Тема 5. Расчёт показателей отн.

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.

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.

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.

Очень важно оценить воздействие случайных факторов, предвидеть их наступление.

Организационно-технологическая надежность. Определение. Организационно-технологическая надежность в строительстве является сложной вероятностной системой, зависящей от множества производственных факторов, большинство из которых - случайные события.

Проблема организационно-технологической надежности объединяет теоретические, методологические, практические пути и решения многофакторных организационных задач на различных структурных уровнях сооружения объектов и эксплуатационного их содержания.

В процессе проектирования организации строительства участка железной дороги, станции и т.д. основной задачей является построение организационно-технологической модели, учитывающей состав и структуру строительных подразделений, бригад, машин, а также характер их функционирования и взаимодействия. Процедура оценки надежности строительства представлена логической моделью на рис. 1

Формирование цели оценки

Выбор метода декомпозиции

Классификация свойств объекта

Формирование системы критериев

Выбор методов и описание содержания критериев

Выбор и построение оценочных шкал

Выбор и построение оценочных критериев

Выбор метода сверки показателей критериев

Организация оценки надёжности

Рис.1 Логико-структурная схема формирования оценки надежности

Основные критерии и вероятностные характеристики надежности. Критерии надежности – это признак, по которому оценивается надежность строительного производства.

Оценить организационно-технологическую надежность строительного производства можно с помощью большого числа критериев.

Надежность характеризуется такими критериями как, безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость, исправность, работоспособность.

Отказы и временные составляющие нормального производственного цикла можно рассматривать как случайные процессы. Количественные показатели надежности тогда будут иметь вероятностный характер. При этом количественным показателям полезно давать статистическое и вероятностное толкование. Первое оказывается необходимым при определении количественных показателей надежности из опыта, второе - при теоретическом анализе надежности.

Невозможно оценить надежность строительного производства каким-либо одним количественным показателем из рассмотренных нормальных циклов производства работ, необходимо иметь совокупность таких показателей. Подобными показателями могут быть: вероятность безотказной работы, среднее время между отказами, интенсивность отказов, их частота, коэффициенты надежности. Перечень критериев надежности и соответствующих им количественных показателей, а также их определения приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2. Перечень критериев надежности

Критерий	Показатель надежности	Определение
Безотказность	Вероятность безотказной работы (вероятность своевременного выполнения работ)	Вероятность того, что в пределах заданного периода функционирования потока отказ не возникнет. Вероятность того, что запланированный объем работ будет выполнен в заданный срок.
	Средняя наработка на отказ	Математическое ожидание наработки процесса (потока) до отказа. Отношение наработки потока к математическому ожиданию числа отказов в течение этой наработки.
	Средняя наработка между отказами	Математическое ожидание наработки объекта между отказами. Случайная продолжительность, выполненная строительным подразделением до наступления некоторого события или момента времени окончания объема работ, ввода объекта в эксплуатацию.
	Интенсивность отказов	Плотность распределения наработки потока до отказа, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента отказ не возник.
	Ведущая функция потока отказов	Математическое ожидание числа отказов строительного потока в течение заданной наработки.
	Параметр потока	Первая производная ведущей функции потока отказов
Ремонто- пригодность	Вероятность восстановления	Вероятность того, что фактическая продолжительность работ по восстановлению работоспособности строительного потока не превысит заданной
	Среднее время простоя	Математическое ожидание времени вынужденного нерегламентированного пребывания строительного потока в состоянии неработоспособности.
	Среднее время восстановления	Математическое ожидание времени восстановления работоспособности строительного потока.
	Интенсивность восстановления	Плотность вероятности момента окончания восстановления строительного потока, определяемая при условии, что до данного момента восстановление завершено.
Безотказность и ремонто- пригодность	Коэффициент готовности	Доля времени, в течении которого строительный поток находится в работоспособности состоянии в установившемся стационарном процессе производства работ.
	Коэффициент простоя	Доля времени, в течении которого строительный поток находится в неработоспособном состоянии в установившемся процессе производства работ.
	Коэффициент технического использования	Отношение средней наработки строительного потока в единицах времени за некоторый период функционирования потока к сумме средних значений наработки; времени простоя, обусловленного техническим обслуживанием, и времени ремонтов за этот же период функционирования потока.
	Коэффициент оперативной готовности	Вероятность того, что строительный поток, окажется работоспособным в заданный момент времени в процессе производства работ и, начиная с этого момента времени, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени.

Классификация видов надежности. Надежность – свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, реставрации, модернизации, ремонтов, хранения и транспортировки.

Надежность является сложным свойством, которое в зависимости от значения объекта и условий его использования состоит из сочетаний безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохранности.

Надежность технологических решений должна обеспечивать бесперебойное функционирование строительного процесса, выбор способа производства, позволяющему строительному потоку функционировать с заданными параметрами, в первую очередь с заданной интенсивностью, таким образом, чтобы отклонения, вызванные случайными производственными факторами, не превышали определенных пределов.

