Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ значимости обслуживающих подсистем строительного производства и проблемы их оптимизации 15
1.1. Анализ средств механизации заготовительных, транспортных и монтажно-укладочных строительных процессов 15
1.2. Системотехника строительства - методологическая основа развития и оценки качества функционирования обслуживающих подсистем строительного производства 22
1.3. Система «человек-техника-среда (ЧТС)» как базовая модель функционирования строительного производства 26
1.4. Понятие и модель системокванта при оптимизации подсистем строительного производства 31
1.5. Выводы по главе 1 38
2. Надежность системы «человек-техника-среда (ЧТС)» 41
2.1. Устойчивость ресурса компонентов системы ЧТС в условиях естественного порядка деятельности 41
2.2. Фундаментальные отечественные исследования надежности мобильных сред обитания в системах ЧТС 51
2.3. Организационно-технологическая надежность как основной параметр строительного производства 64
2.4. Средства механизации и транспортирования как обслуживающая подсистема строительного производства 70
2.5.Выводыпо главе2 78
3. Проблема оптимизации компонентов системы ЧТС как модели обслуживающих подсистем строительного производства 80
3.1. Оптимизация обслуживающих подсистем строительного производства как одно из направлений методологии управления проектом 80
3.2. Организационно-антропотехническая надежность мобильной среды ЗПРМ СМИТ в системе ЧТС 85
3.3. Математическое моделирование индивидов и состояний. Неопределяемые понятия и исходные утверждения системы ЧТС 92
3.4. Диагностика и мониторинг системы ЧТС - методы проверки адекватности ее математических моделей 98
3.5. Выводы по главе 3 104
4. Инженерная диагностика (ИД) компонентов системы ЧТС и мобильной среды ЗПРМ СМИТ при оптимизации обслуживающих подсистем строительного производства 106
4.1. Теоретические основы ИД в условно-замкнутой мобильной среде обитания ЗПРМ СМИТ 106
4.2. Многообразие методов оценки ресурса водителя-оператора ЗПРМ СМИТ строительного производства 111
4.3. Метод газоразрядной визуализации в ИД мобильной среды ЗПРМ СМИТ 114
4.4. Комплексная информационная технология инженерной диагностики мобильной среды ЗПРМ СМИТ. Базовые инфографические модели интегральной оценки качества системы ЧТС 118
4.5. Выводы по главе 4 131
5. Разработка методов расчета организационно-технологических параметров строительного производства в условиях реализации системы ограничений на режим трудовой деятельности 133
5.1. Моделирование системы ЧТС. Проблемы и подходы к их решению 133
5.2. Современные методы анализа безопасности деятельности в системе ЧТС 138
5.3. Управление риском в сфере высоких технологий 143
5.4. Методы оценивания и идентификации в проблеме обоснования технологического режима трудовой деятельности в строительном производстве 150
5.5. Выводы по главе 5 154
6. Обоснование, исследование и прогнозирование организационно- технологических параметров функционирования обслуживающих подсис тем строительного производства 157
6.1. Методические основы построения оценивающей системы 157
6.2. Процедуры аппроксимации при оценивании 162
6.3. Обоснование организационно-технологических параметров строительного производства на основе линейной регрессии 175
6.4. Исследование организационно-технологических параметров строительного производства с использованием стандартного байесовского метода оценивания 179
6.5. Выводы по главе 6 183
7. Применение результатов диссертационного исследования в практике моделирования ОТН при оптимизации обслуживающих подсистем строительного производства 185
7.1. Моделирование времени безопасной работы с учетом проведенных инженерной диагностики и мониторинга ресурса трудовой деятельности оператора ЗПРМ СМИТ (элемента трудовой деятельности) 185
7.2. Диагностика мобильной среды обитания и показателей УКО и ФСО с целью проверки значений, полученных математическим моделированием на ЭВМ
Основные выводы 198
Использованная литература 205
Основные результаты диссертационного исследования опублико ваны в следующих работах автора 233
Приложения 238
- Системотехника строительства - методологическая основа развития и оценки качества функционирования обслуживающих подсистем строительного производства
- Фундаментальные отечественные исследования надежности мобильных сред обитания в системах ЧТС
- Организационно-антропотехническая надежность мобильной среды ЗПРМ СМИТ в системе ЧТС
- Многообразие методов оценки ресурса водителя-оператора ЗПРМ СМИТ строительного производства
Введение к работе
Актуальность.
Технический компонент системы ЧТС (человек-техника-среда), частным случаем которой являются средства механизации и транспортирования (СМИТ) в строительстве, по мере его развития исследуют по показателям надежности [73, 147, 176, 186 и др.] и эффективности реализуемых с применением СМИТ процессов [213, 215 и др.] строительного производства (Абдра-шидов Р.Г., Гончаров А.А. [1], Афанасьев В.А., Варламов Н.В. [17], Баловнев В.И. [22], Бочаров B.C. [37], Бурков М.С. [41], Бухалков М.И. [45], Великанов Д.П. [54], Волков Д.П. [60], Грифф М.И. [76], Зорин В.А. [90, 91], Кос И.И. [118], Ланцов В.А. [124], Олейник П.П. [152-154], Ротенберг Р.В. [189], Фомин В.Н. [232], Шестопалов К.К. [257], Шейнин A.M. [302] и др.).
