Содержание к диссертации
Введение
1. Особенности железнодорожного строительства в условиях заполярья 8
1.1. Воздействие природных факторов на технологию и организацию железнодорожного строительства в сложных природно-климатических условиях 8
1.2. Современный опыт учета сложных природных факторов и компенсации их воздействия на производственную систему .. 16
1.3.Пути совершенствования методов организации и технологии железнодорожного строительства в условиях заполярья 28
1.3.1. Возведение земляного полотна 28
1.3.2. Строительно-путевые работы. 40
1.3.3. Существующие методики выбора вариантов организации и технологии железнодорожного строительства 55
2 Теоретическое исследование организационных и технологических аспектов строительного процесса в условиях заполярья 64
2.1 Методика выбора оптимальной технологической схемы и средств механизации при производстве путевых работ 64
2.2 Конкретизация методики выбора оптималы1ых технологий и средств механизации путевых работ 74
2.2.1 Декомпозиция задачи, критериальные функции, фазовое пространство .74
2.2.2 Определение темповых характеристик комплекта путевых машин 77
2.2.3 Определение потребности в хоппер-дозаторах 81
2.2.4 Расчет работы комплекта путевых машин 82
2.3 Особенности разработки алгоритма и программы расчета 84
2.3.1 Общий подход к построению алгоритма динамического программирования 84
2.3.2 Представление фазового пространства организационно-технологических решений в матричной форме и поиск оптимальной траектории 86
3. Оптимизация процесса сооружения верхнего строения пути на объектах оао «ямалтрансстрой» 88
3.1. Оптимизация технологии строительно - путевых работ с учетом влияния климатических условий полуострова ямал 88
3.1.1. Влияние процесса строительства и эксплуатации земляного полотна в северных условиях на технологию путевых работ 88
3.1.2. Влияние неблагоприятных климатических условий полуострова Ямал на технологию путевых работ. 95
3.1.3. Оптимизация технологии строительно-путевых работ по трудоемкости и потерям рабочего времени по метеоусловиям 101
3.2. Определение обобщенной потребности в трудовых и материально-технических ресурсах. данные для расчета 108
3.2.1. Методические принципы определения обобщенной потребности в трудовых и материально-технических ресурсах 108
3.2.2. Определение потребности в трудовых и материально-технических ресурсах .111
3.2.3. Определение потребности в балластных материалах 112
3.3. Программа оптимизации технологического процесса строительно-путевых работ 116
4. Компенсация неблагоприятных климатических воздействий за счет непрерывности выполнения смежных технологических операций 120
4.1. Общие соображения 120
4.2. Время выполнения группы неразрывных технологических операций 121
4.3. Прогнозирование продолжительности благоприятных периодов 124
4.4. Результаты расчета и параметры компенсирующих организационных схем 127
Общие выводы по диссертации 128
Список литературы
- Современный опыт учета сложных природных факторов и компенсации их воздействия на производственную систему
- Конкретизация методики выбора оптималы1ых технологий и средств механизации путевых работ
- Влияние процесса строительства и эксплуатации земляного полотна в северных условиях на технологию путевых работ
- Время выполнения группы неразрывных технологических операций
Введение к работе
Актуальность темы диссертационной работы. Современные экономические условия и геополитическое положение России усиливают потребность страны в освоении сырьевых ресурсов, большая часть которых сосредоточена в районах со сложными природно-климатическими условиями -на Севере, в Сибири, на Дальнем Востоке. Масштабность разведанных и прогнозных запасов минерально-сырьевых и энергетических ресурсов в этих районах страны делают чрезвычайно актуальной задачу их транспортного освоения. Именно отсутствие дорог является причиной высокой себестоимости добычи и транспортировки природных ресурсов, дороговизны привозных товаров, материалов и изделий, высокой трудоемкости и стоимости капитального строительства, социальной и экологической напряженности. Выходом в этой ситуации является опережающее по отношению к промышленным объектам создание транспортных коммуникаций, в частности, железных дорог, как универсального и экологически чистого вида транспорта.
