Актуальность темы
Функциональная система «человек — техникасреда» (или «Система ЧТС») — интегральный объект исследования многих научных направлений [176]. Техническую компоненту строительных систем ЧТС исследуют по различным показателям качества и эффективности более 80 лет (Афанасьев JI. JL, Брилинг Н. Р., Великанов Д. П., Володин А. Н., Григорьев М. А., Грифф М. И., Журавлев А. А., Илларионов В. А., Литвинов А. С., Мемин EJL, Михеев Е. Н., Николенко В. Ф., Островский Н. Б., Певзнер Я. М., Платонов В. Ф., Полунгян А. А., Ротенберг Р. В., Токарев А. А., Фальке-вич Б.С., Фаробин Я. Е., Фахсиев Х. А., Федюкин В. К., Чудаков Е. А., Шейнин A.M. и др.), получены значимые научные результаты.
Отечественные и зарубежные исследования закрытых стационарных и передвижных рабочих мест (ЗПРМ) в строительстве (Вейкум И.И., Иващенко А. В., Никифоров С. Ю., Овчинников С. Г., Мастуров И. Я., Смирнов П. Н., Тротиньон Ф., Хаббард Д., Чулков В. О. и др.) показали, что по степени влияния на сроки, результаты и качество строительства проблема комплексной оценки ЗПРМ машиниста или оператора, осуществляющего разные виды трудовой деятельности с использованием средств механизации и транспортирования (СМИТ) в строительном производстве, является одной из главных.
Результаты НИР в строительном производстве, выполненных в 19 972 003гг. в МГСУ, МАДИ, ЦНИИОМТП, НПО «Поиск» и ряде других научно-исследовательских институтов и ВУЗов, позволяют утверждать, что ЗПРМ СМИТ является наиболее экстремальным звеном систем ЧТС.
Организационно-антропотехническая надежность (ОАН), как важный показатель качества функциональных систем ЧТС, был предложен д.т.н. профессором Чулковым В. О. в 1996 г. Для ЗПРМ СМИТ диагностику и мониторинг ОАН осуществляют с применением инженерной технологии приборной квалиметрической оценки уровня комфорта производственной деятельности человека-оператора [151 и др.].
Исследования и публикации последних лет [152, 153 и др.] показали, что человек-оператор, осуществляющий процессы строительного производства в ЗПРМ СМИТ, не всегда способен самостоятельно разобраться и сфор-му-лировать, какое воздействие на него оказывает трудовая деятельность в ЗПРМ. В результате он может систематически находиться под патогенным для него воздействием, не осознавая этого и не предпринимая никаких действий по компенсации такого воздействия. Поэтому, кроме субъективного мнения самого человека, необходимо иметь объективную инженерную при-борно определяемую (замеряемую в любой необходимый момент) оценку параметров исследуемого ЗПРМ СМИТ и степени взаимного соответствия человека и ЗПРМ СМИТ. Некое разнообразие таких объективных характеристик системы ЧТС необходимо на основе инфографического моделирования свести к единой комплексной интегральной оценке («свертке»), однозначно характеризующей качество функциональной системы ЧТС в целом. Необходимо также научиться отображать динамику изменения этой «свертки» с помощью инфографического моделирования в среде САПР строительства.
Поэтому тема диссертационного исследования представляет собой актуальную научную проблему, обладающую значительной научной новизной и практической ценностью.
Научно-техническая гипотеза предполагает значительное повышение эффективности функционирования человека в ЗПРМ СМИТ на основе: формирования методов расчёта организационно — антропотехнической надежности (ОАН) — использования методов и компьютерных информационных технологий обследования ЗПРМ СМИТ с целью определения текущих значений УКО и мониторинга динамики их изменения в пространстве и временивключения этих методов и информационных технологий в состав САПР организации строительного производства.
Цель диссертации: разработка в интегрированной информационной среде САПР методов оценки качества ЗПРМ СМИТ и их проектирования с заданным или расчетным уровнем организационно — антропотехнической надежности (ОАН).
