Темы рефератов по основам теории организационно-технологической надежности строительства

Шалягин, Г.Л.

 

Ш 189

Организационно-технологическая надежность: метод. пособие по проведению практических занятий / Г.Л. Шалягин, И.В. Потапова. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006.– 52 с.: ил.

Методическое пособие соответствует дисциплине «Организационно-технологическая надежность строительства» по ГОС ВПО направления 270200 «Транспортное строительство» специальности 270204 «Строительство железных дорог, путь и путевое хозяйство».

Изложены основные положения теории организационно-техно­ло­ги­че­с­кой надежности строительства. Рассмотрены методы расчета показателей уровня надежности строительного производства и способы их использования при проектировании организации железнодорожного строительства. Приведены варианты индивидуальных заданий и необходимые справочные материалы для их выполнения.

предназначено для студентов 5-го и 6-го курсов всех форм обучения, магистрантов и аспирантов, изучающих спецкурс «Организационно-технологическая надежность строительства».

 

УДК 69:658.512 (075.8)

ББК Н6 я 73

 

 

ã ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный

университет путей сообщения» (ДВГУПС), 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение............................................................................................................ 4

1. Понятие организационно-технологической

надежности строительства.............................................................. 5

2. Анализ вероятностной сетевой модели
комплекса работ....................................................................................... 9

2.1. Учет вероятностного характера производства
в сетевых графиках................................................................................. 9

2.2. Пример оценки надежности сетевой модели.................................. 11

2.3. Задание для самостоятельного выполнения работ....................... 13

3. Оценка надежности сетевой модели методом

статистических испытаний............................................................ 20

3.1. Основы статистических испытаний сетевой модели.....................20

3.2. пример оценки надежности сетевой
модели методом статиcтических испытаний...................................21

3.3. Порядок выполнения работы.............................................................. 24

4. Учет вероятностных условий при
проектировании организации строительства
и управлении производством........................................................ 24

4.1. Оптимизация организационно-технологических решений

по критерию надежности на основе имитационного

моделирования....................................................................................... 24

4.2. Аналитические методы расчета показателей организационно-

технологической надежности строительства.................................. 27

4.3. Разработка организационно-технических мероприятий

по повышению уровня надежности производства.......................... 36

4.4. Методика оценки надежности систем управления

производством........................................................................................ 40

Приложение 1................................................................................................ 47

Приложение 2................................................................................................ 49

Приложение 3................................................................................................ 50

Библиографический список................................................................. 51

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В современных условиях, когда в строительном производстве занято большое количество участников, технических средств, людских и других видов ресурсов, значительно усложняются технологические, организационные, экономические и управленческие решения. По этой причине все острее становится проблема обеспечения надежности и устойчивости функционирования производственных строительных систем.

В течение последних нескольких десятилетий сформировалось новое научное направление, связанное с понятием организационно-техно­ло­ги­ческой надежности (ОТН) строительства, которая трактуется как способность технологических, организационных, экономических и управленческих решений сохранять в заданных пределах свои запроектированные качества в условиях воздействия возмущающих факторов, присущих строительству как сложной динамической вероятностной системе. [1].

Отечественная научная школа исследования, оценки, проектирования и управления ОТН строительной деятельности использует разнообразные методы и модели (аналитические, графические, статистические, имитационные и др.) при решении задачи повышения надежности строительных производственных систем. Настоящее пособие преследует цель познакомить обучающихся с основными понятиями и проблематикой нового научного направления организации и управления строительством.

Специальный учебный курс (спецкурс) «Организационно-техноло­ги­ческая надежность строительства» является продолжением общих учебных курсов: «Организация, планирование и управление железнодорожным строительством», «Технология, механизация и автоматизация железнодорожного строительства», «Экономика строительства» и др. Он тесно связан с этими курсами, но не повторяет, а дополняет их. Основной задачей спецкурса является объединение теоретических, методологических, практических подходов к решению многофакторных производственных задач на основе системного обеспечения организационно-технологической надежности строительства.

Прежде всего методическое пособие предназначено для проведения практических занятий по спецкурсу. Однако в связи с отсутствием учебной и учебно-методической литературы по данному курсу в пособии определенное место отводится изложению теоретических основ рассматриваемых вопросов, сути применяемых методов, обоснованию применяемых методик и т. д.