Указанный принцип взаимосвязи различных видов надежности можно представить на рисунке 2.

Надежность систем управления

Организационная надёжность

Технологическая надёжность

Рис.2 Взаимосвязь различных видов надежности

В процессе проектирования организации строительства объектов, представляющего собой сложную вероятностную систему, одним из важных условий принятия целесообразных решений является системный подход. Это следует учитывать при рассмотрении различных параметров и характеристик проектирования строительства, изготовления конструкций, их транспортировки, возведения зданий и сооружений, в том числе и показателей надежности.

Системный подход особенно важен при проектировании организации работ, так как требования, предъявляемые к строительной системе при проектировании, зачастую являются противоречивыми.

Поэтому приходится постоянно анализировать взаимосвязь отдельных параметров системы в процессе составления математической модели, соответствующей организационно-технологической модели для строительной системы в целом. Процесс постановки задачи фактически осуществляется на этапе предварительного проектирования (при формировании годовой программы, разработке ПОС), хотя многие производственные взаимоотношения, существующие, в строительном объединении, проявляются в процессе составления первоначальных графиков производства работ.

Основная задача теории надежности на этапе организационно-технологического проектирования - помочь разработчику принять обоснованные решения, касающиеся выбора структуры потока, последовательности возведения объектов и комплексов, необходимость использования резервов времени, фронта работ, материально-технических и других ресурсов, вариантов организационно-технологических моделей строения системы оперативного планирования и управления и т.д.

Основной задачей теории надежности на этапе реализации проекта строительства объектов годовой программы строительного подразделения является оперативное планирование производства строительно-монтажных работ и управления им, обеспечивающее предупреждение возникновения отказов; ликвидация отказов и их последствий; расчет и создание страховых запасов ресурсов; сбор статистических данных о причинах, продолжительности и последствиях отказов и их анализ; разработка организационно-технологических мероприятий по повышению надежности с оценкой целесообразности их реализации.

Важная проблема - это прогноз отказов и сравнение вариантов организационных решений для получения максимального экономического эффекта при обеспечении запланированного ввода объектов в эксплуатацию, а также расчет уровня надежности в условиях конкретной строительно-монтажной организации. Решение этих задач связанно с использованием теории управляемых случайных процессов. В условиях реализации проектно - производственных систем в строительстве, создания проектно-строительных фирм и стабильной надежности функционирования всего инвестиционного процесса организационно-технологическую надежность можно сформулировать, как способность проектно-производственно-строительной системы обеспечивать функционирование всех элементов и участков инвестиционного процесса с отклонениями в заданных пределах

Отказ как важнейший критерий оценки технологии строительства. Отказ представляет собой событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта или его работоспособности. Применительно к строительному производству под объектом понимается строительный процесс, организационно-технологические решения, деятельность строительно-монтажного подразделения по возведению зданий и их комплексов, по выполнению годовой программы строительно-монтажных работ.

При анализе функционирования строительного потока можно отметить отклонения фактических параметров его работы от детерминированных, установленных в технологической карте, графике или проекте производства работ. Это отклонение представляет собой технологический отказ.

Технологический отказ - полное или частичное прекращение функционирования строительного процесса, технологической линии, вызывающее отклонение параметров потока от заданных.

В отличие от технических систем и изделий отказ в организации строительного производства не обязательно связан с прекращением функционирования процесса. Характерным являются сбои (частичные отказы), которые самоустраняются в процессе производства работ или ликвидируются соответствующими службами строительно-монтажной организации. Если эти отклонения существенно сказываются на результатах деятельности бригады, такой сбой также может быть признан отказом.

Отказы в строительных процессах появляются в результате возникновения многочисленных и разнообразных организационно-технологических факторов, дестабилизирующих производство работ, а также взаимодействия их между собой. Исследование таких воздействий связано с изучением влияния каждого фактора на функционирование строительного процесса в области организации строительства, изготовления конструкций, их транспортировки, возведения сооружений и требует системного рассмотрения на всех этапах деятельности строительной системы.

Сложность такого исследования заставляет рассматривать отказы как изменение некоторого выходного параметра на большую или меньшую величину, определяющую его функциональные свойства и нарушающую работоспособность строительного процесса.

Организационный отказ - событие, в результате которого нарушаются установленные сроки выполнения запланированных объёмов строительно-монтажных работ или ввода объекта в эксплуатацию.

Для каждого конкретного строительства выбирают вариант технологии и организации производства работ, учитывающий реальные средства механизации, численный и квалификационный состав исполнителей, условия поставки изделий и материалов, интенсивность процессов, которые определяют оптимальную для данных условий технологически целесообразную продолжительность возведения объекта Т_опт. Разница между оптимальной и минимальной продолжительностями строительства составит организационно-технологический резерв времени

r = Т_опт – Т_min.