В п. 1.2.8 «Свода Правил по проектированию и строительству железных дорог на полуострове Ямал» (СП 203-2003 взамен ВСН 203-89), внесенному ООО «Инжиниринговый Центр «Ямал»» и ОАО «Научно-исследовательский институт транспортного строительства» (ОАО ЦНИИС) во исполнение Федерального Закона «О техническом регулировании», прямо записано: «Вследствие чрезвычайной чувствительности природных объектов полуострова Ямал к изменениям теплобалансовых характеристик территорий, загрязнению водных объектов и воздушного бассейна, опережающее строительство опорных железных и автомобильных дорог является необходимым условием обеспечения экологической безопасности освоения месторождений на территории п-ова Ямал».
Одним из важных условий привлекательности для _инвесторов железнодорожного строительства в северныхГр9№9Йе6^*Ййвд^я сфскение
09 W**4fVI »
продолжительности и ресурсоемкости инвестиционных циклов, что требует
организации круглогодичного строительства. Неблагоприятные
метеорологические и сложные инженерно-геологические условия криолитозоны Заполярного Ямала требуют проведения соответствующих организационных мероприятий и дополнительных видов строительных работ, что неизбежно вызывает удорожание сметной стоимости строительства и повышение затрат труда. Степень удорожания главным образом зависит от технического уровня применяемых машин и механизмов, организационно-технологических и управленческих решений.
Целью диссертационной работы является разработка методической и модельной основ нового решения задачи формирования эффективных технологических процессов на примере сооружения верхнего строения пути в условиях Заполярья.
Для ее достижения необходимо решить следующие задачи:
-
Выполнить анализ существующих методов и моделей принятия управленческих и организационно-технологических решений при строительстве и реконструкции железных дорог в организациях Госстроя РФ, Корпорации «Трансстрой», МПС РФ в сложных природно-климатических условиях.
-
Разработать методику обоснованного выбора эффективных и надежных управленческих и организационно-технологических решений на примере производства строительно-путевых работ в условиях Заполярья на основе динамического программирования с учетом изменений производственной ситуации.
-
Разработать методику компенсации неблагоприятных климатических воздействий с целью исключения или снижения дополнительных объемов работ с заданной обеспеченностью по вероятности.
Методология исследований. В качестве методологической базы при выполнении исследования используются системный подход к решению
производственных задач, общие принципы исследования операций, теория, современная теория управления сложными производственными системами, общая теория организации и технологии железнодорожного строительства..
Научная новизна диссертации заключается в разработке методики формирования рациональных технологических комплексов из имеющихся или взятых в аренду или лизинг средств механизации с использованием методов поиска оптимального управления для оптимизации организационно-технологических процессов.
Практическая значимость результатов состоит в направленности на повышение эффективности деятельности строительных организаций за счет новых методов организации и управления, эффективного применения средств механизации при круглогодичном строительстве в сложных природно-климатических условиях Заполярья, а также в снижении или исключении дополнительных объемов работ за счет компенсации неблагоприятных климатических воздействий. Пользователями являются строительные организации, выполняющие работы в этих условиях, проектные и научно-исследовательские институты Корпорации «Трансстрой», МПС РФ. Предлагаемая методика может использоваться при организации мониторинга техногенных и природных компонентов железной дороги как природно-технической системы -для эффективного регулирования нормируемых и контролируемых параметров состояния пути на основе кратко- и долгосрочных прогнозов их взаимодействия с окружающей природной средой, с целью ускорения стабилизации земляного полотна и обеспечения безопасности движения.
Внедрение разработок, выполненных автором лично, под его руководством, либо в соавторстве, в районах освоения месторождений НТК, в том числе на железнодорожной новостройке Обская-Бованенково, позволило решить важные народно-хозяйственные задачи социально-экономического развития Севера страны, включая полуостров Ямал.
Разработаны и апробированы на железнодорожной линии Обская-Бованенково организационно-технологические схемы круглогодичного строительства, которые позволяют на 20-30% уменьшить ресурсоемкость и продолжительность инвестиционных циклов при освоении месторождений в криолитозоне и обеспечить экологическую безопасность строительства.
Результаты исследования использованы при сооружении железнодорожной линии Обская-Бованенково на участках линии 112 - 128 км, 247 - 268 км.
Апробация работыЮсновные результаты исследований опубликованы автором в 6 печатных работах.
Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на четвертой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (Москва, 2003 г.).
Личный вклад автора заключается в постановке и решении сформулированных в диссертации задач в качестве руководителя на строительстве железнодорожной линии Обская-Бованенково.