Отечественные и зарубежные исследования закрытых стационарных и передвижных рабочих мест (ЗПРМ) используемых в строительстве СМИТ (Вейкум И.И., Голубева Н.Н., Иващенко А.В., Кузнецов СВ., Никифоров С.Ю., Овчинников С.Г., Мастуров И.Я., Раков В.И., Смирнов П.Н., Тротиньон Ф., Фахратов М.А., Хаббард Д., Чулков В.О. и др. [18, 20, 21, 42-44, 47, 197, 206-208, 242-253, 309-354]) показали, что моделирование и оценка организационно-технологических параметров ЗПРМ (экстремального звена системы ЧТС) влияют на функциональное состояние оператора (ФСО) СМИТ в строительном производстве, на сроки, результаты и качество строительства.
Оператор, осуществляющий процессы строительного производства, не всегда способен самостоятельно однозначно ощутить и сформулировать, какое воздействие на него оказывает трудовая деятельность в ЗПРМ СМИТ, в результате чего он может систематически находиться под патогенным для него воздействием. Поэтому необходимо, кроме субъективного мнения самого человека, иметь объективную инженерную приборно определяемую оценку параметров исследуемого ЗПРМ СМИТ, а также степени взаимного соответствия человека и ЗПРМ СМИТ в процессах строительного производства.
Организационно-технологическая надежность СМИТ (ОТН) и органи-зационно-антропотехническая надежность ЗПРМ (ОАН) [26], определяемые в процессе инженерной диагностики и мониторинга ФСО, являются важными объективными характеристиками качества ЗПРМ СМИТ и системы ЧТС в целом. Разнообразие таких объективных характеристик системы ЧТС, моделируемое средствами инфографии [242-244, 251-252], необходимо свести к единой комплексной интегральной оценке («свертке»), однозначно характеризующей качество функциональной системы ЧТС в целом, и научиться отображать динамику изменения «свертки» в процессе оптимизации обслуживающих подсистем строительного производства.
Изложенное определяет актуальность выбранной темы диссертационного исследования, которая соответствует п.п. 1, 4, 10 и 12 паспорта специальности 05.23.08 - «Технология и организация строительства», представляет собой актуальную проблему, обладающую научной новизной и практической ценностью.
Научно-техническая гипотеза предполагает возможность значительного повышения эффективности и организационно-технологической надежности функционирования обслуживающих подсистем строительного производства за счет их оптимизации на основе: формирования методов определения организационно-антропотехнической надёжности (ОАН); использования методов и компьютерных информационных технологий моделирования и обследования ЗПРМ СМИТ в строительстве с целью определения текущих значений ФСО, мониторинга динамики их изменения; включения этих методов и моделей в состав информационных технологий организации строительного производства.
Цель диссертации: разработка в интегрированной информационной среде методов оценки качества ЗПРМ СМИТ и их моделирования с заданным или расчетным уровнем организационно-технологической надёжности (ОТН).
Задачи исследования:
анализ значимости обслуживаемых подсистем строительного произво дства и проблем их оптимизации;
анализ вероятностного характера строительного производства и организационно-технологической надежности (ОТН) строительства;
анализ проблемы оптимизации компонентов системы ЧТС как модели обслуживающих подсистем строительного производства;
анализ специфики ЗПРМ как технологического компонента объекта-представителя СМИТ;
разработка технологии инженерной диагностики и мониторинга ОТН системы «оператор - ЗПРМ СМИТ» при оптимизации обслуживающих подсистем строительного производства;
разработка методов расчета организационно-технологических параметров строительного производства в условиях реализации системы ограничений на режим трудовой деятельности;
исследование организационно-технологических параметров строительного производства с использованием стандартного байесовского метода оценивания;
прогнозирование времени безопасной работы по результатам диагностики ФСО ЗПРМ СМИТ;
внедрение и обоснование эффективности результатов диссертационного исследования.
Объект исследования: ОТН ЗПРМ СМИТ строительного производства, оптимизированных по критерию ФСО.
Предмет исследования: организационно-антропотехническая надёжность (ОАН) как средство оптимизации обслуживающих подсистем строительного производства.
Методологические и теоретические основы исследования: труды отечественных и зарубежных ученых в области системотехники строительства; теории: функциональных систем, математического и инфографического моде лирования, инфографии, математической статистики; прикладные исследования системы ЧТС в целом и ее отдельных компонентов в строительстве.
