Содержание к диссертации
Введение
1. Проблемы инфографического моделирования характеристик закрытых передвижных рабочих мест (ЗПРМ) в системах автоматизированного проектирования (САПР) строительства 10
1.1. Организационно-технологические особенности СМИТ в строительном производстве 10
1.2. Выбор объекта - представителя ЗПРМ 24
1.3. Организационно-технологическая надежность как основной параметр строительного производства 30
1.4. Анализ вероятностного характера строительного производства и обоснование организационно-антропотехнической надежности (ОАН) как важного параметра ОТН строительства 39
1.5. Выводы по главе 1 46
2. Методологические основы исследования и моделирования закрытых передвижных рабочих мест 48
2.1. Концептуальная модель тенденций развития системы ЧТС и ее детализация 48
2.2. Инфографическое моделирование комплексной оценки и сопоставления систем ЧТС 56
2.3. Компьютерные информационные технологии исследования и моделирования систем ЧТС в САПР строительного производства 65
2.4. Методологическая схема исследования 70
2.5.Выводыпо главе 2 72
3. Исследование и разработка методов автоматизированного проектирования ЗПРМ СМИТ с заданным уровнем ОАН
3 3.1. Взаимосвязь отдельных компонентов в системе ЧТС 75
3.2. Инфографическое моделирование характеристик СМИТ в среде строительного производства 88
3.3. Инфографическое моделирование характеристик человека оператора в ЗПРМ СМИТ строительного производства 104
3.4. Комплексная интегральная оценка качества системы ЧТС 129
3.5. Выводы по главе 3 136
4. Внедрение и анализ результатов диссертационного исследования 139
4.1. Внедрение результатов исследования при проектировании и переустройстве ЗПРМ СМИТ строительного производства 139
4.2. Анализ результатов исследования 141
4.3. Оценка экономической эффективности применения ПЭВМ 145
Общие выводы 161
Литература
- Анализ вероятностного характера строительного производства и обоснование организационно-антропотехнической надежности (ОАН) как важного параметра ОТН строительства
- Компьютерные информационные технологии исследования и моделирования систем ЧТС в САПР строительного производства
- Инфографическое моделирование характеристик человека оператора в ЗПРМ СМИТ строительного производства
- Анализ результатов исследования
Анализ вероятностного характера строительного производства и обоснование организационно-антропотехнической надежности (ОАН) как важного параметра ОТН строительства
Строительство - одна из наиболее наукоемких, техникоемких и мате-риалоемких отраслей человеческой деятельности. 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.
Развитие строительного производства - это не только двигатель, но и показатель инвестиционного климата, а, следовательно, и общего экономического развития. В связи с развитием рыночных отношений в строительстве сильно выросла конкуренция, заставляющая постоянно проводить совершенствовать оборудование и технологии. В связи с высоким темпом роста строительства строители предлагают не только собственно строительные услуги, но и пакеты сопутствующих услуг, связанных со строительством. Такие тенденции развития делают строительную промышленность комплексной.
Строительные работы включают в себя в себя целый ряд отдельных взаимосвязанных процессов, которые в зависимости от способа выполнения и сложности подразделяют на комплексно-механизированные; механизированные и ручные [82, 129 и др.]. На современном этапе развития строительства все виды тяжелых и трудоемких работ (бетонные, земляные, штукатурные, достав-ка строительных материалов и т.д.) выполняются при помощи технических средств строительного производства (ТССП) [122].
К ТССП относят средства механизации и транспортирования (СМИТ), механизированный инструмент, приспособления и т.д. Из расшифровки приведенных аббревиатур видно, что в процессе строительства используют различные технические средства и механизмы, облегчающие и ускоряющие людской труд.
Значительный интерес представляет сопоставление существующего положения дел с применением СМИТ в строительном производстве США и России. Как утверждается в [200], отставание нашей страны в области механизации строительства от США значительно по составу парка техники, качеству СМИТ, их производственной и технической эксплуатации, затратам ручного труда и производительности труда.
В США ярко выражена нацеленность: на потребителя (постоянное изучение потребностей и стремление удовлетворить их наилучшим образом); на постоянное улучшение качеств услуг и работы компаний (планирование характеристик качества и реализация этих планов); на постоянное снижение затрат на эксплуатацию путем управления их уровнем.