 

1. ПОНЯТИЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ
НАДЕЖНОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА

 

Под надежностью в технике понимается свойство объекта (системы) сохранять во времени способность к выполнению заданных функций в заданных условиях эксплуатации [2]. Состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией, называют работоспособным. Событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта, называют отказом.

Все отказы носят случайный характер, поскольку вызываются влиянием случайных факторов. Поэтому надежность систем определяется вероятностью отказа в течение гарантированного проектом срока исправной работы системы.

Теория надежности базируется на методах математической статистики, теории вероятностей и теории массового обслуживания. С позиций этих методов важен анализ структуры системы, надежность которой нужно определить. Любая система может состоять из независимых элементов, из зависимых элементов, взаимодействующих между собой, а также из всевозможных комбинаций тех и других. Очевидно, что строительные производственные системы представляют собой сложные и разнообразные сочетания зависимых и независимых элементов, характеризующихся неоднородностью.

Основной количественной характеристикой надежности системы является вероятность безотказной работы в течение заданного времени t, определяемая по формуле

р(t) = , (1)

где N – число однородных элементов в начале работы; n(t) – число отказавших (частично или полностью вышедших из строя) элементов за время работы t.

Вероятность безотказной работы является убывающей функцией времени и обладает свойствами: в начальный момент времени (при t=0) p(0) = 1,
a при t функция p(t) стремится к нулю.

На практике иногда более удобной характеристикой является вероятность отказа Q(t). Безотказная работа системы и появление отказа являются событиями, несовместимыми и противоположными, поэтому сумма их вероятностей равна 1. Следовательно,

 

Q(t) = 1– p(t). (2)

 

Для систем строительного производства характерными являются не полные отказы, а частичные, т. е. сбои в работе, которые самоустраняются в процессе непрерывного функционирования системы. Поэтому в большинстве работ по организационно-технологической надежности строительства в качестве основного показателя надежности системы используется коэффициент готовности К_г. Он представляет собой отношение продолжительности безотказной работы системы за данный период ее функционирования к сумме продолжительности безотказной работы и отказов (сбоев или простоев) за тот же период времени

 

(3)

 

где Т – продолжительность безотказной работы; t_от – продолжительность отказов i-го элемента системы;

Безотказность как понятие ОТН – это свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течение некоторого заданного времени. Вероятность безотказной работы – это вероятность того, что в заданных пределах времени отказ в работе системы не возникает.

Оценка ОТН системы может быть проведена только по результату деятельности системы. Этот результат формулируется как вероятность выполнения всего проекта или определенных работ к установленному сроку [3]. Поэтому под оценкой надежности строительных систем следует понимать оценку вероятности достижения цели.

В качестве основы для количественной оценки ОТН используется среднее время безотказной работы системы без внесения изменений в структуру и характер деятельности этой системы. Зная среднее фактическое время безотказного функционирования системы и планируемое время ее действия, можно, используя законы теории вероятностей, определить вероятность безотказного функционирования системы в течение всего заданного времени (вероятность безотказной работы – р). Эта вероятность, т. е. надежность системы, выражается в процентах или численно в интервале 0…1: 0 < p 1.

Система в процессе функционирования может находиться в состоянии отказа или безотказности. В результате устанавливается соотношение между планируемой Т_пл и фактической Т_ф продолжительностью выполнения работ. Следовательно, условия отказа и безотказности можно записать как

– отказ – Т_ф>Т_пл;

– безотказность – Т_ф Т_пл.

Для расчета надежности используется аппарат теории вероятностей, так как р является функцией распределения случайной величины Т_ф. Чем больше р, тем надежнее система, поэтому критерий надежности производственной системы можно представить в виде:

 

р(Т_ф<Т_пл) max. (4)

Факторы, определяющие вероятностный характер производственного процесса в строительстве, можно классифицировать следующим образом [3–5]:

– случайные факторы технического порядка: всевозможные поломки машин, механизмов, транспортных средств, выход из строя сетей энерго- и водоснабжения, дорог и других коммуникаций; низкое качество материалов, деталей, конструкций, оборудования, не позволяющее применить их по назначению; изменение проектных решений в процессе строительства и т. п.;