Научная новизна выносимых на защиту результатов диссертационного исследования состоит в том, что:
предложена научная гипотеза о необходимости значительного повышения эффективности функционирования оператора на основе методов моделирования и диагностики организационно-антропотехнической надёжности (ОАН) ЗПРМ СМИТ и включения этих методов в состав информационных технологий организации строительного производства;
созданы научно-методологические основы исследования и оценки оптимальности и организационно-технологической надежности мобильной среды ЗПРМ СМИТ по критериям уровня комфортности обитания и функционального состояния оператора;
разработана концепция комплексного инновационного принципа оптимизации компонентов системы ЧТС, предполагающая приоритет учета индии-видуальной специфики ресурса и безопасности трудовой деятельности человека-оператора СМИТ (компонента системы ЧТС) при субъект-объектном подходе к моделированию организационно-технологической надежности обслуживающих подсистем строительного производства;
разработана методология выбора объектов-представителей СМИТ и их ЗПРМ в обслуживающих системах строительного производства;
применительно к разработанной концепции и выбранным объектам-представителям ЗПРМ СМИТ предложена технология инженерной диагностики и мониторинга организационно-технологической надежности системы ЧТС и ее компонентов (в частности, человека-оператора в мобильной среде ЗПРМ СМИТ по критериям комфортности обитания и функционального состояния оператора); с этой целью адаптированы разработанные в лаборатории «Информационные технологии, экономика и безопасность жизнедеятельности» ЦНИИОМТП (Чулков В.О., Бурьянов П.Д., Вад Халифа, Жуков Д.С, Ива щенко А.В., Никифоров С.Ю., Овчинников С.Г., Смирнов П.Н. и др.; 2000-2004гг.) приборные технологии на основе метода газоразрядной визуализации (ГРВ) с последующей компьютерной обработкой ГРВ-грамм и комплексной оценкой ФСО оператора;
разработана компьютерная технология, включающая в себя блоки исследования мобильной среды ЗПРМ СМИТ и организационно-технологического проектирования функциональной системы ЧТС, обеспечивающей заданный уровень ОТН и ОАН;
разработаны инфографические модели комплексной интегральной оценки качества ЗПРМ СМИТ на основе адаптации диаграмм Кивиата и моделей многокомпонентных систем Перельман, позволяющие определять зоны оптимальных сочетаний компонентов системы ЧТС и осуществлять технологии сертификации системы «оператор - ЗПРМ СМИТ» по критериям УКО, ФСО и ОТН.
На зашиту выносятся;
результаты системотехнического анализа специфических особенностей мобильной среды обитания закрытых передвижных рабочих мест средств механизации и транспортирования обслуживающих подсистем строительного производства (ОПСП), обосновывающие возможность моделировать ОТН ОПСП системой ЧТС;
концепция комплексного инновационного принципа оптимизации компонентов системы ЧТС, предполагающая приоритет учета индивидуальной специфики ресурса и безопасности трудовой деятельности человека-оператора СМИТ (компонента системы ЧТС) при субъект-объектном подходе к моделированию организационно-технологической надежности обслуживающих подсистем строительного производства;
технология инженерной диагностики и мониторинга организационно-технологической надежности системы ЧТС и ее компонентов (в частности, человека-оператора в мобильной среде ЗПРМ СМИТ по критериям комфортности обитания и функционального состояния оператора) на основе метода га зоразрядной визуализации (ГРВ) с последующей компьютерной обработкой ГРВ-грамм и комплексной оценкой ФСО оператора;
математические модели расчета организационно-технологических параметров строительного производства в условиях реализации системы ограничений на режим трудовой деятельности оператора ЗПРМ СМИТ и прогнозирования времени безопасной работы человека на основе показателей комфортности труда и функционального состояния оператора;
методология диагностики, паспортизации и оптимизации диады «оператор-ЗПРМ» в обслуживающих подсистемах СМИТ строительного производства для последующей сертификации оптимизированных систем ЧТС, обладающих заданным уровнем организационно-технологической надежности.
Практическая значимость результатов исследования подтверждена:
научно-практической деятельностью в выбранном направлении инженерно-строительной проблематики (1998-2004гг.), результатом которой является: выполнение под руководством и при непосредственном участии соискателя более 20 научно-исследовательских работ по региональным программам Москвы и Московской области; разработка 8 регламентирующих директивных документов по сертификации СМИТ в городском хозяйстве Москвы (в том числе в строительстве, на транспорте и др.); созданием на основе положений и рекомендаций проведенного исследования ряда функционирующих организационных структур (в том числе -Московской Палаты сертификации на транспорте);
востребованностью исследуемого в диссертации направления научно-практической деятельности в новых рыночных условиях хозяйствования и перехода от обязательной к добровольной сертификации товаров и услуг в России; научно-практическое значение представленных соискателем на Пятой Международной выставке «Ведомственные и корпоративные сети связи» основных положений и результатов диагностики и мониторинга мобильных сред в строительстве подтверждено сертификатом «Золотой партнер выставки»;
практическим внедрением средств и методов моделирования ОТН при оптимизации обслуживающих подсистем строительного производства, позволяющих формировать организационно-функциональную информационную технологию оценки ОТН и ОАН ЗПРМ СМИТ для обоснованного решения в системе ЧТС задач:
выбора оператора, способного качественно осуществлять трудовую деятельность в конкретном ЗПРМ СМИТ строительного производства, обеспечивая заданный уровень ОТН и ОАН;
выбора ЗПРМ СМИТ, в котором конкретный оператор способен качественно осуществлять трудовую деятельность на заданном уровне ОТН и ОАН;
добровольной сертификации систем ЧТС и, в частности, диады «опе-ратор-ЗПРМ СМИТ».
Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов, предложенных в работе, достигнута за счет:
применения обоснованных теоретических и экспериментальных методов моделирования, прогнозирования и инженерной диагностики системы ЧТС и ее компонентов с приемлемой сходимостью полученных данных;
формирования репрезентативной выборки значений УКО, ФСО, ОТН и ОАН по результатам натурных испытаний образцов ЗПРМ СМИТ при их эксплуатации в реальных условиях строительства объектов, на которых были внедрены результаты диссертационной работы;
сопоставления результатов математического моделирования параметров ОТН и их практической проверки при диагностике системы ЧТС и ее элементов с их оценкой по критериям Фишера и Колмогорова;
практических результатов внедрения теоретических положений диссертационного исследования.
Внедрение результатов. Результаты теоретических исследований, технология инженерной диагностики и мониторинга ОТН системы ЧТС в це лом и ее компонентов (в частности, человека-оператора в мобильной среде ЗПРМ СМИТ по критериям комфортности обитания и функционального состояния оператора на основе метода газоразрядной визуализации (ГРВ) с последующей компьютерной обработкой ГРВ-грамм и комплексной оценкой ФСО оператора), математические модели расчета и прогнозирования времени безопасной работы на основе показателей комфортности труда и функционального состояния оператора были использованы при проектировании и переустройстве ЗПРМ СМИТ и подборе операторов СМИТ в 2001-2004 гг. в производственном объединении ЗАО «Метровагонмаш» г.Мытищи Московской области, производящем специализированные СМИТ по заказам строительного комплекса Московской области, а также в практической деятельности ОАО «РИАТ» г. Набережные Челны, производящем СМИТ с саморазгрузкой для нужд строительных организаций России и использующем их на строительных площадках Республики Татарстан.
Средства и методы моделирования организационно-технологической надежности и организационно-антропотехнической надежности при оптимизации функционирования обслуживающих подсистем строительного производства, разработанные в диссертации, нашли практическое применение в период 1999-2004гг. на объектах ООО «ПоликвартСтрой XXI» корп. 23 и 24 в квартале 20 и 21 Новых Черемушек (ул. Профсоюзная, дом 30, корпус 4), а также на объекте по адресу Нахимовский проспект, дом 61, корпус 1.
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования автор периодически докладывал и получал одобрение на Международных и Российских конференциях, симпозиумах и выставках; в том числе на: Международной конференции «Ресурсы и энергосбережение в реконструкции и новом строительстве» (Новосибирск, 1999); юбилейной конференции кафедры «Промышленное и гражданское строительство» Старооскольского технологического института (Старый Оскол, 2000); Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсо-энергосберегающие проекты и технологии» (Москва, 2001); научно-практической конференции «Новое качество жизни» (Москва, Гротек, 2002); Ученом совете Спец факультета САПР МГСУ (Москва, 2002); Пятой международной выставке «Ведомственные и корпоративные сети связи» (Москва, 2002); Международной выставке «HIECH HOUSE» (Москва, 2003); секции «Строительство» Российской инженерной академии (Москва, 2001-2003); Ученом совете ЦНИИОМТП (Москва, 2002-2004); Московском городском семинаре «Комплексная обработка документации и данных» секции «Системотехника строительства» Научного Совета по кибернетике РАН (Москва, 2002-2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 47 печатных работ, в том числе 5 книг и монографий, а также 8 статей в центральных журналах из списка рекомендованных ВАК РФ. Общий объем публикаций, принадлежащих лично соискателю, составил 26,9 п.л.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов, списка литературы (355 отечественных и 46 зарубежных публикаций), и приложений; содержит 210 страниц основного текста, рисунки и таблицы.
Автор выражает благодарность научному консультанту, доктору технических наук профессору Чулкову В.О. за методологическую помощь при выполнении диссертационного исследования с использованием научных направлений инфографии и организационно - антропотехнической надежности строительства, основанных В.О. Чуйковым и его учениками.
Системотехника строительства - методологическая основа развития и оценки качества функционирования обслуживающих подсистем строительного производства
Научно-техническая дисциплина «системотехника строительства» (от англ. System Engineering) комплексно охватывает стыковые вопросы проектирования, создания, функционирования и развития разнообразных систем, формируемых для достижения определенного результата в строительстве [80].
Появление системотехники строительства было связано с быстрым усложнением строительных систем, включающих в себя традиционные строительные элементы (конструкции зданий и сооружений, строительные машины, бригады рабочих и т.д.) и сложные современные организационные, вычислительные и технические автоматизированные системы проектирования, управления, организации и информационного обеспечения. Формирование сложных строительных систем стимулировало быстрое проникновение в строительство новых методов и подходов системотехники строительства, использование достижений многих смежных научных и прикладных дисциплин, которые постоянно нуждаются в их «привязке» к требованиям и особенностям современного строительного производства.
Системотехнические проблемы формирования организационно-технологической надежности (ОТН) возникают на стыках отдельных строительных систем и их обслуживающих подсистем: проектирования и управления, управления и планирования, проектирования и планирования, контроля и управления и т.д.).