Очень эффективна американская система управления (Equipment management system) парком СМИТ, имеющая в своем составе подсистемы формирования парка СМИТ, их технической эксплуатации, финансового обеспечения приобретения, ремонта и эксплуатации СМИТ, управления запасами частей и эксплуатационных материалов, информационного обеспечения
Успешной реализации и приобретению СМИТ способствует широкое распространение «маркетингового», а не «сбытового», как в России, мышления. Особо важное значение имеет создание высококачественной системы управления, обеспечивающей учет затрат по конкретному СМИТ и позволяющей осуществлять мониторинг инвестиций и качества их расходования. При этом необходимо стремиться к непрерывному повышению качества деятельности в строительстве с применением СМИТ и обучению персонала прогрессивным технологиям использования средств механизации и транспортирования.
В США сложилась стабильная система продвижения на рынке не конкретных образцов СМИТ, а «пакетов», в состав которых входят материальные элементы (машины, агрегаты, инструмент и др.) и нематериальные элементы (услуги, сопутствующие продажам «пакета»). При таких продажах обеспечивают: подбор используемых СМИТ, в наибольшей мере отвечающих интересам пользователей; предоставление льгот по оплате; доставку и ввод СМИТ в эксплуатацию; своевременную комплектацию их запасными частями; осуществление технического обслуживания, диагностирования и ремонта СМИТ; обучение персонала потребителя; подбор рациональных режимов работы СМИТ; обеспечение человека-оператора СМИТ эксплуатационными документами и пр.
Предоставление услуг, сопутствующих продажам, осуществляют силами собственных подразделений изготовителя (центры по обучению, финансовые компании и др.), а также силами дилеров, арендных предприятий и др. Ведущие компании-изготовители («Катерпиллар», «Кэйс», «Ин-герсолл-Рэнд», «Джон-Дир» и др.) значительное внимание уделяют развитию системы дилеров, которых тщательно отбирают.
Помимо предоставления им финансовых и ценовых льгот, изготовители: бесплатно обучают ремонтный персонал дилеров; предлагают рациональные планировки производственных помещений и площадок, а также их оснащение; обеспечивают дилеров необходимым количеством нормативно-методических документов; предоставляют комплекс программ для ЭВМ и льготные кредиты на оснащение; обеспечивают запасными частями на благоприятных условиях; поставляют специальное ремонтное и диагностическое оборудование; распространяют среди дилеров передовой опыт эксплуатации машин и пр.
Компьютерные информационные технологии исследования и моделирования систем ЧТС в САПР строительного производства
Принцип ОАН является логическим продолжением, творческим развитием и дальнейшей конкретизацией принципа организационно-технологической надежности (ОТН). Поэтому рассмотрение и исследование ОАН строительства, как одного из новых современных направлений ОТН, системно использующего основы системотехники строительства, строительной антро-потехники, инфографии, охраны труда, техники безопасности при формировании функциональных систем в строительстве является актуальным, своевременным и перспективным.
Антропотехника, наряду с архитектурой, строительством, дизайном, эргономикой, охраной окружающей среды, здравоохранением и другими научно-практическими направлениями, призвана [177] способствовать обеспечению необходимого уровня комфортности и экологии среды обитания, сохранению и/или повышению качества здоровья конкретного человека, а также увеличению объема его здоровья. Антропотехника характеризуется естественным отношением к среде обитания и искусственно-техническим отношением к физиологии и самоорганизации человека и социальных групп. Она имеет ярко выраженную инженерно-техническую ориентацию, научно обосновывает возможность решения стыковых задач этих направлений по удовлетворению потребностей человека в среде обитания и технологически способствует их реализации.
Отличие антропотехники от многих других «стыкующих» направлений деятельности заключается в том, что кроме классических теоретико-логических и игровых средств она включает в себя приборно-аппаратную составляющую и активно использует возможности инфографии.
Визуальное представление информации при исследовании и проектировании систем ЧТС обеспечивает компактность, высокую информативность и -скорость ее восприятия, улучшает запоминание, оценку и контроль принимаемого решения.
