Конспект лекций по дисциплине «Управление организационно-технологической надёжностью транспортного строительства». Модуль 1

Тема 1. Система железнодорожного строительства как сложная вероятностная динамическая система. Основы железнодорожного строительства.

Введение. В современных условиях, когда в транспортном строительстве занято большое количество участников: рабочих различных специальностей, технических средств, используется огромное количество разных материально-технических ресурсов, значительно усложняется принятие технологических, экономических и управленческих решений. А значит, острее становится проблема обеспечения надёжности и устойчивости функционирования производственных строительных систем.

В течение последних нескольких десятилетий сформировалось новое научное направление, связанное с понятием 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. Отечественная научная школа исследования, оценки, проектирования и управления ОТН строительной деятельности использует при решении задач повышения надёжности строительных производственных систем разнообразные методы и модели (аналитические, графические, статистические, имитационные и др.).

Основная задача теории надежности на этапе организационно-технологического проектирования — принятие обоснованных решений, касающихся выбора структуры работ и их исполнителей, последовательности возведения участков железной дороги, земляного полотна, водопропускных сооружений и всего комплекса линии, фронта работ, материально-технических и других ресурсов, вариантов организационно-технологических моделей построения оптимальной системы оперативного планирования и управления и т.д.

Курс «Управление ОТН транспортного строительства» является продолжением курсов «Технология, механизация и автоматизация ж.д. строительства», «Организация, планирование и управление ж.д. строительством», «Экономика строительства». Он тесно связан с этими курсами и дополняет их. Основной задачей данного курса является объединение теоретических, методологических, практических подходов к решению многофакторных производственных задач на основе системного обеспечения ОТН строительства. Структура курса состоит из лекционных, практических занятий и курсового проектирования. Курс рассчитан на 2 семестра. Итогом 1 семестра является экзамен, 2 семестра – курсовой проект.

Система ж.д. строительства, как сложная вероятностная динамическая система. В последние годы все больше возрастает необходимость повышения организационно–технологической надежности. В данном вопросе необходимо выбирать оптимальные технические и организационные показатели как по техническим, организационным, так и по экономическим, социальным и другим требованиям. Для повышения уровня надежности при строительстве и реконструкции железнодорожных линий необходимо повысить уровень безотказности, уровень готовности, уровень ремонтопригодности, своевременно применять резервирование, использовать современные методы расчета, учитывающие вероятностный характер процесса строительства.

Предприятия и организации железнодорожного строительства представляют собой сложную социально-экономичес­кую систему, характеризующуюся большим размером, динамичнос­тью и стохастичностью.

Система — слово греческое, обозначающее целое, составленное из частей. Множество взаимосвязанных между собой частей (элементов) определяет размер системы.

Строительный процесс является сложным комплексом, состоящим

из множества технологических процессов. Например, процесс производства земляных работ состоит из таких технологических процессов, как: разработка грунта, транспортирование его на определенное расстояние, планирование грунта и уплотнение. В процессах участвуют рабочие, машины и механизмы, они являются элементами технологических процессов и обеспечи­вают связь между ними. И в итоге, соединение всех элементов составляет сложную систему - объект строительства, которую можно назвать суперсисте­мой.

Сложные системы или суперсистемы имеют ряд характерных признаков: целостность и относи­тельная изолированность, делимость, большие размеры, идентифицируемость, вероятностно предсказуемое состояние и поведение, разнообразие, непрерыв­ное развитие, наблюдаемость и другие.

Исследуем, обладает ли такими признаками сложный строительный ком­плекс производства земляных работ.

Целостность и относительная изолированность системы. Комплекс процессов, образующих большую систему, состоит из конечного числа произ­водственных процессов, имеющих своим результатом продукцию определенно­го вида: разработанный фунт, спланированное земляное полотно, уплотненный грунт и т. д. Каждый из этих процессов сложен и является также системой от­носительно элементов, составляющих его, но все же эти системы более просты, чем больше система.

В свою очередь, каждый производственный процесс состоит из определённого технологией числа операций, которые выполняются рабочими и машинами. Следовательно, рассматривая производственный процесс как систему, можно выделить ее составляющие - это человеко-технические системы. А каж­дая ЧТС состоит из рабочих и техники, которые являются элементами ЧТС.

Поэтому о большой системе можно сказать, что она являются целостным множеством взаимосвязанных систем. Элементами для большой системы будут системы, простые процессы, для систем - ЧТС, для ЧТС - рабочие и техника. Например, для большой системы производства земляных работ элементами являются технологические процессы разработки грунта, планирование, уплотне­ние - это системы. В свою очередь, технологические процессы разделяются на операции - это элементы больших систем. Операции выполняются человеко-­техническими системами (работает ряд машин, управляемых рабочими), в свою очередь, ЧТС разделяются на определенное число рабочих, имеющих опреде­ленную специальность и квалификацию, и количество техники, обладающей индивидуальными особенностями.

