полной задачи (4.4) – (4.8), при этом применяется метод последовательного перебора возможных сочетаний целочисленных значений ni при выполнении условий (4.5).
На основе этого алгоритма соискателем составлен алгоритм и разработано программное обеспечение «Park», позволяющее достаточно быстро сформировать оптимальный парк машин и оценить его эффективность.
Разработанное соискателем методическое, математическое и программное обеспечение позволяет провести комплексную оптимизацию организационно-технологических решений и выбрать лучший вариант для детальной проработки. Каждая из указанных выше программ может работать как автономно, так и в составе автоматизированного комплекса по выбору ресурсосберегающей технологии строительства зданий и сооружений.
4.2. Оптимизация комплекса машин
Проектирование ресурсосберегающего комплекса машин и механизмов для строительства зданий и сооружений показано в [54, 120, 121, 149, 166, 168, 179, 180]. После разработки m видов комплектов, из которых будет сформирован комплекс машин, необходимо найти значения количества вариантов каждого вида комплекта ni, которое минимизирует вариацию эффективности комплекса
|
i=m j=m |
|
V = |
∑∑ni nj Vij |
|
i=1 j=1 |
(4.9) |
|
к |
N 2 |
|
|
|
при условии, что обеспечивается заданное значение себестоимость использования комплекса.
Себестоимость использования комплекса машин определяется по формуле
i=m |
|
Cк = ∑ni Ci . |
(4.10) |
i=1
Поскольку ni – количество комплектов i-го вида в комплексе машин,
i=m
то в сумме они составляют N: ∑ni = N .
i=1
Производительность комплекса машин должна быть больше либо равна требуемой
i=m |
|
∑ni Пi ≥ Пт . |
(4.11) |
i=1
Задача по оптимизации комплекса машин сводится к следующему:
150
i=m j=m
∑∑ni n j Vij
i=1 |
j=1 |
|
→ min , |
(4.12) |
|
|
N 2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
i=m |
|
|
|
|
∑ni = N , |
(4.13) |
|
|
|
i=1 |
|
|
n1 ≥ 0,...,nn ≥ 0 , |
(4.14) |
|||
|
i=m |
|
|
|
|
∑ni Пi ≥ Пт , |
(4.15) |
||
|
i=1 |
|
|
|
|
|
Cк ≤ Cт , |
(4,16) |
|
где Vij – ковариация себестоимости работы i-го и j-го вида комплектов машин.
На основе этого алгоритма соискателем составлены алгоритм и разработано программное обеспечение «Komplex», позволяющее достаточно быстро сформировать оптимальный комплекс машин и оценить эффективность его работы.
В таблице 4.1 приведены показатели парка машин строительной организации, из которого будет сформирован комплекс машин с производительностью не менее 400 м3/ч для работы с грунтами второй категории. При этом средневзвешенная себестоимость разработки грунта комплектом принята 3,4 р/м3.
Таблица 4.1. Показатели земснарядов
Марка |
Марка грунтово- |
Подача грунто- |
Производи- |
Сметная |
Стои- |
|
вого насоса (по |
тельность, |
расценка, |
мость, |
|||
земснаряда |
го насоса |
|||||
воде), м3/ч |
м3/ч |
р./ч |
р./м3 |
|||
|
|
|||||
WaterMaster |
WM 400/10 МФУ |
400 |
40 |
250,42 |
6,261 |
|
Classic III |
||||||
|
|
|
|
|
||
1400–40 |
ГруТ 1400/40 |
1400 |
140 |
470 |
3,357 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1400–40Д |
ГруТ 1400/40 |
1400 |
140 |
626,06 |
4,472 |
|
|
|
|
|
|
|
|
180–60 |
ГруТ 2000/60 |
2000 |
200 |
567,3 |
2,837 |
|
|
|
|
|
|
|
|
180–60 |
ГруТ 3000/72 |
3000 |
300 |
1026,6 |
3,422 |
|
|
|
|
|
|
|
|
350–50Л |
ГруТ 3800/65 |
3800 |
380 |
1374 |
3,616 |
|
|
|
|
|
|
|
|
WaterMaster |
WM 500/25 МФУ |
500 |
50 |
250,42 |
5,008 |
|
Classic IV |
||||||
|
|
|
|
|
В таблице 4.2 приведены коэффициенты изменения производительности земснарядов в зависимости от категории грунта для корректировки показателей работы земснарядов при проектировании комплекса под другую категорию грунта.