Все научные положения сформулированы и разработаны автором лично. Опытно-экспериментальные, программные и внедренческие разработки вьтолнены автором лично, либо по его инициативе в соавторстве с сотрудниками ОАО «Ямалтрансстрой», ВНИИ транспортного строительства и кафедры «Организация, технология и управление строительством», на которой выполнена настоящая диссертационная работа.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, основных выводов, списка использованных источников (Юбисточников), приложений. Работа содержит 175 страниц машинописного текста, 26 иллюстраций, 17 таблиц. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении обосновывается актуальность и формулируются цель и задачи диссертационной работы.
Современный опыт учета сложных природных факторов и компенсации их воздействия на производственную систему
Обеспечение энергетической безопасности Российской Федерации и создание условий для надежного обеспечения внутреннего и внешнего рынков углеводородным сырьем требуют последовательного освоения сосредоточенного в недрах Ямало-Ненецкого автономного округа и прилегающих территорий углеводородного потенциала.
Развитая инфраструктура газодобывающей отрасли, созданная здесь к настоящему времени, обеспечивает добычу свыше 90 % всего добываемого газа. Однако ее базовые месторождения, такие как Уренгойское, Ямбургское, Медвежье вступили в период падающей добычи. Для компенсации падения годовых отборов по газовым месторождениям в 2001 г. введено в разработку одно из последних уникальных по запасам Заполярное месторождение.
Поддержание запланированных объемов добычи газа по Западно-Сибирскому нефтегазовому комплексу возможно только за счет освоения новых, равных по запасам, регионов. Таким регионом, способным возместить падение добычи по Надым-Пур-Тазовскому региону, является полуостров Ямал. Большая часть запасов газа сконцентрирована в четырех, разведенных на сегодня, месторождениях (70 %): Бованенковском, Харасавэйском, Крузенштерновском и Южно-Тамбейском.
По компактному размещению значительных скоплений газа и конденсата можно выделить две зоны: в Харасавэйско-Бованенковской сосредоточено 63 % разведанных и 46,7 % предварительно оцененных запасов газа; в Тамбейской зоне сконцентрировано, соответственно, 21,1 % и 16,9 % запасов. По величине концентрации запасов газа и конденсата Харасавэйско-Бованенковская зона и, в частности, Бованенковское месторождение, будет играть роль базовой при освоении месторождений Ямала. Запасы разведанной нефти (94 %) приурочены к Новопортовскому месторождению.
В связи с этим перспективными для нового железнодорожного строительства в сложных природных условиях являются районы Заполярной тундры - п-ов Ямал, Таймыр, Тазовский, Гыданский, север Западной Сибири (рис. 1.1). Там уже построены железнодорожные линии Ягельная - Ямбург, Ягельная - Надым, строится линия Обская-Бованенково. В перспективе предполагается построить железные дороги Паюта - Новый Порт, Бованенково - Харасавэй - Малыгинское, Коротчаево — Русское - Гыда, а также железнодорожный выход на Норильск и другие районы этого региона.
Схема железных дорог на севере Западной Сибири и на полуострове Ямал. Исторически так сложилось, что, как правило, освоение газовых месторождений Тюменской области начиналось со строительства основных производственных объектов: скважин, шлейфов, УКПГ и магистральных газопроводов. Вспомогательные объекты (транспортные артерии, промбазы), выполняющие немалую роль не только при обустройстве, но и при эксплуатации, создавались значительно позднее и не в полном объеме.
Так, для обслуживания Медвежьего месторождения железную дорогу построили практически спустя 10 лет после начала добычи газа. До этого доставка материально-технических ресурсов осуществлялась сезонными транспортными путями: водным и автозимниками. Продолжительность нахождения ресурсов в пути составляла почти год, что приводило к потерям материалов (например, цемента терялось до 40 %), разукомплектованию оборудования, удорожанию стоимости ресурсов до 100 %. Нередко для доставки использовали дорогостоящий вид транспорта — воздушный. К выходу месторождения на проектную мощность в 1978 г. так и не был создан надежный транспортный путь круглогодичного действия.
