Планирование механизации транспортного строительства. Учебное пособие

автодорожном и железнодорожном строительстве возникают задачи календарного планирования работы машинных парков различных специализированных потоков,

распределения парка машин одного назначения по объектам строительства и участкам работ [1].

Для наилучшего решения таких вопросов применяют математические методы.

Область применения машин устанавливают на основе определения функциональных зависимостей и связей между параметрами, экономическими и техническими показателями применения машин с помощью статистических или аналитических методов. Этот подход применяют и для установления закономерностей распределения исходных характеристик эксплуатации машин в производственных условиях.

При установлении соотношения в комплектах ведущих машин и машин для вспомогательных и отделочных работ учитывают тот факт, что изменяющиеся условия строительной площадки влияют на режимы работы машин и имеют вероятностный характер. Расчёт количества машин каждого типоразмера,

обеспечивающих наиболее полное применение всего комплекта, с учётом вероятностного характера исходных данных возможен и необходим в условиях длительного применения комплектов машин в карьерах, для обслуживания монтажных процессов массового строительства и пр. В таких случаях определяют закономерности распределения характеристик и показателей эксплуатации, которые позволяют выполнить расчёты количества машин, как систем обслуживающих и обслуживаемых элементов.

Задачи расстановки машин по объектам строительства и участкам работ возникают при планировании работы машинных парков. Основным условием таких задач является своевременная сдача выполненных работ, например, земляного полотна на перегонах для устройства верхнего строения; при этом сроки окончания работ каждой машиной не задают. Сроки окончания механизированных работ,

выполняемых парком, должны быть увязаны с остальными работами на каждом объекте. В общих случаях при большой номенклатуре объектов строительства и значительном количестве различных типоразмеров машин в парке возникает и

11

большое число вариантов распределения ресурсов парка по объектам и вариантов составов комплектов машин в различных технологических схемах работ [1].

Сопоставление вариантов для выбора наилучшего осложняется необходимостью учёта условий проектирования организации строительства и производства механизированных работ. В задачах распределения ресурсов такие условия имеют вид организационных и технологических ограничений на выбор способов производства работ. Выбор оптимального варианта заключается в нахождении значения функции при заданных ограничениях.

При управлении ходом механизированных работ возникает необходимость принимать оптимальные решения по их регулированию с учётом изменяющейся обстановки на строительной площадке. Для задач сбора и обработки информации о ходе работ, а также оптимального календарного планирования работы парков машин характерны периодическое изменение условий и необходимость многократного решения этих задач [1].

Следовательно, характерные особенности задач – это достаточно большой объём информационного материала, многоэтапность и многовариантность решений,

вероятностный характер исходных данных, необходимость многократного и быстрого решения в условиях изменяющейся обстановки, многофакторный количественный анализ взаимосвязей механизированного производства – снижают эффективность применяемых методов планирования механизации, основанных на сравнении технико-экономических показателей ограниченного числа вариантов.

Поэтому существует необходимость в разработке методики выбора оптимальных решений, основанной на экономико-математическом моделировании и удобной для применения в условиях работы транспортных строительных организаций [2].

Опыт планирования в автодорожном и железнодорожном строительстве,

метростроении, в развитии ремонтной базы позволяет установить схему выбора оптимальных решений в области механизации: постановка задачи, выбор критерия оптимальности; установление основных условий и ограничений; подготовка исходных данных; установление зависимостей между параметрами задачи;

12

построение математической модели; решение задачи с применением математических методов; расчёт экономического эффекта.

Постановка задачи заключается в описании цели планирования,

технологических, технических и организационных условий функционирования машинного парка и ограничений, при которых цель должна быть достигнута [1].

Варианты сравнивают по определённому признаку или критерию. Критерий оптимальности выражают количественно. Он должен быть одним в каждой задаче и соответствовать основным направлениям технического прогресса.

Несмотря на различное назначение и уровень задач, существует преемственность результатов и целей решения задач. Поэтому критерии оптимальности на всех этапах и уровнях исследования и планирования в области механизации должны быть взаимосвязаны и подчинены одной цели – получение наибольшего эффекта.

Эффективность плановых вариантов в области механизации рассчитывают методами определения сравнительной эффективности вложений в новую технику,

которые изложены в Типовой методике [2]. Поэтому в качестве ведущего критерия принимают суммарные приведённые затраты на развитие машинного парка и производство механизированных работ [1]. Если вложения неизменны во всех вариантах, то в качестве критерия принимают суммарную себестоимость механизированных работ. Суммарные приведённые затраты и себестоимость принимают в качестве критерия и потому, что рассчитанный по ним план обычно способствует увеличению суммарной выработки машин и росту прибыли строительной организации. В плановых задачах могут быть и другие цели и соответственно принимают другие критерии оптимальности: выработка парка машин, суммарные затраты электроэнергии, прибыль строительной организации;

продолжительность механизированных работ; трудоёмкость работ. В зависимости от этого оптимальный вариант решения задачи отличается от других вариантов минимальным размером суммарных приведённых затрат или себестоимости работ,

минимальной продолжительностью работ, минимальной суммарной выработкой или максимальной суммарной прибылью парка машин и пр. [1].

