Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ проблем инфографического моделирования цикла реорга низации средств механизации и транспортирования (СМИТ) в автоматизированном строительном проектировании 11
1.1. Анализ особенностей реорганизации систем «человек-техника-среда» (ЧТС) 11
1.2. СМИТ как компонент строительного производства на стадии проекта производства работ (ППР) 21
1.3. Анализ существующих подходов к выбору объекта-представителя системы человек-техника-среда : 26
1.4. Инфографическое моделирование в автоматизированном проектировании организационно-технологической надежности в строительстве 35
1.5. Выводы по главе 1 44
2. Методологические основы решения проблем проектирования цикла реорганизации средствами инфографического моделирования 47
2.1. Инфографическое моделирование базового цикла реорганизации СМИТ 47
2.2. Базовая инфографическая модель многоаспектной оценки динамики изменения исследуемого параметра реорганизуемого СМИТ 52
2.3. Системотехнический анализ специфики функционирования СМИТ на строительной площадке 62
2.4. Методологическая схема исследования 69
2.5. Выводы по главе 2 74
3. Исследования и разработка композиционных моделей реорганизации СМИТ в организационно-технологическом проектировании строительного производства 76
3.1. Специфика инфографического моделирования цикла реорганизации СМИТ в строительстве 76
3.2. Композиционная инфографическое моделирование совокупности параметров реорганизуемого СМИТ 82
3.3. Выявление и обоснование локальной области исследования условий функционирования СМИТ на строительной площадке 88
3.4. Комплексная интегральная оценка эффективности реорганизации СМИТ в САПР по критерию ОТН 94
3.5. Выводы по главе 3 105
4. Внедрение и анализ результатов диссертационного исследования 107
4.1. Внедрение результатов исследования при проектировании реорганизации СМИТ строительного производства 107
4.2. Анализ результатов исследования 111
4.3. Оценка экономической эффективности 118
Общие выводы 122
Литература
- Анализ особенностей реорганизации систем «человек-техника-среда» (ЧТС)
- Инфографическое моделирование базового цикла реорганизации СМИТ
- Специфика инфографического моделирования цикла реорганизации СМИТ в строительстве
- Внедрение результатов исследования при проектировании реорганизации СМИТ строительного производства
Введение к работе
Актуальность работы. Инфография - новое научное направление исследований циркуляции информации в обществе и единая инвариантная обслуживающая деятельность по комплексному моделированию, документированию, интеграции и организации взаимодействия разработчиков и пользователей инженерных решений в проектировании, управлении и организации производства По ключевым словосочетаниям, включающим в себя термин «инфография», в 2001г можно было найти 20-30 сайтов, а в 2005г их число превышает шестьсот, что свидетельствует о реальном интересе к этой новой области научных знаний и стремительном расширении ее границ Одна из популярных в настоящее время теорий психологии деятельности условно систематизирует людей на три категории «аудисты» (наиболее эффективно воспринимающие информацию по слуховому каналу), «визуалы» (наиболее эффективно воспринимающие информацию по зрительному каналу) и «кинестетики» (люди, наиболее эффективно воспринимающие информацию по тактильному каналу, им необходимо все «потрогать», увидеть в материальной реализации) Большинство людей инженерных профессий являются визуалами, именно поэтому в строительном проектировании важную роль играет визуальное (зрительно воспринимаемое образное) инфографичвсиов моделирование
Отдельные компоненты строительного производства, инфографически моделируемого как система «человек-техника-среда, ЧТС», постоянно подвергаются реорганизации и переустройству, находятся в движении и изменении, это особенно заметно сказывается на таком компоненте системы ЧТС, как техника Одним из самых распространенных видов техники в отрасли строительства являются средства механизации и транспортирования (СМИТ), которые из-за постоянного воздействия на них внешних условий меняются (реагируют на внешние условия) Такое изменение принято называть реорганизацией
Организационно-технологическая надежность (ОТН) СМИТ, которую регистрируют в процессе инженерной квалиметрической оценки и мониторинга производственной деятельности, является важной объективной характеристикой качества реорганизации СМИТ и системы ЧТС в целом Для объективации, учета обсуждения и использования показателей ОТН СМИТ и системы ЧТС необходимы модели наглядной инфографической оценки реорганизации СМИТ, позволяющей производить ее мониторинг и проектирование в среде САПР организационно-технологического проектирования строительного производства
Поэтому тема диссертации актуальна по своей научной и практической направленности для строительного автоматизированного проектирования при осуществлении реорганизации СМИТ
Научно-техническая гипотеза предполагай і uu jmuiiu юе, і в ми і одами инфографи-
Р>С. НАЦИОНАЛЬК
ческого моделирования сформировать рациональный ц^^^^здутдоции СМИТ, которые
