Belgorod, Russian Federation
student
VAC 05.17.00 Химическая технология
VAC 05.23.00 Строительство и архитектура
UDK 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
The possibility to analyze and assess the likelihood of performing in-line construction renovation projects, providing reducing the length reconstruction of the facilities, the ability to coordinate the optimal allocation of resources.
simulation, in-line construction project of reconstruction, in-line construction (reconstruction), sistemokvanty
Имитационное моделирование является, по существу, единственным методом исследования сложных реконструктивных строительных систем, где натурный эксперимент практически неосуществим, либо требует больших затрат времени, средств и экономически нецелесообразен. Имитационные модели позволяют не только анализировать все существующие системы, но на основе этого опыта и любых гипотез прогнозировать и проектировать возможные, оптимальные по любому принятому критерию системы, обладающие принципиально новыми организационно-технологическими качествами [3, 4].
Научную основу моделируемой производственной системы составляет теория поточного строительства и реконструкции. Имитационная модель ППС(Р) должна отражать объемно – конструктивные характеристики реконструируемых строительных объектов, организационно-технологические особенности их реконструкции и возведения, многовариантность и вероятностный характер строительного производства. Структуру организационно – технологических моделей поточной реконструкции необходимо строить по блочному принципу, что позволяет при внедрении ППС(Р) без коренной перестройки описывать различные производственные ситуации и решать практические задачи. Модели должны содержать набор понятий, обеспечивающих описание реальной реконструктивной строительной системы и ее функционирования, полнота описания системы достигается посредством отражения в моделях статистических и динамических взаимосвязей между элементами моделируемой системы. Модели должны содержать описание цели рассматриваемой системы и формальной аналог оперативного управления, существующего в реальных производственных условиях, генерировать ситуации, возникающие под воздействием случайных возмущающих факторов.
При разработке организационно – технологических моделей поточного строительства (реконструкции) удобен в применении блочно-иерархический подход, согласно которому объекты делятся на базовые элементы (захватки, ярусы, секции). Базовый элемент (модуль) – элементарная часть объекта, которую невозможно (или нецелесообразно) разделять на более мелкие части. Параметры базового элемента составляют множество его свойств, называемых атрибутами. Супер элемент (супермодуль) – типовая совокупность взаимосвязанных базовых элементов (модулей), используемая наравне с базовыми элементами. Законченная структура – совокупность взаимосвязанных модулей (супермодулей), представляющая собой возможный вариант структуры объекта (С.Р. Владимирский [10]).
При моделировании сложных систем реконструктивного строительного производства теория функциональных систем П.К. Анохина [1, 2] позволяет провести оценку адекватности модели по степени отражения (достоверности, надежности, комплексности) результата функционирования. Иерархия подсистем должна формироваться как иерархия результатов, что открывает способ и механизм соединения иерархических уровней. Функциональные системы обычно состоят из неоднородных элементов подсистем, каждый из которых несет свою функциональную и специфическую нагрузку в достижении результата. Эти подсистемы, в свою очередь, расчленяются на ряд неоднородных элементов подсистем, которые также не должны рассматриваться разрозненно и вне единой функциональной системы, созданной для достижения общего результата цели. Цель рассматривается как заданный результат; критерий - как признак, но которому определяется соответствие этому результату; ограничения - степень свободы, необходимая для достижения результата. При обеспечении единства результата или иерархии результатов можно построить строгую логику разработки и внедрения проектов поточной реконструкции объектов и комплексов [3, 4, 8, 9].
Адаптация концепции системоквантов К.В. Судакова [7, 11] весьма перспективна при разработке и внедрении проектов поточного строительства (реконструкции) ППС(Р) объектов и комплексов. Системокванты рассматриваются как дискретные единицы интегративной системной деятельности по выполнению строительных процессов в пространственно-временном континууме. Для самых разных реконструируемых и строительных объектов общность концепции системоквантов характеризуется тем, что каждый системоквант проявляется узловыми механизмами теории функциональных систем (афферентный синтез, принятия решения, акцептор результата действия, эфферентный синтез и его оценка) [5, 7].
Адаптация теории функциональных систем П.К. Анохина и концепции системоквантов К.В. Судакова к системе реконструктивного строительного производства включает следующие положения:
- наличие приспособительного результата во всякой саморегулирующейся и самоорганизующейся системе радикально ориентирует все потоки информации в системе на этот результат;
- любой элемент системы проводит или преобразует информацию только в эквиваленте какой-то доли этого результата;
- каждый элемент системы, информация которого не отражает параметров результата, делается помехой для системы и немедленно преодолевается пластическими перестройками всей системы в целом [5, 6].
Построение имитационной модели возведения (реконструкции) строительных объектов и комплексов представлено на рис. 1.