13

Наилучший по определённому критерию вариант выбирают среди тех,

которые удовлетворяют условиям. Чем больше организационных и технологических условий указано при постановке задачи, тем правильнее и полнее отражена производственная обстановка. Важно выбрать среди них главные, определяющие величину критерия оптимальности, иначе возникают задачи, которые не поддаются анализу.

Условия задач, поставленных на различных стадиях и уровнях планирования,

должны быть тоже взаимосвязаны, как и различные разновидности критериев оптимальности. С помощью условий возможно учитывать задания планов и влиять на применение машинных парков. При оптимизации составов машинных парков на стадии планирования условиями являются необходимость выполнения плановых объёмов механизированных работ при использовании наличных ресурсов, а также возможности машиностроительных отраслей по объёмам поставок техники, по освоению новых моделей машин и пр. [1].

Следовательно, условия задач развития машинных парков позволяют определить область возможных (допустимых) решений, установить системность в расчётах на разных уровнях и стадиях планирования, увязать в систему планирования отдельных задачи механизации, возникающие в одном уровне,

например, оптимизацию технической эксплуатации машин и производства механизированных работ в управлениях механизации, оптимизацию размещения ремонтных предприятий и составов машинных парков [1].

1.2 Модели и методы оптимального планирования

Стабильное и эффективное и выполнение объёма работ на планируемый период в большой степени обеспечивают за счёт формирования оптимальных составов машинных парков строительной организации. Формирование парка строительных машин осуществляют, начиная с выбора средств механизации при составлении проекта производства работ для объекта, и затем при планировании развития парка строительных машин на уровне организаций [1].

14

Методы оптимального планирования позволяют выбрать наилучший вариант без сопоставления множества возможных решений поставленных задач. Выбор метода зависит от вида математической модели задачи и требуемой точности решения.

Построение математической модели – это достаточно сложный и важный этап решения задачи. Она содержит цель планирования и условия её достижения,

записанные в виде формул, неравенств, уравнений. Модель должна объединить необходимое и достаточное количество описанных условий и факторов, чтобы отражать экономическую и физическую сущность явлений. Чем больше учтено этих условий, тем полнее модель отразит особенности рассматриваемого процесса, и тем ближе она к реальности и тем точнее решение. При учёте всех факторов в реальных задачах возникают сложные модели. Формализовать их и решить почти невозможно. Поэтому при составлении математической модели необходимо её упрощать, выделяя решающие, главные факторы.

Математические модели задач первой и второй групп должны давать представление о закономерностях изменения всех факторов механизации, и о способах влияния на эти закономерности для повышения эффективности механизации и для предотвращения нежелательного её развития. Закономерности изменения отдельных технико-экономических показателей и характеристик возможно установить статистическим анализом информационных материалов,

учётных и отчётных данных. Анализ проводят этапами:

1)сбор, систематизация и обработка статистических данных;

2)установление особенностей эмпирических распределений и расчёты их параметров;

3)подбор теоретических закономерностей, которые согласовывают с эмпирическими с заданным уровнем достоверности.

Эта последовательность статистической обработки позволит перейти в расчётах от информационных массивов исходных данных базового периода к небольшому числу параметров теоретических закономерностей и моделировать изменения, которые происходят с интересующими характеристиками.

15

В разных плановых задачах анализируют изменения и распределения различных показателей и характеристик развития, технической и производственной эксплуатации машинных парков: возраст машин в машино-часах работы с начала эксплуатации и после последнего ремонта; затраты машиноресурсов в течение года,

межремонтные периоды и циклы; удельный вес списания машин и пр. Данные о распределении таких характеристик выбирают по отдельным машинам, если задачи поставлены на уровне машинных парков управлений механизации и механизированных колонн, и по типоразмерным группам машин при решении задач

[1].

Достоверность статистического анализа растёт с увеличением объёма выборки. Для расчётов его рекомендуют равным 60 значениям. Чтобы увеличить объём выборки, статистические данные выбирают за несколько лет, проверяя наличие тренда – тенденции возрастать или убывать с течением времени. Результат влияния тенденции в экономических временных рядах – это автокорреляция, т. е.

взаимосвязь членов одного и того же ряда. Наличие автокорреляции проверяют расчётом её первого коэффициента. Чтобы автокорреляция не исказила результаты статистического анализа временных рядов, в число анализируемых факторов вводят фактор времени.

Для удобства обработки данных о какой-либо характеристике проводят систематизацию, которая заключается в составлении вариационных рядов,

разделении их на интервалы и определении относительных и абсолютных частот попадания значений характеристики в каждый интервал. Для установления закономерностей вариационные ряды делят на 10 одинаковых интервалов.

Например, при установлении закономерности распределения характеристики t –

число машино-ч работы в году экскаваторов с ковшами ёмкостью 0,65 м3 треста «А» выбранные отчётные данные записаны в виде вариационного ряда, содержащего N =

167 значений. В таблице 1 приведены интервалы изменения величин t и абсолютные частоты ni попадания величин t в каждый интервал.

