ВВЕДЕНИЕ
Условия экономики и развитие научно-технического прогресса требуют особого внимания к вопросу надежности в отрасли строительного производства. Это диктуется развивающейся конкуренцией на рынке услуг транспортного строительства и сложившимся геополитическим положением России, а также появлением новых строительных машин и средств механизации, новых технологий.
В современных экономических условиях к продолжительности строительства предъявляются жесткие требования; уже недостаточно иметь большой практический опыт и хорошую инженерную интуицию. Эффективные и обоснованные решения могут быть приняты только на основе вариантного проектирования и на основе научных методов получения организационно-технологических решений.
В соответствии с принятым законом Российской Федерации «О техническом регулировании» [11], вновь разрабатываемые СНиП, СП и другие нормативные документы носят рекомендательный характер. В них определяются только минимально необходимые основные требования к потребительским свойствам объектов и сооружений железной дороги и устанавливаются общие правила принятия проектных, организационно-технологических решений,
обеспечивающих достижения этих свойств в процессе проектирования и строительства и их сохранения в период эксплуатации и утилизации после выработки ресурса.
Принятие конкретных решений в производственной ситуации возлагается на строительные организации, в связи с чем они должны располагать инструментом обоснованного выбора надежных организационно-технологических решений.
5
Таким образом, в деятельности строительных организаций одними из решающих факторов являются надежность и технический уровень принимаемых организационно-технологических решений.
Вопрос надежности организационно-технологического решения в существующих условиях транспортного строительства является системотехническим, так как строительство носит сложный системный вероятностный характер. Выбор организационно-технологических решений, применяемых в настоящее время, не всегда позволяет гарантированно ликвидировать вероятностные отклонения в ходе строительства и обеспечить выполнение поставленных задач. Это происходит из-за недоиспользования методов системотехники, отсутствия учета системотехнических особенностей транспортного строительства, что подтверждает актуальность исследования.
Целью исследования является разработка методики определения влияния системотехнических особенностей организационно-технологических процессов на надежность применяемых при строительстве и реконструкции железных дорог организационно-технологических решений с целью формирования кластеров работ повышенной надежности.
Для ее достижения необходимо решить следующие задачи:
1. Выполнить анализ существующих методик принятия организационно-технологических решений и определения их надежности при строительстве и реконструкции железных дорог;
2. Разработать на основе системного подхода методику сведения организационно-технологических процессов в неразличимые по надежности группы;
3. Разработать программное обеспечение для реализации моделирования организационно-технологических процессов сооружения и реконструкции железных дорог с
6
определением их надежности для формирования на основе комбинаторно-графовых моделей кластеров равнонадежных процессов.
Методика исследования основана на использовании приемов математического моделирования вычислительных экспериментов на модели, научных положений организации строительного производств, системном подходе, теории надежности и математической статистики.
Научная новизна состоит в учете системотехнических особенностей технологических процессов при анализе организационно-технических решений и формировании по данному признаку кластеров технологических процессов.
Практическая значимость результатов состоит в формировании методики учета системотехнических особенностей технологических процессов при определении надежности принимаемых при строительстве и реконструкции железных дорог организационно-технологических решений.
Пользователями могут являться проектные и научно-исследовательские организации МПС РФ, осуществляющие научное сопровождение строительства и реконструкции железных дорог, строительные организации МПС РФ и корпорации «Трансстрой». Внедрение разработок при строительстве и реконструкции железных дорог позволяет решить важную задачу повышения эксплуатационной надежности железных дорог за счет учета системотехнических особенностей такой сложной системы как «железнодорожное строительство».
Апробация работы:
Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на IV научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте»
7
(2001 г.), конференциях «Неделя науки» (2002, 2003 г.г.), а также как содоклад при обсуждении проблемы «Надежность организационно-технологических решений» на постоянно действующем научном семинаре «Надежность и качество функционирования систем» РАН и Международной академии наук высшей школы. 20.02.03 (рук. Дружинин Г.В.)
Основные результаты исследований по диссертации изложены в печатных работах и отчетах по фундаментальным и поисковым НИР МИИТа (темы: 4.9 Программы 19.1.17/274р/01 и 1.21 Программы 19.10.00)
Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, основных выводов по диссертации, списка использованных источников 102, приложений. Работа содержит 127 страниц машинописного текста, 31 иллюстрацию, 10 таблиц.
