Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние и тенденции развития систем управления территориальной дорожной инфраструктурой России 16
1.1 Программно-целевой подход к совершенствованию управления в дорожной отрасли 16
1.2. Основные принципы методологии управления проектами и программами применительно к дорожному хозяйству территории 30
1.3. Экономические особенности проектного управления производством дорожных работ 47
1.4. Концепция информационного обеспечения проектных технологий управления в дорожной отрасли 59
1.5 Выводы по главе 65
2. Теоретические основы проектного управления ресурсами при эксплуатации региональной дорожной сети 68
2.1. Анализ систем управления состоянием территориальной сети автомобильных дорог 68
2.2. Концептуальная модель, цели и критерии проектного управления региональной дорожной инфраструктурой 82
2.3. Методологические основы и моделирование процессов управления ресурсами при реализации проектов содержания сети дорог 99
2.3.1. Структурная декомпозиция задач проектного управления 100
2.3.2. Математическая постановка задачи обеспечения качества содержания сети автомобильных дорог на территории 103
2.3.3. Модель формирования производственной программы по содержанию сети дорог 108
2.4. Программное обеспечение информационной технологии управления ресурсами дорожных проектов в регионе 120
2.5. Выводы по главе 131
3. Управление рисками в проектах эксплуатации дорожной сети 134
3.1. Методы управления неопределенностью и рисками дорожно-эксплуатационных проектов 134
3.2. Принципы районирования территории по климатическим характеристикам 144
3.3. Алгоритм многомерной классификации территории по условиям зимнего содержания дорог 154
3.4. Модель прогнозирования затрат и рисков проектов зимнего содержания дорог в зависимости от вероятности неблагоприятных факторов 167
3.5. Выводы по главе 181
4. Моделирование производственных процессов при реализации строительных дорожных проектов и программ .183
4.1 Организационно-технологическая модель и алгоритм расчета дорожно строительного потока 183
4.2. Имитационное моделирование дорожно-строительного потока в условиях неопределенности и риска 202
4.3. Управление производственной программой дорожной организации при круглогодичном производстве работ 219
4.3.1. Основные понятия внутригодовой ритмичности дорожного производства 219
4.3.2. Принципы проектирования ритмичной организации работ в дорожной организации 227
4.3.3. Оптимизация производственной программы дорожной организации по критерию внутригодовой ритмичности 234
4.4. Выводы по главе 239
5. Инновационные проекты и организационные структуры для их реализации в дорожной отрасли 241
5.1. Разработка и диагностика вариантов инновационных проектов с
использованием методики функционально-стоимостного анализа 241
5.2 Общие принципы и методологические основы модернизации
организационных структур 258
5.3. Моделирование процессов формирования и модернизации производственных структур инновационного типа 271
5.4. Проектирование структуры управления проектами на основе анализа информационных потоков 301
5.5. Выводы по главе 314
6. Реализация методологии управления проектами и программами в дорожной отрасли и оценка ее эффективности 317'
6.1 Опыт внедрения и эффективность совершенствования организационно - технологического проектирования при эксплуатации дорожной сети 317
6.2. Принятие решения по инновационному проекту на основе технико-экономического обоснования 324
6.3. Выводы по главе 341
Заключение и основные выводы 343
Библиографический список
- Основные принципы методологии управления проектами и программами применительно к дорожному хозяйству территории
- Концептуальная модель, цели и критерии проектного управления региональной дорожной инфраструктурой
- Алгоритм многомерной классификации территории по условиям зимнего содержания дорог
- Имитационное моделирование дорожно-строительного потока в условиях неопределенности и риска
Введение к работе
Эффективное функционирование и устойчивое развитие дорожно-транспортного комплекса на территории региона является необходимым условием обеспечения социально-экономического роста, конкурентоспособности отраслей экономики на территориях, повышения уровня и улучшения качества жизни местного населения.
Сеть автомобильных дорог общего пользования складывалась по мере развития хозяйственных связей в регионах и в целом на территории страны. В настоящее время дорожная сеть большинства субъектов РФ по своим транспортно-эксплуатационным характеристикам не отвечает предъявляемым к ней требованиям. В настоящее время к состоянию дорожного хозяйства страны привлечено внимание общественности и органов государственной власти. Наступило осознание того, что без развития современной транспортной инфраструктуры в стране невозможна полноценная реализация национальных проектов. Для решения острых насущных дорожных проблем отрасль практически приступила к реализации Концепции реформирования дорожного хозяйства. Документ предусматривает переход к новой системе управления дорожным хозяйством, построенной на принципах бюджетирования проектов и программ с ориентацией на результат, применение по всем направлениям деятельности программно-целевого подхода.