Использование интерактивно-графических систем позволяет при выработке проектных и управленческих решений общаться с компьютерными системами на естественном для мозга человека языке информационных структур и образов (инфографических моделей). Оперативный обмен визуализированной графической информацией значительно увеличивает активность человека при решении неформализованных задач строительной антро-потехники, диагностики и мониторинга в системе ЧТС, существенно повышает эффективность работы.
Использование основ инфографии, работающей с визуализированными образами представлений и логики деятельности отдельных людей, основывающейся на достижениях науки и практики «отчуждения» информации от человека и ее фиксации на материальных носителях в виде документов, является важным методологическим принципом формирования строительной антропотехники применительно к системе ЧТС.
При инфографическом моделировании и распределении функций между человеком и компьютером, с целью улучшения их взаимодействия, важное методологическое значение в интерактивных системах имеет учет основ инженерной психологии. Разнообразие форм графического отображения информации порождает дополнительные психологические проблемы восприятия документов в их компьютеризированном исполнении на принтерах, плоттерах, экранах дисплеев, когда ЭВМ «навязывает» свой ритм восприятия и форму отображения информации, требуя оперативного решения по выданной информации.
Строительная антропотехника, организационно-антропотехническая надежность (ОАН), диагностика и мониторинг системы ЧТС, как органические инновационные составляющие системотехники строительства, также формируются с использованием этого принципа. РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВ ЕН НАЯ БИБЛИОТЕКА Более того, интерактивно-инфографический принцип, предполагающий образное мышление и работу с визуализируемыми и трансформируемыми образами в компьютерных информационных технологиях является для перечисленных инновационных составляющих системотехники строительства главным.
В практике строительной антропотехники, реализуемой в среде САПР, критериями рациональности распределения функций между человеком и компьютером являются: время реакции компьютерной системы на обращение к ней; время формирования и ресурсоемкость (в частности - стоимость) принимаемого проектного решения; комфортность работы в САПР (субъективная Оценка конкретного пользователя); соотношение длительности обучения пользователя и общего затраченного времени на принятие проектного решения; число допущенных ошибок и др.
Различают два пути улучшения взаимодействия человека и компьютера в строительной антропотехнике: технический (совершенствование математического обеспечения, развитие языков программирования, внедрение разнообразных способов визуализации и индикации изображений, использование звуковых и речевых каналов взаимодействия, технических систем обработки документации); инженерно-психологический (оптимизация условий деятельности пользователя, согласование внешних и внутренних средств деятельности).
Наряду с перечисленными, при исследовании, диагностике, мониторинге и компенсации системы ЧТС в строительной антропотехнике используют имитационно - моделирующий, информационно - семантический и информационно - синтактический принципы, а также общетеоретические принципы обобщения (абстракция, конкретизация, собственно частное, особенное частное), разложения (анализ - синтез, декомпозиция - композиция) и упорядочивания (начало, промежуточные подцели, конечная цель).
Прикладные системные представления различных областей знания, выработанные на основе сопоставления двуединых исследуемых сущностей (так называемых «диад» [177]: часть-целое, субъект-объект, прошлое-будущее, внешнее-внутреннее и т.д.), в антропотехнике дополнены и развиты введением сопоставления многоточечных моделей (логик) более высокого порядка: трехточечных, четырехточечных, пятиточечных и т.д. Наиболее широко используемыми являются трехточечные логики (триединые исследуемые сущности или «триады»).
Примерами исследуемых триад в составе предмета антропотехники являются взаимосвязанные: человек, техника и СО (система ЧТС); человек, среда и осуществляемая человеком деятельность (система ЧСД); человек и два вида параллельно осуществляемой им деятельности Ді и Дг (система ЧД1Д2); человек, стационарный объект и среда их взаимодействия (система ЧОС); человек, способы его деятельности и его знания (система ЧСЗ); человек, техногенная среда экстремального управления (электронно-компьютерные и программные средства) и экстремальная внешняя природная среда (система ЧУЭСЭ); человек, псевдоприродная среда его обитания (подводный или космический корабль) и агрессивная природная окружающая среда (океан, космос); прочие сочетания монад в триадах.
