П Е Уваров - Исследование адаптивности моделей в задачах обоснования эффективности гибких модульных технологий возведения пзнп-кби - страница 1

Страницы:
1  2  3 

УДК 69.002.2-69.057.3

Уваров П.Е., Шпарбер М.Е.

ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИВНОСТИ МОДЕЛЕЙ В ЗАДАЧАХ ОБОСНОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГИБКИХ МОДУЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ВОЗВЕДЕНИЯ ПЗНП-КБИ

Рассмотрена адаптивность особенностей гибких модульных технологий промышленно-строительного производства, отражающих в себе факторы инженерного обеспечения организационно-экономической подготовки производства проектов-объектов строительства химических предприятий в жизненном цикле их развития.

Ключевые слова: модульное проектирование, модули агрегированного оборудования, комплектно-блочный монтаж, вариантное проектирование, адаптивные модели, технологии принятия решений

Постановка проблемы. В условиях рыночной экономики несоизмеримо более ощутимыми становятся последствия рациональности принимаемых проектными и инвестиционно-строительными организациями комплексных организационно-технологических решений. Поэтому происходящие изменения должны сопровождаться коренным преобразованием систем инженерно-экономической подготовки по созданию промышленно-строительных формирований проектирования и управления проектами и строительными технологическими процессами возведения производственных зданий нового поколения в комплектно-блочном исполнении (ПЗНП-КБИ).

Интеграция промышленно-строительных технологий в цикле возведения здания (объемно-конструктивная компоновка - ОКК) и комплектно-блочного монтажа оборудования (аппаратурно-технологическая компоновка производств - АТК) должны быть способны адаптироваться как на этапах жизненного цикла становления-развития и деградации, так и к часто меняющимся условиям эксплуатации и производства работ на объекте, обладать свойствами гибкости, а значит, реагировать на изменения организационных, технологических и ресурсных параметров в широком диапазоне, и при этом достигать конечного результата с сохранением заданных или прогнозируемых технико-экономических показателей.

Концепция гибкости и модульности широко используется в проектной системологии многих отраслей промышленности и строительства. Гибкие автоматизированные производства (ГАП), гибкие производственные модули (ГПМ) и системы (ГПС) применяются в машиностроении, автомобилестроении, радиоэлектронике, гибкие промышленно-строительные модули (ГСМ) в строительном и технологическом проектировании решений в типо,- топологии и метрике адаптивных моделей ПЗНП-КБИ.

Разработка и внедрение в практику организационно-технологического проектирования принципов адаптивных моделей на основе гибкости промышленно-строительных технологий, учитывающих современные требования вариантности и альтернативности, использующие методы автоматизированного проектирования ГСМ и принятия решений их реализации, системного моделирования и комбинаторики, представляют собой актуальную проблему в задачах принятия эффективных решений, обладающую научной новизной и практической значимостью [1, 2, 6, 8, 10, 11].

Цель работы, основной материал и результаты исследований. Целью работы является обобщение методов и средств адаптационных моделей вариантного проектирования формирования гибких модульных промышленно-строительных технологий, обеспечивающих развитие АСА - инструментария методов и средств (анализа - синтеза - адаптаций) для исследования и принятия организационно-технологических решений при динамике изменяющихся в жизненном цикле характеристик инвестиционно-строительной деятельности (ИСД) и эксплуатации ПЗНП-КБИ химических предприятий.

Выполненный комплексный анализ проблем монтажно-технологических требований к проектированию промышленных предприятий и повышению эффективности инвестиционно-строительного производства [8, 10] позволил вскрыть причины резкого снижения в последние десятилетия темпов роста показателей эффективности, в т.ч. производительности труда с одновременным перерасходом трудовых затрат и материальных ресурсов, снижением качества управленческой реализуемости промышленно-строительной продукции. Особенно это стало заметно при сравнении динамики изменения показателей современного строительного и промышленного производства, темпы роста эффективности во многих отраслях промышленности стали в 3-5 раз выше, чем в строительстве за сравниваемый период времени.