При освоении Уренгойского месторождения неурядицы с транспортной схемой повторились: временные причалы, неподготовленные речные порты, сезонный водный путь, автозимник, отсутствие складского хозяйства и, как следствие — неизбежные потери ресурсов. Железная дорога по временному пусковому варианту была подведена к месторождению через 4 года после пуска первых установок подготовки газа. Приход железной дороги резко ускорил сооружение объектов эксплуатации производственного и социального назначения, сократилась норма запаса материальных ресурсов в эксплуатации с 315 дней до 44, так как ООО «Уренгойгазпром» получил надежную систему обеспечения всеми видами ресурсов.
Тем не менее, этот наглядный урок экономического освоения второй половины Уренгойского месторождения не послужил предметным уроком при обустройстве Ямбургского месторождения: и здесь строительство производственных объектов Газпрома опережало создание производственной инфраструктуры, представляющей собой разветвленную транспортную сеть в сочетании с промбазами. Однако, справедливости ради, надо отметить, что темп строительства объектов транспорта был значительно выше, чем при освоении Уренгоя. В настоящее время железная дорога до Ямбургского месторождения доведена и используется для круглогодичной доставки оборудования, материалов, обслуживающего персонала.
Приходится констатировать, что до сих пор топливно-энергетический комплекс по добыче и транспортированию природного газа в Западной Сибири не имеет надежной транспортной системы. Это оборачивается замедлением создания нормально функционирующей социальной инфраструктуры, увеличением стоимости обслуживания производственных объектов.
Подведение железной дороги к месторождениям Медвежье, Уренгойское, Ямбургское позволило значительно уменьшить грузоперевозки водным транспортом, ликвидировать сезонность в поставках, в 6 раз сократить норму запаса материальных ресурсов, повысить их сохранность и уменьшить потери. В системе снабжения установились прямые длительные связи поставщиков с производственными объединениями по добыче газа и конденсата. В современных экономических условиях исчезла необходимость содержать большой автопарк для многократной перевозки ремонтно-эксплуатационных грузов.
Заметно улучшились и пассажироперевозки. Г. Новый Уренгой, п. Ямбург, п. Пангоды обеспечены, помимо автотранспорта, круглогодичным железнодорожным сообщением, что способствует удовлетворению социальных нужд их населения, занятого эксплуатацией промыслов и газопроводов. При этом проявляется главное преимущество железнодорожного транспорта перед автомобильным - снижение стоимости услуг за доставку материальных ресурсов при эксплуатации газовых месторождений Тюменской области
Конкретизация методики выбора оптималы1ых технологий и средств механизации путевых работ
Анализ графиков позволяет заметить, что во время зимнего производства работ, по сравнению с летним, при неизменных технологии и организации производства работ показатели на монтаже рельсошпальной решетки снижаются на 6-23%.
В [32, 33] установлено также, что годовой фонд рабочего времени, как и продолжительность теплого сезона, при выполнении строительно-путевых работ в ходе строительства железнодорожной линии в сложных природно-климатических условиях, существенно влияет на выработку. Он состоит из совокупности периодов, которые характеризуются установившимися температурами. Их временные границы определяются датами перехода среднеминимальных (ночных) температур через ноль градусов для летнего и среднемаксимальных температур через —10 С для зимнего благоприятных периодов. Для условий п-ва Ямал переход среднесуточных температур через 0 С в осенний период отмечается, как уже отмечалось, в третьей декаде сентября, а в весенний период — в мае-июне.
Установление зависимости выработки от продолжительности фонда рабочего времени имеет практический интерес, так как при проектировании организации строительства, в первую очередь, решается задача выполнения намеченной программы (в соответствии с принятой технологией и организацией работ) в установленные сроки. На рис. 1.11 приведены зависимости показателей выработки при выполнении строительно-путевых работ от сезонной продолжительности фонда рабочего времени, которые км
Зависимость показателей выработки на строительно-путевых работах от сезонной продолжительности времени работ получены для тех же исходных условий, что и на рис. 1.10, по алгоритму, содержащемуся в приложении 1. Анализ этих зависимостей показывает, что полное или частичное прекращение производства путевых работ происходит вследствие следующих причин: неблагоприятный температурно-ветровой режим ( температура воздуха ниже - 35 С, ветер силой более 6 баллов); ливневые дожди, осадки в виде дождя и мокрого снега интенсивностью более 10 мм/сут; снегопады, метели, туманы, снижающие видимость до 20 м.