К числу концептуальных основ и принципов системотехники (рис.1) относят: системно-функциональные, имитационно-моделирующие, технико-экономические, интерактивно-инфографические, вероятностно-статистические, социально-экологические, инженерно-психологические, инвестиционно-рыночные и др. -темотехники строительства профессором Гусаковым А.А. в качестве ее методологической основы. Системообразующий фактор - целевая функция (конкретный результат функционирования системы или ее подсистемы), а саму систему понимают как комплекс избирательно вовлеченных элементов. Такой подход полностью прилагается в системе строительного производства, в которой сложность иерархии, множество целей, ненадежность отдельных элементов и подсистем делают актуальным достижение конечного результата по вводу и функционированию объектов или по строго заданной функциональной деятельности в обслуживающих подсистемах строительного производства.
Под устойчивостью понимают сохранение формально заданного уровня качества при действии различного рода возмущений, помех, несоответствий между элементами процесса или управляющих им команд. В строительных функциональных системах надежным (устойчивым) является только результат; остальные элементы системы могут и должны перестраиваться и изменяться по ходу ее функционирования, если это необходимо для достижения устойчивого результата.
Вероятностно - статистический принцип. Отсутствие учета вероятностного характера строительного производства привело к неадекватности моделей, ненадежности большинства проектных, организационно-технологических и управленческих решений. Вероятностный подход отрицает детерминизм как однозначную зависимость событий от начальных условий. В системотехнике строительства считают, что значение целевой функции выражается статистическими распределениями, связанными со статистическими распределениями значений других параметров системы определенными вероятностными зависимостями. Вероятностно-статистический принцип системотехники строительства позволяет на основе выполненной экспресс-диагностики качества среды обитания с известной вероятностью прогнозировать характеристики СМИТ. Форма представления информации в организационно-технологических документах строительного производства различна, причем алфавитно-цифровая форма (тексты, таблицы, массивы чисел, кодов и знаков) является «необозримой», не воспринимаемой непосредственно без предварительной интерпретации. Пока не были созданы сервисные системы графической поддержки моделирования, использовали обобщенные качественные показатели, значения которых определяли путем интерпретации результатов моделирования. При прогнозировании и анализе ОТН приходилось работать не с прямым информационным «откликом» конкретной строительной системы или ее элемента (машины, агрегата, механизма, устройства, трудового коллектива и т.д.), а с интерпретированным кем-то (или чем-то в случае автоматизированной интерпретации) вариантом этого «отклика».
Остаются неизменными требования учета наибольшего числа факторов и ограничений, минимизации объема исходной информации и трудозатрат на ее подготовку и переработку, использования практического опыта человека в информационных процессах организационно-технологического управления в строительстве без интерпретаторов и посредников. Таким требованиям удовлетворяет получившая широкое применение практика взаимодействия человека с ЭВМ в реальном масштабе времени, обеспечивающая непрерывное общение между ними и совместное принятие решений как до начала строительной производственной деятельности, так и в ее процессе. Основанные на этом взаимодействии системы называют интерактивными, а при использовании графической информации интерактивно - графическими. Оперативный обмен графической информацией значительно увеличивает активность человека при решении неформализованных задач, существенно повышает эффективность работы.
Инженерно-психологический принцип. В интерактивных системах особенно важно учитывать при графическом представлении информации, распределении функций между человеком и ЭВМ и улучшении их взаимодей ствия основные положения инженерной психологии.
Специалисты по инженерной психологии критериями рациональности распределения функций между человеком и компьютером считают: время реакции системы на обращение к ней; время формирования и стоимость проектного решения; комфортность функционирования (субъективная оценка конкретного пользователя); число допущенных ошибок и др. Инженерная психология различает два пути улучшения взаимодействия человека и компьютера в организационно-технологическом обеспечении строительного производства: технический (совершенствование математического обеспечения, развитие языков программирования, внедрение разнообразных способов индикации изображений, использование звуковых и речевых каналов взаимодействия, технических систем обработки документации); инженерно-психологический (оптимизация условий деятельности пользователя, согласование внешних и внутренних средств деятельности).
В диссертации поставлена задача анализа системы «человек-техника-среда (ЧТС)» как объекта исследования и базовой модели функционирования строительного производства на основе использования критерия «организа-ционно-антропотехнической надежности (ОАН)» применительно к системе ЧТС.
Фундаментальные отечественные исследования надежности мобильных сред обитания в системах ЧТС
Одно из наиболее фундаментальных исследований надежности системы водитель-автомобиль-дорога-среда , являющейся частным случаем системы ЧТС, выполнил в восьмидесятые годы XX века известный отечественный специалист, д.т.н., профессор Ротенберг Р.В., который впервые выявил необходимость и предложил изучать и совершенствовать методы повышения надежности системы ЧТС воздействием по связям. Особенностью исследования Ротенберга PJB. было добавление в объект исследования (в систему ЧТС) еще одного элемента (дороги), который можно рассматривать как компонент техники (например, сборно-разборные настилы) или продукт ее использования (асфальтовые или бетонные покрытия) или как компонент среды обитания (проселочные дороги).
Каждый из компонентов системы ЧТС (человек, техника или среда) может пребывать в состояниях: исправности - неисправности (применительно к человеку: здоров - не здоров); работоспособности - неработоспособности); в предельном (близком к чрезвычайному) состоянии.