Однако для многих научных исследований, ведущихся в указанном направлении, в том числе и опубликованных в последнее время, характерна одна особенность: они по своей постановке и содержанию не исследуют принципы интегрированного сквозного организационно-технологического проектирования и управления Проектом-объектом строительства (П-ОС) всфере ИСД, не анализируют важнейшие из них - унифицированные элементы типизации, унификации и агрегации промышленно-строительного производства - гибкие модульные строительные технологии создания ПЗНП, адаптивные к промышленной технологии комплектно-блочных устройств и методов монтажа технологической части П-ОС как основной автономной производственной системы, определяющих обобщенный критерий - эксплуатационную и реновационную жизнедеятельность ПЗНП и жизнеспособность П-ОС (КБИ) и являющихся упорядоченной совокупностью модулей и моделей процессов создания, развития и деградации ПЗНП-КБИ в полном жизненном цикле [1, 2, 4 - 6, 10].

Особое место в поставленной проблемной ситуации занимает задача количественной и качественной оценки уровня адаптивности и гибкости моделей ПЗНП-КБИ и промышленно-строительных технологий и методов организации возведения П-ОС.

Для оценки способности ПЗНП-КБИ (строительной и технологической части П-ОС) к преобразованиям по времени и фазовому пространству в полном жизненном цикле ИСД (модернизации, реконструкции, расширения и ликвидации), совершенствования методов организации и технологии работ и строительных параметров П-ОС на стадии его эксплуатации, а часто уже и на стадии строительства - предназначен критерий адаптивности.

Аппаратом для исчисления данного критерия может служить инвариантный метод (неизменность величин при определенных преобразованиях переменных).

Количественно уровень гибкости как интегральную характеристику предлагается оценивать коэффициентом гибкости (технологии возведения) Кгвт с использованием приема кодирования в двоичных числах с ранжированием основных качественных показателей от 1 до 10. Допустим, если Кгвт=0, то организация и технология производства не обладают дополнительными резервами в жизненном цикле П-ОС, если Кгвт= 1 - технология обладает гибкостью и эффективно реагирует на все изменения [6, 8, 9] .

При этом гибкость должна рассматриваться не только как показатель, а как свойство, присущее проектированию строительной технологии - системы, в которой происходят изменения: переходы из данного состояния в другое при возведении ПЗНП и монтаже технологического оборудования в КБИ, агрегированного в функциональные блоки, и характеризующее ее способность реагировать на многочисленные внутренние и внешние воздействия производственной среды и модулей промышленно-строительных формирований по созданию различных видов и групп блоков оборудования.

Изменение уровня гибкости будет отражаться в разнице таких основных показателей организационно-технологических модулей, как затраты труда, времени, ресурсов, сроки, стоимость при реализации систем технологий (методов и средств) возведения и последующих переустройств П-ОС на этапах и стадиях жизненного цикла в эволюции развития и деградации (реконструкции, модернизации, вывода из эксплуатации и ликвидации).

Адаптивные модели в этом случае могут рассматриваться как математические модели, используемые в процедурах формирования вариантов и принятия решений, в которых основываются лишь на предположении о существовании некоего обобщенного критерия задачи многокритериальной оптимизации, а необходимая дополнительная информация получается лицом, принимающим решение (ЛПР) в сочетании с человеко-машинными процедурами (САПР, АРМ) одновременно с анализом, синтезом и адаптацией (АСА-инструментарий) множества альтернатив (вариантов). Применение адаптивных моделей и уровня гибкости целесообразно, когда ЛПР затрудняется в обоснованиях и оценке вклада частных критериев в интегральный критерий [6, 10] и, когда перед специалистом последовательно проходит развитие модели многокритериальной ситуации от начального состояния к некоторому промежуточному решению, что способствует более объективной оценке возможностей модульного режима (диалогового) проектирования (рис. 1).

Принципиальная особенность и своеобразие монтажно-технологических требований к проектированию промышленных объектов (ПЗНП) химических предприятий в комплектно-блочном исполнении (КБИ) состоит в том, что проектировочный процесс разбивается на два самостоятельных потока (этапа): проектирование агрегированных блоков на основе типовых технологических схем и узлов и проектирование здания - ПЗНП из комплектных строительно-технологических блоков.

Указанная особенность процесса проектирования ПЗНП-КБИ имеет принципиальное значение при системном моделировании объекта и модульных технологий их возведения ПЗНП-

КБИ.