151
Таблица 4.2. Коэффициент изменения производительности земснарядов в зависимости от категории грунта
Категория |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
грунта |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Коэффициент |
0,7 |
1 |
1,26 |
1,59 |
2,04 |
2,48 |
2,91 |
3,35 |
|
(0,78) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Для перехода от технической производительности (таблица 4.1) к реальной необходимо рассчитать коэффициент использования земснарядов по времени. Для этого воспользуемся показателями выборки коэффициентов использования по времени земснарядов
(таблица 4.3) [149].
По данным таблицы 4.3 средняя величина коэффициента использования по времени составляет Kв = 0,5747. Тогда эксплуатационная производительность земснарядов (таблица 4.4) определяется по формуле
Пэ = ПтKв , |
(4.17) |
где Пт – теоретическая часовая производительность земснаряда, м3/ч; Kв – коэффициент использования земснаряда по времени.
Риск работы земснарядов по производительности (таблица 4.4) определяется по формуле
rП = П |
σ |
Kв |
, |
(4.18) |
|
з |
т |
|
|
|
|
где σKв – среднее квадратическое отклонение коэффициента исполь-
зования по времени.
С помощью формулы 1 переходим от технической производительности (таблица 1) к эксплуатационной (таблица 4.4) и с помощью
формулы 2 при σKв = 0,02813 (таблица 4.3) находим величину риска эксплуатационной производительности земснарядов (таблица 4.4).
Таблица 4.3. Показатели выборки коэффициентов использования земснарядов по времени
Показатель |
Величина |
ВХОДНЫЕ ДАННЫЕ |
|
Количество опытов, шт. |
135 |
Количество связей, шт. |
3 |
Уровень значимости |
0,05 |
Фактор |
Kв |
ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ |
|
Минимальное значение фактора |
0,5095 |
Максимальное значение фактора |
0,6400 |
Центральный момент первого порядка |
0,0 |
Центральный момент второго порядка |
0,0007912 |
Центральный момент третьего порядка |
0,0000033 |
Центральный момент четвертого порядка |
0,0000015 |
Асимметрия выборки |
0,14879 |
Эксцесс выборки |
-0,63495 |
152
Выборочное среднее значение фактора |
0,5748 |
Среднее линейное отклонение фактора |
0,02334 |
Среднее квадратическое отклонение фактора |
0,02813 |
Стандартное отклонение фактора |
0,02823 |
Средняя квадратическая ошибка фактора |
0,00243 |
Ошибка в % от среднего значения фактора |
0,4228 |
Эмпирическая дисперсия выборки |
0,000797 |
Вариации отклонения от среднего значения |
0,000545 |
Риск отклонения от среднего значения |
0,02334 |
Коэффициент вариации |
4,89 |
Вычисленное значение критерия Пирсона |
4,58 |
Табличное значение критерия Пирсона |
11,02 |
Количество интервалов |
8 |
Стоимость разработки 1 м3 грунта определяется по формуле
|
|
|
Cг = Cз/Пз , |
(4.19) |
|
|
||
где Cз – сметная расценка эксплуатации земснаряда за час, р.; |
|
|||||||
П – часовая производительность земснаряда м3/ч. |
|
|||||||
|
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4.4. Исходные данные по земснарядам |
|
|||||
|
|
Коли- |
|
|
Риск по |
|
|
Риск по |
|
Марка земсна- |
Производи- |
производи- |
Стоимость, |
|
|||
|
чество, |
|
стоимости, |
|||||
|
ряда |
тельность, м3/ч |
тельности, |
р./м3 |
|
|||
|
шт. |
|
р./м3 |
|||||
|
|
|
|
м3/ч |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
WaterMaster |
1 |
23,0 |
|
0,65 |
10,894 |
|
0,3065 |
|
Classic III |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1400–40 |
1 |
80,5 |
|
2,26 |
5,841 |
|
0,1643 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1400–40Д |
1 |
80,5 |
|
2,26 |
7,781 |
|
0,2189 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
180–60 |
1 |
115,0 |
|
3,23 |
4,936 |
|
0,1389 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
180–60 |
1 |
172,4 |
|
4,85 |
5,954 |
|
0,1675 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
350–50Л |
1 |
218,4 |
|
6,14 |
6,292 |
|
0,1770 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
WaterMaster |
1 |
28,7 |
|
0,81 |
8,714 |
|
0,2451 |
|
Classic IV |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следует стоимость разработки 1 м3 грунта как и производительность делить на техническую и эксплуатационную. Техническая стоимость разработки 1 м3 грунта определяется по формуле
Cгт = Cз/Пт . |
(4.20) |
Эксплуатационная стоимость разработки 1 м3 грунта определяется по формуле
Cгэ = Cгт/Kв . |
(4.21) |
Риск работы земснарядов по стоимости (таблица 4.4) определяется по формуле
rC = C σ |
Kв |
, |
(4.22) |
|
з |
з |
|
|
|
|
|
153 |
|
|
В соответствии со стоимостью разработки 1 м3 грунта риск следует разделять на технический и эксплуатационный. Эксплуатационный риск определяется по формуле
rC = C эσ |
Kв |
. |
(4.23) |
|
г |
г |
|
|
|
Процесс формирования комплекса машин состоит из трех этапов [120, 121]. На первом этапе из имеющегося в наличии парка формируются возможные варианты комплектов для производства соответствующих видов работ и рассчитываются технические и экономические показатели каждого варианта (таблица 4.4). Далее с помощью программы «Komplex» из базы данных формируется комплекс машин для производства земляных работ с минимальной себестоимостью работы комплекса (таблица 4.5).