Основными элементами системы возведения (реконструкции) объекта являются: сам объект, средства для его возведения и набор управляющих правил, согласно которым осуществляется целенаправленное взаимодействие объекта со средствами возведения в общем процессе функционирования системы. В имитационной модели каждый элемент рассматриваемой системы представляется совокупностью своих основных характеристик [3, 4].
|
Характеристики системы:
|
|
Начало наблюдения за системой
|
|
Назначение ресурсов на участок по управляющим правилам П1 и П2
|
|
Анализ состояния системы (готовность фронта работ и наличие свободных ресурсов)
|
|
Назначение ресурсов на участок по управляющим правилам П3 и П4
|
|
Генератор случайных возмущений
|
|
Определение продолжительности выполнения работ и комплексов на участках
|
|
Проверка окончания работ и комплексов
|
|
Переход к следующему моменту наблюдения за системой |
|
Определение организационно-технологических параметров (продолжительности, интенсивности и т.д.) возведения (реконструкции) объекта
|
|
Построение функций распределения значений организационно-технологических параметров
|
|
Построение план-графиков строительства (реконструкции) объектов и комплексов |
|
Д А |
|
НЕТ |
Рис. 1. Схема построения имитационной модели разработки и внедрения ППС(Р) объектов и комплексов
Характеристики объекта реконструкции:
Где n – число участков; m – число работ; V – матрица объемов работ на участках; Vij – объем j-й работ на i- м участке (элемент матрицы V); Gi – технологическая последовательность выполнения работ на i- м участке, выраженная графиком и представленная в матричной форме;
–элемент технологической матрицы;
Если комплексы работ на участках будут одинаковы, технологический граф G будет единым для всех участков объекта.
Характеристики средств возведения объекта:
где r – матрица-вектор наличного количества ресурсов типа мощностей (бригад с приданными машинами) каждого типа на стройплощадке; rj– наличное число ресурсов j-го типа на стройплощадке ( элемент матрицы-вектора r); D– матрица максимального технологически допустимого количества ресурсов каждого типа на участках; dij– максимальное технологически допустимое число ресурсов j-го типа на i- м участке при условии их одновременной производительной работы (элемент матрицы D); L – матрица-вектор интенсивностей работы одной бригады каждого типа за смену; lj – интенсивность работы (выработка) одного ресурса j-го типа за смену (элемент матрицы-вектора L).
Набор управляющих правил:
где П1 – правило, разрешающее в момент времени t начать j-ю работу на i-м участке лишь в том случае, если к этому моменту на участке выполнены все работы, технологически предшествующие j-й работе (в соответствии с технологической последовательностью выполнения работ на i-м участке — график Gi); П2 – правило, разрешающее в момент времени t начать j-ю работу на i-м участке лишь в том случае, если к этому моменту участок будет свободен; П3 – правило выбора в момент времени t назначения j-й работы на i-й участок по системе приоритетов в следующем порядке:
- если есть несколько свободных типов ресурсов, претендующих на занятие свободных участков, то в первую очередь производится назначение того ресурса, который претендует на большее число свободных участков;
- если j-й ресурс может начать работу на любом из нескольких свободных участков, то в первую очередь производится назначение ресурса на i-й участок, на котором суммарная условная трудоемкость (в бригадо-днях) всех оставшихся работ максимальная, причем из наличного числа ресурсов j-го типа на i-й участок назначается число, соответствующее максимальному технологически допустимому числу ресурса j-го типа на i-м участке (dij из матрици Д); 3) если после назначения j-й работы на i-й участок, остались незагруженными ресурсы j-го типа, то назначение j-го ресурса на оставшиеся свободные участки производится по предыдущему правилу;
П4 – правило назначения j-го ресурса на участок, первый по номеру из свободных участков, если в системе приоритетов правила П3 не существует предпочтительного выбора [3, 4, 8, 9].
Каждое из перечисленных управляющих правил представляется в рассматриваемой имитационной модели ППС(Р) соответствующим алгоритмом, случайными величинами в рассматриваемой модели являются продолжительности отдельных работ комплекса (dt)ij, при этом характер функции распределения времени выполнения каждой из работ считается известным и для полного вероятностного описания указанных случайных величин достаточно задания двух величин: математического ожидания и дисперсии. Предполагается, что свободные в момент наблюдения t участки, оставшиеся не занятыми после назначения освободившихся к этому моменту ресурсов, простаивают в ожидании ресурса и свободные ресурсы, оставшиеся не назначенными ни на один из участков, простаивают в ожидании фронта работ. Моделируемая система ППС(Р) наблюдается в дискретные моменты времени 0, t1, t2, … tv, …, причем выбор значений tv производится таким образом, что моменту времени О соответствует прибытие на стройплощадку первых ресурсов, а следующие моменты времени характеризуются либо окончанием работы на участке, либо прибытием новых ресурсов. Схема моделирующего алгоритма представлена на рис. 2. В соответствии с алгоритмом в каждый момент наблюдения производятся распределения по участкам ресурсов, имеющихся на стройплощадке, вычисляются случайные продолжительности работ на участках (dt)ij и моменты их окончания Vij с учетом выделенного количества ресурсов и функций распределения продолжительности работ, устанавливается продолжительность выполнения всего комплекса работ на объекте и по серии ее реализации строится функция распределения. Время работы моделирующей программы определяется видом реконструируемого строительного объекта и используемой ЭВМ [8, 9].
