Проектирование и формирование оптимальных комплектов, комплексов и парков машин.

В развитии средств комплексной механизации строительства можно выделить три стадии:

— создание и использование одиночных машин для механизации от­дельных операций;

— создание и использование комплектов (сформированных из таких машин) для механизации простых технологических процессов;

— создание и эксплуатация комплексов (комплектов) строительных и дорожных машин с взаимоувязанными параметрами для комплексной ме­ханизации сложных технологических процессов.

Сегодня мы переходим от второй стадии развития к третьей — к созда­нию систем строительных и дорожных машин, как высшей формы развития строительной техники (рис. 2.2).

Создание систем строительных и дорожных машин ставит перед проек­тировщиками качественно новые задачи. В процессе проектирования выделяются две стадии:

— макропроектирование, связанное с выбором параметров машин и структуры системы как единого производственного объекта;

— микропроектирование, связанное с конструированием машин - эле­ментов системы с заданными параметрами.

Основным инструментом макропроектирования является математиче­ское моделирование на ЭВМ.

Рис 2.2. Схема развития средств комплексной механизации строительства

При недостаточном внимании к стадии макропроектирования появляется ряд недостатков в проектных решениях, основными из которых являются:

— отсутствие оптимальной взаимоувязки параметров машин различных типов;

— отсутствие всесторонней оценки н прогноза состояния внешней сре­ды, и условий работы средств механизации;

— недостаточная вариантность и экономическая обоснованность рас­сматриваемых комплектов и комплексов машин;

— отсутствие учета вероятностного характера функционирования ма­шин комплекса (комплекта);

— отсутствие оценки влияния надежности машин комплекса на эффек­тивность работы в целом, в зависимости от их структуры;

Проектирование и формирование оптимальных комплектов, комплек­сов и парков машин — это сложный специфический вид. инженерной дея­тельности, в котором тесно переплетаются качественные и количественные методы, наука, опыт и точный расчет. Основная трудность заключается в необходимости учета большого числа факторов. Только учет всего много­образия факторов как материального, так и временного характера, их тща­тельный анализ дает основание инженеру синтезировать большое число возможных вариантов решения задач и определять среди них оптимальные, обеспечивающие максимальный эффект.

Эффективность комплектования машин зависит от множества фактов: технических, технологических, экономических, внутренних и внешних, которые часто взаимоувязаны между собой. Кроме того, существует мно­жество различных методов и способов комплектования машин, которые постоянно пополняются. В общем виде комплектование машин состоит из двух основных этапов. На первом этапе проводится информационная подготовка процесса, сбор и тщательный анализ технических, технологиче­ских, экономических и других показателей, связанных с объектом строи­тельства, условиями работы, возможными технологическими процессами выполнения работ и возможными средствами механизации, которые потен­циально, могли бы выполнить те или иные строительно-монтажные процес­сы. На втором этапе по выбранному критерию или критериям оптимизации проводится синтез, моделирование, оптимизация, в результате чего и при­нимается то или иное решение. Процесс комплектования машин это слож­ный и, как правило, не однозначный и не детерминированный процесс.

Последняя операция — операция принятия решения это, по существу, компромисс, так как не все и не всегда можно формализовать и учесть в математических, имитационных моделях, возможны отступления, даже от оптимального решения. Эта операция носит как количественный, так и ка­чественный характер.

Сформулируем теперь основные условия, необходимые для эффек­тивного комплектования машин в строительстве:

достоверная информация о действительном состоянии средств механизации, их использовании, а также полная характеристика объекта работы, технологических процессов, условий работы, среды окружения, имеющихся ограничений;

достоверная информация по всем элементам затрат в процессе функционирования всех возможных комплектов машин в задан­ных условиях работы;

большая свобода варьирования основных параметров машин в комплекте, комплексе и системе машин и их структур; наличие одного или нескольких критериев оптимизации и сово­купности объективных условий ограничений; теоретические основы, методология, комплекс методов опти­мального комплектования машин, алгоритмическое и программ­ное обеспечение для эффективного комплектования машин в строительстве.

