Автоматизация технологических процессов погрузочно-разгрузочных и транспортных работ при организации строительства в условиях рыночной экономики

В настоящее время, когда рыночная экономика предъявляет новые требования к условиям функционирования строительных организаций, необходима разработка принципиально новых подходов к решению задач автоматизации технологических процессов строительства.

Современный организационный ti технологический уровень строительных организаций в первую очередь определяется возможностью оперативного и динамичного управления ходом: технологического процесса строительства. Переход к рыночным отношениям существенно измерил подход к решению задачи автоматизации в сторону всестороннею изучения и анализа деятельности строительной организации [72, 124, 110, 152, 196 ], обеспечения взаимосвязанного функционирования всех участников строительного процесса.

Указанные обстоятельства определили необходимость комплексной автоматизации технологических процессов строительного производства, начиная с формирования портфеля заказов и, заканчивая оперативным управлением ходом строительства. Особенно актуальным это становится в условиях рынка, где необходимо оперативное отслеживание рыночных цен на материалы, технику, услуги по диагностике и техническому обслуживанию строительной техники и т. д. Кроме того, характер взаимоотношений с предприятиями партнерами уже не носит директивно-планового характера, как это было раньше. В связи с этим для успешной деятельности организации требуется проведение всестороннего анализа деятельности как самого предприятия, так ti предприятий-смежников. Рассмотрение всего спектра вопросов просто невозможно без использования ПЭВМ и новых информационных технологий.

Анализ литературы [25, 53, 93, 97, 116, 150, 205] показывает, что вопросы комплексной автоматизации погрузочно-разгрузочных работ и транспортировки в настоящее время весьма актуальны. В связи с этим работы, посвященные указанной проблеме весьма своевременны. Они вносят существенный вклад в развитие производственных отношений в строительных организациях при проведении работ по строительству и реконструкции объектов.

Целью настоящей работы является создание методов и средств комплексной автоматизации погрузочно-разгрузочных работ и транспортировки сырья и материалов, объединенных в рамках единой методологии автоматизации технологических процессов строительства, включающих все существенные аспекты деятельности строительной организации.

Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи:

• формализация процесса функционирования строительной организации (фирмы) или предприятия, основанного на многоуровневой декомпозиции с целью разработки открытой автоматизированной системы, позволяющей включать и использовать существующие методы, алгоритмы иподходы к решению частных задач автоматизации;

• формализация описания потребностей строительных объектов в сырье и материалах и параметризация модели с учетом возможности динамической корректировки планов производства работ;

• формализация транспортной схемы доставки сырья и материалов на строительные объекты и оптимизация использования собственных транспортных средств строительной организации;

• разработка методов и алгоритмов согласования деятельности транспортного звена, строительных работ и распределения средств автоматизации погрузочно-разгрузочными работами с целью повышения эффективности функционирования предприятия в целом, а не каждого отдельного звена;

• разработка программного комплекса, реализующего предложенные методы, имитационной модели всех компонент организации, экспериментальное исследование предложенных алгоритмов на имитационных моделях, апробация методики в строительных организациях.

В качестве теоретической базы решения поставленных задач использовался современный математический аппарат и программные пакеты математического и статистического анализа. При разработке формальных моделей компонент в диссертации использовались методы общей теории систем и классический теоретико-множественный аппарат. Системный анализ деятельности предприятий проводился на базе реальных статистических данных, обработка которых проводилась на базе методов факторного, кластерного, канонического и других современных методов многомерного статистического анализа с привлечением математических и статистических пакетов ^аЙБ^са, МаШСаё, Ма&аЬ и др). При разработке моделей функционирования компонент строительной организации и разработке методов и алгоритмов оптимизации использовалась теория графов, методы математического программирования, теория марковских цепей, теория расписаний, теория случайных процессов, методы имитационного моделирования.

Научную новизну работы составляют:

• методология иерархического описания целей и методов анализа строительной организации в рамках единого согласованного комплекса моделей и компонент;

• вероятностная интерпретация планов производства рабог и формализация потребностей строительного объекта в виде случайного процесса, характеристики которого являются. преобразованием технологической цепи реализации планов производства работ с учетом влияния внешних возмущающих факторов;

• методика динамической корректировки и согласования временных параметров планов производства работ на строительных^{объектах} с возможностями транспортного звена строительной организации и наличием средств автоматизации погрузочно-разгрузочных работ;

• методика формирования обобщенных факторов и показателей эффективности функционирования строительной организации;

• постановка и метод решения задачи выбора схемы транспортировки материалов на строительные объекты с учетом коэффициента технической готовности, в условиях многокритериальное&tradeи неопределенности;

• методика^{имитационного} моделирования строительной организации, согласующаяся с аналитическими моделямикомпонент и задачами автоматизации представления результатов деятельности предприятия;

• комплекс методов, моделей и алгоритмов, реализующий основные направления автоматизации разработки управленческих решений с целью оптимизации функционирования строительной организации в целом.