Задачи исследования: анализ особенностей СМИТ строительного производства как системы ЧТС и обоснование выбора объекта-представителя СМИТанализ вероятностного характера строительного производства и обоснование ОАН как важного параметра организационно-технологической надежности строительстваанализ зарубежного и отечественного опыта оценки существующих ЗПРМ СМИТ в строительствеанализ специфики ЗПРМ как технологической компоненты объекта-представителя СМИТразработка методологических основ и методологической схемы диссертационного исследованияразработка организационно-функциональной технологии исследования системы ЧТС, диагностики и мониторинга качества ЗПРМ СМИТразработка инфографических моделей комплексной интегральной оценки ЗПРМ СМИТ на основе адаптации инфографического метода проектированияразработка методики и алгоритма автоматизированного проектирования организации строительства с заданным уровнем ОАНэкспериментальное внедрение и обоснование эффективности результатов диссертационного исследования.
Объект исследования: ЗПРМ СМИТ строительного производства. Предмет исследования: организационно — антропотехническая надежность (ОАН) строительного производства.
Методологические и теоретические основы исследования: работы отечественных и зарубежных ученых в области системотехники строительстватеории: функциональных систем, моделирования, инфографии, математической статистикитеория и прикладные исследования системы ЧТС в целом и ее отдельных компонентов в строительстве.
Достоверность результатов обеспечена применением обоснованных теоретических и экспериментальных методов с приемлемой сходимостью полученных данных, а также результатами натурных испытаний на образцах ЗПРМ СМИТ при их эксплуатации в реальных условиях строительного производства.
Научная новизна выносимых на защиту результатов диссертационного исследования состоит в том, что впервые: предложена научная гипотеза о необходимости значительного повышения эффективности функционирования человека-оператора на основе методов расчёта и измерения организационно — антропотехнической надёжности (ОАН) ЗПРМ СМИТ и включения этих методов в состав САПР организации строительного производстваразработана методология выбора объекта-представителя ЗПРМ СМИТ в строительном производстверазработаны организационно-функциональная компьютерная технология и схема САПР, включающая в себя блок исследования и проектирования функциональной системы ЧТС, обеспечивающей заданный уровень ОАНразработаны инфографические модели комплексной интегральной оценки качества ЗПРМ СМИТ на основе адаптации инфографического метода проектирования в среде строительной антропотехникиразработана информационная технология оценки ОАН ЗПРМ СМИТ. Практическая значимость работы. Разработанный автоматизированный метод инфографического проектирования позволяет формировать организационно-функциональную информационную технологию оценки ОАН ЗПРМ СМИТ, способную решать при проектировании систем ЧТС две основные задачи обоснованного выбора: оператора, способного качественно осуществлять трудовую деятельность в конкретном ЗПРМ СМИТ строительного производства, обеспечивая заданный уровень ОАН;
ЗПРМ СМИТ, в котором конкретный оператор способен качественно осуществлять трудовую деятельность в строительном производстве на заданном уровне ОАН.
Внедрение результатов теоретических исследований, инфографи-ческие модели, алгоритмы, программы и организационно — функциональная информационная компьютерная технология оценки ОАН ЗПРМ СМИТ осуществлено в 2001;2003гг. при экспериментальном определении и мониторинге параметров системы ЧТС на производственной территории ЗАО «Метро-вагонмаш» в г. Мытищи Московской области, осуществляющего производство СМИТ для строительства, а также на строительных площадках вновь возводимых и переустраиваемых объектов строительства Московской области. Для отработки методики измерений и накопления статистических данных о конкретных ЗПРМ СМИТ, был проведен ряд экспериментов на трех моделях СМИТ производства ЗАО «Метровагонмаш».
Независимые контрольные испытания после модернизации ЗПРМ СМИТ были проведены на строительном полигоне ОАО «РИАТ», г. Набережные Челны. В рамках испытаний исследованы строительные грузовые бортовые СМИТ («саморазгрузчики») с гидроманипуляторами «Синегорец"-75, МКС-4032 (последний в сочетании с базовым и модернизированным ЗПРМ), определены интегральные критерии ИКЧТС оценки системы ЧТС для различных вариантов (3 разных объекта-представителя СМИТ и 3 разных механика-оператора).