Делимость системы. Процесс производства земляных работ обладает свойством делимости, так как состоит из ряда технологических процессов, ко­торые состоят из операций, а составляющими операций будут рабочие, техника и предмет труда.

Большие размеры системы. Комплекс производства земляных работ, рас­сматриваемый с позиции системы, обладает большими размерами, так как в нем принимает участие большое количество техники и рабочих, работы развер­тываются на значительных по протяженности площадях. Внутри производст­венных процессов, рассматриваемых как системы, образуется большое количе­ство прямых и обратных связей, составляющих в масштабе всего комплекса большие размеры исследуемой большой системы.

Идентифицируемость и разнообразие системы. Все элементы, состав­ляющие систему, индивидуальны и обладают неповторимыми, только им при­сущими свойствами, а именно, в системе каждый элемент, находясь на своем определенном месте, обладает собственными параметрами надежности. Поэтому в системах не может быть двух одинаковых элементов, все они отличны друг от друга, но каждый из них можно выделить и исследовать отдельно.

Вероятностный характер предсказуемости состояния системы. На лю­бой из элементов системы воздействует ряд случайных факторов. Воздействие этих факторов способно привести к отказу элементов системы (рабочих, обору­дования) и самой системы. Случайный, вероятностный характер этих факторов дает возможность в качестве математического инструмента для исследования использовать математическую статистику, так как только этот метод может быть использован для определения состояния системы.

Вероятностный характер строительства заключается в том, что на ход работ все время воздействуют различные случайные факторы. Эти воздействия трудно предвидеть и оценить. Случайные факторы имеют весьма многообразную природу, и последствия их воздействия весьма многообразны.

Но, тем не менее, очень важно пытаться оценить воздействие случайных факторов и предвидеть их наступление.

Случайные факторы можно классифицировать по следующим категориям:

1. Случайные факторы технического порядка: всевозможные поломки машин, механизмов, деталей, транспортных средств, низкое качество материалов, конструкций, не позволяющее применить их по назначению; изменение проектных решений в процессе строительства.

2. Случайные факторы технологического порядка: устранение брака, переделка недоброкачественно выполненных работ; появление непредвиденных работ.

3. Случайные факторы организационного порядка: нарушение по поставкам материалов, конструкций, срыв согласованных сроков работ, отсутствие рабочих требуемой специальности или квалификации.

4. Случайные факторы климатического порядка.

5. Случайные факторы социального порядка: невыход работника на производство, невыполнение производственного задания при полном обеспечении работ, умышленная порча или хищение материалов, оборудования. Влияние случайных факторов конкретно выражается в том, что при самом разнообразном сочетании случайных величин и при различной их природе совокупное воздействие, в конечном счете, выражается, в основном, следующим образом: фактическая продолжительность работ и фактические затраты ресурсов на выполнение этих работ отклоняются от значений, принятых в исходных планах и графиках.

Непрерывное развитие системы. Строительные системы - динамические системы. Для того чтобы производительность возрастала, объем выпуска гото­вой продукции (в данном случае объем разработанного грунта и протяженность отсыпанного земляного полотна) увеличивался, необходима замена техники, внедрение более производительных технологий, то есть непрерывное развитие системы необходимо для оптимального функционирования системы.

Наблюдаемость системы. Любой производственный процесс при строительстве железной дороги - сложная строительная система, обладающая большими размерами, поэтому для достижения цели - выпуска качественной продукции, необходимо, чтобы тех­нологический процесс был организован так, что контроль за состоянием пред­мета труда мог осуществляться в самом производственном процессе и на входе и выходе из него.

Отсюда, можно заключить, что любой строительный процесс это система, так как он обладает всеми свойствами систем. Поэтому исследовать элементы и связи между ними в строительных системах необходимо с помощью метода, используемого в тео­рии систем, системного подхода. Кроме того, строительные процессы следует изучать как системы особого рода - эргатические, то есть человеко-технологические системы, функционирующие при участии людей и с соблю­дением их интересов.

Системный подход дает возможность исследовать влияние отказов и сбо­ев элементов и систем на производительность большой системы.