вследствие этого будут соответствовать заданным условиям конкретного проекта производства работ (ППР) по критерию ОТН
Цель диссертации разработка совокупности базовых и композиционных инфогра-фических моделей рациональной реорганизации СМИТ на этапе формирования ППР в САПР ОТН
Объект исследования цикл реорганизации СМИТ Предмет исследования
инфографическое моделирование специфики реорганизации СМИТ в САПР ОТП строительного производства
Методологические и теоретические основы исследования: работы отечественных и зарубежных ученых в области системотехники строительства, реорганизации строительных объектов, теории функциональных систем, моделирования, инфографии, математической статистики, прикладные исследования системы ЧТС в целом и ее отдельных компонентов в строительстве
Задачи исследования:
анализ строительного производства с точки зрения реорганизации систем «человек-техника-среда, ЧТС»,
анализ особенностей функционирования компонентов системы ЧТС в строительстве на основе выбранного объекта-представителя СМИТ,
разработка методологических основ и методологической схемы диссертационного исследования, организационно-функциональной технологии исследования реорганизации системы ЧТС, ее параметризации, диагностики, мониторинга оценки и анализа,
разработка базовых и композиционных (интегральных) инфографических моделей' многоаспектной оценки динамики изменения функционирования исследуемого параметра реорганизуемого СМИТ цикла реорганизации СМИТ, оценки эффективности реорганизации СМИТ с учетом заданного уровня ОТН,
разработка методики и алгоритма автоматизированного проектирования организации цикла реорганизации СМИТ с заданным уровнем критериев организациионно-технологичес-кой надежности (ОТН),
экспериментальное внедрение и обоснование эффективности результатов диссертационного исследования
Достоверность результатов диссертационного исследования обеспечена применением обоснованных теоретических и экспериментальных методов, результатами мониторинга реорганизации СМИТ при их эксплуатации в реальных условиях строительного производства
-5-Научная новизна выносимых на защиту результатов диссертационного исследования состоит в том, что впервые
разработана научно-техническая гипотеза, цель диссертации и задачи для ее решения,
базовая модель цикла реорганизации интерпретирована в виде инфографической модели цикла реорганизации СМИТ,
разработана инфографическая модель оценки процесса реорганизации СМИТ строительного производства;
разработана оригинальная инфографическая модель оценки параметров процесса реорганизации СМИТ строительного производства
Практическая значимость и внедрение результатов работы. Разработанный автоматизированный метод композиционного инфографического моделирования получил применение при реорганизации СМИТ и мониторинге параметров их эксплуатации в процессе строительного производства Это позволяет осуществлять выбор такого варианта реорганизации СМИТ, который позволяет добиться наибольшего значения организационно-технологической надежности, снижения затрат на проектирование и обеспечить своевременный возврат ресурсов, инвестируемых в реорганизацию СМИТ Полученные результаты теоретических исследований, инфографические модели, алгоритмы, программы и организационно-функциональная информационная компьютерная технология моделирования цикла реорганизации СМИТ в строительстве использованы при реорганизации СМИТ в 2003-2005гт в производственных объединениях ОАО «РИАТ», ООО «Фирма АВТЭКС» (г Набережные Челны, Республика Татарстан) и ООО «Центртранстехмаш» производящих и реорганизующих СМИТ с саморазгрузкой для нужд строительных организаций России и использующем их на строительных площадках, что подтверждено соответствующими документами о внедрении результатов диссертационного исследования
Апробация работы. Результаты диссертационной работы были обсуждены на- семинаре секции «Системотехника строительства» Научного Совета по комплексной проблеме «Кибернетика» РАН (2002-2005гт), Московском городском семинаре «Системология и системотехника комплексной обработки данных и документации» (2003-2005 гт); X и XI ежегодном семинаре «Сертификация спецавтотранспорта, коммунальных строительных, строительно-дорожных машин и оборудования» в 2004-2005 гт 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 2002-2005
гг пять печатных научных работ общим объемом 3,2 п л (доля соискателя 1,55 п л )
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложений Основной текст диссертации содержит 109 страниц машинописного текста, 25 рисунков и 7 таблиц Список использованной литературы содержит 138 наименований отечественных и зарубежных источников
Выражается благодарность научному консультанту доктору технических наук профессору Чулкову В О
Анализ особенностей реорганизации систем «человек-техника-среда» (ЧТС)
Существование любого объекта невозможно без движения, постоянного изменения. Даже камень в горах неизбежно разрушается под воздействием окружающей среды. Так что же говорить об объектах, созданными и постоянно работающих с человеком.