На принципах проектного управления выстроены все основные программы развития отрасли, в том числе федеральная целевая программа «Модернизация транспортной системы России (2002-2010 гг.)», подпрограмма «Автомобильные дороги». Программные мероприятия направлены на достижение целевых показателей транспортно-эксплуатационного состояния и развития сети автомобильных дорог за счет комплекса мер по совершенствованию порядка и методов обоснования видов дорожных работ с ориентацией на
наиболее полное удовлетворение потребностей пользователей автомобильных дорог.
В дорожном хозяйстве России проектные формы управления характерны для строительства крупных магистралей подрядным способом. В то же время на территориях регионов выполняются комплексы работ по строительству, модернизации, ремонту и содержанию дорог, развитию производственной базы, т.е. в составе производственной программы дорожной организации, по сути, осуществляются различные проекты. Применительно к дорожному хозяйству на территории региона целесообразно говорить о комплексном проектном управлении региональной дорожной инфраструктурой (РДИ). Такому объединению разных видов деятельности в дорожном хозяйстве способствует общность техники и технологий многих работ по строительству, реконструкции, ремонту дорог и, частично, по содержанию. Существенное отличие заключается, прежде всего, в схемах организации работ.
В ситуации, когда потребности субъектов РФ в развитии транспортной инфраструктуры велики, а финансовые ресурсы государства ограничены, проблема эффективного управления дорожно-транспортным комплексом региона с использованием современных технологий, обеспечивающих прежде всего сохранность дорог, экономное расходование финансовых средств и устойчивое функционирование социально-экономических объектов является весьма актуальной.
Реальная практика управления дорожным производством в силу различных причин объективного и субъективного характера отстает от мирового уровня развития информационных технологий, современного менеджмента, методологии управления проектами и программами. Информационные технологии постепенно становятся обязательным элементом управления в отрасли, но очень часто, в силу ее особенностей, невозможно использовать готовые модели из других отраслей народного хозяйства. Особая роль в реализации целей, поставленных перед дорожной отраслью России, принадлежит научным исследованиям, связанным с разработкой и внедрением современ-
7 ных технических решений и технологий, теоретическим и практическим освоением новых методологий эффективного менеджмента. При проектном управлении важно реализовать комплексный подход ко всем проблемам объекта управления, рассматривая РДИ в целом как адаптивную динамичную систему.
Анализ состояния автомобильно-дорожного комплекса на территориях субъектов РФ, проблем управления дорожным хозяйством в отдельных регионах позволил сформулировать цель исследования: разработать методологию проектно-ориентированного управления производством работ на региональной сети автомобильных дорог с использованием методов математического моделирования и информационных технологий для принятия эффективных организационно-технологических решений на основе обоснованного альтернативного выбора.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:
разработать концептуальную модель адаптивного проектного управления региональной дорожной инфраструктурой с обоснованием цели и критериев эффективной производственной деятельности в интересах пользователей дорог;
разработать методологию управления ресурсоемкостью проектов эксплуатации территориальной сети автомобильных дорог с учетом воздействия экономических, организационно-технологических и метеорологических факторов в условиях неопределенности и риска;
разработать информационную технологию управления ресурсами при реализации проектов по эксплуатации региональной дорожной сети в нестабильной среде с математическим, программным и информационным обеспечением на ЭВМ;
сформировать комплекс математических имитационных моделей для оптимизации и обеспечения надежности организационно-технологических
решений в проектах строительства дорог и программах дорожных организаций при круглогодичном производстве работ с учетом сезонности;
обосновать принципы и разработать методику формирования и диагностики вариантов технологических нововведений с проектированием производственных и управляющих структур для их осуществления в дорожных организациях инновационного типа.
Объект исследования - организационные и производственно - технологические комплексы при выполнении дорожных работ на региональной сети автомобильных дорог.
Предмет исследования- совокупность теоретических и методических закономерностей и принципов управления сложной производственной системой.
Методология исследования основана на использовании принципов и методов проектного управления организационно-техническими и экономическими системами, процессного подхода к управлению с ориентацией на конечные результаты. В качестве инструмента исследований для решения поставленных задач использованы методы системного анализа, теория рационального выбора в условиях неопределенности, теория экономико-математического моделирования, а также методы многомерной математической статистики, имитационного моделирования производственных структур и технологических процессов, функционально-стоимостного и морфологического анализа, теории графов.
Информационной и экспериментальной базой исследований явились теоретические и методические разработки в составе НИР, выполненные в течение 1996-2006 гг. и связанные с формированием систем управления ресурсами проектов эксплуатации сети дорог Кемеровской области, Алтайского края, Омской области, федеральных дорог Красноярского края и Ханты-мансийского автономного округа.