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

В первой главе диссертации приводится системный анализ задач, связанных с автоматизацией технологических процессов строительства, включая комплексное исследование вопросов транспортных и погрузочно-разгрузочных работ, а также транспортировки комплектующих, сырья и материалов в условиях рыночной экономики. Проводится сравнительный анализ форм и методов решения стратегических проблем функционирования строительных предприятий, тактических задач оперативного управления парком технических средств и его обновления. Выделен круг актуальных проблем, связанных с оптимизацией распределения ресурсов и влoжqний строительного предприятия, функционирующего в условиях рыночной экономики.

С целью выделения наиболее значимых факторов, влияющих на эффективность производственного процесса крупного строительного предприятия, проводится статистический анализ процессов функционирования ряда строительных предприятий г. Москвы. При анализе используются современные математические методы и подходы многомерного статического анализа с целью согласования результатов их анализа с экспертными оценками специалистов.

Проводится анализ математических методов и средств, предназначенных для решения задач автоматизации технологического процесса строительного производства и моделирования ситуаций. Среди математических методов особое внимание уделено анализу методов теории массового обслуживания, которая традиционно используется при решении проблем, связанных с выбором стратегий обслуживания поступивших заявок и порядком их реализации.

Предлагается разделение всего цикла принятия решений на три составляющих: стратегическое планирование, тактическое планирование и оперативное планирование. Это разделение соответствует принципам управления строительной организации. Кроме того, каждый этап достаточно четко определяет выбор математических методов &bdquo-моделированиядля стратегического планирования — детерминированные моделидля оперативного планирования — вероятностные методы и моделидля оперативного планирования — имитационный подход к моделирован ию.

Во второй главе диссертации с использованием теоретико-множественного представления разрабатывается формализованная модель строительного предприятия. Основной акцент при этом делается на выявление наиболее существенных проблем, возникающих при автоматизации всего цикла строительных работ, и декомпозиции всей системы на ряд взаимосвязанных подсистем.

Основой для разработки обобщенной модели функционирования строительного предприятия является формализация показателей и характеристик завершенности строительных объектов и состояния всех звеньев единой технологической цепи, включая производителей, заказчиков и потребителей строительных материалов и изделий. Проводится структурная декомпозиция всех основных средств и фондов предприятия с учетом согласования по времени реализации потоков заказов на строительно-монтажные работы на строительство и реконструкцию зданий и сооружений.

Решается задача своевременного обеспечения объектов строительства средствами и материалами с учетом их текущего состояния и потенциально возможного потока заказов. При решении задачи используются методы математического программирования. Ставится и решается задача закрепления ограниченного парка, транспортных средств за определенными видами материалов и определенными строительными объектами.

На основе моделей подсистем строительной организации предлагается динамический алгоритм корректировки планов производства работ да строительных объектах с учетом согласования транспортного звена. В результате предлагается план выполнения всего пакета заказов, который сбалансирован как относительно ритмичности работы на отдельных строительных объектах, так и ритмичности работы транспортного звена.

В третьей главе диссертации рассмотрены вопросы тактического планирования строительной организацией, что связано с динамическим и нестационарным характером поступления заказов, характером сбоев в работе отдельных звеньев технологической цепи и взаимодействия со сторонними организациями.

Для решения задач моделирования внешней среды используется формализация на основе аппарата теории вероятностей и случайных процессов, который позволяет учитывать мнения экспертов и руководителей строительного производства при оценке сроков и потребностей строительных объектов. В результате появляется возможность автоматизации технологических процессов строительства за счет формализации требований к ресурсам, в том числе: строительным материалам, кадровому составу, техническим средствам автоматизации и транспорта. С целью построения оптимизационных моделей распределения ресурсов по всем строительным объектам проведен детальный анализ каждого из перечисленных ресурсов.

Модель распределения кадрового состава основывается на вероятностных посылках заявок на определенные виды работ на каждом из строительных объектов. Модель распределения средств автоматизации погрузочно-разгрузочными работами основывается на требованиях начальников участков к количеству техники и сроку их использования, однако при этом учитывается доля неопределенности объемов. Модели распределения строительных материалов сведены к моделям массового обслуживания, моделям хранения и запасов, которые базируются на основных положениях теории массового обслуживания.

Разработанные модели компонент дают основу оптимизационному алгоритму тактического перераспределения^ транспортных средств и средств автоматизации погрузочно-разгрузочных работ. Предлагается использование Байесовской процедуры принятия решений в условиях внешних возмущающих воздействий на стратегический план проведения всего цикла строительных работ.

