Совершенствование календарного планирования ресурсосберегающих потоков с учетом аддитивности интенсивности труда исполнителей

Строительство — одна из наиболее динамично развивающихся отраслей экономики, играющая важнейшую роль в жизни страны. Сегодня строительная отрасль набрала хорошие темпы (например, в Санкг-Петербурге в 2005 г. строители сдали свыше 2 млн. м2, за девять месяцев 2006 г. более 1,2 млн. м2) и обладает потенциалом для дальнейшего развития.

В числе приоритетных задач социально-экономического развития страны и региона, в частности, стоит задача формирования рынка доступного жилья. Однако, по прогнозам специалистов, цены на жилье будут только расти, а значит и приоржетную задачу решить довольно сложно. Одним из основных факторов роста себестоимости строительства специалисты называют низкий уровень организации строительного процесса — потери от брака и простоев, по официальным данным, составляют до 12 — 15%, а моральный ущерб потреби 1елей и вовсе трудно оценить.

Если говорить о качестве строительной продукции, то основные недостатки это: в 80% случаев во вновь построенных зданиях некачественно выполненные кровельные работы, в 60% случаев нарекания экспертов вызывают монолитно-бетонные конструкции, проблемы с вентиляцией у 30% объектов, невысокое качество штукатурных работ у 50%, а цементная стяжка полов и вовсе имеет трещины в 90% сданных квартир.

Таким образом, задачи снижения себестоимости строительной продукции, при сохранении ее высокого качества, своевременности ввода объектов в эксплуатацию, улучшения организации производства работ, остаются ак1уальными для всех участников строительного производства и должны решаться за счет объективного снижения издержек путем оптимизации процесса календарного планирования и организации строительства, то есть, за счет разработки и применения наиболее эффективной модели управления строительным производством.

Передовой опыт стран с устойчивой рыночной экономикой показывает, что эффективность строительства связана с четкой организацией работ, основанной на календарных планах, в которых показатели наименьшей стоимости работ и времени их реализации зависят от распределения трудовых и технических ресурсов между работами. Зарубежный подрядчик для того, чтобы выиграв контракт, идет даже на снижение планируемой прибыли до 2%. Расходы по используемым трудовым и техническим ресурсам связаны с финансовыми затратами, и, чтобы минимизировать данные затраты, подрядчик вынужден разрабатывать всевозможные мероприятия направленные на ресурсосбережение хода строительства. Таковы законы устойчивого рынка и это предопределяет постановку проблемы ресурсосбережения в календарном планировании за счет оптимизации ресурсораспределения.

Строительная отрасль входит в число наиболее проблемных, в кадровом плане. По данным начальника управления федеральной государственной службы занятости по Санкт-Петербург, в строительном комплексе города задействовано сегодня более 30 тыс. человек. В это число входит и большое количество нелегальных трудовых мигрантов, появление которых объясняется дефицитом петербургских рабочих по многим строительным специальностям. По официальным данным Управления по делам миграции, в 2005 году было привлечено 13 тысяч иностранных граждан в строительную отрасль. На самом деле эта цифра гораздо больше. В банке данных службы занятости сейчас 60 тысяч вакансий, поданных работодателями, и 75% из них (около 48 тысяч), -это вакансии рабочих специальностей.

Данные Федеральной Государственной службы занятости населения Санкт-Петербурга по спросу и предложению вакансий таковы (по состоянию на конец июля 2006 г.).

Профессии Кол-во поданных Ko. i-bo граждан, заявок стоящих на учете.

Спсциа.1исгы:

Прораб 245 24.

Инженер по нроектно-сметным работам 104 3.

Инженер-строи гель 43 2.

Архитектор 29 5.

Главный инженер 35 28.

Рабочие профессии:

Каменщик 610 15.

Беюнщик 442 11.

Дорожный рабочий 287 8.

Стропальщик 243 15.

Штукатур 240 10.

Отделочник 236 13.

Маляр 317 57.

Кровельщик 186 7.

Монтажник 117 1.

Формовщик 90 5.

Плотник-столяр 123 1.

Анализ приведенных данных показывает, что спрос превышает предложение в среднем в 26 раз!