Научная новизна заключается в развитии теоретических основ проект-но-ориентированного управления применительно к региональной дорожной
9 инфраструктуре на основании комплексного моделирования процессов производства работ на территориальной сети дорог. В ходе исследований автором получен ряд новых научных результатов:
Концептуальная схема управления РДИ представлена в виде трехуровневой логико-структурной модели корпоративного управления программой развития и эксплуатации сети автомобильных дорог. Предложенная автором методика последовательного анализа с оптимизацией на каждом уровне обобщенного компромиссного показателя, получаемого методом свертки технических, экономических и социальных критериев и ограничений, позволяет решать многокритериальную задачу рационального распределения ресурсов по видам деятельности и проектам с ориентацией на пользователей дорог.
Разработаны научно-методические принципы моделирования ресурсного обеспечения и бюджетирования проектов содержания сети дорог на основе взаимосвязей производственных факторов дорожно-эксплуатационной службы (ДЭС), вероятностных параметров внешней среды, нормативных требований к состоянию элементов дорог и дорожных сооружений.
Вычислительные эксперименты на имитационных моделях зимнего содержания (ЗС) дорог позволили выявить взаимосвязи и установить статистические закономерности воздействия совокупности метеорологических факторов с заданной вероятностью на ресурсоемкость дорожных проектов ЗС, уровень риска при выполнении нормативных требований к состоянию элементов дорог. Методика районирования территорий, впервые адаптированная нами к условиям эксплуатации дорог, позволяет выделять на территориях зоны более однородные по климатическим факторам.
Модель календарного планирования дорожно-строительных работ отличается от известных решений для общестроительных проектов учетом технологических особенностей дорожного строительства при сезонном характере производства работ, созданием заделов по элементам дорожной конструкции и оптимизацией объемов незавершенного строительства в комплексном
10 дорожно-строительном потоке. Разработанные имитационные модели позволяют оценить и оптимизировать уровень риска дорожных проектов при резервировании фронта работ и ресурсов типа мощности.
В качестве обобщенной характеристики уровня организации работ ДРСУ обоснован показатель ритмичности выполнения производственной программы при круглогодичном производстве дорожных работ. Разработана методика проектирования программы дорожного производства с оптимальным уровнем ритмичности использования трудовых ресурсов и техники.
Предложен теоретический подход к формированию и технико-экономической диагностике вариантов инновационных организационных и технологических решений при реализации дорожных проектов в сложных природных условиях на основе морфологического и функционально-стоимостного анализа. В качестве критерия эффективности при выборе варианта обосновано применение интегрального комплексного показателя по соотношению качество - затраты.
Дано теоретическое обоснование и разработана методика организационного проектирования при формировании и модернизации производственных структур (ПС) дорожно-эксплуатационных организаций инновационного типа. Разработаны модель, алгоритм и программная реализация процесса формирования организационных структур производства и управления, обеспечивающего оптимизацию и сбалансированность структуры парка машин и производственной программы, рациональный уровень функциональной специализации подразделений и концентрации элементов ПС, упорядоченность информационных потоков при управлении проектами и программами.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту 1. Концепция проектно-ориентированного корпоративного управления РДИ, основанная на анализе и синтезе совокупности научных знаний и практического опыта, новейших достижениях в области управления транспортными системами, учитывающая специфические климатические, технологические, экономические и другие особенности территории конкретного региона.
Комплекс математических моделей, описывающих взаимодействие элементов системы ДЭС - Автомобильные дороги - Транспортные потоки -Среда (ДЭС - АД - ТП - С) с целью оптимизации ресурсоемкости проектов для обеспечения потребительских качеств дорог и нормативных требований к их состоянию при реализации проектов содержания сети дорог с учетом неблагоприятных факторов.
Методика районирования территории по воздействию комплекса климатических факторов на условия эксплуатации дорог в зимнее время.
Комплекс имитационных организационно-технологических моделей календарного планирования дорожно-строительного потока с учетом особенностей сезонного характера производства работ в сложных природных условиях и факторов неопределенности.
Модель оптимизации производственной программы дорожной организации по критерию внутригодовой ритмичности.
Методику формирования и диагностики инноваций в дорожном производстве.
Оптимизационная модель и методики организационного проектирования производственных структур и структур управления дорожным производством.
Практическая значимость и внедрение результатов. Поставленные проблемы и предложенные пути их решения, в отличие от известных, направлены на реализацию процессного подхода к управлению дорожным производством в регионе и представлены в виде комплекса взаимосвязанных моделей, обеспечивающих повышение эффективности строительства и эксплуатации территориальной дорожной сети (рис.).
Методология адаптивного проектного управления с использованием информационных технологий нашла практическое применение при разработке научно-обоснованных нормативов на содержание сети дорог Кемеровской области, Алтайского края, Омской области. Результаты разработок, выполненных под научным руководством и при участии автора, приняты админи-
12 страциями соответствующих территориальных органов управления для планирования ресурсов при формировании бюджетов территорий и организации конкурсных подрядных торгов.