Многообразие причин отказов, случайных производственных факторов определяют разнообразный характер отказов в строительном производстве, которые можно классифицировать по ряду признаков.

По области проявления отказа их можно разделить на технологические, организационные и управленческие. Кроме того, можно выделить проектные (или конструктивные) отказы.

По степени устойчивости неработоспособности отказы можно разделить на устойчивые, сбои и перемежающиеся.

Устойчивый отказ - стабильно возникающий длительный отказ строительного потока или системы управления строительством по одной и той же причине или на одном и том же процессе (потоке).

Сбой - самоустраняющийся отказ, приводящий к кратковременной утрате строительным потоком или строительным подразделением работоспособности, кратковременному отклонению параметров поточного строительства.

Перемежающийся отказ - многократно возникающий сбой одного и того же характера, кратковременный часто повторяющийся отказ.

По наличию внешних проявлений различают очевидный (явный) и скрытый (неявный) отказ. Очевидный отказ вызывает полную остановку строительного процесса (потока). Скрытый отказ происходит в результате снижения интенсивности потока, выхода его параметров за допустимые пределы под влиянием невидимых потерь рабочего времени.

Закономерности распределения вероятностей отказов. Отказы в строительном производстве представляют собой случайные величины, которые могут быть дискретными и непрерывными в зависимости от физического смысла исследуемого явления, и характеризуются функциями распределения вероятностей.

Если - случайная величина, то вероятность того, что она примет значение, меньшее некоторого числа х

называется интегральной функцией распределения вероятностей или законом распределения вероятностей случайной величины отказов.

Для случайных дискретных величин F(x) есть неубывающая ступенчатая функция; для непрерывных случайных величин F(x) непрерывная функция для всех значений х.

Производная от f(x)=F(x) , если она существует, называется плотностью (или функцией) распределения вероятностей отказов.

Изучение теоретических законов распределения случайных величин и сфер их пригодности для различных строительных процессов и методов организации строительного производства весьма важно, так как позволяет резко сократить объем статистического материала и продолжительность наблюдений для описания поведения числа и величины отказов.

Равномерное распределение справедливо для тех случаев, когда случайное событие лежит в определенном временном интервале, причем появление его в любой момент времени равновероятно.

Показательное распределение является одним из наиболее распространенных в строительном производстве благодаря своей простоте и приблизительному соответствию распределению отказов сложных многоэлементных систем.

Накопление сведений о проведении разнообразных взаимосвязанных строительных процессов деятельности строительно-производственных подразделений приводит к другим законам, более точно отражающим реальное распределение, но одновременно во много раз усложняющим вычисления.

Функция распределения показательного закона записывается следующим образом:

_F(x) =

Закон справедлив для Х > 0 и зависит только от одном параметра , характеризующего интенсивность (опасность) отказов.

Плотность распределения при показательном распределении:

f(x) = dF(x)/d(x) =

т. е. представляет собой монотонно убывающую функцию.

Математическое ожидание:

Дисперсия показательного распределения:

Распределением Вейбулла нередко пользуются при определении надежности ряда процессов. Функция записывается в следующем виде

Это равенство справедливо для х>0, но зависит от двух параметров и . При распределение Вейбулла переходит в показательное.

Рис. 1. Законы распределения вероятностей Вейбулла (а)

Нормальное распределение широко применяют в теории надежности для описания событий, зависящих от многих факторов, каждый из которых слабо влияет на распределение случайного события. По нормальному закону распределяются параметры выработки исполнителей и бригад на строительных процессах, продолжительности технологических стадий и строительства типовых объектов и др.

Плотность распределения нормального закона записывается в следующем виде:

σ – среднее квадратическое отклонение;

где - математическое ожидание;

- дисперсия распределения.

Чем больше дисперсия, тем более плоской получается кривая распределения.

Вероятность попадания случайной величины, распределенной по нормальному закону, на заданный интервал измерения параметра х от до обычно определяется интегрированием плотности распределения.

Распределение Пуассона наиболее успешно используется для определения вероятности дискретных событий или появления потока событий. Если независимые события следуют с конкретной средней частотой, то расчет вероятности Р_m , т.е. вероятности того, что за какой-то отрезок времени t произойдет ровно m событий, производится по закону Пуассона.

Закон Пуассона записывается в следующем виде:

Распределение Пуассона имеет следующее свойство: математическое ожидание и его дисперсия равны одной и той же величине .

Рис. 2. Закон распределения вероятностей Пуассона

Биноминальным называется такое распределение, при котором его члены получаются в результате разложения бинома (р + q)ⁿ, где р и q - вероятности появления и непоявления события в каждом из n опытов. Очевидно, что сумма всех членов указанного разложения тождественно равна 1, поскольку (р+q)ⁿ=1ⁿ, а каждый член разложения представляет собой определенную вероятность, рассчитанную по формуле:

где- число сочетаний из n по m; q = 1 - p.