Поэтому постоянно действующие, стабильные по составу и численности, равномерно загруженные работой строительные организации являются наиболее конкурентоспособными в современных рыночных условиях. Обеспечить такое положение дел можно только за счет применения поючных методов организации работ, чго является наилучшей формой производи ва строшельных рабой.

Современная практика календарного планирования показывает, что на различных стадиях разработки недостаточно учитывается стохастический (вероятностный) характер строительного производства, что и является основной причиной низкой надежности разрабатываемых планов. Другой причиной данной ситуации является несогласование календарных планов сфоительства отдельных объектов друг с другом в своей организации и с организациями-смежниками. Например осуществляя расчет продолжительности выполнения работы, как правило, исходят из списочной численноеih рабочих данной профессии на конкретном предприятии, но факшческая численность можег достаточно существенно отличаться от списочной, что и скашвается на качестве рафабашваемых планов.

В последнее время в связи с изменением экономической ситуации и ослаблением административного воздействия при решении экономических вопросов на одно из первых мест выдвигается решение вопросов, связанных с экономическим обоснованием необходимости строительства конкретного объекта и его увязки с комплексной программой развития не только конкретной строительной организации, но и региона в целом.

Анализ проблем, связанный с постановкой задач календарного планирования строительства, показал наличие следующих нерешенных вопросов:

1. На сегодняшний день существует ряд методик построения календарного плана, при использовании которых могут получаться результаты, отличающиеся друг от друга. Таким образом, возникает необходимость в создании универсального алгоритма, объединяющего разработки оптимальных календарных планов.

2. В ряде методик рассматривается оптимизация ресурсораспределения лишь для отдельных объектов, не учитывая возведение других объекюв, включенных в портфель заказов строительной организации, что не позволяет отслеживать передвижение ресурса с объекта на объект.

3. Большинство методик не учитывают условие непрерывности и равномерное Iи использования ресурсов как целостного неизменяемою потока.

4. Применение экономико-математических моделей для описания простоев трудовых ресурсов, возникающих в процессе строительства, не дает с достаточной точностью описать их методами линейного программированиятребуется применение аппарата линеаризации (приведение к методам линейного программирования).

5. На различных стадиях разработки календарных планов недостаточно учитывается стохасшческий характер строительного производства, что является основной причиной низкой надежности разрабатываемых планов.

Целью работы явилось решение научно-технической задачи, имеющей важное экономическое значение и заключающейся в создании новых и усовершенствовании существующих методологических основ календарного планирования сгроительства объектов с разработкой универсального алгоритма оптимальных календарных планов при минимизации числа исполнителей, позволяющей на разных стадиях разработки календарных планов проектировать расписания работ, ориентированные на минимизацию ресурсных издержек и ее синтез с компьютерными программами управления проектами, с целью автоматизированною формирования строительных календарных планов.

Объектом исследования является теория и методология календарного планирования строительства, ориентированные на оптимизацию ресурсораспределения. Исследование данного объекта базировалось на трудах отечественных ученых и ученых стран СНГ, решающих задачи календарного планирования строительства: Ю. А. Авдеева, Л. С. Андреева, В. А. Афанасьева, С. А. Болотина, В. М. Васильева, В. И. Воропаева, А. А. Гусакова, Л. Г. Дикмана, Т. Н. Цая, А. Ф. Шклярова и др., а также на трудах зарубежных специалистов: X. Ахьюджа, С. М. Джонсона, Т. Саати и др.

В соответствии с поставленной целью и объектом исследования в диссертационной работе сформулированы и решены следующие задачианализ развития и современного состояния методов организации строительного производства, включая анализ сетевых методов планирования и управления, экономико-математических моделей и методов, используемых при календарном планировании строительства и при управлении проектами;

— совершенствование универсального метода неопределенных ресурсных коэффициентов при минимизации состава исполнителей в календарных планах (за счет оптимизации по критерию минимизации простоев);

— разработка методики формирования непрерывного фронтально-ритмичного потока трудовых ресурсов при переходе с одного объекта на другие, включенные в портфель заказов строительной организации (за счет оптимизации по критерию равномерности выполнения работ);

— создание системы организационно-экономических моделей управления своевременностью выполнения строительных работ, с целью минимизации финансового ущерба;

— анализ большого объема экспериментальной информации по численности работников и продолжительности выполнения отдельных видов строительных работ, с целью определения интенсивности труда исполнителей;

— разработка методики стохастического исследования календарного графика производства работ с учетом изменения численности ресурсов и интенсивности их труда;

— разработка программно-методического инструментария календарного планирования ресурсосберегающих потоков.