Концептуальная модель проектного адаптивного управления РДИ
1г.
Модель ресурсного обеспечения проектов
Строительство
и реконструкция
дорожных
объектов
Ресурсное
обеспечение
содержания
сети дорог
Модель
объекта
дорожной сети
Модель
районирования
территории по
климатическим
факторам
Модели
управления
рисками проектов
содержания
дорог
Проекты производства работ
Эксплуатация
дорожной
сети
Модель ДЭС-АД-ТП-С
Программа дорожной организации
Модели инновационных проектов
Ресурсное обеспечение строительных
проектов
Модель специализированного потока
Модель комплексного потока
Управление
риском
строительных
проектов и
резервированием
Комплекс моделей
производственных структур
инновационного типа
Модели инновационных
технологических
процессов
Информационная модель
управляющих структур
органического типа
Рис. Схема взаимодействия моделей в проектном управлении производством работ на региональной сети автомобильных дорог
Разработанная информационная технология на основе программного продукта АУРС-СибАДИ обеспечивает полный цикл проекта: формирование программы в целом на территории и по подрядчикам, оперативное управление ресурсами, приемку работ, бюджетирование программ. Программный комплекс АУРС-СибАДИ зарегистрирован ФГУ ФИПС (свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007610918 от 27.02.2007, авторы Боброва Т.В., Дубенкова Ю.В., Кузнецова Н.Ю.). АУРС-СибАДИ
13 сертифицирован на соответствие нормативным документам по ценообразованию на основе ресурсного метода в системе ГОСТ Р Госстандарта России 2001-2007 гг.(сертификаты Госстроя РФ: РОСС БШ.СП11.Н00043 №0130715; РОСС RU.Cni 1.Н00121 №0180090; РОСС RU. СП15.Н00079 №0730371).
Материалы исследований по совершенствованию системы управления дорожным хозяйством включены в «Программу модернизации и развития автомобильных дорог Омской области до 2025 г.», разработанную по заказу Министерства промышленной политики, транспорта и связи Омской области, и переданы для реализации ОГУ УДХ Омской области.
Часть исследований выполнена в 2004-2005 гг. при финансовой поддержке научно-технической программы: Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники, подпрограмма: 211.05 «Архитектура и строительство» (№ ГР 01200306506); в 2006г. - Министерства образования РФ по фундаментальным исследованиям в области технических наук (Код ГРНТИ 67.01.75, 73.31.75).
Результаты исследований использованы
в виде лекционного материала на обучающих семинарах, проводимых Росавтодором для дорожных производственных организаций (Российско-финский семинар, Кемерово, 2001; Омск, 2000; Томск, 2004; Саратов, 2005; Барнаул 2001, 2003);
в работе Комиссии по содержанию, ремонту и развитию автомобильных дорог и Комиссии по информатизации Российской Ассоциации территориальных органов управления автомобильными дорогами (РАДОР);
в учебном процессе в Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии при разработке программ и чтении лекций по дисциплинам «Организация и управление производством в дорожной отрасли», «Управление проектами», а также в системе переподготовки специалистов дорожной отрасли.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается методологической базой, основанной на фундаментальных, дос-
14 товерно изученных положениях, а также адекватностью моделей экспериментальным данным и результатам практического использования, долговременной практикой использования рекомендаций в дорожной отрасли.
Личный вклад в решение проблемы заключается в определении цели и задач исследования, выполнении значительной части теоретических и экспериментальных исследований, обобщении результатов, разработке и внедрении практических рекомендаций. В решение проблемы внесли свой вклад канд. техн. наук Сакута Н.Б. (элементы структурной модели управления содержанием сети дорог); канд. техн. наук Перфильев М.С. (модель формирования структуры парка машин дорожно-эксплуатационной организации); аспирант Коденцева Ю.В. (методика районирования территорий по условиям зимнего содержания дорог и экспериментальные расчеты). Эти работы выполнены под научным руководством автора.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на 43 научных конференциях, семинарах и совещаниях. Основными из них являются: VII Всесоюзное совещание дорожников (Москва, 1981); Всесоюзное совещание «Социально-экономические проблемы производственных инфраструктур в новых условиях хозяйствования» (Саратов, 1988); Семинар-совещание «Обеспечение надежности дорожных конструкций и автомобильных дорог при их проектировании, строительстве и эксплуатации (Ленинград, 1992); Международные научно-технические конференции «Автомобильные дороги Сибири», (Омск, 1994 - 2005); Республиканская конференция «Повышение эффективности дорожного хозяйства Украины» (Киев, 1994); Всероссийские научно-практические конференции «Пути повышения качества и эффективности строительства и реконструкции автомобильных дорог» (Барнаул, 1995, 2001, 2003); 13 Международный симпозиум по автоматизации и роботизации в строительстве (Токио, 1996); Всероссийские научно-технические конференции «Актуальные проблемы дорожно-транспортного комплекса России» (Краснодар, Сочи, 1999 - 2001); Российско-финский научно-практический семинар «Планирование затрат и
15 система оценки уровня зимнего содержания автомобильных дорог» (Кемерово, 2001); Всероссийский научно-практический семинар «Проблемы и перспективы эксплуатации дорожной сети Сибири и Дальнего Востока» (Томск, 2001); Первая Российско-Германская конференция «Проблемы безопасности дорожного движения» (Омск, 2002); Международная научная конференция «Опыт и проблемы современного развития дорожного комплекса Украины на этапе вхождения в Европейское сообщество» (Харьков, 2002); Всероссийская отраслевая научно-техническая конференция «Проблемы комплексного использования и развития информационно-телекоммуникационных технологий в дорожном хозяйстве» (Саратов, 2004); 6-я Международная конференция «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах», (Санкт-Петербург, 2004); Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы автомобильных дорог» (Алматы, 2005); Международный симпозиум «Управление проектами» (Нижний Новгород, 2007) и др.