Так, при рассмотрении ПЗНП-КБИ как системы, а процесса проектирования как решения этой системы, иерархическая структура системы «промышленный объект» (ПЗНП) химической отрасли в традиционном поэлементном исполнении имеет три основных уровня П-ОС: технологическая установка, производство и предприятие.

Наименование

Условное графическое изображение

Цель автоматизации

1. Автоматизация реше­ния задач расчетного и оформительского харак­тера "Последователь­ное проектирование"

Задачи

Решение

Сокращение трудоем­кости продолжитель­ности проектирования. Повышение качества документации

человек

2. Автоматизация реше­ния задач оптимизаци­онного характера "пас­сивное" проектирование

ПЭВМ

человек

Выбор лучшего реше­ния в короткие сроки с минимальным учас­тием человека. Окон­чательное решение принимает ЭВМ.

контакта человека с машиной

3."Модульный" (диало­говый" режим проекти­рования

Выбор лучшего реше­ния при свободном варьировании человеком проектной ситуации.

Окончательное реше­ние принимает человек.

Рис. 1. Эволюция основных этапов адаптивности моделей в задачах комплексного проектирования ГСМ

При КБИ наличие дополнительной структурной единицы П-ОС объекта-блока предполагает уже четыре иерархических уровня: комплектно-блочное устройство (блок), технологическая установка, производство, предприятие.

Разделение процесса в интегрированном проектировании объясняется возникновением и принятием новой структурной единицы П-ОС агрегированного блока, изготовление которого осуществляется в сфере промышленного производства с поставкой на строительную площадку в виде готового элемента. При этом блок является самостоятельным, функционально законченным (в большинстве случаев типовым) элементом, а не выкроенной частью из готового проекта промышленного объекта [4, 5]. При этом проектирование ПЗНП-КБИ возможно только при наличии полного комплекта готовых проектов блоков, входящих в его состав.

Подчиненность проектного решения блока типовой технологической схеме (или ограниченному числу таких схем и узлов) в сочетании с простой морфологией подсистемы-уровня «блок» показывает, что разработка аппаратурно-компоновочного решения блока в первую очередь является задачей проектировщика технологической части объекта. Фактически блок является в большей степени технологическим изделием, чем строительным, но_при этом он также является структурной частью П-ОС и в отличие от изделия машиностроения, должен подчиняться архитектурно-строительным требованиям и ограничениям, определяющим пригодность блока для компоновки технической установки, производства, предприятия.

В свою очередь компоновочное решение АТК превращается в задачу размещения в пространстве не штучного технологического оборудования, а пространственно-организованных элементов агрегированных блоков, вобравших в себя основную часть технологических связей. Тем самым при разработке проектного решения технологической АТК, а также установки производства и предприятий на первый план выходит задача пространственной организации объекта (ПЗНП-КБИ), что ведет к повышению роли модулей архитектурно-строительного решения объекта. Например, такой подход аналогичен решению задачи проектирования радиоплат из модулей интегральных схем, где создание интегральной схемы (функционального блока) и размещение интегральных схем на плате становятся как бы двумя отдельными задачами, требующими лишь согласованности их решения, и выполняемые, в силу их специфики, специалистами различного профиля.

Обобщая сказанное, можно сделать второй вывод, определяющий особенность моделирования ПЗНП в комплектно-блочном исполнении: весь процесс проектирования характеризуется разделением ведущей роли технологического проектирования при разработке проектных решений блоков (АТК) и архитектурно-строительного (ОКК) при разработке проектных решений ПЗНП производств и предприятия в целом. Тем самым устанавливается четкаяпоследовательность проектирования технологической как первичной и архитектурно-строительной как вторичной частей объекта.

Соответственно, технолог определяется как лицо, принимающее решение (ЛПР) при компоновке блоков, и архитектор как ЛПР при компоновке ПЗНП-КБИ. Разработка компоновочного решения блока, являясь задачей технолога, выполняется в рамках архитектурно-строительных требований и ограничений с учетом методов возведения ПЗНП-КБИ [ 3-5, 12-13 ].

Таким образом, функциональный, в отличии от традиционного, подход, определяющий процесс проектирования блока как самостоятельный этап в общем проектировании П-ОС, предполагает рассмотрение подсистемы - уровня «блок» как закрытой системы. Такому подходу соответствует однозначность и полнота требований и ограничений на компоновочное решение блока, определение ведущей роли технолога при проектировании блока. «Закрытость» подсистемы - уровня «блок» означает, что модификации параметров системы «модуль ПЗНП» не вызывают изменение значений параметров «модуль» блока, проектное решение которого выступает как локальный оптимум в рамках системы, модуль технологии и организации возведения.