Мсюдика исследований носит комплексный характер и включает в себя элеменш следующих научных теорий: поточного строительстватеории расписанийорганизационно-технологической надежностиисследования операцийпринятия решенийтеории вероятностей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— создан методический комплекс экономико-математических моделей универсального алгоритма оптимальных календарных планов при минимизации числа исполнителей;

— установлены распределения сроков выполнения работ, в зависимости от изменения численности бригад;

— разработана методика формирования непрерывного фронтально-ритмичного потока трудовых ресурсов при переходе с одного объекта на другие;

— проведена модификация универсального метода неопределенных ресурсных коэффициентов при минимизации состава исполнителей в календарных планах;

— 10- создана система организационно-экономических моделей управления своевременностью выполнения строительных работ с целыо минимизации финансового ущерба;

— разработана методика стохастического исследования календарною графика производства работ с учетом изменения численности ресурсов и интенсивности их труда.

Достоверность научных результатов определяется строгое гыо используемых научных методов при разработке моделейподтверждается необходимым объемом экспериментальных данных и обработки их результатов с использованием современных программ.

Практическая значимость результатов работы заключается в разработке и обосновании теоретических, алгоритмических и программно-методических основ проектирования календарных планов строительства объектовв создании математического аппарата для оптимизации ресурсораспределенияв разработке прикладных методов статистического моделирования, позволяющие исследовать стохастический характер производства строительных работ.

Основные результаты работы внедрены в деятельность ЗЛО «ГлавСтройКомплекс» и ООО «СМУ — 45», экономия трудовых ресурсов составила от 5 до 10% от общего их числа.

Апробация работы. Материалы диссертации, ее основные положения и результаты доложены и обсуждены на международных конференциях и научных семинарах в 2004 — 2006 гг., в том числе: Международной конференции «Современные сложные системы управления (СССУ/i I rCS'2005), Воронеж, 2005 г., 61-й и 62-й Научно-технических конференциях профессоров, преподавателей, научных работников инженеров и аспирантов университета, СПбГАСУ, Санкт-Петербург, 2004 г., 2005 г.

Публикации. Автором диссертации написано 10 научных работ. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, общим объемом 9,25 печ. л. (лично авторские 6,75 неч. л.). Личный вклад автора, состоит в следующем: работы в списке ли I сратуры Соавюры Личный вклад соискатели.

36 Болотин С. А. д.т.н., проф., Климов С. Э. докторант Введение модернизированной целевой функции.

38 Болотин С. А. д.т.н., проф. Использование простоев в качестве целевой функции.

39 Болотин С. А. д.т.н., проф. Использование методов и моделей для решения задач.

40 Болотин С. А. д.т.н., проф., Гущина IO.B. аспирант Постановка вопросов оптимизации.

110 — Полностью.

111 — Полностью.

Объем и структура работы. Диссертация содержит четыре главы, заключение, список литературы и приложение на 3 стр. Работа содержит 154 стр. текста, включая 44 рисунка и 18 таблиц. Список используемой литературы включает 150 наименований.

На защигу выносятся:

• методический комплекс экономико-математических моделей универсальною алгоритма календарного планирования ресурсосберегающих потоков;

• методика формирования фронтально-ритмичною потока трудового ресурса при непрерывном его использовании при переходе с одного объекта на другие;

• модифицированный универсальный метод неопределенных ресурсных коэффициентов при минимизации состава исполнителей в календарных планах;

• система организационно-экономических моделей управления своевременностью выполнения строительных работ с целью минимизации финансового ущерба;

• методика стохастического исследования календарного графика производства работ с учетом изменения численности ресурсов и интенсивности их труда.

— 121. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ КАЛЕНДАРНЫХ ПЛАНОВ.

Выводы по четвертой главе.

Разрабошно инструментальное обеспечение методики в компьютерной программе Microsoft Project, которое позволяет оптимизировать календарные планы строительства как на этапе их разработки, так и в процессе выполнения работ для их коррекции с учетом меняющихся условий.