– случайные факторы технологического порядка: устранение брака, переделка недоброкачественно выполненных работ, изменение запланированной последовательности работ вследствие допущенных нарушений в технологии; появление непредвиденных работ и т. п.;

– случайные факторы организационного порядка: нарушение обязательств по выдаче проектной документации, поставкам материалов, конструкций, оборудования; срыв согласованных сроков работ какой-либо участвующей в строительстве организацией; отсутствие рабочих требуемой специальности и квалификации и т. п.;

– случайные факторы климатического порядка: ливень, ураган, распутица, снегопад, метель, гололед и т. п.;

– случайные факторы социального порядка: невыход работника на производство, невыполнение производственного задания при полном обеспечении ресурсами, умышленная порча или хищение материалов, оборудования и т. п.

Влияние внешних и внутренних случайных факторов приводит к тому, что ход производственного процесса отклоняется от ранее запланированного. В связи с этим управляющая система должна периодически вырабатывать (В) и реализовывать (Р) мероприятия, ликвидирующие отрицательные отклонения и обеспечивающие достижение объектом управления заданного результата.

Вероятность p выполнения этих действий системой управления на данном уровне руководства U определяет надежность функционирования данной системы p(U):

р(U) = p(B,P). (5)

 

В соответствии с этой формулой решение проблемы надежности заключается в разработке и реализации мероприятий (планов, организационных и управленческих решений), обеспечивающих достижение заданного результата объектом управления.

В теории вероятностей, как известно, существует так называемое правило умножения вероятностей, которое для зависимых событий гласит: вероятность совместного наступления двух событий равна произведению вероятности первого события на условную вероятность второго, вычисленную в предположении, что первое событие состоялось. Анализируя это правило, вполне определенно можно интерпретировать взаимосвязь между подсистемой выработки решений и подсистемой их реализации.

Тогда выражение (5) можно представить в виде:

 

р(U) = p(B,P) = p(B) p_B(P), (6)

 

где p(B) – вероятность выработки системой решений, обеспечивающих достижение заданной цели системы; p_B(P) – вероятность реализации системой выработанных решений по достижению заданной цели системы.

Из выражения (6) следует, что вероятность выработки решений и вероятность их реализации можно рассматривать отдельно. Этот вывод определяет два направления в практике решения проблемы надежности: рассмотрение надежности выработки решений и обеспечение надежности функционирования системы в процессе реализации решений.

В качестве первого пути многие исследователи избирают проблему обеспечения надежности организационно-технологических моделей строительства объектов, к числу которых относятся календарные планы производства строительно-монтажных работ (в линейном, сетевом или ином изображении).

Проблему надежности сетевых моделей рассмотрим в разд. 2 данного пособия.

 

Темы рефератов по основам теории организационно-технологической надежности строительства

 

В соответствии с рабочей программой спецкурса «Организационно-технологическая надежность строительства» написание реферата по основам теории организационно-технологической надежности (ОТН) строительства является обязательным для студентов ИИФО. Вариант задания принимается по последней цифре шифра, указанного в зачетной книжке студента (табл. 1).

 

Таблица 1

Варианты индивидуальных заданий

Вариант	Тема реферата
	Использование теории надежности в организации и управлении строительством
	Основы теории надежности и ее применение в оценке функционирования строительных производственных систем
	Использование основ теории надежности при проектировании организации строительства
	Способы анализа и учета влияния случайных факторов в организации и управлении строительным производством
	Имитационное моделирование возведения объектов и комплексов с учетом организационно-технологической надежности

 

Окончание табл. 1

Вариант	Тема реферата
	Методы оценки и способы обеспечения надежности функционирования производственных систем
	Методы повышения надежности организационно-техно­ло­ги­чес­ких решений в строительстве
	Методы повышения надежности систем управления строительным производством
	Совершенствование организационно-технологической подготовки и управления строительством с учетом организационно-технологической надежности
	Совершенствование управления инвестиционными проектами с учетом организационно-экономической надежности

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Дайте определение надежности производственных систем.

2. Какими факторами характеризуется надежность объекта?

3. В чем различие понятий надежности технической системы и организационно-технологической надежности строительства?

4. Какие количественные показатели используются при оценке надежности систем?