Основные принципы методологии управления проектами и программами применительно к дорожному хозяйству территории
Управление проектами и программами (УПП) как управление изменениями является на сегодняшний день интенсивно развивающейся областью теории управления, результаты исследований в которой находят широкое применение на практике. Наиболее полное представление о принципах данной научной дисциплины дает системная методология управления проектами и программами (СМ УПП) [68, 70, 144, 178, 265, 282]. В системной методологии проанализирован и обобщен мировой опыт, представленный в трудах зарубежных ученых [11, 305, 306, 318,336].
Научный инструментарий управления проектами предусматривает использование моделей различных типов [67,68]: концептуальные логические модели (дерево целей, структура проекта, жизненный цикл проекта, структура программы, структурная декомпозиция задач и работ проекта и т.д.); технологические матричные модели: - матрица закрепления ресурсов и технологических операций проекта; - матрица распределения работ проекта (РП) между организационными структурами исполнителей (ИС) -РП-ИС; - матрица распределения управленческих задач (УЗ) между исполнителями команды управления проектами (УК) - УЗ-УК; модели и методы календарного планирования комплексов работ в проекте; модели и методы построения оптимальных организационных структур управления по заданным работам проекта РП и задачам управления проектом УЗ; модели и методы календарного планирования процессов управления в проекте; методы проектирования оптимальной информационной системы в проекте (документооборот и коммуникации).
В работе [282] определен методологический инструментарий управления проектами, в котором основой структурных моделей проектов являются так называемые «продуктно-ориентированные» работы (Work Breakdown Structure - WBS). В соответствии с [320] структурная модель организации проекта является иерархической декомпозицией организационной (управленческой) и производственной структуры.
Именно продуктовые работы (WBS) определяют производственную структуру проекта и связаны с его предметной областью. Продуктом дорожных работ являются новые конструктивные элементы дорог или сооружений в процессе строительства, а также изменение состояния этих элементов в процессе ремонта и содержания дорог. Структурная декомпозиция продуктовых работ проекта является графическим представлением производственной структуры проекта. Отличие производственных структур дорожной отрасли от структур управления проявляется, прежде всего, в системе ресурсного обеспечения. Для производственной сферы характерны следующие виды ресурсов: материальные, технические, трудовые, энергетические, финансовые. В сфере управления основным продуктом является информация, и соответственно, основными потребляемыми ресурсами -информационные, трудовые, финансовые.
Ниже приведены определения и пояснения некоторых понятий, используемых в системной модели методологии УП [272, 282].
Наибольшее внимание обычно уделяется процессам управления в следующих функциональных областях.
1. Управление предметной областью проекта - scope (содержанием и границами). Предметная область является одним из важнейших понятий УПП. В рамках этой области определяют цели и задачи проекта, основные результаты, критерии оценки достижения результатов. Проект описывается путем перечисления всех выполняемых работ и конечных результатов (продуктов и услуг), включая требования к качеству.
2. Управление проектом по временным параметрам - декомпозиция работ проекта; определение последовательности выполнения отдельных работ, их продолжительности, составление календарного плана, контроль изменений календарного плана.
3. Управление проектом по стоимостным параметрам: определение видов и количества ресурсов (трудовых, материальных и технических); определение стоимости ресурсов и работ; распределение стоимости по статьям сметы, видам работ и временным периодам (бюджетирование проекта); учет и контроль доходов и расходов, а также изменений бюджета.
4. Управление качеством: определение стандартов качества, относящихся к проекту, способов достижения требуемого уровня качества, мероприятия по обеспечению качества, контроль качества.