Разнообразие объектов, условий работы, технологических процессов, окружающей среды и средств механизации требует еще большего разнооб­разия методов оптимального комплектования машин.

В этих условиях вопросы комплексной механизации строительства, комплектования машин приобретают особое значение.

Научно-обоснованное проектирование, формирование и использова­ние оптимальных комплектов, комплексов и систем машин* требует соот­ветствующих теоретических основ, которые включают: методологические основы и комплекс различных методов анализа, синтеза и оптимизации для решения данного класса задач.

Методологические основы включают совокупность основных подхо­дов и принципов проектирования, формирования и использования машин, комплектов, комплексов и систем машин.

Основными подходами в первую очередь являются системный и детерминированно-вероятностный, а в качестве основных принципов: принцип необходимого разнообразия; принцип оптимальности, комплекс­ности, иерархичности, декомпозиции и итерационной оптимизации.

Системный подход предусматривает рассмотрение процесса ком­плектования машин, начиная с этапа проектирования машин, комплек­тов, комплексов и систем машин, их эффективного использования и за­канчивая их списанием. При этом процесс комплектования должен прово­диться с учетом взаимосвязей и взаимовлияния объекта строительства, технологии выполнения работ, окружающей среды, условий работы и собственно средств механизации строительства.

Детерминированно-вероятностный подход предусматривает выде­ление и учет различных условий функционирования машин комплектов, комплексов и систем машин: комплектование машин при детерминирован­ных условиях; комплектование машин при вероятностных условиях и комплектование машин при неопределенных условиях.

Принцип необходимого разнообразия предполагает наличие боль­шого разнообразия методов и методик оптимального комплектования ма­шин, учитывая большое разнообразие объектов строительства, технологи­ческих процессов, условий работы и средств механизации.

Принцип оптимальности означает, что задачи комплектования долж­ны преимущественно решаться количественными методами с определе­нием оптимальных машин, комплектов, комплексов и систем машин.

Принцип комплексности означает, что процесс комплектования ма­шин должен предусматривать комплектование как основных, так и вспомогательных и обслуживающих машин. Это связано с тем, что они тесно взаимосвязаны друг с другом и существенно влияют на эффектив­ность функционирования средств механизации.

Принцип иерархичности означает разделение задач комплектования на уровня по вертикали для облегчения их решения. Можно выделить несколько таких уровней: машина, комплект машин, комплекс машин и система машин.

Принцип декомпозиции означает разделение задач комплектования на каждом уровне по горизонтали для облегчения их решения. Так большие комплексы машин можно разделить на несколько взаимосвязанных и взаи­модействующих комплектов машин. Систему машин можно представить в виде совокупности отдельных машин, комплектов и комплексов машин.

Принцип итерационной оптимизации означает многократное реше­ние взаимосвязанного комплекса экстремальных задач комплектования с целью облегчения решения. Так оптимальное комплектование машин на более высоком уровне по вертикали требует многократного решения задач оптимального комплектования машин на более низком уровне. Решение же задач комплектования на более низком уровне намного легче, чем на более высоком.

В допустимых границах, комплект, комплекс машин может рассматривать­ся как единое целое (система) с учетом внутренних связей (между отдельными машинами) и внешних связей (условий, в которых будет работать комплекс).

Эффективное решение рассматриваемой проблемы предусматривает:

- информационный подход к проектированию, формированию и эф­фективному использованию средств, комплексной механизации строитель­ства, включающий сбор, обработку и анализ необходимой информации о средствах механизации, среде, в которой предстоит им работать, и условий их использования с предварительной и последующей обработкой этой ин­формации на ЭВМ;

- вероятностно-статистический подход, при котором условия работы, техническая, технико-экономическая и другая информация представляется, например, в виде соответствующих уравнений регрессий, получаемых на основе использования методов математической статистики, с учетом веро­ятностного характера работы средств механизации;