Использование метода резервирования для повышения надежности. Рассмотрим использование метода резервирования при восстановлении функционирования строительного процесса. Чрезвычайные ситуации (ЧС) на железных дорогах приводят к сложным процессам при восстановительных строительных работах. Если имеет место резервный фонд машин, конструкций, бригад и т.д., то при ЧС восстановительный процесс облегчается.

Надежность строительного объекта увеличивается в случае, когда некоторые части объекта можно восстанавливать в процессе работы объекта. Восстановление есть мощное средство повышения надежности при наличии резервного фонда. Уменьшая время восстановления отказавших объектов, имеющих резервный фонд, можно существенно повысить как готовность, так и безотказность объекта.

Особенности восстановления объектов, имеющих резервный фонд, рассмотрим на примере дублированной системы, в которой имеются две одинаковые строительные единицы (бригада, машина, конструкция и т.д.) — основная и резервная.

Предположим, что во время восстановления в строительный единицах (СЕ) не могут возникнуть вторичные отказы. Тогда дублированная система может находиться в одном из трех состояний, которые обозначим цифрами:

О — строительная система работоспособна (СЕ работоспособны);

1 — строительная система работоспособна, но одна СЕ отказала (система стала нерезервированной);

2 — строительная система неработоспособна (отказала).

Обозначим вероятности перечисленных выше состояний через P₀(t), P₁(t), P₂(t). Отметим, что эти вероятности зависят от начального состояния системы, в котором она находилась при t = 0. В зависимости от назначения резервного фонда к нему могут предъявляться различные требования:

1. С начала производства строительных работ (строительства или реконструкции железной дороги) строительная система должна безотказно функционировать заданное время; перерывы в работе недопустимы. При этом необходимо знать вероятность непрерывной безотказной работы системы (вероятность первый раз не оказаться в состоянии 2). Вычисляем условные вероятности безотказной работы на интервале (0, t) при условии, что при t = 0 основная и резервная СЕ работоспособны.

2. Необходимо, чтобы вероятность застать строительную систему работоспособной в любой заданный момент времени t была достаточно высока (перерывы в работе всей строительной системы не играют существенной роли). При этом рассматриваем готовность строительной системы и ее характеристики: функцию готовности Г(t) или коэффициент готовности k₂. Иначе говоря, находится вероятность не оказаться в состоянии 2. Этот случай отличается от предыдущего тем, что имеется возможность перехода из состояния 2 в состояние 1.

Найдем формулы для функции готовности и вероятности безотказной работы с восстановлением. Предположим, что основная и резервная СЕ равнонадежны, имеют показательные распределения времени безотказной работы и времени восстановления, λ₁ = λ₂ = λ, μ₁ = μ₂ = μ, неработающих СЕ невозможны, отказы обнаруживаются мгновенно. Вначале рассмотрим случаи, где отказы допустимы. На рис.3. приведены графы состояний четырёх возможных вариантов восстанавливаемой строительной системы, имеющей резервный фонд:

Рис.3. Графы состояния различных вариантов восстанавливаемого строительного объекта, имеющего резервный фонд

1. Нагруженный резервный фонд - при отказах СЕ они могут приводиться в готовность как отдельно, по одному, так и одновременно (восстановление без ограничений);

2. Нагруженный резервный фонд - отказавшие СЕ могут восстанавливаться лишь по одному (ограниченное восстановление);

3. Ненагруженный резервный фонд - восстановление производиться без ограничений;

4. Ненагруженный резервный фонд - восстановление производиться по одной СЕ.

Дифференциальное уравнение для вероятности состояний в соответствии с графами состояний (см. рис.3.) имеют одинаковый вид для всех вариантов:

(1)

Для всех четыре вариантов эти уравнения должны быть дополнены нормирующим условием:

(2)

Решив уравнения (1)-(2) при начальных условиях Р₀(0) = 1; P₁(0) = Р₂(0) = 0, найдем зависимости Р_i(t) для i = 0,1,2.

Для рассматриваемых систем функция готовности

(3)

Функция готовности рассмотренных выше четырех вариантов резервированных систем с восстановлением имеют вид:

для первого варианта

(4)

для второго варианта

(5)

для четвертого варианта

(6)

На рис.4 приведены зависимости Г(t), вычисленные по формулам (4)-(6) для λ=0,01, 1/ч; μ=0,1, 1/ч

Рис. 4. График функции готовности для четырех вариантов восстанавливаемого строительного объекта, имеющего резервный фонд.

Для сравнения на графике показана функция готовности Г₅(t) строительной системы, не имеющей резервного фонда, с теми же значениями λ и μ.

Обозначив Р = λ / μ из формул (4)-(6) получим:

k₂₁=(1 + 2ρ)/(1 + ρ)²;

k₂₂=(1 + 2 ρ)/[(1 + ρ)²+ ρ ²];

k₂₃=2(1 + 2 ρ)/[(1 + ρ)²+1];

k₂₄=(1 + 2 ρ)/[(1 + ρ)²- ρ].

Таким образом, для повышения готовности восстанавливаемой строительной системы, имеющей резервный фонд, необходимо стремиться к созданию условий, обеспечивающих осуществление ненагруженного резервного фонда и восстановление без ограничений.

Для определения условий вероятности безотказной работы составим дифференциальных уравнений при условии, что состояние 2 является поглощающим, т. е. Отсутствуют переходы из состояния 2 в состояние 1. При этом в соответствии с графами состояний (см. рис.3) получим те же уравнения (1) для всех вариантов:

При начальных условиях Р₀(0) = 1, Р₁(0) = Р₂(0) = 0 в результате решения систем уравнений совместно с нормировочным условием (2) получим выражение для условной вероятности безотказной работы:

(7)

где для первого и второго вариантов:

(8)

для третьего и четвертого вариантов:

(9)

Зависимости p(t), вычисленные по формулам (7)-(9) для λ=0,01, 1/ч; μ=0,1, 1/ч приведены на рис.1.7.

Рис.5. График функции надежности различных строительных систем при ненагруженном резервном фонде в зависимости от среднего времени безотказной работы

На рисунке для сравнения приведены графики функций надежности невосстанавливаемых систем: без резервного фонда p₅(t), с нагруженным резервным фондом без восстановления p₆(t) и ненагруженным резервным фондом без восстановления р₇(t).

Если в начальный момент времени (t= 0) все СЕ системы, имеющей резерв, работоспособны, то время безотказной работы есть время перехода из начального состояния в подмножество неработоспособных состояний.

Предположим, что нет ограничений на число ремонтных бригад, отказы обнаруживаются мгновенно, аппаратура контроля безотказна, основная и резервная СЕ равнонадежны и имеют показательные распределения времени безотказной работы и времени восстановления. Применяя известные методы, получаем выражения для среднего времени безотказной работы системы с резервным фондом, состоящей из одной основной и k-1 запасных СЕ: При нагруженном резервном фонде

В реальных строительных системах могут существовать ограничения по числу ремонтных бригад, общему допустимому числу восстановлений и др. Поэтому значения m_tc, вычисленные по формулам, приходится считать верхним пределом среднего времени безотказной работы восстанавливаемой системы, имеющей резервный фонд.

Таким образом, при ρ = λ/μ = 0,01 - 0,001 применение восстановления повышает среднее время безотказной работы строительной системы, имеющей резервный фонд, в 30-300 раз.

Строительство железных дорог, как и любое другое производство, требует больших объемов поставок различных материалов, конструкций, изделий, топлива и т.п. Для обеспечения ритмичности выполнения работ по сооружению объектов железнодорожного строительства необходимо не только выдерживать определенный темп поставок, но и обеспечивать комплектацию поставляемых конструкций и изделий.

В большинстве случаев трудно обеспечить необходимую ритмичность строительного процесса только за счет регулярности поставок исходных компонентов. Их доставка сопровождается, как правило, сбоями, возникающими по разным причинам: погодные факторы, технические - поломки машин, социальные - невыход на работу и др. Следствием этих сбоев являются срывы плановых или договорных сроков строительства.

Для компенсации возможных отклонений темпа поставки от исходного темпа, определяемого темпом строительства, используют накопление прибывающих материалов, изделий, конструкций и т.п. на складах.

Склады могут быть приобъектными, рассчитанными на хранение относительно небольших объемов материалов в течение срока строительства. Хранение осуществляется, как правило, на открытых площадках, что допустимо для большинства крупногабаритных строительных конструкций. Однако для материалов, требующих особых условий хранения, необходимо предусматривать специальные помещения, что ведет к удорожанию единицы хранения.

Накопление грузов для группы объектов обычно осуществляется на производственных базах, имеющих капитальные склады, что увеличивает допустимый срок хранения, но и удорожает его, Поэтому решение задачи управления запасами должно обеспечить приемлемую стоимость хранения при обеспечении ритмичного снабжения строительных объектов.

Графическая модель накопления и расходования запасов на складе выглядит следующим образом:

1 - график поставок на склад; 2 - график расходования материалов со склада; Т - срок строительства;Q_К - общий объем материалов, израсходованных за время строительства.

Рис.6. Графическая модель накопления и расходования запасов на складе

Модель, представленная на рис. 6, описывает функционирование приобъектного склада, который завершает свое существование вместе с окончанием строительства объекта или цикла поставок на склад каких-либо материалов, изделий или конструкций. Началом этого цикла служит момент первой поставки, а завершение происходит вместе с прекращением потребности в данном виде материала.

Исходными параметрами модели являются: Т – срок строительства;

Q_К – объем материалов, изделий, конструкций, израсходованных за время строительства объекта.