8
1. Анализ существующих методов выработки организационно-технологических решений с определением их надежности при строительстве и реконструкции железных дорог.
1.1 Применяемые в железнодорожном строительстве технологические процессы с позиций системотехники.
Системотехника — научно-техническая дисциплина, изучающая вопросы проектирования и функционирования больших систем [2]. Исследования А.Ф. Акуратова, В.Б Бобрикова, А.А. Русакова, С.Я. Луцкого, В.Н. Мастаченко, А.О. Неймана, Г.С. Переселенкова, СП. Першина, A.M. Призмазонова, Э.С. Спиридонова, А.А. Цернанта, Т.В. Шепитько и других ученых показывают, что железнодорожное строительство, представляющее совокупность огромного количества организаций, предприятий, которые выполняют множество функций строительного назначения, является сложной комплексной системой (рис. 1.1, [9]) и, как следствие, является областью изучения системотехники.
Системотехника строительства изучает технические, организационные, управленческие, экономические, и др. строительные системы и межсистемные связи, взаимосодействующие достижению конечного результата в строительстве [2].
Строительство железной дороги состоит из различных комплексов работ, которые включают большое количество технологических процессов, составляющих единый организационно-технологический суперкомплекс работ [9]. Между технологическими процессами существуют определенные связи, нарушение которых не позволяет достигнуть конечного результата. Эти связи носят характер межсистемных, являясь системообразующими факторами.
Сруктурная схема комплексной системы строоительства железных дорог
о
Строительство железных дорог. |
1 1 I 1 I ! 1 1
Выоор обшей
схемы Определение
организации строительства железной Выбор схемы ввода железном Организация работ подготовите- Организация работ основного календарной потребности в ресурсах и Формиравние построечного инфраструк- Определение инвестиуцион- Внешние взаимодейс-
S дороги и дороги в льного периода производ- турного ной программы твия.
определение продолжительности эксплуатацию периода. строительства. ственных мощностях. комплекса. строительства.
строительства
1 1 1 1 -
1 Объекты I Железная дорга Очередь строительства Пусковой комплекс Этап строительства . Отдельные сооружения и основные виды работ
1 1 1 1
го Парамет- Характе- Характе- Технико-
X о Порядок ры органи Производствен- Ресурсы для ристика ристика экономи-
ДНЬ и сроки зационнои Объем Капиталь- транспорт построеч- ческие
ввода в схемы и ные ной ного показа-
пок эксплу- графика работ вложения ные мощности строитель ства схемы ифраструк- тели
атацию строитель строитель турного эффеек-
ства ства комплекса тивности
1 1 1 1
Время! Годы Месяцы
10
Их нарушение приводит к рассыпанию системы на отдельные фрагменты, нарушению ее целостности. Сохранение этих связей и обеспечение их надежности является системотехническим вопросом. Именно системный подход позволяет увязывать цели, сроки и ресурсы строительства. При его реализации нужно отчетливо представлять последовательность технологических процессов в комплексе работ строительства железной дороги.
В комплекс работ основного периода входит строительство железнодорожного пути, линейных технических сооружений, станционных технических сооружений, транспортных зданий. Строительство железнодорожного пути, как системы, состоит из следующих комплексов работ, выполняемых в основной период строительства: постройки водопропускных сооружений, отсыпки земляного полотна и сооружения верхнего строения пути.
При формировании каждого из этих комплексов, как указано в [9], разрабатывается организация работ по трассе и межкомплексная организация, обосновываются принятые способы производства работ, рассчитываются их объемы и сроки по перегонам и сооружениям, устанавливается потребность в специализированных строительных организациях, разрабатываются решения по оснащению работ средствами механизации, подвижным составом и др., устанавливаются сроки строительства малых мостов и водопропускных труб по перегонам; определяются местоположение и требуемые мощности звеносборочных баз и балластных карьеров, организация путеукладочных и балластировочных работ, организация рабочего движения поездов с путевыми звеньями и балластными материалами и
др.