Методом, обеспечивающим получение информации о динамике изменения статических характеристик отдельных точек (монад), двухточек (диад) и трехтонки (триады) в целом, является уже упомянутый выше мониторинг. В процессе мониторинга осуществляется: обработка статистического материала, полученного при диагностике параметров многоточечной модели (формирование трэндов); формирование данных для принятия организационно-управленческих решений по компенсации возникающих в системе ЧТС патологий;
Инфографическое моделирование характеристик человека оператора в ЗПРМ СМИТ строительного производства
Оптимальное проектирование компьютерных информационных технологий исследования и моделирования систем ЧТС в САПР строительства позволяет значительно повысить эффективность создаваемых программных продуктов. Одной из наиболее актуальных в этом направлении разработок является разработка Московской секции ACM SIGMOD (Association for Computing Machinery Special Interest Group on Management of Data), выполненная под руководством Когаловского М.Р. в рамках распре-деленных открытых систем и их информационного обеспечения [38].
Проектирование распределенных открытых информационных систем применительно к новому объекту исследования (системам ЧТС) предполагает широкое использование объектно-ориентированных технологий на платформах Microsoft Windows в рамках распределенных объектных систем Object Linking and Embedding (OLE), которая разработана компанией Microsoft Corp.
OLE обеспечивает возможность обмена объектами (системами ЧТС или их компонентами) между приложениями, поддерживающими эту технологию, путем связывания, встраивания или их совместного использования при формировании новых («синкликативных» [Инфогр. ЧВО]) составных информационных фрагментов. Целесообразно рассматривать решения в части проек -66 тирования объектно-ориентированного информационного обеспечения систем ЧТС в строительном производстве на основе технологии OLE2, развивающей возможности первой версии OLE и использующей новую коммуникационную модель Component Object Model (СОМ), разработанную Microsoft Corp. совместно с Digital Equipment Corp.
Проектирование компьютерных информационных технологий исследования и моделирования систем ЧТС выполнено на основе свойства интеропе-рабельности [39] с использованием объектной модели, использующей отдельные части программного кода и реализующей определенный набор сервисов.
Доступ к сервисам объект осуществляет на основе инкапсуляции, декларирующей интерфейс используемого метода. Поставленные в [36, 37, 38] задачи решаются методами централизованного управления процессами использования объектов, и методами, позволяющими создавать универсальные серверы приложений с расширяемой функциональностью.
Создан ряд направлений формирования интероперабельных систем, однако, максимальное использование получила спецификация Common Object Request Broker Architecture (CORBA), созданная Object Management Group (OMG). Использование полученного стандарта OMG CORBA при проектировании информационного обеспечения гомеостатических систем позволяет определять базовые платформы для создания распределенных объектных неоднородных интероперабельных сред, основанных на архитектурных концепциях промежуточного слоя и архитектуре «клиент-сервер». Такие среды позволяют поддерживать в качестве их компонентов неоднородные информационные ресурсы (базы данных, ресурсы Web, программные модули и системы, отдельные файлы данных и др.), что является оптимальным для описания рассматриваемой предметной области. В соответствии со спецификациями стандарта OMG CORBA архитектура прикладных систем базируется на эталонной архитектурной модели Object Management Architecture (OMG ОМА).
В целях обеспечения интероперабельности объектов и независимости их взаимодействия от способов реализации применяется оригинальный язык оп -67-ределения интерфейсов -Interface Definition Language (IDL). Существует несколько вариантов отображения этого языка в других реальных языках программирования (например, для версии CORBA 2.4.2 - это Ada, С, C++, COBOL, Java, Smalltalk и Common LISP).
Наряду с, указанной архитектурой проектирования информационного обеспечения гомеостатических систем, компанией Sun Microsystems предложена архитектура Enterprise JavaBeans (EJB). В архитектуре Sun Microsystems в качестве языка программирования используется исключительно Java, в отличие от OMG CORBA, где используется целый ряд языков.
Гомеостатическое управление строительным объектом (система ЧТС или ее компоненты) предполагает построение схем интерактивной аналитической обработки данных. Методом решения таких проблем является использование технологий On-line Analytical Processing (OLAP). OLAP поддерживает организацию многомерного анализа данных.