Одним из главных назначений склада является выполнение буферной функции, то есть сглаживание неравномерности потока поставок для обеспечения ритмичности снабжения объектов строительства. Понятно, что, чем больше объем склада, тем лучше он будет выполнять буферную функцию.

С другой стороны, увеличение объема склада удорожает хранение. Кроме того, реальная ситуация может накладывать ограничения на максимальный объем склада. Например, на 100 м пути можно разместить три пакета звеньев путевой решетки длиной по 25 м; выделив один станционный путь длиной 850 м под склад, мы тем самым ограничиваем его объем девятью пакетами звеньев, что сопоставимо со сменной выработкой на укладке пути.

Однако работа склада в таком режиме, как на рис.6, снижает надежность бесперебойного снабжения строительства по мере приближения к его завершению за счет постоянного сокращения буферного запаса.

Для повышения надежности снабжения следует ограничить объем склада так, чтобы не допустить его, снижения. Так как объем материалов, прошедший через склад, должен быть равен израсходованному строителями, то поставки на склад должны быть завершены до окончания строительства.

Рис.7. Диаграмма поступления и расходования материала.

Наиболее сложной модель управления запасами становится тогда, когда необходимо учесть сезонные колебания темпа строительства и связанные с этим колебания расхода материалов со склада.

Рис. 1.10 Диаграмма поступления и расходования материала в зимний период.

Будем считать, что зимний расход материала меньше, а летом больше. Тогда модель будет выглядеть следующим образом. Эта модель построена в предположении, что интенсивность потока поставок постоянна, меняется только интенсивность расхода.

Использование метода дублирования для повышения надежности.

Надежность электрических схем систем автоматического управления определяют такими показателями безотказности, как вероятность безотказной работы в течение заданного отрезка времени; средняя наработка до первого отказа.

Элементы схем считаются невосстанавливаемыми, а сама схема – восстанавливаемой. Также полагают, интенсивность отказов постоянной. Для таких допущений вероятность безотказной работы любого элемента автоматики определяют в соответствии с показательным законом:

Поскольку, исходя из методов построения схем, в электрических цепях элементы соединены последовательно (основное соединение), то вероятность безотказной работы любой цепи схемы можно определить по формуле:

где- вероятность безотказной работы j-го элемента электрической цепи схемы; k – общее количество элементов в цепи.

Если в цепи предусмотрено дублирование какого-либо элемента (параллельное включение элементов, выполняющих одни и те же функции и работающих одновременно – горячий резерв), то вероятность безотказной работы такого участка цепи определится так:

где - вероятность безотказной работы l-го элемента; m – число элементов, включённых параллельно.

В любой схеме системы автоматического управления каждая последующая цепь зависима от предыдущей. Поэтому принимают, что цепи в электрических схемах соединены последовательно.

Виды и методы контроля на строительных площадках и на заводах стройиндустрии. В зависимости от того, на каком производственном этапе производится контроль, различают три основных вида контроля : контроль входной, технологический и приёмочный.

Входной контроль заключается в проверке соответствия поступающих материалов и изделий установленным стандартом требованиям.

Например, при производстве сборного железобетона, отдел качества предприятия проверяет качество исходных материалов, поступивших от разных предприятий, таких, как заполнители и вяжущие для бетона, арматурная сталь, закладные и комплектующие детали, облицовочные, отделочные и другие.

В процессе входного контроля проводятся необходимые испытания материалов и полуфабрикатов и определяется соответствие показателей их качества требованиям стандартов.

Например, заполнители проверяются на гранулометрический состав, наличие примесей и т. д. Нередки случаи, когда арматурная сталь, поступающая на предприятие ЖБИ, не соответствует указанной в паспорте марке, а от этого во многом зависит прочностные свойства будущей конструкции, поэтому входной контроль имеет не меньшую значимость, чем остальные виды контроля.

Следующий вид контроля — это технологический контроль.

Технологический контроль состоит в проверке соответствия характеристик, режимов и других показателей технологического процесса установленным стандартом требованиям.

Разновидностью технологического контроля является контроль операционный, т. е. контроль продукции или технологического процесса после завершения определённой технологической операции.

В ходе операционного контроля на заводах железобетонных изделий проверяют режимы приготовления, укладки и уплотнения бетонной смеси, размеры и качество сборки стальных форм, расположение арматуры и закладных деталей, а также заданные режимы тепловой обработки бетона. На завершающей стадии технологического процесса проверяют качество отделки распалубленных изделий.

Методика операционного контроля разрабатывается применительно к конкретной технологии и типу строительной продукции. Для различных технологических процессов используются разные приборы, которыми производится контроль, привлекаются различные подразделения.

Например, при производстве земляных работ, при вертикальной планировке грунта, привлекаются геодезические службы, при производстве ЖБИ - это строительная лаборатория.