Строительное производство динамично развивается в последние годы на всей территории РФ, это связано с возросшей покупательной способностью населения, распространением и удешевлением кредитных операций. Строительство развивается не только в количественном выражении, но и качество, уровень технологий значительно вырос. Современные заказчики жилья требуют не только квадратные метры, их интересуют и то, какие технологии они получат для своего проживания, какие системы безопасности установлены, какие возможно внести изменения в планировку квартиры, офиса.
Подтверждением актуальности проблем строительства является повышенный интерес средств массовой информации и правительства, особенно сильно выраженные в последние 2 года. Правительственные комиссии, по стоянно обсуждают вопросы, связанные со строительством. Это и программа доступного жилья, связанная с ней ипотека, развитие помощи молодым семьям, коммерческий найм государственного жилья, развитие рынка жилья.
Строительство и ранее было одним из наиболее наукоемких, техникоемких и материалоемких отраслей человеческой деятельности, а в последнее время эта особенность стала явно проявляться в строительстве высотных офисных зданий в центре Москвы (Москва-Сити), в строительстве элитного жилья.
В строительном производстве занято огромное количество людей, причем не только занимающихся непосредственно строительством, но и работающие в смежных отраслях. К таким отраслям относится производство материалов, производство различных видов техники, изготовление инструментов и так далее. Таким образом, строительство является сложной обобщающей отраслью, определяющей уровень производства во всех отраслях хозяйствования страны.
При этом необходимо учитывать, что качественное, перспективное развитие строительства возможно только при условии широкого распространения «маркетингового», а не «сбытового», как в настоящий момент России, мышления. Когда Строительство каждого конкретного здания отвечает не целям дешевле построить - дороже продать, а действительно отвечало требованиям конечного потребителя продукта. Особо важное значение имеет создание высококачественной системы управления, обеспечивающей учет за трат по конкретному зданию и позволяющей осуществлять мониторинг инвестиций и качества их расходования. При этом необходимо стремиться к непрерывному повышению качества деятельности в строительстве и обучению персонала прогрессивным технологиям, применяемых в строительстве.
В теории менеджмента известна модель «постоянного улучшения деятельности» - «колесо Деминга» (рис La), отображающая замкнутый и постоянный цикл улучшения работы организации для конкурентно способного существования на постоянно изменяющемся рынке. Для моделирования технологии и организации строительства эта модель не подходит, так как описывает реорганизацию только системы управления и не учитывает необходимость реорганизации технических средств.
Техническим системам не присущи гибкости, скорости изменения, свойственные системам управления. Термины и определения, а также процессы, используемые для систем управления, не могут быть применены для технических систем.
Элементом, не позволяющим в чистом виде использовать элементы теории управления, является техника. Именно изменения, связанные с техникой, со взаимодействием человека и среды с техническими средствами невозможно описать с использованием «колеса Деминга».
Инфографическое моделирование базового цикла реорганизации СМИТ
В процессе исследования цикла реорганизации не были найдены определения всех состояний системы. Большинство этапов реорганизации имеют названия, но устоявшихся определений нет. Исходя из целей и задач диссертации введем определения для этапов реорганизации. На рис. 1 б изображена последовательность смены этапов реорганизации системы ЧТС. На рис. 1 б выделяем четыре этапа реорганизации: «устройство», «дезорганизация», «переустройство» и «соорганизация» (цикл УДПС).
Устройство - состояние объекта (в данном случае СМИТ), при котором все его определенные реакции на внешнее возмущение постоянны (либо не выходят за определенный интервал), во времени определимы, прогнозируемы и моделируемы, в параметры среды, процессов и организационных структур устраивают всех участников взаимодействия (в нашем случае - соответствуют всем деятельностным позициям системы ЧТС).
Дезорганизация процесс осознания несовершенства устройства СМИТ, нарастания количества, интенсивности и значимости конфликтов строительного производства, связанные с использованием СМИТ.
Переустройство - устройство чего-либо заново, на новых основаниях (для достижения новых целей новыми средствами), процесс переделки, изменения СМИТ. Это может быть как модернизация СМИТ (замена отдельных узлов, агрегатов), так и замена на новое средство.
Сооргаиюация - процесс привыкания, адаптации всех взаимодействующих с объектом участников деятельности к новым параметрам объекта.
На рис. 2 г, основываясь на теории многоточечных логик, построена система взаимодействия этих этапов и построены модели этих взаимодействий, но все эти взаимодействия отображены в общем виде, без описания конкретных взаимодействий.