С учетом выполненных классификаций технических решений блоков [{атк}є {оюс}] = [{и - ОС}]

определены характеристики четырех классов блоков, типы и виды блоков, ярусность и режим эксплуатации и варианты конструктивно-монтажных и аппаратурно-планировочных решений блоков химических производств, а также важнейшего пространственного элемента ПЗНП-КБИ -технического коридора как элемента формирующего объект и его нормальное функционирование и др. [12, 13].

Проведенный ЦНИИОМТП, ЦНИИПромзданий, НИИСП, ВНИИМонтажспецстрой, Академпромжилреконструкция, ОАО «Промхиммонтаж» (г.Северодонецк) и др. ведомствами и организациями [10] анализ и оценка результатов применения модульных технологий комплектно-блочного, поточно-совмещенного и раздельного методов возведения ПЗНП (одноэтажных большепролетных зданий химических предприятий с различными классификационными характеристиками по способам установки блоков (кранами, способом «надвижки», с применением транспортно-монтажных средств) и вариантов организации изготовления доставки и укрупнения блоков , что позволило оценить выявленные взаимозависимости между затратами труда, продолжительностью и массой блоков [3, 10, 12].

Для обработки систематизированных данных применялся регрессионный анализ, что позволило в общем виде сформировать следующие зависимости :

Q = KjP + Bi + Cj(n - і);

T = K2Q + B2 + C2 (n - і)

где Q - затраты труда на установку блоков; Т - время на установку блоков; Р - масса блоков; n - количество поставочных узлов в блоках; К1, К2, С1, С2, В1 и В2 - коэффициенты регрессии (табл. 1)

Таблица 1

Коэффициенты и свободные члены регрессии для определения затрат труда и продолжительности установки блоков

Способы монтажа блоков

Варианты организации формирования блоков

Значение коэффициентов регрессии

Значения свободных членов регрессии

 

 

 

 

 

 

 

 

Грузоподъемными кранами

В заводских условиях

0,62

0,08

-

-

34,66

6,70

 

На площадках укрупнительной сборки

0,89

0,15

39,79

9,17

1,93

0,85

 

На проектных отметках

0,68

0,11

39,25

9,00

-

-

Надвижной

В заводских условиях

1,22

0,16

-

-

154,03

21,60

 

На площадках укрупнительной сборки

1,48

0,23

39,78

9,17

122,03

15,75

 

На проектных отметках

1,27

0,19

158,67

23,90

-

-

Спец. транспортно-

монтажными

средствами

В заводских условиях

0,30

0,05

-

-

7,50

2,74

Количественные значения коэффициентов регрессии получены на основе применения метода Гаусса (метод наименьших квадратов).

Оценка полученных зависимостей путем вычисления коэффициентов регрессии, среднеквадратичных отклонений и т.д., а также оценка их по табличным значениям коэффициентов Фишера подтвердила правильность выдвинутой гипотезы.

Построенные инженерные номограммы позволяют определять затраты труда и продолжительность установки блоков в зависимости от весовых параметров блоков для различных способов их установки и вариантов организации и формирования блоков применительно к объектам-представителям химических предприятий и производств (рис. 2).

Отмеченные специфические особенности компоновки ПЗНП-КБИ химических предприятий (установок, производств), состоящих из функционально связанных блочных и блочно-комплектных устройств (КБУ), а также производства строительных и монтажных работ, по их модульному возведению оказывают существенное влияние на принятие организационно-технологических решений и вызывают необходимость специальной проработки экономических решений в документах организационно-экономической подготовки производства - ПОС и ППР, предусматривающих перенос затрат труда со строительной площадки на машиностроительные предприятия - изготовители блока с соответствующими техническими и экономическими обоснованиями, выполняемыми на стадии разработки ТЭО (ТЭР) (табл. 2).

Q, чел.-ч.

б

550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Страницы:
1  2  3 


Похожие статьи

П Е Уваров - Исследование адаптивности моделей в задачах обоснования эффективности гибких модульных технологий возведения пзнп-кби