Для анализа, оптимизации и синтеза, при исследовании систем с помо­щью системного подхода, пользуются приемом моделирования. Сущность этого приема состоит в том, что систему при ее исследовании заменяют ее моделью. Модель - это упрощенное представление системы, более доступное и удобное, чем сама система. Модели могут иметь графическую фор­му (то есть могут быть представлены в виде геометрических фигур, изобра­жающих элементы системы, и прямых, соединяющих эти фигуры, обозначаю­щих связи между элементами) или экономико-математическую форму (то есть могут быть представлены в виде математических выражений: неравенств, ра­венств, множеств, которые необходимо решать совместно).

Используя системный подход в исследовании производственных процес­сов, любой строительный процесс можно изучать как динамическую суперсис­тему, которая состоит из взаимосвязанных больших систем, ЧТС и элементов ЧТС - рабочих и техники, а связи внутри этой системы можно представить в виде математических моделей. Предприятия железнодорожного строительст­ва характеризуются наличием общестроительных элементов и специ­фических (укладка верхнего строения пути, монтаж контактной сети при электрификации линий, устройство сигнализации, централи­зации и т.д.) Предприятие как большая система имеет свойства, отсутст­вующие у ее элементов, в чем проявляется важнейшее свойство систем — эмерджентность.

Изменение во времени конъюнктуры рынка, объемов и структуры строительно-монтажных работ, научно-технический прогресс обуслав­ливают динамичность развития строительных предприятий.

Функционирование предприятий железнодорожного строительства имеет вероятностный характер, обусловленный случайными фактора­ми организационно-технологического, социального, экономического и природно-климатического порядка.

Особенности ж.д. строительства. Строительство ж.д. линий является сложным процессом, обладающим вероятностным характером. Значительно различаются между собой расчётная и фактическая продолжительности работ, расчетная и фактическая потребности в материально-технических и трудовых ресурсах и т.д.

Особенности железнодорожного строительства:

1. Выполнение двуединой задачи: соединение линейного и сосредоточенного, площадочного видов строительства воедино. Для каждого из них могут быть применены свои подходы, прин­ципы ведения работ.

2. Неопределенность в способах выполнения работ, что вызвано значительными отклонениями метеорологических условий от долгосроч­ных прогнозов, особенно в весенние и осенние периоды. Это влияет на объемы работ и приводит к необ­ходимости изменения технологии, организации и способов про­изводства работ.

3. Для линейно-протяженных объектов объемы ра­бот вдоль трассы существенно различаются между собой в зави­симости от профиля и плана линии, что приводит к различию в технологии и организации работ даже для двух рядом располо­женных участков железной дороги.

4. Плохое геологическое, гидрологическое и дру­гие виды обследований в период изысканий приводят при стро­ительстве к авариям, пиковым ситуациям, что вызывает иногда необходимость резкого изменения организации или технологии работ, предусмотренных в ПОС и ППР (проекты организации строительства и проекты производства работ), и соответственно корректировке расчетных сроков.

5. Строительство новых железных дорог ведется в не­обжитых или мало обжитых районах нашей страны, где почти пол­ностью отсутствуют развитое промышленное производство, сеть автодорог и других коммуникаций, и потому строительные орга­низации вынуждены своими силами производить ремонты, техни­ческое обслуживание наличного парка машин и механизмов. Это в значительной мере влияет на сроки производства работ.

Особенности строительства, объединяющие линейно-протяжённый и сосредоточенные виды работ. Следует отметить, что имеет место значительная неопределен­ность при назначении сроков работ, выполняемых субподряд­ными и смежными организациями, по переносу подземных ком­муникаций, электрических сетей, линий СЦБ и связи и т.п.

Большие колебания могут возникнуть во времени, связанном с поступлением на строительство материалов от внешних по­ставщиков, что приводит к неопределенности в организации транспортных и погрузочно-разгрузочных работ.

Изменения продолжительности трудовых процессов в ходе производства работ неизбежно вызывают соответствующие из­менения в затратах трудовых и материально-технических ресур­сов, т.е. изменяется трудоемкость работ.

Любые отклонения от заранее рассчитанных параметров строительного процесса нарастают с течением времени, что мо­жет приводить к изменению организации работ и технологии выполнения строительных процессов на стадии завершения строительства линии.

Так, например, срок возведения земляного полотна при соору­жении железной дороги рассчитывается по производительности ведущей машины комплекта по нормам. Фактически же произво­дительность машин будет меняться в зависимости от изменения высоты насыпи или глубины выемки, так как в этих случаях ме­няются рабочая зона рабочего органа агрегата, продолжитель­ность цикла работы машины и т. д. Срок же выполнения работы будет изменяться нелинейно от производительности агрегата.

Подобное положение имеет место также при строительстве водопропускных сооружений и при других работах в транспор­тном строительстве.