При этом прогнозируемые потери рабочего времени летом не превышают 4-6 дней, зимой же они могут достигать: в декабре 16 и в январе 22 рабочих дня.
Некоторые ученые в качестве путей совершенствования методов организации и технологии сооружения верхнего строения пути в условиях Заполярья предлагают новые технические решения конструкции верхнего строения пути и способов его возведения.
Известно, что при сооружении железнодорожных линий используют балластную и безбалластную конструкции верхнего строения пути, в которых несущий слой помещен в железобетонный блок [39, 40]. В [41] предлагается конструкция верхнего строения пути, состоящая из железобетонного блока с балластом для регулирования положения рельсо-шпальной решетки в процессе сооружения пути с последующим закреплением балластного слоя вяжущим, что исключает необходимость трудоемких выправок пути в процессе эксплуатации.
Авторами [42] предлагается техническое решение в виде конструкции верхнего строения пути, представляющей собой железобетонный блок, выполненный в виде плиты с бортами. На плиту по слою щебеночного балласта укладывается рельсо-шпальная решетка. Недостатком этой конструкции, на наш взгляд является вероятность сепарации балласта и изменения его фильтрующих свойств в условиях постоянных вибровоздействий от подвижного состава.
П.Г. Пешков и В.Г. Лыков (ЦНИИС) в 1990 г. предложили в качестве верхнего строения пути в условиях п-ва Ямал использовать замороженные блоки длиной 6,25 м, включающие путевую решетку с инвентарными рельсами и замороженный щебеночный балласт. Технологический процесс сооружения верхнего строения пути в этом случае выглядит следующим образом. На подготовленном земляном полотне сооружают ванну из армированного железобетона U - образного сечения, в которую укладывают рельсо-шпальную решетку на уплотненный балласт. После выправки пути балласт заполняют растворной суспензией для образования жесткой балластной постели.
Все перечисленные варианты конструкции и технологии сооружения верхнего строения пути отличаются многооперационностью, осуществляемой в полевых условиях, ограниченными возможностями контроля качества, высокой трудоемкостью и энергоемкостью.
Поэтому позднее, в 1997 г., П.Г. Пешков и Р.С. Ибрагимов предложили следующую конструкцию верхнего строения пути. На защитный слой земляного полотна укладывают бетонные блоки корытообразной формы длиной не менее 4 м с дренажными отверстиями в нижней части боковых стенок. На дно каждого из этих блоков отсыпается и уплотняется первый слой щебеночного балласта толщиной 10 — 15 см, на который укладывается диафрагма из армодренажного материала. Ее назначение — отделить первый слой отсыпанного балласта от второго толщиной 20 - 25 см, имеющего другой гранулометрический состав и отсыпаемого на армодренажную диафрагму (композиция из геотекстиля, стеклосодержащих пластиков), исключающую загрязнение первого слоя балласта фракциями второго слоя. Второй слой также уплотняется, после чего на него укладывается рельсошпальная решетка, состоящая из шпал с заданной эпюрой и инвентарных рельсов, затем межшпальное пространство засыпается балластом
Влияние процесса строительства и эксплуатации земляного полотна в северных условиях на технологию путевых работ
Реализация этого алгоритма осложняется большим объемом вычислений, растущего вместе с размерностью фазового пространства. Вместе с тем, в нашей задаче переход в последующее состояние определяется только текущим состоянием системы и не зависит от истории. Это позволяет сократить число рассматриваемых вариантов, отбрасывая те из них, которые включают в себя неоптимальные элементы траектории в фазовом пространстве. Более подробно вопросы отбраковки заведомо неоптимальных вариантов будут обсуждаться при описании алгоритмов оптимизации и программы расчетов. Здесь же достаточно сказать, что в нашей постановке задача поиска оптимальной траектории может быть сведена к задаче поиска кратчайшего пути на сети особого вида, представляющей собой отображение фазового пространства организационно-технологических решений.