Апробация работы. Результаты диссертационной работы были обсуждены на семинаре секции «Системотехника строительства» Научного Совета по комплексной проблеме «Кибернетика» РАН (2000;2002гг.), на Московском городском семинаре «Системология и системотехника комплексной обработки данных и документации» (2001;2002 гг.), на конференции «Франс Тех в России» (октябрь 2003 г., Экспоцентр, Краснопресненская набережная, д. 14), на научных семинарах лаборатории «Информационные технологии, экономика и безопасность жизнедеятельности» ЦНИИОМТП, на научных и научно-методических семинарах проектных организаций отрасли строительства РФ.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано в 2001 — 2003 гг. четыре печатных научных работы общим объемом 2,3 п.л. (доля соискателя 1,7 п.л.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Основной текст диссертации (без рисунков, таблиц, списка использованной литературы и приложений) содержит 125 страниц машинописного текста. В работе 35 рисунков и 20 таблицы. Список использованной литературы содержит 243 наименования отечественных и зарубежных источников.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
1. Анализ отечественного и зарубежного опыта моделирования и исследования трудового, технического, технологического, организационного, информационного и других обеспечений и процессов с целью их автоматизированного проектирования как взаимосвязанных компонентов строительного производства выявил, наряду со значительными успехами в разработке новых современных подходов к этой проблеме, необходимость детального исследования отдельных компонентов строительства как функциональных систем деятельности. Одним из типичных объектов-представителей технического обеспечения строительного производства являются средства механизации и транспортирования (СМИТ), в которых наиболее экстремальным, по воздействию на эффективность трудовых процессов и качество строительной продукции, элементом являются закрытые передвижные рабочие места (ЗПРМ).
2. Выявлена и обоснована возможность и необходимость моделирования (математического, имитационного, эвристического и др.) строительного производства в целом, его отдельных компонент, а также СМИТ и их ЗПРМ на основе единой инфографической модели системы «человек-техника-среда» (сокращенно «системы ЧТС»). Известны фрагментарные исследования с использованием инфографического моделирования в строительном переустройстве городских территорий и инженерных коммуникаций, в строительных системах обработки документации и данных (СОДЦ), в организационно-технологическом проектировании подготовки строительного производства. Инфографическое моделирование ЗПРМ СМИТ в строительстве предлагается впервые.
3. Инфографический метод визуально-образной соорганизации отдельных деятелей или их коллективов при отображении и анализе динамики изменения значений параметров отдельных компонентов системы ЧТС и их взаимосвязей в процессе проектирования технологии и организации строительного производства подразумевает создание, переработку и использование таких объемов информации, которые эффективно могут быть использованы только в среде компьютерных информационных технологий систем автоматизации проектирования (САПР) в строительстве. Такое направление в САПР строительного производства только начинает разрабатываться и представляет значительный научный и практический интерес.
4. Выдвинута научная гипотеза о возможности значительного повышения эффективности функционирования человека-оператора в ЗПРМ СМИТ строительного производства на основе: формирования методов расчёта организационно-антропотехнической надёжности (ОАН) как важного показателя эффективности функционирования системы ЧТСиспользования методов и компьютерных информационных технологий обследования ЗПРМ СМИТ в строительстве с целью определения текущих значений параметров функционального состояния оператора (ФСО) в процессе выполнения им профессиональной строительной производственной деятельности и мониторинга динамики изменения значений этих параметров пространстве и временивключения этих методов и информационных технологий в состав САПР организации строительного производства.
5. В результате анализа работ отечественных и зарубежных ученых в области технологии и организации строительства, системотехники функциональных систем деятельности, моделирования, инфографии, математической статистики, теории и практики исследования систем ЧТС в целом и их отдельных компонентов в строительстве позволили сформировать методологические основы автоматизированного проектирования ЗПРМ СМИТ и использовать их в процессах проектирования новых и переустраиваемых ЗПРМ, а также при их производстве.
6. Разработанные методики исследования параметров функционирования отдельных компонентов системы ЧТС (человекаоператора, техники и среды) и определения комплексного показателя качества функционирования системы ЧТС как инфографической модели строительного производства были проверены в процессе эксперимента, содержащего три цикла: три разных водителя-оператора последовательно осуществляли производственные процессы строительного производства на трех различных объектах-представителях ЗПРМ СМИТ каждый. Реализованные методики и информационные технологии САПР ЗПРМ СМИТ позволили решать две основных задачи выбора: при фиксированном ЗПРМ СМИТ подобрать наиболее подходящего к нему водителя-операторапри фиксированном водителе-операторе подобрать ему вариант ЗПРМ СМИТ, обеспечивающего наилучшее ФСО.
7. Дальнейшее развитие диссертационного исследования должно быть направлено на изучение многообразия функциональных систем ЧТС в строительстве, систематизацию специализированных работ строительного производства, формирование требований к модернизируемым и вновь создаваемым ЗПРМ СМИТ, организацию и поддержание базы данных мониторинга значений параметров ФСО для различных видов СМИТ и их ЗПРМ.