5. Какие подходы используются для количественной оценки организационно-технологической надежности строительства?

6. Сформулируйте основные направления повышения организационно-технологической надежности строительства на современном этапе.

 

 

2. АНАЛИЗ ВЕРОЯТНОСТНОЙ СЕТЕВОЙ МОДЕЛИ
КОМПЛЕКСА РАБОТ

 

2.1. Учет вероятностного характера производства
в сетевых графиках

 

Сетевые графики (модели) по характеру используемых оценок работ делятся на детерминистические (детерминированные) и вероятностные (стохастические) [1,6,7]. Детерминистическими называют сетевые графики, являющиеся моделями процессов, характеризующихся четко определенной структурой и вполне определенной (детерминистической) оценкой работ по выбранному критерию (время, исполнители, стоимость и т. д.).

Например, оценкой продолжительности работы может быть нормативное время Т_н, которое можно определить из выражения

Т_н = (7)

где V – объем работы, намеченный к выполнению определенным исполнителем; П – нормативная производительность исполнителя (бригады или звена рабочих, отдельной машины или комплекта машин).

Вероятностными называют сетевые графики, являющиеся моделями процессов, имеющих некоторую неопределенность, связанную с вероятностным характером системы. При наличии неопределенности пользуются вероятностными оценками работ. Так при определении продолжительности работ вместо одной оценки принимаются две или три вероятностные:

Т_нв – наиболее вероятное время выполнения работы. Это продолжительность работы при нормальных и часто встречающихся условиях;

Т_о – оптимистическая оценка – время, необходимое для выполнения работы при наиболее благоприятном стечении обстоятельств;

Т_п – пессимистическая оценка – время, необходимое для выполнения работы при наиболее неблагоприятном стечении обстоятельств.

Вероятностные сетевые модели используются в системе PERT (метод оценки и обзора программ), в которой принято, что продолжительность работ подчиняется закону -распределения, а время завершения всего комплекса работ – нормальному закону распределения [6,7]. При этом применяется метод усреднения, позволяющий вычислить ожидаемую продолжительность работы Т_ож – временную оценку, которая выражается через вероятностные оценки и используется для расчета сетевой модели, и величину дисперсии ² – меру неопределенности этой продолжительности, по которой оценивают надежность модели.

Ожидаемое значение продолжительности работы рассчитывается либо по трем временным оценкам (Т_о, Т_нв, Т_п) по формуле

 

Т_ож = (Т_о + 4Т_нв + Т_п)/6; (8)

либо по двум оценкам (Т_о, Т_п) по формуле

Т_ож = (3Т_о + 2Т_п)/5. (9)

Дисперсия продолжительности работы определяется:

– при трех временных оценках как

² = [(Т_п – Т_о)/6]²; (10)

– при двух оценках как

² = [(Т_п – Т_о)/5]². (11)

Далее значения Т_ож по каждой работе используются при расчете вероятностной сетевой модели теми же методами, что и детерминированной модели. Определяются ранние и поздние сроки свершения событий, продолжительность критических путей, общий и частные резервы времени. Кроме продолжительности работ, в вероятностной сетевой модели определяется также дисперсия продолжительности критического пути (или свершения любого события) путем суммирования дисперсий последовательности работ, характеризующих срок свершения рассматриваемого события. Этот прием позволяет определить параметры, учитывающие вероятностный характер моделируемого процесса, и надежность модели. При этом под надежностью сетевой модели понимается вероятность завершения входящих в нее работ в заданный срок.

так как критический путь сетевого графика состоит из цепи работ, длительности которых распределяются по случайному закону, то согласно основной граничной теореме теории вероятностей распределение вероятных сроков окончания проекта (комплекса работ) подчиняется нормальному закону [5–7].

Таким образом, вероятность свершения завершающего события сетевой модели в установленный срок (надежность сетевой модели) может быть определена по формуле

p( = Ф() = Ф(t), (12)

где p – вероятность свершения конечного события в установленный срок; Т_д – директивный срок окончания работ на объекте; Т_кр – ожидаемый срок завершения всего комплекса работ сетевой модели (продолжительность критического пути); Ф(t) – значение функции нормального распределения (функция Лапласа). Значения функции Лапласа приводятся в многочисленных пособиях по математической статистике (прил. 1).