В инструментальном обеспечении методики статистического моделирования вероятностного хода выполнения работ учитывается как случайный характер изменения численности ресурса, так и изменения времени выполнения отдельных видов работ при одинаковой численности ресурса.

На основе математического моделирования может быть оценена надежность времени выполнения строительных работ и функция ущерба, учитывающая простои и дополнительные затраты, связанные с задержкой строительства.

— 136-ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Передовой опыт стран с устойчивой рыночной экономикой и развитой конкуренцией показывает, что эффективность строительства связана с четкой организацией работ, основанной на календарных планах, в которых показатели наименьшей стоимости работ и времени их реализации зависят от минимально обоснованного распределения трудовых ресурсов между работами.

Успех осуществляемых в нашей стране государственных профамм в строительстве, внутренней политики при формировании рынка доступною жилья всецело зависит от снижения себестоимости строительства, в частности, от снижения лишних затрат при нерациональном использовании трудовых ресурсов. К основным фактором роста себестоимости специалисты относя г: низкий уровень организации строительного процесса, невысокое качество продукции, «кадровый голод». Таким образом, задача снижения себестоимости строительной продукции, при сохранении ее высокого качества, своевременности ввода объектов в эксплуатацию, улучшения организации проишодства работ, остаются актуальными для всех участников строительною производства и должны решаться за счет объективного снижения издержек путем оптимизации календарного планирования ресурсосберегающих потоков.

Тем более что в сегодняшних условиях введения санкций против применения нелегального низкооплачиваемого труда «гастрбай геров» возрастает значение отбора кадров. Если сравнить зарплату «официальною» специалиста, например, 30 тыс. руб. в месяц плюс различные налоги, то в юд эго составит фирме примерно 540 тыс. руб. (это больше чем платили в 2006г). Но если фирма будет использовать труд «нелегала» за 10 гыс. руб. в месяц, и если в течение юда на этого «нелегала» будет наложен штраф в размере 800 тыс. руб., то в сумме уже — 920 тыс. руб. Такое сравнение не в пользу применения нелегальной дешевой рабочей силы. Поэтому строительным организациям следует пересмотреть свою кадровую поли гику и гораздо серьезнее относиться к вопросу ресурсосбережения.

— 137 В результате проведенных исследований получены следующие выводы и научно-1ехнические результаты:

1. Разработана универсальная методика, позволяющая оптимизировать календарные планы методом непрерывного использования ресурсов и обеспечивающая равномерную интенсивную загрузку ресурсов, формируя фронтально-ритмичный поток.

2. Установлено, что для сохранения временных стартовых условий при переходе различных специализированных бригад от одной группы объектов к другой, встает задача обеспечения равной длительности выполнения работ при непрерывном использовании ресурсов.

3. Введена модернизированная целевая функция в методе неопределенных ресурсных коэффициентов, позволяющая учитывать увеличение числа ресурсов при уменьшении времени, соответствующему критическому пути.

4. Анализ методов оптимизации показал необходимость применения имитационною моделирования календарных планов с применением вычислительной техники при учете различных связей между работами, технологических перерывов и других нелинейных факторов, что не могут обеспечить традиционные линейные методы программирования.

5. Анализ экспериментальных статистических данных по фактической продолжительности работ при строительстве комплекса типовых объектов и о фактических трудозатратах позволил получить зависимости, связывающие вероятностные ресурсные коэффициенты и продолжительности работ, которые использованы в универсальном алгоритме оптимизации календарных планов, в частности зависимости интенсивности труда и интенсивности потребления ресурсов от численности ресурсов.

6. Установлена необходимость нобригадного (позвенного) квантования в соответствии с требованием нормативной документации с целью интенсификации труда.

— 1387. Разработана методика инструментального обеспечения в компьютерной программе Microsoft Project, которая позволяет оптимизировать календарные планы строительства как на этапе их разработки, так и в процессе выполнения работ для их коррекции с учетом меняющихся условий. В методике инструментального обеспечения статистическою моделирования вероятностного хода выполнения рабог учитывается как случайный характер изменения численности ресурса, так и изменения времени выполнения отдельных видов работ при одинаковой численности ресурса.

8. На основе математического моделирования оценена надежность выполнения строительных работ в срок и функция ущерба, учитывающая простои и дополнительные затраты, связанные с задержкой строительства.