Подобную сеть можно представить, как отмечалось в [101], в виде ориентированного графа с сопоставленным ему потоком. Под потоком мы будем понимать множество неотрицательных чисел и функцию, однозначно сопоставляющую элементы этого множества дугам графа, то есть каждой дуге графа будет сопоставлено неотрицательное число. Физический смысл этого числа зависит от показателя эффективности, по которому проводится оптимизация операции, например трудоемкость или себестоимость и т. п. Результатом подобного представления фазового пространства организационно-технологических решений является значительное сокращение вычислений при оптимизации. Для каждой дуги ориентированного графа, которая представляет собой вариант перехода из одного состояния в другое, перед оптимизацией рассчитывается показатель эффективности данного перехода, а во время оптимизации многочисленные вычислительные операции выполняются с этими заранее рассчитанными значениями. В силу того, что наиболее трудоемким является именно расчет показателей эффективности, который может требовать использования сложных математических моделей, выборки данных из массивов большой размерности или получения их через сетевые сервисы, такой подход позволяет значительно сократить время расчета.
Суммируя сказанное, можно определить следующий порядок оптимизации организационно-технологических решений для отдельных комплексов работ в сравнительно простых случаях. Во-первых, производится декомпозиция производственного процесса с целью выделения основных состояний производственной системы, последовательный переход в которые переводит фронт работ из «нулевого» состояния в состояние готовой строительной продукции. Во-вторых, по каждому состоянию формируются варианты перевода системы в последующее состояние, за счет применения различных комплектов машин, технологий, и т.д. После этого отображается в виде ориентированного графа. В-третьих, для каждой дуги графа рассчитывается величина принятого показателя эффективности (критериальной функции). В-четвертых, производится поиск минимального разреза на графе, который и будет представлять собой оптимальную траекторию производственной системы в фазовом пространстве организационно-технологических решений.
Таким образом, сформулирована общая методика выработки оптимальных технологических решений при сооружении верхнего строения пути. От известных в настоящее время методик она отличается относительной простотой, что обусловлено выбором в качестве предмета исследования диссертационной работы одного производственного комплекса. Кроме того, использовать описанную методику можно только тогда, когда заранее известны варианты механизации работ и технологических процессов, то есть в производственной практике. Это определяет полезность методики, хотя для использования в исследовательских целях, построения новых технологических процессов и формирования технических требований к перспективным строительным машин целесообразно использовать другие известные способы [58]. Кроме того, применение этой методики может быть затруднено для больших и сложных производственных систем из-за трудностей в построении критериальных и прочих, необходимых для расчетов, функциональных зависимостей. Последнее, правда, не является непреодолимым препятствием, так как возможно использование цифровых имитационных моделей. Конкретизация методики выбора оптимальных технологий и средств механизации путевых работ.
В предыдущем параграфе была описана общая методика выбора технологии и средств механизации с использованием процедуры поиска оптимального управления и показан общий подход к решению задач подобного рода. Применяя методику к комплексу работ по сооружению верхнего строения пути, построим фазовое пространство, рассчитаем показатели эффективности и, переходя от символических формул к расчетным, построим процедуру выбора технологий и средств механизации.
Декомпозиция общего технологического процесса сооружения верхнего строения пути выполняется с таким расчетом, чтобы элементарные технологические процессы могли образовать любой синтезированный технологический процесс, не накладываясь друг на друга. Были выделены следующие элементарные технологические процессы:
Из перечисленных элементов может быть скомпонована независимая от конструкции балластной призмы технология сооружения верхнего строения пути. Оценить ее можно с помощью критериальных функций w(u,), таких, как выражающая зависимость трудоемкости от управления WT(u,), зависимость себестоимости от управления Wc(u,), зависимость платы за фонды и трудовые ресурсы №ПФГ(и,) и т.п.
Эти критериальные функции могут использоваться по отдельности, либо быть свернуты в единый критерий с использованием весовых коэффициентов.
Время выполнения группы неразрывных технологических операций
Если по каким-либо причинам использовать свертку частных критериев нежелательно, можно вести оптимизацию, рассматривая паретовское множество вариантов технологий, полученных путем оптимизации по отдельным критериям.
Выполненная нами декомпозиция общего технологического процесса сооружения верхнего строения пути позволяет сформировать фазовое пространство, в котором будем проводить оптимизацию, и траекторию системы. В рассматриваемой задаче фазовое пространство двумерно и дискретно, то есть состоит из отдельных точек, пространственное положение каждой из которых задается номером шага оптимизации и номером варианта технологического процесса, используемого на этом шаге.