Компонент (человек, техника, среда) является «исправным», если он отвечает всем предъявляемым к нему требованиям, и «неисправным», если нарушено хотя бы одно из требований к нему. Неисправность (или отклонение от нормы) может позволять продолжать функционирование (повреждение объекта) или прерывать его (отказ). Поэтому достаточно общие термины «исправное» и «неисправное» состояние компонента системы ЧТС требуют конкретизации: «работоспособное» или «неработоспособное» состояние.
Работоспособный объект может выполнять заданные функции в пределах установленных нормативных параметров. Неработоспособный хотя бы по одному параметру объект не соответствует установленным требованиям к работе функциональной системы автотранспорта в строительстве (CATC), как составной части компонента «техника» системы ЧТС.
Состояние объекта становится предельным (близким к чрезвычайному), когда его дальнейшее функционирование должно быть прекращено по разным причинам: требованиям безопасности производственной деятельности или жизнедеятельности человека; неустранимому снижению эффективности функционирования человека или техники; необходимости профилактики или компенсации нагрузок человека; решение о текущем или капитальном ремонте техники; списанию техники или признанию в законной форме человека нетрудоспособным; нерегулируемым или неуправляемым изменениям среды.
Переход объекта из предельного состояния в «исправное» считают «лечением» (для человека), «ремонтом» (для техники) и «восстановлением» (для среды).
Переход объекта из неработоспособного состояния в исправное считают «компенсацией» (для человека), «профилактикой или обслуживанием» (для техники) и «реабилитацией» (для среды).
При анализе надежности системы ЧТС предметом рассмотрения должны быть не столько повреждения (хотя они безусловно должны фиксироваться в результате обследования, диагностики и мониторинга), но и отказы, а также условия сохранения безопасности производственной деятельности и жизнедеятельности человека.
Как было сказано выше, надежность - сложное свойство системы ЧТС, которое является интегральной оценкой более простых свойств (безотказность, ремонтопригодность или возможность восстановления, долговечность, сохраняемость и др.). Разные компоненты системы ЧТС (человек, техника, среда) требуют для определения своей надежности всех или части перечисленных простых свойств.
Надежность системы ЧТС во многом зависит от режима функционирования, условий строительной площадки, продолжительности и сменности трудовых процессов, используемых технологий и организационных форм строительного производства. Показатели надежности, характеризующие все перечисленные выше простые свойства, как и сама надежность системы ЧТС, являются статистико-вероятностными.
При проектировании многих средств механизации и транспортирования (СМИТ) в строительном производстве приходится учитывать их достаточно общие особенности, влияющие на обеспечение надежности. Например, чем выше производительность СМИТ, тем более важны безотказность и долговечность. Одни особенности СМИТ облегчают обеспечение их надежности, другие являются причиной ужесточения требований к СМИТ, влияние третьих не является однозначным.
Особенности эксплуатации и «нагружения» (по Ротенбергу Р.В. [189]) компонентов системы ЧТС (человека, среды и техники, в том числе - CATC и
СМИТ) в процессах строительного производства, меняющиеся режимы и условия движения СМИТ (скорости их перемещения, массы перевозимого или перемещаемого груза и т.д.) в городской среде и на строительной площадке по разному влияют на человека-водителя, на разные отдельные агрегаты СМИТ и на ресурс их надежности.
При интенсивной эксплуатации приходится заменять отдельные агрегаты СМИТ, что превращает это техническое средство в машину без определенного возраста, в которой агрегаты и узлы разнородны по надежности. В процессе ремонта неисправных узлов и агрегатов неизбежно нарушаются сопряжения и посадки, смешиваются детали с различной степенью износа. Все это приводит к ухудшению показателей надежности, увеличению рассеяния ресурсов деталей, узлов и агрегатов, снижению надежности СМИТ и системы ЧТС в целом.
СМИТ общего назначения в строительстве зачастую работают в тяжелых дорожных условиях, на стесненных строительных площадках, имеют значительный суточный пробег, им свойственна однотипность условий эксплуатации.
Специализированные СМИТ в строительстве характеризуются небольшой суточной наработкой, высокими требованиями к безотказности, повышенными требованиями по хранению и обслуживанию.
Надежность системы ЧТС, в соответствии с действующими в стране нормативными документами, стандартами и регламентами, может быть оценена количественно единичными и комплексными показателями. Единичный показатель характеризует одно из свойств объекта, составляющего систему ЧТС (человека, технического средства или среды обитания). Примерами единичных показателей для средств техники, как уже указывалось выше, служат безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохранность и др..
Организационно-антропотехническая надежность мобильной среды ЗПРМ СМИТ в системе ЧТС
Одно из базовых понятий системы ЧТС «надежность» нуждается в уточнении с позиций теории функциональных систем, его можно применять только к результату деятельности системы ЧТС (то есть к обеспечению комфортности обитания и безопасности производственной деятельности человека в рамках конкретной разновидности мобильной среды обитания) [36 - 40г]. Система ЧТС в определенные моменты функционирования может оказаться в той или иной степени ненадежной, а надежный результат ее функционирования достигают за счет пластичности, гибкости, переналадки, компенсации и переустройства, то есть характеристик ненадежности системы ЧТС.