На данный момент существует четкое разделение между организациями, занимающимися тем или иным видом работ: механизированные колонны выполняют земляные работы, мостопоезда
11
возводят искусственные сооружения, строительно-монтажный поезд -верхнее строение пути и т.д.. Работа этих организаций должна быть эффективно скоординирована для получения конечного результата. Вкупе они образуют сложную систему, которая состоит из огромного числа элементов, одновременно участвующих в производственном процессе [1]. Эта система является эмерджентной, т.е. приобретающей свойства, которыми не обладает ни один из составляющих ее элементов по-отдельности [2]. Каждый из элементов системы нестабилен и изменяется во времени, так как подвержен влиянию множества факторов.
Для того чтобы взаимодействие этих организаций, связь между ними, были эффективными, нужно, чтобы производственные процессы имели высокую технологичность. Во-первых, технологичность строительную, т.е. комплексную характеристику трех процессов: изготовления, транспортирования, возведения или сборки строительной конструкции [2]. Например, при сооружении верхнего строения железнодорожного пути технологичность предполагает: 1 - сборку рельсошпальной решетки; 2 - погрузку собранных звеньев на подвижной состав; 3 - транспортировку звеньев к месту укладки; 4 - монтаж рельсошпальной решетки на основной площадке земляного полотна.
При строительстве водопропускных труб (металлических водопропускных труб) это - изготовление труб на заводе (из стали толщиной 1,5...2,5 мм с гофрами высотой 32,5 мм с шагом 130 мм), транспортирование к месту монтажа, монтаж водопропускной трубы. При нарушений какого-либо из этих подпроцессов вся технологическая цепочка разрывается, что означает невозможность выполнения следующей работы и сооружения верхнего строения пути или другого элемента железной дороги в целом. Поэтому связи между технологическими процессами внутри каждого комплекса работ должны быть хорошо налажены и должны иметь альтернативу.
12
Нарушение этих связей носит различный характер: технический, технологический, организационный, социальный, либо совместный. Именно поэтому изучение этих связей требует системного подхода [3].
Во-вторых, технологичность монтажную, которая характеризует технологичность подсистемы монтажа конструкций при определенных ограничениях со стороны других подсистем [2]. Для подсистемы строительства верхнего строения пути ограничением являются подсистемы строительства земляного полотна и искусственных сооружений, для подсистемы строительства земляного полотна — подсистема строительства искусственных сооружений и т.д. Здесь просматривается прямая связь между комплексами работ, подчеркивающая эмерджентность системы строительства железной дороги.
Стыки между технологическими операциями, технологическими процессами на разных уровнях являются системотехническими проблемами. В соответствии с [2], эти проблемы можно условно разделить на следующие группы: технические, организационные, экономические, плановые и управленческие. К техническим относятся:
• совершенствование проектных решений (повышение качества и технологичности, увеличение морального срока службы и т.д.);
• разработка эффективных методов технологической подготовки производства;
• создание новых строительных машин, механизмов, ручного инструмента;
• повышение эффективности строительных материалов и конструкций;
• создание эффективных технологических процессов строительства; повышение качества конструкций, деталей материалов; повышение качества СМР;
13
• механизация и автоматизация строительного производства
и др. К организационным системотехническим проблемам относятся:
• повышение плановой дисциплины;
• сокращение загрузки строительных организаций выпуском несвойственной промышленной продукции (конструкций, деталей и т.п.);
• рациональная специализация предприятий и баз стройиндустрии;
• сокращение простоев рабочих и непроизводственных затрат ручного труда;
• сокращение простоев машин и механизмов и повышение эффективности их использования;
• повышение квалификации рабочих и сокращение текучести кадров и др.
К экономическим проблемам относятся:
• совершенствование рыночных механизмов ведения строительства, методов экономической оценки инвестиционных проектов; разработка эффективных методов нормирования строительных ресурсов;
• совершенствование плановых и отчетных технико-экономических показателей деятельности строительных и промышленных организаций;
• обоснование рационального уровня оплаты труда рабочих-строителей;
• разработка эффективной системы инвестирования инноваций в зависимости от качества строительства и др.