Для передачи другому человеку сути и смысла модели проведем «отчуждение» модели, то есть представление мысленной модели в наглядной, удобной для восприятия форме. Получена «тетрада» (четырехточечная модель) элементов цикла реорганизации СМИТ.
В процессе инженерного проектирования (то есть изучения, фиксации и создании инженерных объектов) пользуются не самими объектами, а их образами, моделями, позволяющими понять или предсказать поведение или свойство объекта в заданных условиях, анализировать или синтезировать их едиными методами.
От точности и лаконичности отчуждаемой мысленной модели зависит успех перехода к технологизации процессов деятельности. Основное содержание инфографии составляют четыре этапа: - формирование мысленной модели (образа) проектируемой модели; - отчуждение этой мысленной модели, через преобразование ее в параметризованную инфографическую модель; - фиксация инфографической модели на носителе (выполнение документирования инфографической модели); - комплексная обработка информации.
Для изучения модели одним из основных условий является ее наглядность и достаточная объективность, которая добивается нахождением компромисса между простотой (за счет пренебрежения некоторыми свойствами) и реальностью.
Процесс фиксации инфографической модели на материальном носителе называют документированием. Документация обеспечивает коммуникацию и трансляцию в информационных процессах, и, как любой другой продукт человеческой деятельности, обладает совокупностью потребительских свойств, структурированных Чулковым В.О. [169].
Применение инфографии в данной работе (инфографической деятельности) обосновано повышением эффективности использования документации в САПР на основе разработки методологи и рационализации форм документирования.
Специфика инфографического моделирования цикла реорганизации СМИТ в строительстве
В первом разделе главы 2 даны определения этапов цикла реорганизации СМИТ в процессе работы в строительстве. При этом только этап устойчивость назван «состоянием», остальные этапы названы «процессами». Модернизируем схему инфографическои модели «четырехточки» цикла УДПС (рис. 1 б) с учетом данных определений (Рис. 13). Модель строим в полярной системе координат.
Рассмотрим более подробно состояние устройства. Устройство - состояние, которое может быть как мгновенным, так и продолжительным.
С одной стороны это состояние может быть бесконечно малым. Пример: еще до становления устройства (до привыкания конкретного оператора к новому поколению СМИТ), на этапе соорганизации, какого-либо участника взаимодействия (строительную организацию) не устраивает один, или более -77 На данной схеме: О Ф ройства (стабильности) или состояние Устройства (У) процесс Дезорганизации (Д) процесс Переустройства (П) процесс Соорганизации (С) - мгновенное состояние системы ЧТС - мгновенное отклонение от состояния уст-коэффициент нестабильности системы ЧТС. Рис. 13. Этапы реорганизации СМИТ. -78-параметров объекта (СМИТ). Тогда устройство - мгновенное состояние системы, которого может не наступить никогда.
С другой стороны, состояние устройства может быть длительным. Пример: после обкатки и приработки СМИТ система функционирует некоторое время без нареканий, износ деталей незначителен. Оператор доволен оснащением и показателями техники.
Возникает вопрос: как различать моменты перехода системы с этапа на этап? В целях диссертации предложено классифицировать этапы по следующим признакам:
Начала этапа «Д» назовем первое высказывание неудовлетворенностью состоянием, установленными функциями, либо невозможность вьшолнения этой системой функций, возложенных на нее строительным процессом.
Момент перехода от состояния «Д» к «П» определяется началом проектирования переустройства существующей системы.
Момент перехода в состояние «С» определяется одним из следующих признаков: выходом СМИТ из ремонта, выходом на линию нового СМИТ, выходом на работу оператора после обучения, окончанием работ по подготовке площадки к работе и т.п., то есть началом «привыкания, приспособления, обустройства» к новой системе ее субъектов.
Но, необходимо учитывать, что четкой границы между этапами реорганизации не существует: в то время как один из компонентов системы взаи -79-модействия со СМИТ привыкает к новому состоянию, т.е. находиться на этапе «С», другой уже может накапливать недовольство новым состоянием СМИТ, то есть находиться в состоянии «Д». Пример: оператор привыкает к тому, что у него вылет стрелы автокрана увеличился, а строительную организацию не устраивает грузоподъемность.
На рис. 13 введен угол (р - коэффициент нестабильности системы, характеризующий степень неудовлетворенности параметрами системы.
При эксплуатации СМИТ практически не бывает, такого состояния, что объект возвращается в то же состояние «У», состояние с такими же параметрами и взаимодействиями. Рассмотрим схему этапов реорганизации СМИТ с учетом изменений состояния системы в процессе эксплуатации на нескольких этапах реорганизации (рис 14).