В четвертой главе диссертации ставится задача разработки обобщенной имитационной модели. С одной стороны, модель предназначена для экспериментальных исследований и оценки точности разработанных в диссертации методов и алгоритмов. С другой стороны, модель может быть использована для анализа ситуации и принятия решений по выбору стратегии управления строительной организации с учетом динамики цен, нестационарном характере проведения строительных работ и других особенностей, которые невозможно учесть в аналитических моделях. Базовым аппаратом для разработки построения модели строительного производства являются расширения сетей Петри. Особое внимание уделяется эффективности реализации алгоритма модели. Выявлены основные типы случайных процессов, имеющих место на практике. В результате предложена система функций для аппроксимации динамических рядов и определения объемов экспериментов, необходимых для получения статистически значимых результатов.

Строится модель агрегирования показателей эффективности функционирования строительной организации, которая является базовой для использования методов принятия решений при выборе стратегий распределения ресурсов и капитальных вложений в автоматизацию технологических процессов строительства и средства автоматизации погрузочно-разгрузочных работ.

В пятой главе диссертации рассматриваются вопросы построения программного комплекса автоматизации технологического процесса транспортных и погрузочно-разгрузочных работ. Приводится описание пользовательского интерфейса. Представлены результаты экспериментального исследования предложенных методов и моделей. Проведен сравнительный анализ показателей эффективности функционирования предприятия. На основании экспериментов получены данные, подтверждающие эффективность предложенных методов, алгоритмов и программ. Проведен анализ деятельности ряда крупных строительных организаций и на основании статистической обработки показателей эффективности показана работоспособность предложенной методики автоматизации погрузочно-разгрузочных и транспортных работ.

В заключении представлены основные результаты работы.

В приложении даются численные данные по динамики показателей эффективности транспортного звена ряда строительных организаций, результаты статистического анализа и копии актов о внедрении результатов диссертационной работы в промышленности.

В диссертации разработаны и выносятся на защиту следующие научные положения:

• методика комплексной автоматизации строительной организации, в основе которой лежит последовательное согласование работ на строительных объектах, транспортного звена и средств автоматизации погрузочно-разгрузочными работами;

• постановка и метод решения задачи комплексирования всех видов материалов и сырья, необходимых для планового цикла ведения строительных работ;

• метод и алгоритм динамической корректировки планов производст ва работ для их согласования с возможностями транспортных средств;

• модель случайного процесса, описывающая потребности, в материалах и сырье с заданными ограничениями по вероятностям простоев и перегрузки сырья и материалов в складских помещениях;

• многокритериальная постановка задачи разработки схемы транспортировки сырья и материалов на строительные объекты с учетом коэффициентов использования и технической готовности всего парка транспортных средств;

• методы и алгоритмы имитационного моделирования обобщенных показателей эффективности функционирования строительной организации;

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов, изложенных в работе, корректным использованием современных математических методов и моделей, предварительным статистическим анализом показателей деятельности организаций, проверкой согласования результатов аналитических моделей с эквивалентными по формализации компонентами имитационной модели строительной организации. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения разработок в ряде крупных строительных организаций.

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования в строительных организациях. Они представляют непосредственный интерес в области комплексной автоматизации технологических процессов выполнения транспортных и погрузочно-разгрузочных работ.

Методы и алгоритмы, а также программные средства могут быть использованы при решении задач автоматизации процессов обеспечения сырьем и материалами строительных объектов. Кроме того, программная система построена по открытому принципу, что позволяет наращивать ее функциональные возможности по мере разработки новых методов и моделей моделирования и автоматизации.

Результаты работы имеют конкретные практические приложения и внедрены в ряде строительных организаций. Использование результатов работы позволяют повысить эффективность процессов транспортировки и разгрузочно-погрузочных работ в среднем на 5−10%, за счет равномерности разгрузки трудовых ресурсов и ередств автоматизации погрузочных работ.

Разработанные методы и алгоритмы прошлиапробацию и внедрены для практического применения в ООО ''МСУ-747″, ООО.

СТРОРЙКОМПЛЕКТАРСЕИАЛ-СЕРВИС" у ИКТ «ИНКО'Г, АО «ИНФОРМСТРОЙ-ЦЕНТР», АО «СПЕЦТОПХЕХГШОМ», а также используются в учебном процессе в МАДИ (ТУ).

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

• на республиканских, межрегиональных и международных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах (1992;1998 гг.);

• на 54-й и 56-й научно-методических конференциях МАДИ (ТУ);

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

Совокупность научных положении, идеи и практических результатов исследований в области автоматизации технологического процесса строительства, организации погрузочн о-разгру зоч н ы х и транспортных работ сои1авляе1 нивое направление о ииласти 1 еорстических и практических методов принятия решении и выоора стратегии управления деятельностью строительных организации и синтеза комплексных систем автоматизации технологических процессов транспортировки строительных материалов и изделий при реконструкции зданий и сооружений в городских условиях.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано около.

40 иечашых раоот. Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, опубликованных на 374 страницах машинописного текста,.