Разработан и существует ряд архитектур организации источников данных систем OLAP, используемых в разработке и создании элементов систем го-меостатического управления, основные из которых - Relational OLAP (ROLAP), Multi-Dimensional OLAP (MOLAP) и Hybrid OLAP (HOLAP). Технология решения задач, построенная на основе OLAP и адаптированная к задачам информационного обеспечения САПР ЗПРМ СМИТ, позволяет оптимизировать схемы интерактивной аналитической обработки тематических данных. Такой программный продукт предлагают компании IBM, Informix, Oracle и др. Информационное обеспечение САПР ЗПРМ СМИТ в строительстве и связанные с ним проблемы реализации принципов «информационной афферен-тации» (термин академика Анохина П.К., 1935г., [9,10]), лежат в области своевременного обмена данными в режиме реального времени. Для решения таких проблем разработана технология On-Line Transaction Processing (OLTP), поддерживающая значительное количество коротких параллельных операций об -68-мена данными («транзакций») в режиме реального времени и позволяющая проводить обработку запросов в пределах одной секунды.
Как показал д.т.н. Волков А.А. [36, 37, 38, 39 и др.], структура элементов систем гомеостатического управления строительным объектом (представляющим собой разновидность системы ЧТС) должна опираться на использование Web-технологий для решения задач представления и управления данными в рамках информационного обеспечения мониторинга системы ЧТС.
Создание элементов систем гомеостатического управления строительным объектом (системой ЧТС) предполагает программное проектирование и создание комплекса прикладного программного обеспечения на основе аппа-ратнопрограммной платформы. Разветвленная структура создания элементов систем гомеостатического управления строительного производства позволяет вводить решения на всех уровнях управления.
Для оптимизации транзакций и межсистемного информационного обмена большинство компонентов программного обеспечения систем гомеостатического управления содержат ресурсы, осуществляющие преобразование данных оригинального формата в формат приложения.
Относительная доступность предлагаемых технологий позволяет решать поставленные задачи на операционных платформах Windows (Windows ХР, Windows 2000 и др.) фирмы Microsoft Corp. Отдельные, более сложные в организационном плане задачи, из-за большего объема перерабатываемой информации и уровней ее структурирования, решают на операционных платформах семейства UNIX.
Анализ результатов исследования
Эти коэффициенты рассчитывают как отношение достигнутых текущих значений показателей СМИТ к предельным значениям этих же показателей. Недостаток этого интегрального показателя СМИТ в том, что он учитывает весьма ограниченный спектр его частных показателей. Представленный в такой форме интегральный показатель качества не несет смысловой нагрузки. Кроме того, трудно установить предельные значения показателей. Например, как найти предельное значение средней скорости СМИТ в рассматриваемых условиях эксплуатации на строительстве?
Метод оценки потребительских свойств новых образцов техники через ее цену предложил Гусаков Б.И. [78], определяя конкурентоспособность СМИТ коэффициентом, равным отношению верхнего и нижнего пределов отпускной цены на СМИТ, рассчитанной затратным методом. Данный метод базируется на предположении о пропорциональной зависимости цены и производительности СМИТ, что не совсем корректно. Предполагается, что всю экономию от эксплуатации нового СМИТ получает производитель, продавая СМИТ пользователю или отдавая его в аренду.
На практике экономия от эксплуатации СМИТ делится между производителем и потребителем через механизм установления цены. Кроме того, имеется ряд качественных показателей, которые никак не учитываются в этом методе, однако существенно влияют на уровень конкурентоспособности новых СМИТ, например: безопасность, экологичность, эстетичность, эргономичность, утилизационные возможности, наличие дополнительного оборудования и т.д.
В работе [172] конкурентоспособности СМИТ предлагают определять отношением интегральных показателей сравниваемых образцов СМИТ по формуле: v _ "г 31С + 31ЭТСЛ1 W 3 + 1 т где: Wi, W2 - суммарные полезные эффекты от эксплуатации базового и нового СМИТ соответственно; Зіс, Зге - единовременные стоимостные затраты на приобретение базового и нового СМИТ соответственно; Зіз Згэ - годовые эксплуатационные затраты сравниваемых СМИТ строительного производства. Конкурентоспособность СМИТ определяется не только экономическими показателями, но и рядом качественных показателей, например, таких, как эко-логичность, эстетичность, эргономичность, безопасность и т.п., которые не учтены в этой формуле. Кроме того, срок службы СМИТ оказывает влияние на величину полезного эффекта и суммарных затрат: СМИТ с разной долговечностью целесообразнее сравнивать за один и тот же период времени эксплуатации.