К плановым проблемам относятся:
• сокращение распыления инвестиций;
14
• повышение сбалансированности планов и ресурсов; совершенствование планирования загрузки строительных организаций;
• совершенствование системы комплектования строек технологическим оборудованием и др.
К управленческим системотехническим проблемам относятся:
• совершенствование системы управления инвестиционными проектами;
• разработка методов своевременной корректировки планов; создание совершенной информационной системы для принятия решений;
• сокращение уровней управления;
• создание основ организационных структур управления и др.
При решении перечисленных проблем возникают вопросы устойчивости функционирования организационных систем и надежности организационно-технологических решений. Их решению посвятили свои исследования Г.В. Дружинин, Э.С. Спиридонов, А.А. Гусаков, В.Н. Мастаченко, А.О. Нейман, Г.С. Переселенков, Т.В. Шепитько и др. [2,3,4,6,8,9,10,12,13,30,33,34,35,36,37,38,40,41,43,50].
В работах [6, 8] Г.В. Дружинин выделил надежность технических объектов (ТО), технологических систем (ТС) и трудовых технологических процессов (ТТЛ). В этих работах он описал отличительные особенности определения надежности ТО, ТС и ТТЛ.
В работах Э.С. Спиридонова применяются различные способы определения показателей надежности [3],[41]. В [34] описан метод оценки надежности строительных систем посредством расчета функции готовности системы:
7=0
15
где *jV) - вероятность нахождения системы в j-ом
работоспособном состоянии.
В работах [12, 13] под надежностью понимается вероятность безотказной работы железнодорожной станции. При этом предполагается возможным ее мгновенный выход из строя при отказе одного из составляющих ее элементов (путей).
Вопросы надежности, в числе других вопросов, рассмотрены в [3], где разработана методика определения надежности организационно-технологических решений. Мерой надежности является вероятность непревышения заданного или директивного срока строительства, что соответствует ГОСТу [44] и трудам [8], [10]. Однако, в общем контексте работы методика определения надежности носит подчиненный характер, в силу чего задача определения надежности срокообразующих комплексов до сих пор требует детального изучения, что определяет научную новизну настоящего исследования и его актуальность.
16
1.2 Системный подход к описанию системотехнических особенностей комплекса сооружения верхнего строения пути.
В строительной литературе строительная система рассматривается как функциональная система, сформированная для достижения определенного результата в строительстве [7]. Строительная система с позиций системного подхода исследуется как единое целое с учетом всех взаимосвязей с изучением отдельных структурных частей.
Методология системного подхода реализована в исследовательском аппарате системного анализа. Она основана на структурном расчленении (декомпозиции), выделении отдельных подсистем, изучении взаимосвязей между этими подсистемами. Организация строительного производства в системном рассмотрении представляется технологической системой с гетерогенной эффекторной структурой, детерминированными, в основном, передаточными связями. Под технологической системой подразумевается совокупность технических систем, в которой отдельные части (технологии) приходится по ходу строительства заменять другими. В силу этого меняется структурный состав элементов. Для железнодорожного строительства подобная ситуация типична и вызывается как переменным воздействием среды, так и спецификой создаваемых объектов, т.е., в целом нестабильностью условий производства по отношению к достаточно устойчивой технологии. Если регулирование хода производства осуществляется технологическими средствами, система выглядит простой. Но смена процессов, использование новых машин, замена материалов в ходе производства и прочие виды регулирования, оказывающие влияние на параметры системы и делающие ее сложной, не относятся к технологии. Они осуществляются подсистемой более высокого порядка, способной выполнить функции организации производства, которая при известных вариантах
17
технологии должна обеспечить в конкретных условиях их рациональное и эффективное осуществление.
Декомпозиция строительного комплекса железных дорог осуществляется на основе сложившейся производственной специализации. Как уже отмечалось, в него входят подкомплексы сооружения земляного полотна; искусственных сооружений; верхнего строения пути; устройств связи, автоматики, телемеханики и др. (рис. 1.2.).
сооружение земляного полотна
возведение искусственных сооружений
сооружение верхнего строения пути
сооружение устройств связи,
автоматики, электрификация и
другое.
Рис 1.2. Декомпозиция системы железнодорожного строительства.

Получить работу