16

Таблица 1 – Интервалы изменения величин

По данным таблицы 1 определяют основные характеристики эмпирического распределения: среднее арифметическое ̅и отклонение st

где N – объём выборки;

k и a – числа, специально подобранные для удобства расчётов

Эмпирическое распределение характеристики t для удобства возможно представить в виде гистограммы распределения относительных частот её попадания в каждый интервал.

1.3 Выбор оптимальных решений и расчёт экономического эффекта

Выбор оптимальных решений в области механизации транспортного строительства включает следующие этапы:

• Постановка задачи. Описание цели оптимального планирования, а также технических, технологических и организационных условий функционирования

17

машинного парка и ограничений, при которых поставленная цель должна быть

достигнута [1].

•Выбор критерия оптимальности. Он должен измерять эффективность выбранного варианта [2].

•Установление основных условий и ограничений.

•Подготовка исходных данных.

•Установление зависимостей между параметрами задачи.

•Разработка методик решения и компьютерных программ.

•Обработка результатов и выявление экономического эффекта.

Для отыскания оптимальных решений целесообразно использовать методы

программирования с применением современных информационных технологий.

Расчёт экономического эффекта в области механизации транспортного строительства производят на основе сравнительного годового экономического эффекта. Он определяет суммарную экономию трудовых, материально-технических,

финансовых ресурсов и времени.

При сравнении вариантов применения технических средств рассчитывают суммарный годовой экономический эффект. Его определяют разностью приведённых затрат для исходного уровня и предлагаемого варианта с добавлением

эффекта от сокращения продолжительности выполнения работ.

Метод решения задачи оформляют в виде алгоритма – совокупность правил и порядка расчётов записывают в виде блок-схемы. Каждый блок содержит определённый этап расчётов и определены связи между блоками. Операции в каждом блоке расчётов записывают в виде команд. Совокупность команд составляет

программу работы машин по решению определённого типа задач.

В настоящее время имеется ряд программ по реализации методов математического программирования и статистического моделирования, которые возможно применять для решения задач в области механизации транспортного

строительства.

Для расчётов вводят все исходные данные, а также постоянные массивы

информации: технико-экономические показатели, параметры машин,

18

закономерности, которые могут применены для решения задач. В результате получится решение задачи и график работы парка машин в увязке с работами смежных исполнителей [1].

Планирование распределения парков машин с применением экономико-

математических методов, а также управление производством механизированных работ на основе периодически обновляемых оптимальных планов, обеспечивают получение экономии без дополнительных вложений за счёт применения резервов

[1].

При оптимизации оперативных планов механизированных работ на объектах специализированных и общестроительных организаций ожидаемый экономический эффект возможно определить

где – приведённые затраты в расчёте на единицу продукции механизированных работ в базовом периоде по эталонному варианту;

Кплан. – коэффициент экономического роста, предусматривающий снижение удельных приведённых затрат в плановом периоде;

–приведённые затраты в расчёте на единицу продукции

механизированных работ по оптимальному решению;

V – объём механизированных работ в плановом периоде;

Сдопол. – дополнительные затраты на разработку оптимальных планов

(эксплуатация компьютеров, средств связи и пр.).

При расчёте фактического экономического эффекта по итогам внедрения оптимальных планов в формулу подставляют фактические значения параметров.

В процессе реализации оптимального плана возможны изменения исходных данных, в соответствии с которыми задачи оптимального планирования решают заново. Опыт решения задач в области механизации установил, что оптимальные планы являются устойчивыми при изменении исходных данных в определённых границах. Например, значение целевой функции оптимального варианта

19

расстановки машин по объектам меняется на 4-5 % при изменении объёмов работ или фондов рабочего времени на 9-10 %. Допустимая ошибка результата оптимизации в размере 4 % от значения целевой функции возникнет при изменении исходных данных примерно на 10 %. Это позволяет выявить важное свойство оптимальных решений: существует зона равноценных вариантов решений, на которую не влияет изменение исходных данных в известных пределах. Определение зоны эквивалентных планов механизации с близкими значениями критерия оптимальности позволяет разработать систему планирования.

Указанное свойство целесообразно применять при оперативном планировании для решения вопроса о необходимости пересчёта оптимального плана при изменениях производственной обстановки.

Экономический эффект внедрения оптимального плана распределения парка машин в сравнении с внедрением приближённого плана равен разности значений критериев оптимальности по оптимальному и приближённому планам [1].

Величина экономического эффекта

где Zприближ. – значение критерия оптимальности по приближённому плану;

Zоптим. – значение критерия оптимальности по оптимальному плану.

Работа по оптимизации плана уточняет и упорядочивает показатели и информацию, которая необходима для планирования.

автоматизированной системе расчётов

Задачи оптимального планирования механизации, которые поставлены на стадиях перспективного, текущего и среднесуточного планирования применительно к разным уровням управления, несмотря на различное содержание, подчинены одной цели – обеспечение эффективного выполнения заданий по транспортному

20