Использование разработанной имитационной модели для исследования возведения промышленных объектов показало ее широкие возможности для оценки организационно-технологической надежности и установления различных зависимостей, имеющих важное практическое значение. При построении имитационной модели организации возведения строительных объектов использован один из основных принципов ситуационного управления: соизмерение совокупности управляющих правил с многообразием состояний моделируемой системы.
|
НЕТ |
|
НЕТ |
|
Характеристика системы ППС(Р) |
|
Фиксация всех видов свободных ресурсов. Начало внедрения ППС(Р) объектов и ресурсов |
|
Проверка выполнения предшествующих работ (управляющее правило П1) |
|
Проверка наличия свободных участков (управляющее правило П2) |
|
Проверка наличия свободных ресурсов для включения в работу |
|
Определение простоя участков |
|
Определение простоя ресурсов |
|
Определение окончания работ |
|
Проверка окончания всех работ комплекса |
|
Фиксация результатов одной реализации |
|
Назначение ресурса на свободный участок (управляющие правила П3 и П4) |
|
Проиграны ли все реализации? |
|
Установление следующего момента наблюдения |
|
Получение искомых параметров: уровень ОТН, гистограмма продолжительностей, средние простои фронтов и ресурсов и т.д. |
|
ДА |
|
ДА |
Рис. 2. Схема моделирующего алгоритма внедрения ППС(Р)
В модели рассматриваются три группы возможных состояний моделируемой системы: освободившимся ресурсам не предоставлен фронт работ в объеме свободного участка; на каждом из свободных участков предоставлен фронт работ только одному из незанятых ресурсов; на свободных участках предоставлен фронт работ для двух и более незанятых ресурсов. Модель построена таким образом, что блоку управления предшествует блок распознавания состояния системы, определяющий характер отношений между открывшимися фронтами работ (объект) и незанятыми ресурсами (средствами возведения объекта) [3, 4].
Описанная имитационная модель возведения строительных объектов и комплексов позволяет не только оценивать (анализировать), но и формировать (синтезировать) при заданном уровне ОТН оптимальные по выбранному критерию календарные планы.
1. Anohin P.K. Izbrannye trudy: kibernetika funkcional'nyh sistem / Pod red. K.V. Sudakova / Sost. V.A.Makarov. M.: Medicina, 1998. 400s.
2. Anohin P.K. Izbr. tr. Filosofskie aspekty teorii funkcional'noy sistemy. M.: Izd-vo Nauka, 1978. 400s.
3. Gusakov A.A. Sistemotehnika stroitel'stva. M.: Stroyizdat, 1983. 440s.
4. Gusakov A.A. Sistemotehnika stroitel'stva. M.: Stroyizdat, 1993. 368s.
5. Gusakov A.A. Novaya paradigma stroitel'noy deyatel'nosti zaschitit nashu zhizn'. // Stroitel'nye materialy, oborudovanie, tehnologii HHI veka. №5. 2004.
6. Dikman L.G. Organizaciya i planirovanie stroitel'nogo proizvodstva: Upravlenie stroitel'nymi predpriyatiyami s osnovami ASU: 3-e izd., pererab. i dop.- M.: Vyssh. shk., 1988.- 559s.
7. Informacionnye modeli funkcional'nyh sistem /pod red. K.V. Sudakova i A.A. Gusakova. M.: Fond «Novoe tysyacheletie», 2004. 304s.
8. Lebedev V.M. Sistemotehnika upravleniya proektami rekonstrukcii gorodskoy zastroyki. Belgorod: Izd-vo BGTU, 2012. 230 s.
9. Lebedev V.M. Sistemotehnika upravleniya proektami rekonstrukcii gorodskoy zastroyki. Saarbrücken: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2015. 254 s.
10. Sistemotehnika. Pod. red. A.A. Gusakova. M.: Fond «Novoe tysyacheletie», 2002. 768s.
11. Sudakov K.V., Agayan G.C. i dr. Sistemokvanty fiziologicheskih processov. M.: Mezhd. Gumanit. fond armenovedeniya im. akad. C.P. Agayana, 1997.
