратное, ставим стрелку из В ₁₁ в В ₁₃, а в кружке В ₁₁ помещаем величину затрат средств - 13 единиц (рис. 7).

Аналогично находим условные оптимальные направления на четвёртом, третьем, втором и первом этапах.

Таким образом, мы рассмотрели каждый этап строительства и все возможные состояния на начало каждого этапа. Для каждого этапа нашли так называемые условные оптимальные направления строительства и соответствующие им затраты средств на строительство.

Чтобы по найденным условным оптимальным направлениям найти оптимальную трассу, надо "пробежать" процесс решения в обратном направлении - от пункта В до пункта В ₁₅ - и по стрелкам, отмеченным на отдельных этапах, наметить оптимальную траекторию строительства. В принятых нами обозначениях эта траектория будет иметь вид:

В>В ₄>В ₇>В ₁₃>В _15. (11)

Полученная оптимальная траектория отмечена на рисунке 8 жирной линией.

Суммарные затраты средств на строительство по этой оптимальной траектории составят 22 единицы. Любая другая траектория потребует бульших затрат.

В седьмой главе "Второй способ решения задач оптимизации строительства магистральных сооружений" изложен способ решения рассматриваемой задачи, когда за начальные состояния принимаются пункты, расположенные на линиях прямого угла (рис. 2). Для этого способа, в отличие от изложенного выше, имеет значение последовательность рассмотрения начальных пунктов. При оптимизации любого этапа надо рассматривать сначала крайний верхний левый и крайний правый пункты, перемещаясь постепенно к центральному пункту.

В восьмой главе "Разработка экономико-технологических карт для реализации оптимального вариантов строительства" обоснована необходимость составления таких карт, дано общее описание карты, приведены необходимые формулы для расчётов и в качестве примера рассчитана технологическая операция - срезка растительного слоя.

В предлагаемой нами методике выбора оптимальных вариантов строительства магистральных сооружений в качестве основного критерия оптимизации принят минимум затрат средств на строительство.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 7 - Оптимизация двух последних этапов строительства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 8 - Условные оптимальные

Поэтому при определении оптимальных вариантов предлагаемым методом важно правильно подсчитать величину затрат средств направления строительства на первом и последующих этапах на строительство, и методика подсчёта этих затрат должна быть заранее оговорена, так как от принятой методики подсчёта зависит конечный результат - в нашем случае величина затрат средств на строительство, а следовательно, и оптимальный вариант строительства.

Общие затраты средств на строительство складываются из трёх слагаемых: общехозяйственных, общепроизводственных расходов и прямых эксплуатационных затрат. Первые две составляющие можно считать не зависящими от варианта строительства и уровня эксплуатации техники. И в расчётах ими можно пренебречь. Учитывать будем только прямые эксплуатационные затраты, которые складываются из следующих составляющих:

С_э = С_з + С_эм + С_а + С_то + С_д, (12)

где С_з - заработная плата механизаторов; С_эм - стоимость израсходованных эксплуатационных материалов (ГСМ, масла, электролит, тосол и другие специальные жидкости); С_а - амортизационные отчисления от стоимости машин; С_то - затраты на ТО и хранение техники; С_д - дополнительные непредвиденные расходы, связанные с эксплуатацией машин.

Для удобств расчёта составляющих прямых эксплуатационных затрат предлагается использовать разработанную нами экономико-технологическую карту на строительство. В этой главе приведены также формулы для определения составляющих выражения (12) и состав агрегатов для выполнения соответствующих механизированных работ.

Задачу выбора оптимальных вариантов строительства следует решать одновременно с задачей подбора оптимального комплекта машин, необходимых для выполнения отдельных технологических операций, предусмотренных оптимальным планом механизированных работ.

Комплект машин необходимо подбирать по следующим критериям: согласованность по производительности; надёжность отдельных типов машин, входящих в комплект, должна быть примерно на одном уровне; каждая машина должна обеспечивать высокое качество работ, соответствующее технологическим требованиям; машины, составляющие комплект, должны быть высокоэкономичными, современными и экологичными; наработка до следующего капитального ремонта должна быть одинаковой для всех машин, входящих в комплект.

В диссертации рассмотрен пример подбора оптимального комплекта машин для выполнения операции срезки растительного слоя.

В девятой главе "Оценка экономической эффективности предлагаемой методики выбора оптимальных вариантов строительства" определена эффективность применения разработанной нами методики выбора оптимальных вариантов строительства магистральных сооружений.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 9 - Оптимальная и фактическая траектории строительства водопровода (цифры у линий показывают затраты средств на строительство между двумя соседними пунктами, а в кружках - от данного пункта до конечного): Размещено на http://www.allbest.ru/

- оптимальная; Размещено на http://www.allbest.ru/

- фактическая

Эффективность оценивали путём сравнения затрат средств на строительство водопровода, построенного МУП "Водоканал" (г. Волжский, Волгоградской обл.) в 1998г., и водопровода, проложенного по оптимальной траектории. Трасса водопровода, как видно из рисунка 9, разбита на 6 участков.