Организационно-антропотехническая надежность (ОАН), понимаемая как способность системы ЧТС (модели обслуживающей подсистемы СМИТ строительного производства), обеспечивать достижение заданного уровня комфортности обитания и безопасности жизнедеятельности человека в условиях случайных возмущений, присущих строительству как вероятностной сложной системе. Принцип ОАН является логическим продолжением, творческим развитием и дальнейшей конкретизацией принципа организационно-технологической надежности (ОТН).
Поэтому рассмотрение и исследование ОАН мобильной среды ЗПРМ СМИТ, как одного из новых современных направлений ОТН, использующего методологию системотехники строительства, строительной антропотехники и инфографии при формировании функциональных систем в строительстве является актуальным, своевременным и перспективным. Строительная антропо-техника, организационно-антропотехническая надежность, диагностика и мониторинг системы ЧТС, как модели строительного переустройства объектов, базируются на интерактивно-инфографическом принципе системотехники строительства [80, 204 и др.], предполагающем образное мышление и работу с визуализируемыми и трансформируемыми образами в компьютерных информационных технологиях строительства.
Пока не были созданы сервисные системы графической поддержки моделирования в строительном проектировании и управлении, исследователи были вынуждены использовать обобщенные качественные показатели, определяя их численные значения на основе субъективной интерпретации результатов моделирования состояния компонентов системы ЧТС и их взаимных воздействий. При анализе ОТН функционирования системы ЧТС работали с интерпретированными численными массивами показателей, а не с реальными проявлениями конкретной системы ЧТС или ее компонента (конкретного человека, технического средства или варианта мобильной среды обитания).
Учет наибольшего числа факторов и ограничений в системе ЧТС, минимизация объема исходной информации и трудозатрат на ее подготовку и ввод в компьютерную технологию организации строительства, непосредственное участие в подготовке, принятии и реализации организационно-технологических решений строительного производства без интерпретаторов и посредников остаются основными условиями надежного функционирования системы ЧТС при субъект-объектном подходе.
Важной характеристикой соответствия системы ЧТС перечисленным ограничениям является понятие «оптимальность», являющееся в рыночных условиях хозяйствования одним из важных аспектов организационно-техно логической и организационно-антропотехнической надежности принимаемых решений в обслуживающих подсистемах строительного производства, рассматриваемых нами на примере СМИТ.
Критерии оптимальности могут быть разными (например - экономическими), а саму оптимальность системы ЧТС исследуют на основе теории риска, понимая под «риском» вероятность неожиданного воздействия на процесс функционирования системы ЧТС определенных факторов, под влиянием которых может произойти отклонение результата от запланированной величины. Любой компонент системы ЧТС, с одной стороны - подлежит анализу как отдельная сложная система, а с другой стороны - представляет собой элемент внешних по отношению к нему других систем,. Эти элементы вступают в противоречия между собой, становятся несовместимыми, приходят в неустойчивое состояние. Тогда в самих этих компонентах (как в сложных системах) или в объединяющей их (внешней по отношению к ним) системе ЧТС, или одновременно во всей рассматриваемой совокупности происходят процессы, направленные на разрешение противоречий и переход в более устойчивое (оптимальное) состояние.
Компонент системы ЧТС (человек) входит в конфликт с другими ее компонентами или со внешними по отношению к ней системами, что может иметь как благоприятный так и неблагоприятный исход в зависимости от того, какую совокупность рисков человек осознает и как ведет себя по отношению к ней [4 5 36 -38 ].
Для человека (приоритетного при субъект-объектном подходе компонента системы ЧТС) каждому виду его трудовой деятельности соответствует подпространство рисков в системе ЧТС.
Предлагаемому организационно-технологическому решению в системе СМИТ соответствует совокупность рисков (не противоречащих друг другу критериев оптимальности), заранее формируемая в зависимости характеристик проекта (см. их перечень в З.1.), от стратегии поведения действующих лиц и от принимаемых ими решений.
Риск и связанные с ним ОТН и ОАН относят к конкретной сфере деятельности и к конкретному деятелю, то есть возможность выявления оптимальности предлагаемого организационно-технологического решения в обслуживающей подсистеме СМИТ появляется исключительно при субъект-объектном подходе к оценке функционирования системы ЧТС. Риск рассматривается как вероятность, численная мера степени объективной возможности патогенного воздействия в системе ЧТС при выполнении строительно-монтажных работ.
Для анализа риска, как объективного фактора строительного производства, используют разнообразные модели (лингвистические, математические, инфографические и прочие), отображающие взаимосвязи на множестве параметров компонентов системы ЧТС. Возьмем, для примера, компонент «человек», без рассмотрения которого все инженерно-технические системы могут работать исключительно в автоматическом режиме. Еще в 1947г. Всемирная организация здравоохранения, рассматривая феномен «человека» с естественной и технической позиций, определила здоровье человека как состояние полного физического, умственного и социального благосостояния, а заболевание как обнаружение или распознавание фактора или совокупности факторов, нарушающих здоровье человека. Возникло деление параметров человека на две большие группы: связанные с экологией (естественной природной средой обитания) и связанные с изучением человека как составной части технических систем (то есть как биокибернетического робота).