Таблица 4.5. Показатели лучшего комплекса по себестоимости производства работ, сформированного из базы данных
|
Количество |
Производительность |
|
Себестоимость |
|
Комплект |
комплектов, |
комплекта, |
|
|
работы комплекта, |
|
шт. |
ед. / ч |
|
|
р. / ед. |
|
|
|
|
|
|
6 |
2 |
218,400 |
|
|
6,2920 |
|
Производительность комплекса машин: |
|
436,80 ед. / ч |
||
Минимальный риск производительности: |
|
4,48 ед. / ч |
|||
Себестоимость работы комплекса: |
12,584 р. / ед. |
||||
Минимальный риск себестоимости: |
0,1293 р. / ед. |
||||
Затем с помощью программы «Komplex», из имеющегося в наличии парка, также формируется комплекс машин для производства земляных работ с минимальной себестоимостью работы комплекса (таблица 4.6).
Таблица 4.6. Показатели лучшего комплекса по себестоимости производства работ, сформированного из парка машин
|
Количество |
Производительность |
Себестоимость |
Комплект |
комплектов, |
комплекта, |
работы комплекта, |
|
шт. |
ед. / ч |
р. / ед. |
|
|
|
|
2 |
1 |
80,500 |
5,8410 |
4 |
1 |
115,000 |
4,9360 |
6 |
1 |
218,400 |
6,2920 |
Производительность комплекса машин: 413,90 ед. / ч Минимальный риск производительности: 17,93 ед. / ч
Себестоимость работы комплекса: |
17,069 р. / ед. |
Минимальный риск себестоимости: |
0,1751 р. / ед. |
На втором этапе [120, 121] из рассматриваемой базы данных по желаемой (заданной) средней себестоимости работы комплектов с помощью программы «Komplex» формируется комплекс машин с минимальным риском по себестоимости производства работ (таблица 4.7).
154
Таблица 4.7. Показатели лучшего комплекса с минимальным риском по себестоимости производства работ
|
Количество |
Производительность |
Себестоимость |
Комплект |
комплектов, |
комплекта, |
работы комплекта, |
|
шт. |
ед. / ч |
р. / ед. |
|
|
|
|
4 |
1 |
115,00 |
4,936 |
2 |
1 |
80,50 |
5,841 |
6 |
1 |
218,40 |
6,292 |
Производительность комплекса машин: |
413,90 ед. / ч |
|
Минимальный риск производительности: |
17,95 ед. / ч |
|
Себестоимость работы комплекса: |
17,069 тыс. р. / ед. |
|
Минимальный риск себестоимости: |
0,1748 тыс. р. / ед. |
|
Затем из рассматриваемого парка машин также формируется комплекс машин с минимальным риском по себестоимости работы комплекса. Показатели лучшего комплекса работ, сформированного из имеющегося в наличие парка машин с минимальным риском по себестоимости, приведены в таблице 4.7. В рассматриваемом примере показатели комплексов, сформированных из парка и базы данных, одинаковы.
Второй этап [120, 121] завершается проверкой условия
П |
К |
≥ П |
Т |
+ r П |
, |
(4.24) |
|
|
К |
|
|
где ПК –производительность комплекса машин; ПТ – требуемая производительности комплекса машин;
rКП – риск комплекса машин по производительности.
Условие (4.24) не выполняется ( 413,9 < 400 +17,96), и мы переходим
к завершающему третьему этапу формирования комплекса [149].
На третьем этапе из рассматриваемого парка машин формируем комплекс машин с минимальным риском по производительности комплекса (таблица 4.8).
Таблица 4.8. Показатели лучшего комплекса с минимальным риском по производительности
|
Количество |
Производительность |
Себестоимость |
Комплект |
комплектов, |
комплекта, |
работы комплекта, |
|
шт. |
ед. / ч |
р. / ед. |
|
|
|
|
4 |
1 |
115,00 |
4,936 |
5 |
1 |
172,40 |
5,954 |
6 |
1 |
218,40 |
6,292 |
155