Использование операционного контроля даёт возможность выявить причины возникновения брака при изготовлении изделий и наметить пути повышения качества строительной продукции.

Например, при производстве железобетонных изделий нередко возникновение трещин.

Трещины, возникшие на стадии производства, увеличиваются в дальнейшем при механических воздействиях, связанных с погрузкой, перевозкой, разгрузкой и монтажом изделий. Нередко они являются причиной частичного или полного разрушения изделий. По трещинам в бетон может проникать вода, агрессивные газы и жидкости, они являются очагами разрушения бетона и коррозии арматуры. В результате ухудшаются

эксплуатационные качества, и понижается долговечность строительных конструкций.

Причины возникновения технологических трещин можно выявить при помощи методики операционного контроля.

По этой методике для наблюдения берут ряд изделий 25-30 штук, контролируют весь ряд технологических операций: подготовку и смазку форм, армирование, формование, перемещение изделий, пропаривание, распалубку, доставку на склад, складирование и перевозку к объекту.

При этом для каждого изделия в журнале регистрируют: исходные данные лаборатории о качестве применяемых материалов (цемента, заполнителей, арматуры), о составе бетона и его характеристиках (жесткость, прочность контрольных образцов), о технологических режимах (формовке, уплотнении, пропаривании, распалубке и транспортировании), о характере трещин, возникающих после каждой операции, при этом кроме описания, даётся фотография или зарисовка расположения и вида трещин.

Результаты наблюдений, проведённых с помощью операционного контроля, помогли классифицировать технологические трещины и предложить мероприятия по их предотвращению.

Классификация трещин по их происхождению.

1. - трещины механического разрыва свежеуложенного бетона, сохранившиеся в затвердевшем бетоне;

2. - наружные и внутренние трещины, вызванные неравномерными самопроизвольными деформациями бетона и его компонентов, в период схватывания и твердения, включая тепловую обработку;

3. - температурно-усадочные трещины;

4. - трещины излома затвердевшего бетона.

Приведённая классификация даёт возможность анализировать причины появления технологических трещин на различных этапах производства изделий. А после выявления причин их следует устранять. Благодаря чему улучшается не только внешний вид изделий, но и повышаются

долговечность и эксплуатационные свойства конструкций, зданий и сооружений.

Приёмочный контроль заключается в проверке соответствия готовых изделий, зданий и сооружений требованиям стандартов или технических условий.

На стадии приёмочного контроля отдел качества предприятия проверяет физико-механические свойства материалов и изделий, оценивает внешний вид (наличие раковин, наплывов, жировых и ржавых пятен на лицевой поверхности изделия), а также геометрические параметры продукции.

Например, при производстве колонн, балок, панелей, плит покрытия и перекрытия, а также других изделий из сборного железобетона, точность изготовления изделий проверяют путём измерения линейных размеров с помощью измерительных инструментов (стальной метр, штангенциркуль и т. д.) или калибров.

Рис. 1 Предельные калибры для контроля линейных размеров железобетонных изделий.

С помощью калибров контролируют соответствие размера изделия установленному допуску. В предельных калибрах расстояние между рабочими поверхностями соответствует наибольшему или наименьшему предельному размеру изделия.

Калибры бывают:

• нерегулируемые - для контроля одного размера;

• регулируемые - для контроля двух и более размеров.

Допустимые отклонения размеров изделий приведены в соответствующих стандартах. Размеры изделий проверяют обычно не менее чем в трёх местах, расположенных посередине и вблизи от краёв изделия.

Кроме размеров оценивают также неплоскостность и непрямолинейность изделия. Неплоскостность изделия снижает качество и точность монтажа, оказывает влияние на прочность конструкции. Неплоскостность ж/б панелей измеряется на образцах, уложенных на четыре опоры, расположенные в одной плоскости. См. рис. 2

рис. 2 Схема определения неплоскостности изделия. Непрямолинейность характеризуется наибольшим зазором между реальным профилем поверхности и прилегающей прямой, образованной ребром контрольной металлической рейки длиной 2 м.

Возникает в процессе заглаживания и выравнивания изделий. Разновидности:

• волнистость;

• выпуклость;

• вогнутость.

в)

Рис. 3 Определение непрямолинейности изделий. А - волнистость, б - выпуклость, в - вогнутость, 1 - реальный профиль, 2 - контрольная рейка.

Неразрушающие методы испытаний и контроля качества железобетона.

На методы испытаний и контроль качества разработаны стандарты потому, что каждому показателю качества продукции должен соответствовать свой метод определения и оценки этого показателя.

Стандарты на методы испытания и контроль качества можно разделить на две группы:

1. стандарты на разрушающие методы испытания и контроля

2. стандарты на неразрушающие методы испытания.

Разрушающие методы испытания основываются на физических способах непосредственного воздействия на объект испытаний и прямого измерения величин показателей качества в единицах, установленных стандартом.