Для построения данной модели сделано предложение, что всякое переустройство имеет своей целью повышение качества работы системы, поэтому коэффициент совершенства объекта растет в процессе реорганизации.
На рис. 14 происходит совершенствование объекта, но в жизни может происходить и обратный, регрессный процесс, «сворачивание» спирали. Такое происходит при недостаточно продуманном переустройстве, в частности СМИТ. Б результате параметры работы СМИТ ухудшаются. Ухудшение параметров происходит и на этапе переустройства, это связано с тем, что работы по переустройству требуют увеличения простоя СМИТ в ремонтной зоне.
Внедрение результатов исследования при проектировании реорганизации СМИТ строительного производства
Апробация результатов диссертационного исследования проводилась на двух предприятиях по следующим направлениям:
ООО «Центртранстехмаш», где проводилось экспериментальное определение параметров системы ЧТС для отработки предложенной методики обследования и мониторинга реорганизации реальных СМИТ, с целью подтверждения результатов теоретических исследований и проверки адекватности разработанных моделей;
ООО «РИАТ», где проводились контрольные испытания системы ЧТС с определением параметров ОТН конкретных СМИТ при их реорганизации, эксплуатация СМИТ производилась на строительных площадках ООО «Фирма АВТЕКС» г. Набережные Челны.
Экспериментальное определение параметров системы ЧТС были проведены на производственной территории ООО «Центртрастехмаш» в г. Рязань Московской области и на строительных площадках вновь возводимых и переустраиваемых объектов строительства Московской области.
В рамках отработки методики измерений, накопления статистических данных о конкретных СМИТ, был проведен ряд экспериментов на трех моделях СМИТ производства ООО «Центртранстехмаш».
Были определены показатели качества систем ЧТС для следующих СМИТ с самопогрузкой: СМИТ № 1 на базе МАЗ-533603 с манипулятором Palphinger; СМИТ № 2 на базе КамАЗ-4308 с манипулятором БАКМ; СМИТ № 3 на базе ЗИЛ-433362 с манипулятором Ferrari А1.
Все указанные объекты представляют собой СМИТ с самопогрузкой, разработанные и изготовленные в ООО «Центртранстехмаш», где на раме базового шасси установлена крано - манипуляторная установка (КМУ) и грузовая бортовая платформа.
Размеры бортовой платформы и характеристики КМУ напрямую связаны с характеристиками базового шасси: нет смысла ставить мощную установку на автомобиль с малой грузоподъемностью и, наоборот, установка КМУ малой грузоподъемности не даст, в отдельных случаях, полностью реализовать грузоподъемность шасси.
Указанные СМИТ предназначены для самопогрузки и разгрузки строительных материалов, а так же доставки их со склада на строительную площадку и перемещению в пределах строительной площадки.
КМУ установлена на специальном подрамнике, закрепленным стремянками и косынками на раме шасси. Привод КМУ осуществляется гидронасосом через коробку отбора мощности от двигателя шасси. Для повышения устойчивости во время погрузочно-разгрузочных работ на СМИТ предусмотрены гидравлические опоры (аутригеры), установленные на подрамнике
КМУ. В качестве противовеса при погрузочно - разгрузочных работах используется масса шасси. Подъем, перемещение грузов происходит при зацеплении крюка крана за специальные технологические места крепления груза, либо производиться подготовка груза к транспортированию (обвязка, пакетирование, перелив в специальные емкости для транспортирования...).
Технические характеристики, к примеру, грузоподъемность подвергнутых испытаниям СМИТ указанного типа приведены в таблице 7.
Контрольные испытания системы ЧТС с определением параметров ОТН конкретных СМИТ при их реоганизации проведены на заводе ОАО «РИАТ», где проводилось переустройство, и строительных площадках ООО «Фирма АВТЕКС» г. Набережные Челны, где эксплуатировались исследуемые СМИТ.
В рамках исследования было проведено определение качества системы ЧТС по критерию ОТН на СМИТ типа «саморазгрузчик» с гидроманипулятором следующих моделей: СМИТ № 4. КамАЗ-43118с гидроманипулятором «Синегорец-75»; СМИТ № 5. КамАЗ-43118 с гидроманипулятором МКС-4032; СМИТ № 6. КамАЗ-43114 с новой кабиной «Стайер» и с гидроманипулятором МКС-4032.
Похожие диссертации на Инфографическое моделирование цикла реорганизации средств механизации и транспортирования в автоматизированном организационно-технологическом проектировании строительного производства