При формировании траектории системы в фазовом пространстве необходимо учитывать следующие организационно-технологические ограничения [32]:
Определим темповые характеристики работ, выполняемых различными комплектами путевых машин на одном шаге оптимизации. Фактически производится осреднение показателей машин комплекта и получение темпа работ, соответствующего перемещению по фронту работ условной точки. Эта точка движется от начала фронта работ к его концу, оставляя за собой готовую строительную продукцию, для выработки которой и предназначен комплект машин. Средний темп работ комплекта зависит от производительности ведущей машины, объема путевых работ, набора технологических подпроцессов, включенных в общий технологический процесс на объекте, размещения раздельных пунктов, дальности и количества передислокаций комплекта машин. Далее описывается способ его определения. Индексы во всех формулах показывают номер j шага оптимизационной процедуры и номер / объекта в группе.
График для определения поправочного коэффициента кп при длине перегона КМ: 1 - 5, 2 - 10,3 - 15 приведена в приложении 2. Коэффициент кп рассчитан в зависимости от скорости движения машины в транспортном положении и длины перегона. Соответствующий график представлен на рис. 2.2.
Для оставшихся комплектов машин определяют порядок передислокации по объектам производственной программы, средневзвешенные расстояния между объектами и скорости доставки комплектов с объекта на объект. Эти скорости как функция расстояния и числа отделений дороги, по которым проходит маршрут, по материалам работы [69], представлены на рис. 2.3.
Для оставшихся вариантов механизации определяются средние расстояния между объектами и скорости передислокации комплектов машин с объекта на объект. Затем рассчитывается среднее время передислокации комплектов машин:
Определив затраты времени, можно сопоставить их с величиной годового фонда рабочего времени машины и, тем самым, установить целесообразность ее использования на нескольких объектах годовой производственной программы строительной организации.
На основе рассчитанных характеристик технологического процесса можно определить для каждого элемента траектории системы в фазовом пространстве организационно-технологических решений значения критериальных функций, таких как себестоимость производства работ, трудоемкость и других. Так как вопрос расчета подобных показателей новым не является, то в данном параграфе он не рассматривается, а будет освещен при описании процесса оптимизации реальной производственной ситуации.
Выше была описана общая процедура динамического программирования. Графически ее можно представить древовидным графом. Предположим, что корнем дерева является последнее состояние системы. В наших обозначениях оно имеет номер т. Перейти в это состояние можно из к узлов предыдущего состояния т-1, которым соответствуют к вершин второго уровня. В свою очередь, в каждый из этих к узлов можно перейти из нескольких предшествующих ему узлов состояния т-2, и так далее до первого состояния. Древовидный граф представлен на рис. 2.4.
Таким образом, на каждом из шагов оптимизации, то есть при выборе участка оптимальной траектории перехода из одного состояния системы в другое, необходимо решать одну и ту же задачу выбора ветви поддерева, что позволяет использовать рекуррентные алгоритмы. Таким образом, общий алгоритм решения задачи оптимизации технологического процесса строительно-путевых работ можно сформулировать так:
На каждом из уровней задача нахождения целевой функции распадается на несколько подзадач нахождения ветви. Каждая из этих подзадач, в свою очередь, рекурсивно распадается на аналогичные подзадачи. Решение упрощается из-за того, что подзадачи достаточно решить один раз и запомнить результат, а при последующем рекурсивном обращении достаточно извлечь из таблицы готовое решение. Хотя это и упрощает вычислительный алгоритм, но, тем не менее, он относится к экспоненциальным алгоритмам, то есть количество вычислительных операций растет пропорционально 2п \ где п - число узлов. Кроме этого, для запоминания промежуточных результатов требуется порядка п2 блоков памяти, соответствующего типу данных размера. Таким образом, с увеличением размерности оптимизационной задачи резко увеличиваются затраты памяти и время расчета. Учтя специфику решаемой задачи, можно несколько упростить алгоритм оптимизации и снизить его требования к вычислительным ресурсам.
Выше было показано, что пространство рассматриваемых нами организационно-технологических решений представляет собой совокупность точек, перемещение между которыми может быть оценено критериальной функцией. В силу того, что нас интересуют не сами точки, а элементы фазовой траектории, заключенные между ними, можно представить рассматриваемое нами фазовое пространство в виде матрицы, элементы которой и являются значениями критериальной функции, характеризующей тот или иной вариант перехода из одного состояния в другое.