Наиболее полный охват характеристик качества изделий содержится в интегральном показателе уровня конкурентоспособности СМИТ, рассчитанном на основе общих показателей по нормативным LH.n., техническим LT.n. и экономическим параметрам Еэ.п.- ик=1нп1тпы
Общие показатели по нормативным, техническим и экономическим параметрам формируются из частных показателей по соотношениям: я LH.n.=Tl4i - (л \ 1=\\азі) » Е Цп.н. э.п. ц " п.к. где: qi - частный показатель по і-му нормативному параметру; dHi, d3i - величина і-го параметра анализируемого и эталонного СМИТ соответственно; а -удельный вес і-го параметра из их общего числа п; Цп.н.) Цп.к. - цена потребления, включающая единовременные и текущие расходы за жизненный цикл анализируемого и конкурентного СМИТ соответственно. Дажин В.Г. в [79] предлагает оценивать конкурентоспособность СМИТ тремя показателями: нормативным, технико-экономическим и потребительской привлекательности. Нормативный показатель Кн определяют соответствием технических параметров СМИТ нормативным требованиям, он может принимать единичное и нулевое значения. Технико-экономический показатель Кт.э. есть отношение полезного эффекта Р, получаемого покупателем СМИТ, к суммарным затратам 3 за срок службы этого технического средства строительного производства: Кт.э = Р/3. Показатель потребительской привлекательности Кп.п., охватывающий широкий спектр объективных и субъективных факторов, автор предлагает представить как отношение: Кп.п.= 1ЫЭЦ, где: ЦР - цена реализации СМИТ; ЭЦ - эквивалентная цена, которая обеспечивает потребителю одинаковые экономические затраты по сравнению со СМИТ, принятым за эталон. Получается, что величина Кп.п. зависит от выбора эталона СМИТ. Это главный недостаток данного метода.
Широко распространены методы экспертной оценки конкурентоспособности и эффективности СМИТ, например, бальный метод оценки конкурентоспособности СМИТ. По этому методу каждому СМИТ по восьми показателям эксперты присваивают среднее значение, по которому сравнивают аналоги-конкуренты [150]. Недостаток такого подхода заключается в субъективности оценки, ограниченности принимаемых в расчет показателей, например, ресурсных, коммерческих и др.
Наибольшее развитие бальный метод оценки технического уровня и качества специализированных СМИТ строительного производства получил в ЦНИИОМТП. Эта методика состоит из двух взаимосвязанный частей: общая методика [42], которая включает в себя все вопросы, относящиеся к оценке СМИТ любого типа, и частных методик [41, 43, 44], являющихся неотъемле -104-мыми дополнениями к общей методике и содержащих необходимый специфический материал.
Каждая частная методика содержит полную структурную схему всей номенклатуры обязательных показателе СМИТ, их коэффициенты весомости, шкалы бальных оценок специфических показателей СМИТ, граничные значения обобщенной оценки для каждой категории СМИТ и пример оценки качества СМИТ соответствующего типа.
Результатом анализа является следующий вывод: необходимо использовать бальный метод оценки технического уровня и качества специализированных СМИТ в строительстве, разработанный в ЦНИИОМТП. Основа бального метода оценки - квалиметрия, являющаяся составляющей частью «квалитоло-гии» - науки о качестве [173].
Квалиметрия - отрасль науки, изучающая и реализующая методы количественной оценки качества [50]. Квалиметрия позволяет оценить качество через количество и состоит из трех основных составляющих: общей квалиметрии, специальной квалиметрии и предметной квалиметрии. Квалиметрия, как наука в нашей стране зародилась в конце 60-х, начале 70-х годов [1, 8]. Наибольшее развитие квалиметрия получила в работах Г.Г. Азгальдова [7 и др].