Многообразие методов оценки ресурса водителя-оператора ЗПРМ СМИТ строительного производства
Актуальность разработки и использования систем и приборных средств для получения, систематизации и представления информации о состоянии (ресурсе производственной деятельности) водителя-оператора ЗПРМ СМИТ ясна без обоснований . Рассмотрим некоторые из них.
Компьютерная технология оценки функционального состояния оператора (система «Фазограф») предназначена для оперативной оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы водителя-оператора ЗПРМ СМИТ, работающего в стрессовых ситуациях. Реализует новый метод анализа и интерпретации электрокардиограмм в фазовом пространстве координат с использованием идей когнитивной компьютерной графики, защищенный патентами Украины. Диагностику функционального состояния водителя-оператора ЗПРМ СМИТ проводят на основе оценки состояния сердечно-сосудистой системы, так как используемый метод предполагает, что она интегрально отражает функциональное состояние организма в целом. Испытана в Украинском НИИ кардиологии им. Стражеско В.М., внедрена в 1998г.на Одесском припортовом заводе.
Компьютерная стабилография представляет собой метод количественного анализа (в пространстве и времени) устойчивости стояния, то есть объективной регистрации колебаний центра тяжести находящегося на стаби-лоплатформе человека; колебания, как перемещение центра давления, фиксируют датчики. Суть методов стабилографических исследований сводится к оценке биомеханических показателей водителя-оператора ЗПРМ СМИТ в процессе поддержания им вертикальной позы. Удержание равновесия человеком является динамическим феноменом, требующим непрерывного движения тела, как результата взаимодействия вестибулярного и зрительного анна-лизаторов, суставно-мышечной проприорецепции, центральной и периферической нервной системы. Разработана Трофимчуком A.M. и Воиновым В.Б. (Ростовский государственный университет).
Достоинства компьютерной стабилографии: комфортность диагностики, которую проводят на специальной стабилоплатформе в одежде и обуви в положении стоя или сидя, то есть в комфортных условиях, не требующих специальной подготовки диагностируемого и крепления на нем датчиков; кратковременность диагностики: время съема информации в пределах 20-60 сек. и время анализа результатов, не превышающее 1-2 минуты; информативность диагностики: оценивают как общее состояние человека, так и состояние целого ряда физиологических систем, участвующих в процессе поддержания вертикальной позы; высокая чувствительность к воздействию на человека, позволяющая объективировать его реакцию на антропогенные, техногенные и средогенные воздействия; многофункциональность, позволяющая использовать стабилографию как диагностическое средство широкого спектра (контроля и объективации воздействий, реабилитации нарушений двигательной функции человека, тренировки его координации); способность оценки реакции организма человека на нагрузку и объема затрачиваемых ресурсов на адаптацию к ней; прогностические возможности при оценке эффективности работы человека в различных условиях.
Лидером в области создания и применения приборов-стабилоанализа-торов в России с 1990г. является ЗАО ОКБ «Ритм», последняя разработка которой «Стабилан-01» имеет регистрационное удостоверение и сертификат соответствия. Это комплекс технических и программно-методических средств инженерной диагностики нарушений равновесия тела человека, реабилитации двигательно-координационных расстройств, профессионального отбора, предрейсового и послерейсового контроля водителей-операторов ЗПРМ СМИТ. В качестве поля регистрации координат центра давления стабилоплатформы конструктивно выбран круг с центром в начале координат этой платформы и радиусом 150-200мм; допустимое отклонение в оценке координат центра давления - не более 2%; масса диагностируемого водителя-оператора от 20 до 150кг.; габаритные размеры комплекса «Стабилан-01» -400x350x70мм.; масса - не более 8кг.; питание - от сети переменного тока 220 В., 50 Гц.; потребляемая мощность - не более 20 ВА.
Недостатком этого метода, во многом мешающим его широкому использованию, является необходимость установки стабилоплатформы в каждом диагностируемом СМИТ, что резко усложняет и удорожает диагностику.
Криорефлексотест аурикулярний (криотест) - диагностический комплекс для измерения вегетативного статуса человека в норме и патологии.
Автор запатентованной методики, реализованной в приборе, доктор наук, профессор Санкт-Петербургской академии последипломного образования Богданов Н.Н. оценивает состояния центров регуляции физиологических систем человека путем измерения и анализа порогов «холодовой чувствительности» точек акупунктуры рефлексогенных зон ушной раковины. Комплекс вошел в реестр международных выставок «Передовые технологии России», и внесен в Государственный реестр медицинских изделий.
Минздрав СССР в 1991г. разрешил серийное производство комплекса компьютерной диагностики данным методом. Автоматизированный рефлексотерапевтический аурикулярный комплекс КАРТА обеспечивает: диагностику состояния человека путем регистрации биоэлектрической активности кожи на ушных раковинах человека и его анализа методом аурикулярной картографии - формирования профессионального заключения ИД в автоматическом и полуавтоматическом режиме; создание суммарных картограмм по результатам многократного обследования и запись их в архив;