5. Управление контрактами: подготовка и участие в подрядных торгах, выявление поставщиков товаров и услуг, поддержание юридических отношений, определенных контрактами.
6. Управление рисками: выявление, анализ и разработка соответствующих мер реагирования на риски в проекте. В соответствии с [158] в расчетах эффективности учитывают «неопределенность», т.е. неполноту и неточность информации об условиях реализации проекта, и «риск», т.е. возможность возникновения таких условий, которые приведут к негативным последствиям для всех или отдельных участников проекта. В рамках управления проектами риски рассматриваются как возможность воздействия на проект и его элементы непредвиденных событий, которые могут нанести определенный ущерб и препятствовать достижению целей проекта. Основные этапы управления рисками: идентификация риска, количественная оценка риска, прогнозирование риска, реакция на риск.
Концептуальная модель, цели и критерии проектного управления региональной дорожной инфраструктурой
В предыдущем подразделе проанализированы основные модели и методы формирования систем эффективного управления транспортно-эксплуатационными показателями автомобильных дорог, предлагаемые различными авторами. Данные методы частично реализованы в ряде стран и регионов. В каждой из этих концепций присутствуют определенные прогрессивные тенденции, однако для использования в России необходимо, опираясь на достигнутый положительный международный и отечественный опыт, развивать структуры управления дорогами на территории, учитывая специфические особенности экономики, условия функционирования дорог в разных регионах России, развитие информационных технологий управления как в России, так и на международном уровне.
Основным недостатком проанализированных моделей на наш взгляд является отсутствие структурирования выполняемых проектов по уровням и стадиям управления с закреплением центров ответственности за конечные результаты. Методы проектного управления позволяют устранить этот недостаток и обеспечить определенные преобразования в региональном дорожно-транспортном комплексе.
Предлагаемая концептуальная модель управления региональной дорожной инфраструктурой (РДИ) [25, 27, 29, 38] представляет собой систему, разделенную на составляющие: по горизонтали - на функциональные звенья, по вертикали - на ступени (уровни).
Управление дорожными работами в регионах осуществляется в настоящее время трехуровневыми структурами: 1) государственным органом управления на территории; 2) заказчиком, представляющим интересы владельцев дорог на территории (для территориальных дорог - Управление дорожным хозяйством); 3) подрядными организациями - непосредственными производителями работ по строительству и эксплуатации дорог.
По классификации проектов [282] управление РДИ является программой (входит множество проектов, объединенных общей целью, выделяемыми ресурсами, временем на выполнение программы, технологией, организацией и ДР-) Дорожные программы по предметной области делятся на следующие группы: - инвестиционные проекты строительства, реконструкции и модернизации автомобильных дорог; - строительство мостов и др. сооружений на дорогах; - ремонт дорог; - содержание дорог и дорожных сооружений.
Кроме названных основных проектов на территории региона могут осуществляться все другие типы проектов: инновационные, организационные, технические, экономические и т.д.
В рамках программы управления РДИ рассматриваются мегапроекты -целевые программы, содержащие множество взаимосвязанных проектов, объединенных общей целью, выделенными ресурсами и отпущенным на их выполнение временем. Программа координируется на верхнем (региональном) уровне управления.
Подрядные организации выполняют отдельные проекты или мультипро-ектные программы. Большинство дорожных проектов выполняется в условиях неопределенности, обусловленной внешними и внутренними факторами. Поэтому управление программами РДИ относится к активному управлению организационными проектами.
Деятельность организаций дорожного хозяйства на территории должна быть направлена на формирование дорожной сети, удовлетворяющей потребностям населения, государства и бизнеса в передвижениях по автомобильным дорогам общего пользования с минимальными затратами времени при обеспечении комфортности, надежности и безопасности перевозок. Основными задачами органов управления РДИ являются [148,180,232]:
1. Улучшение и сохранение транспортно-эксплуатационного состояния (ТЭС) территориальных дорог, повышение их пропускной способности, обеспечение безопасного, бесперебойного движения, а также их благоустройство.
2. Организация выполнения работ по содержанию, ремонту, реконструкции, модернизации и строительству территориальных дорог и искусственных сооружений на них, включая функции балансодержателя, заказчика, контроля качества и обеспечения прямого финансирования подрядчиков дорожных работ.
3. Целевое и эффективное использование финансовых средств, выделяемых территориальным бюджетом на развитие, сохранение и совершенствование территориальной сети дорог, а также государственного имущества, направляемого на эти цели.