- использование в качестве основного метода исследования метода ма­тематического или имитационного моделирования, при котором нет необ­ходимости проектировать реальный комплект, комплекс или систему ма­шин, а затем проводить экспериментирование над ними. Это связано с большими материальными затратами и требует довольно длительного вре­мени, к тому же, это не всегда возможно сделать;

- использование комплекса различных методов анализа, синтеза и оп­тимизации ввиду большого разнообразия систем машин и ситуаций, возни­кающих в процессе проектирования, формирования и оптимального ис­пользования средств механизации;

- широкое использование электронно-вычислительной техники для обеспечения максимальной эффективности поиска оптимальных парамет­ров и структуры проектируемых систем машин, как с позиции снижений трудоемкости, так и с позиции сокращения затрат времени, одновременно повышая объективность принимаемых решений;

- использование системного подхода, направленного на охват и учет всех сторон жизненного цикла средств комплексной механизации и автома­тизации строительства, начиная с этапа научного исследования, проектиро­вания и кончая их списанием, на основе минимизации затрат, а также учета связей с другими системами и подсистемами;

- создание эффективных экономико-математических моделей и соот­ветствующих аналитических, численных и имитационных методов которые повышают научную обоснованность вырабатываемых решений;

- комплексное сочетание опыта, современных методов выработки оп­тимальных решений и творческого подхода - основ решения самых слож­ных задач.

Эффективное решение многочисленных проблем комплексной механи­зации строительства связано с переходом к более высоким уровням автома­тизации, от автоматизации физической деятельности человека к интеллек­туальной на основе системного подхода.

Рассмотрим некоторые характерные принципы системного подхода:

- наиболее полное и точное определение назначения системы, ее целей и задач. Это требует, в свою очередь, анализа состава и значимости отдель­ных целей, подцелей и задач, определения возможности их осуществимости и требуемых для этого средств и ресурсов; определения показателей эффек­тивности, критериев оптимизации и целевой функции;

- исследование структуры системы и, прежде всего, состава входящих в нее компонентов, характера межкомпонентных связей и связей системы с окружающей средой, пространственно-временной организации компонен­тов системы и их связей, границ системы, ее изменчивости и особенностей на различных стадиях существования (жизненного цикла) и функциони­рующей в различных условиях;

- последовательное изучение характера функционирования системы, в том числе: всей системы в целом, отдельных подсистем в пределах целого, изменчивости функций и их особенностей на разных стадиях функциони­рования системы;

- изучение системы в динамике, т.е. на различных этапах ее жизненно­го цикла, при проектировании, производстве и эксплуатации.

Системный нодход отличается от классического (или индуктивного) подхода. Если классический подход рассматривает систему путем перехода от частного к общему и синтезирует систему путем соединения ее компо­нентов, разрабатываемых отдельно, то системный подход предлагает по­следовательный переход от общего к частному, когда в основе лежит эф­фективность функционирования системы в целом с учетом всех взаимосвя­зей как внутри системы, так и вне ее.

23. Формализация комплектования машин

Построение четкого формального (математического) описания процессов комплексной механизации строительства - это сложная, не до конца опреде­ленная система действий, которая по мере развития науки, техники все время совершенствуется. Компьютерная революция оставила свой отпечаток на эту систему действий. Формализация процессов, построение математических моделей не являются самоцелью - это средство достижения цели.

Для успешной формализации необходимо весь механизированный про­цесс разбить на отдельные операции и выделить существенные связи между ними. Такая декомпозиция упрощает исследование и выработку оптималь­ных решений.

Необходимыми условиями формализации являются четко сформулиро­ванные критерии оценки и ограничения, накладываемые на функциониро­вание комплектов машин.

Поиск оптимальных вариантов должен быть произведен на основе раз­ностороннего моделирования всех возможных вариантов комплектов ма­шин с применением современных вычислительных средств. Поскольку оп­тимизация — это трудоемкий процесс, то необходимо иметь соответст­вующее программное обеспечение.

Формализация процесса комплектования машин в строительства вклю­чает в себя следующие основные этапы (рис. 2.3):

Рис 2.3. Схема формализации комплектования машин в строительстве.

Укрупненно можно выделить следующие основные этапы: