1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПАРКОВ МАШИН

1.1. Критерии оценки состояния организационно- технологической надежности систем машин

Отсутствие комплексных показателей и критериев экономической оценки прогрессивности организационно-технологических решений – наиболее существенный методологический недостаток применяемых методов оценки в строительстве. Например, в [90] предложена субъек- тивная трехбалльная оценка качества наружных поверхностей зданий и сооружений. При этом часто не учитываются качество и долговечность конструкций, моральная долговечность зданий, степень соответствия ГОСТам, технологичность проектов, организационно-технологическая и экономическая надежность, управляемость, уровень организации производства и т.д.

На практике часто возникает необходимость выбора технологии про- изводства работ по нескольким частным критериям. Например, в качестве частных критериев при оптимизации проектных решений при производстве земляных работ приняты следующие показатели: продол-

жительность работ (Т, дни); удельные энергозатраты (Э, Вт ч/м2); трудо- емкость процесса (Е, чел-смен/м3); себестоимость продукции (С, р./м3).

По опыту производства работ на объектах транспортного строи- тельства предлагается весовые коэффициенты частных критериев

соотносить между собой следующим образом: aТ aЭ aС aЕ . Но

могут быть и исключения, когда предпочтение отдается двум или даже одному частному критерию.

Нахождение оптимального варианта производства строительных работ можно свести к процессу уменьшения (или увеличения) некото- рого единого критерия, обобщающего и дополняющего частные критерии. Существуют различные способы задания обобщённой целе-

вой функции Z = f (Т, Э, Е, С) [64, 65].

Первый способ – по заданной системе предпочтений частных критериев с учетом aТ aЭ aС aЕ 1. Предложенная для такого случая формула имеет вид:

Необходимость введения весов критериев объясняется тем, что в реальных условиях некоторые из критериев могут выступать в качестве определяющих, более значимых, другие – в качестве второстепенных, менее значимых. При этом значение частного критерия, переведенное в безразмерную шкалу желательности (значимости, весомости,

5

предпочтительности), может принимать значения в интервале от нуля до единицы.

Второй способ – без системы предпочтений частных критериев. В этом случае обобщенная целевая функция имеет следующий вид:

где Тmax, Эmax, Cmax и Еmax – максимальные значения частных критериев.

Можно также применить два способа нахождения обобщенной це- левой функции Z = f (Т, Э, Е, С).

Третий способ – по заданной системе предпочтений частных кри- териев с учетом коэффициентов предпочтения ат, аэ, ас, ае.

Предложенная для такого случая обобщённая целевая функция имеет

где Т, Э,С, Е – средневзвешенные значения частных критериев.

Четвёртый способ – без системы предпочтений частных критери- ев. В этом случае обобщенная целевая функция имеет вид:

где Т , Э , С , Е – среднее квадратическое отклонение частных кри-

териев.

Все изложенное позволяет использовать алгоритм многокритери- альной оптимизации не только для выбора эффективных машин и механизмов при проектировании комплекса, но и для оптимизации других сложных процессов.

1.2. Обоснование рациональных границ организационно-

технологической надежности и оценки их влияния на технико- экономические показатели работы парков машин, комплексов

икомплектов

Воснову разработки принципа оценки ОТН заложен вероятност- но-статистический подход. Человеко-машинные системы, включаю- щие помимо технологических, экономические и социальные аспекты, характеризуются определенным уровнем надежности, который суще- ственно снижается по мере усложнения системы. При этом методы математической теории надежности практически неприемлемы, так как, формальное применение классической теории к реальной строитель- ной системе дает практически нулевую надежность. Выход из данной ситуации возможен лишь при детальном изучении специфики систем строительного производства, многообразных, многочисленных орга- низационно-технологических сбоев, дестабилизирующих производ-

6

ство факторов, а также принципов взаимодействия этих факторов с имеющимися сбоями. Классификация факторов, влияющих на надёж- ность строительного производства приведена на рисунке 1.1 [276, 277].

Для определения ОТН системы используют методы теории надежно- сти, основанной на анализе распределений совокупностей случайных величин – надежностей отдельных элементов комплекса. На наш взгляд, наиболее обоснованный подход к оценке организационно- технологической надёжности нашёл своё отражение [75–81].

В Сибирском государственном университете путей сообщения со- искателем разработана системотехника ресурсосберегающих технологических процессов строительства. Существенное повышение качества и эффективности в строительстве могут дать лишь экономич- ные решения, полученные при оптимизации проектных решений (инженерно-экономический принцип системотехники). Поэтому экономическая оценка прогрессивности конструктивных, организаци- онно-технологических и управленческих решений стала первоочередной научной и практической проблемой [141–171]. Для оценки организационно-технологических и управленческих решений следует создавать базы данных по результатам натурных испытаний ра- боты комплексов, комплектов и отдельных машин.

Для доказательства обоснованности значений базы данных по ре- зультатам натурных испытаний проводилось два этапа проверки (очистки) в соответствии с [176]:

логическая – при которой по замечаниям наблюдателя из рядов исключаются значения, не относящиеся к нормируемому процессу (частный разговор во время работы; случайное применение другого, не соответствующего общей характеристике, материала);

математическая – при которой методами математической стати- стики определяют правомерность отклонений.

Проверка устойчивости (реальности, адекватности) ряда (заметим, что ряд – выборка значений фактора, включенных в базу данных) начиналась с вычисления коэффициента разброса

, (1.5)

гдерядуa.min и amax – соответственно наибольшее и наименьшее значения в

В зависимости от значения коэффициента разброса устойчивость ряда проверялась по одному из трёх вариантов:

1. При значении коэффициента разброса Кр 1,3 – ряд считается

устойчивым и очистки не требует.

2. При значении коэффициента разброса 1,3 Кр 2 – проверка производится по методу определения предельных значений.

7

Сразу вычисляется среднее значение ряда

где a т – вычисляется после исключения из хронометражного ряда значений, подозреваемых в ошибочности; amaxн , aminн – берутся в

“очищенном” ряду (ближайшие к экстремальным очередные значения); k – коэффициент, учитывающий количество наблюдений (n) приведён в таблице 1.1.

ществляется по средней квадратической ошибке, которая определяется по формуле

Если E >Eдоп – то ряд нуждается в очистке. Чтобы определить, ка- кое значение amax или amin подлежит исключению, необходимо рассчитать два коэффициента:

9

За одну проверку можно исключить лишь одно значение. После каждой «очистки» снова определяется Кр. Исключается не более 10 % от числа наблюдений. В противном случае наблюдения объявляются некачественными, и их требуется повторить. Проверка и очистка ряда ведутся до тех пор, пока не будет доказана устойчивость ряда или его некачественность.

После того, как ряд будет очищен, среднее значение ( a ) по нему принимается за продолжительность выполнения данной операции.

Нормальное распределение на графике представляет собой сим- метричную куполообразную кривую, имеющую максимум в точке, соответствующей средней арифметической ряда. Эта же точка является модой и медианой ряда. Точки перегиба у нормальной кривой нахо- дится на расстоянии от средней арифметической (рисунок 1.2).

Кривая нормального распределения выражается следующим урав- нением

x – средняя арифметическая ряда;

– среднее квадратическое отклонение изучаемого признака;– постоянное число (отношение длины окружности к её диаметру; e – основание натурального логарифма.

Рисунок 1.2. Кривая нормального распределения

10