С позиций методологии управления проектами и программами процесс управления предполагает наличие следующих основных стадий: инициации, планирования целей (ожидаемых результатов) деятельности, ситуационного управления ради достижения этих результатов (включая организацию и мотивацию деятельности), контроля (наблюдение за результатами), анализа и регулирования, закрытия программы. Структура модели управления РДИ представлена на рис. 2.4. Количественные и качественные критерии эффективности будущей производственной деятельности должны быть заложены на стадии проектно-плановой работы, которая реализуется на каждом из уровней управления при оптимизации структуры дорожных работ с учетом состояния сети дорог, лимитов средств и ресурсов, мощностей низовых организаций.
Алгоритм многомерной классификации территории по условиям зимнего содержания дорог
Согласно [97] решение задачи многомерной классификации включает следующие основные этапы: - содержательную постановку задачи; - формирование информационного массива; - переход от содержательной постановки задачи к формализованной; - формализованный расчет, интерпретация результатов классифи-кации.
Обычной формой представления исходной информации в задаче многомерной классификации (кластерного анализа) служит прямоугольная матрица (3.4) хи хп .... х1п т\ хтп. каждая строка которой представляет собой результат измерения п рассматриваемых признаков (/ = !,«) на одном из т анализируемых объектов (у = \,т). Числовые значения, входящие в матрицу (3.4), могут соответствовать трем типам переменных: количественным, ранговым и качественным. Все наблюдаемые значения метеорологических факторов, как правило, имеют количественное значение. Количественные переменные обладают свойст вом упорядоченности, и над ними можно производить арифметические операции. Очень часто при формировании исходной информации приходится считаться с ее доступностью. По этой причине в анализ включаются не те признаки и объекты, включение которых желательно, но те, которые в данное время доступны исследователю.
После определения исходного массива информации переходят к наиболее трудному этапу, связанному с определением степени сходства исследуемых объектов; при этом в большинстве случаев исходят из их геометрической модели классификации, основанной на предположении, что сходство объектов может адекватным образом интерпретироваться как близость соответствующих точек в многомерном признаковом пространстве между этими точками. В этом случае простейший способ геометрического представления объектов состоит в том, что мы интерпретируем признаки объекта как координаты некоторой точки в «-мерном пространстве. Выбор меры близости - это узловой момент классификации, от которого зависит ее результат.
В качестве меры сходства/различия между двумя объектами xt,xk&X в «-мерном нечетком пространстве признаков используется «евклидово расстояние» между объектами х. и хк, вычисляемое по формуле [161]: d{xi,xk)= \ (М](ХІ)-М](Ч))2 (3-5) где jUj(Xj), jUj(xk)- меры обладания j-ы свойством соответственно /-го и к го объектов.
В качестве способа классификации принят «агломерационный» иерархический алгоритм [9], идея которого состоит в последовательном объединении объектов, сначала наиболее близких, а затем все более отдаленных друг от друга. Все они исходят из матрицы расстояний, и каждый объект вначале рассматривается как отдельный класс. Далее на каждом шаге работы алгоритма два самых близких класса объединяются, и соответственно преобразу 156 ется матрица расстояний: из нее исключаются элементы, определявшие расстояние до каждого из объединившихся классов, и добавляются элементы, определяющие расстояние между классами, полученными при объединениях, и всеми остальными. Алгоритм полностью реализуется, когда все объекты будут объединены в один класс.
В ситуациях, когда исследователю заранее неизвестно, на какое количество классов подразделяется исходное число многомерных объектов Хі,Х2,...,.Хп, для оценки качества разбиения в работе [4] рекомендуется принимать функционал I(S) в виде простой алгебраической комбинации (суммы, разности, произведения) двух функционалов /,(S)и I2(S). Показатель /, (S) является убывающей функцией числа классов и характеризует внутриклассовый разброс наблюдений. I2(S)- возрастающая функция числа классов К. Под I2 (S) понимается некоторая мера взаимной удаленности (близости) классов.
Искомый критерий оптимальности классификации должен быть таким, чтобы наилучший ее вариант соответствовал относительно большому I2 (S) и одновременно относительно малому /, (S). Расчеты ведут по формулам: h n nLdiX.Xj), (3.6) где К- число классов в классификации, щ- число объектов в классе /. Суммирование происходит так, что / принимает все значения от 1 до nt, ay - для каждого і все значения больше /; d{Xi,X:)- «евклидово расстояние» между объектами Х( и X,-. где d(S{, Sj) - «евклидово расстояние» между классами St, S . Суммирование производится так, что / принимает все значения от 1 до К, а значения у для каждого / выбираются так, чтобы они были больше /.
Рассмотренный метод классификации, применяемый в теории распознавания образов, имеет ряд преимуществ по сравнению с ранее используемыми для этой цели методами. Перечислим лишь основные из них: - отсутствие ограничений на число анализируемых признаков, характеризующих объекты; - в качестве исходных данных могут использоваться непосредственно наблюдаемые величины; - алгоритмы классификации имеют хорошее математическое обеспечение и, как следствие этого, возможность использования ПЭВМ, что чрезвычайно ускоряет обработку данных, позволяет осуществлять различные варианты классификации с введением дополнительной информации или новых условий.