Существующая трасса проходит через пункты В>В ₂>В ₅>В ₉>В ₁₂>В ₁₄>В ₁₅. Фактические затраты на строительство составили 112,8 млн.руб., протяжённость трассы - 13,7 км.

Найденная по предлагаемой нами методике оптимальная трасса должна проходить через пункты В (насосная станция) > В ₁ (грузовой двор) > В ₄ (Второй посёлок) > В ₁₁ (пос. Краснооктябрьский) > В ₁₅ (водозаборные сооружения). Протяжённость оптимальной трассы составляет 11,3 км. Затраты средств на строительство - 88,1 млн. руб.

Следовательно, на один километр водопровода при строительстве по оптимальной траектории будет затрачено 7,8 млн. руб. А фактические затраты предприятия при строительстве этого водопровода составили 8,2 млн. руб. Таким образом, экономия на одном километре при строительстве водопровода по оптимальной траектории составит 0,4 млн. руб. А годовой экономический эффект при среднегодовой протяжённости строительства водопроводов предприятием за 2001-2005 гг. 26 км составит 10,4 млн. руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

По результатам проведённых исследований можно сделать следующие выводы.

1. Существующие методики выбора оптимальных вариантов эксплуатации машин основаны, преимущественно, на использовании в качестве инструмента метода математического анализа, который, в силу сложности рассматриваемых явлений и необходимости учёта большого числа факторов, не позволяет решать задачи на современном уровне.

2. Анализ существующих методов и моделей оптимальной эксплуатации машин показывает, что в ранее выполненных исследованиях не рассматривался вопрос о выборе оптимальных вариантов строительства магистральных сооружений, что на практике приводило к увеличению стоимости строительства таких объектов.

3. В диссертации разработана новая методика выбора оптимальных вариантов эксплуатации машин при выполнении ими заданного объёма работ на строительстве магистральных сооружений, основанная на математическом аппарате динамического программирования.

4. В качестве критерия оптимизации в предлагаемой методике может выступать минимум затрат средств на строительство, максимум прибыли от использования объекта или минимум удельных затрат средств.

5. Разработана общая схема решения задач выбора оптимальной трассы строительства магистральных сооружений методом динамического программирования.

6. Предложенные в работе математические модели позволяют учесть не только величину прямых эксплуатационных затрат при работе машин на строительстве магистральных сооружений, но и затрат на геодезическую разведку и экологические мероприятия по защите окружающей среды.

7. Для решения практических задач разработана программа реализации их на ЭВМ методом динамического программирования.

8. Предложена методика составления экономико-технологических карт на выполнение механизированных работ, необходимых для реализации оптимальных вариантов строительства.

9. Экономический эффект от внедрения предложенной методики в производство составит 0,4 млн. руб. на 1 км трассы магистральных сооружений.

Проведённые теоретические и экспериментальные исследования в совокупности представляют собой новую методику выбора оптимальных трасс строительства магистральных сооружений комплектом строительных машин и указывают пути практической реализации предложенной методики.

БИБЛИОГРАФИЯ

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Двизов Д.А., Скиданов Н.В. Различные методы повышения эффективности использования машинного парка предприятий и организаций // Х Межвузовская научно-практическая конференция молодых учёных и студентов г. Волжского. Тезисы докладов. Ч. 1. / Волжский, 2004. - с. 95-97.

2. Скиданов Н.В., Двизов Д.А. Решение задачи оптимизации использования машин методом динамического программирования // Современные технологии в машиностроении: Материалы VIII всероссийской научно-практической конференции / Пенза, 2004. - с. 280-284.

3. Рогожкин В.М., Двизов Д.А. Выбор оптимального варианта строительства магистральных сооружений // Интерстроймех-2005: Труды международной научно-технической конференции / Тюмень, 2005. - c. 97-99.

4. Двизов Д.А. Выбор оптимального варианта строительства магистральных сооружений // Материалы XI межвузовской научно-практической конференции молодых учёных и студентов г. Волжского / Волгоград, 2006. - с. 4-5.

5. Рогожкин В.М., Двизов Д.А. Сравнительный анализ способов решения задач выбора оптимальных вариантов строительства магистральных сооружений методом динамического программирования // Итоги строительной науки: Материалы IV международной научно-технической конференции / Владимир, 2005. - с. 167-169.

6. Двизов Д.А. Способы решения задач выбора оптимальных траекторий строительства магистральных сооружений методом динамического программирования // Интерстроймех-2006: Материалы международной научно-технической конференции / Москва, 2006. - с. 326-328.

7. Рогожкин В.М., Гребенникова Н.Н., Двизов Д.А., Скиданов Н.В. Выбор оптимальных вариантов эксплуатации машин методом динамического программирования // "Механизация строительства", 2005, №12. - 10-13.

8. Двизов Д.А. Выбор оптимальных вариантов строительства магистральных сооружений // "Механизация строительства", 2006, №10. - с. 18-20.

Размещено на Allbest.ru