Все это дает нам основание использовать этот метод при разработке районирования территории по условиям эксплуатации автомобильных дорог в зимний период. Процедура дорожного районирования предусматривает выполнение следующих этапов: 1) анализ современного состояния дорожного хозяйства рассматриваемой территории; 2) формулирование целей и задач районирования, выделение групп по климатическим явлениям; 3) выбор исходных объектов наблюдения (метеорологические станции, снегомерные посты); 4) выбор признаков районирования и определение их числовых значений на каждом объекте наблюдения;
Имитационное моделирование дорожно-строительного потока в условиях неопределенности и риска
Наряду с проектами ремонта и содержания сети дорог на территориях регионов постоянно реализуются проекты, связанные с модернизацией, реконструкцией и строительством новых объектов. Эффективная реализация процессов управления строительными проектами и программами, так же как и управление эксплуатацией дорожной сети, возможна только при использовании современных информационных технологий (ИТ). Основу таких технологий составляют модели объектов управления. Содержанием моделирования являются: конструирование модели на основе предварительного изучения процесса и выделения его существенных характеристик, экспериментальный или теоретический анализ модели, сопоставление результатов с данными о развитии процесса, корректировка модели и т.д.
Как уже отмечалось в подразделе 1.2, производственную структуру строительных проектов определяют «продуктно-ориентированные» работы (Work Breakdown Structure - WBS). Основой структурной декомпозиции работ при сооружении дороги являются конструктивные элементы дорог (земляное полотно, слои дорожной одежды, искусственные сооружения, обустройство дороги). Степень детализации работ в проекте зависит от целей проекта и решаемых задач. Декомпозиция работ (WBS) в моделях календарного планирования осуществляется на основе анализа технологических операций и процессов [69[.
Составление календарного плана производства работ включает следующие процедуры [282,193]: уточнение ограничений по времени, ресурсам и способам их потребления, исходя из конструктивно-технологических особенностей объекта; определение работ проекта на основе структурной декомпозиции проекта; определение последовательности выполнения работ и их взаимосвязей с помощью организационно-технологических моделей; определение потребности работ проекта в ресурсах; определение продолжительностей выполнения работ; разработка расписания работ в проекте; определение графиков потребности проекта в ресурсах; оптимизация расписаний работ по временным, ресурсным и стоимостным критериям; утверждение календарных планов.
Моделям календарного планирования предшествуют модели конструктивных и организационно-технологических решений. Достаточно подробный анализ календарных моделей в дорожном строительстве выполнен в работах [66, 166, 257]. В большинстве моделей календарного планирования в строительстве в качестве основной характеристики работ принята их продолжительность. При этом предусматривается деление объекта на составляющие элементы, на которых и фиксируется продолжительность работ. При строительстве линейно-протяженных объектов, к которым относятся автомобильные дороги, существенное значение имеет подготовка фронта для выполнения работы. При этом рассматривается не степень совмещения работ во времени, как в большинстве временных моделей, а степень совмещения по фронту работ. Такая зависимость выражается условиями [66,166]:
185 где VA(t), VB (t) - объемы работ А и В, выполняемые к моменту t; VQ- величина задела, т.е. объем работы А, который нужно выполнить прежде, чем приступить к работе В со скоростью не превосходящей пропорциональной скорости работы А ; VA- полный объем работы А.
Приведенные формулы в математическом виде выражают зависимости между смежными работами в поточном дорожном строительстве. Выбор объемного типа моделей обусловлен в значительной степени переменным характером производительности специализированных дорожных отрядов и темпов работ.
В работах [64, 166, 200, 249, 250, 294] обосновано использование методологии имитационного моделирования для описания организационных и экономических процессов в строительном производстве. В монографии Р. Шеннона [294], на наш взгляд, приведено наиболее точное понятие этого термина. Имитация понимается как процесс конструирования модели реальной системы и постановки экспериментов на этой модели. В. С. Воробьев [64] предлагает под имитационным моделированием понимать воспроизведение процессов или явлений на имитационной модели с помощью ЭВМ или других технических средств. Определения других авторов [50, 85, 203, 295] очень близки по смыслу к приведенным определениям. В работе [64] дана следующая классификация имитационных моделей:
Динамические модели - модели, имитирующие процесс строительного производства во времени.
Статические модели - модели, имитирующие состояние строительного производства в заданный момент времени.
Стационарные модели - модели, имитирующие состояние или процесс строительного производства, у которого при действии внешних возмущений параметры зависят только от интервала времени между моментом начала действия входного возмущения и текущим моментом времени.