Неразрушающие методы испытания основываются на применении приборов, позволяющих определить качественные характеристики изделий и конструкций по показателям косвенных зависимостей, установленных

опытным путём и выраженных в градуировочном графике, таблице или непосредственно на измерительной шкале прибора.

Контроль качества ж/б изделий и конструкций, осуществляемый с применением неразрушающих методов испытаний, имеет преимущества по сравнению с разрушающими методами.

1. оперативность и меньшая трудоёмкость.

2. возможность многократного повторения измерений на одном объекте.

3. осуществление статистического контроля на основе большого объёма информации.

4. позволяет механизировать и автоматизировать испытания с осуществлением сплошного контроля качества продукции.

5. может применяться не только для проверки качества готовой продукции, но и для контроля качественных характеристик в процессе изготовления изделия.

Виды применяемых неразрушающих методов испытаний и контроля качества:

• акустические - ультразвуковой, вибрационный и эмиссионный;

• магнитные - индукционный и магнитно-порошковый;

• механические - пластических деформаций, упругого отскока, местных разрушений;

• радиационные - нейтронный, радиоизотопный, тормозного действия;

• радиоволновые - высокочастотный, сверхвысокочастотный;

• тепловые - температурный, теплового контраста;

• проникающий след - капиллярный и течеискания;

• электрические - электрического сопротивления, электропотенциальный.

Неразрушающие методы основываются на зависимостях между показателями качества продукции и величинами показателей косвенных зависимостей.

Для определения прочности и упругих характеристик бетона, контроля его уплотнения и твердения, обнаружения и оценки дефектов применяют акустические ультразвуковые методы.

Физической основой акустических ультразвуковых методов является связь между скоростью распространения упругих волн в материале и его физико-механическими характеристиками. Прочность бетона вычисляют по результатам измерения времени распространения ультразвука на выбранном участке контролируемого изделия или конструкции.

В стандарте регламентируются два способа измерения времени распространения ультразвука:

1. способ измерения времени при сквозном прозвучивании

2. способ измерения времени при поверхностном прозвучивании

рис. 4 Схемы установки ультразвуковых преобразователей: а - при сквозном прозвучивании, б - при поверхностном прозвучивании. 1, 2 — преобразователи, 1 - база прозвучивания.

I

При сквозном прозвучивании преобразователи прибора устанавливают

!

соосно с противоположных сторон образца или конструкции, а при поверхностном прозвучивании преобразователи устанавливают на одной стороне на фиксированной базе, величина которой выбирается в пределах 150 - 400 мм.

Прочность бетона определяют по экспериментально установленным градуировочным зависимостям «скорость - прочность». Зависимость

строится по результатам ультразвуковых и разрушающих испытаний не менее 15 серий образцов одной проектной марки, одного состава материала, единой технологии приготовления и укладки бетонной смеси, одного режима твердения бетона. Градуировочные зависимости подлежат аттестации ведомственной метрологической службой.

Для определения защитного слоя бетона и контроля расположения арматуры используется магнитный метод. Он основан на принципе изменения характеристик магнитного поля, вызванных внесением в него стального арматурного стержня. Применяют прибор ИЗС-10Н.

В условиях строительства для определения прочности бетона чаще всего применяют неразрушающие методы испытаний приборами механического действия.

Испытания прочности бетона в конструкциях и изделиях приборами механического действия производят методами:

• упругого отскока

• пластической деформации

• отрыва

• скалывания

Управление качеством. Системы оценки качества. Данные по авариям зданий (статистика отказов из-за низкого качества)

	Россия	Западная Европа
Низкое качество проектирования	13%	41%
Низкое качество строительства	69%	31%
Низкое качество эксплуатации	18%	28%

Система оценки качества при проектировании.

1. Норма-контроль любой чертеж контролируется)

2. Использование стандартных и унифицированных конструкций

3. Проектирование объектов на основании аналогов.

Схема, как ведется проектирование:

Система оценки качества при строительстве.

Система состоит из трех стадий:

1. Входной контроль качества. Здесь контролируются: геометрические размеры деталей, бирки сертификата на деталях, дефекты в строительных конструкциях (например трещины, оголение арматуры)

2. Операционный контроль качества. Здесь контролируются: правильность установки опор, отметки установки (монтажный горизонт), составление акта на скрытые работы (проверка арматуры например), ежедневно ведется журнал производства работ (в журнале отмечают все виды работ, to воздуха при бетонировании, кто производил работы, записывается номер диплома специалиста, который проводил работы).

3. Приемочный контроль качества. Комиссия оценивает качество здания не только по визуальному осмотру, но принимает

- рабочие чертежи объекта

- акты на скрытые работы

- журнал ведения работ

Над строителями производит контроль

- заказчик

- автор проекта

- госархстройконтроль

Система оценки качества при эксплуатации.

Контролируется моральный и физический износ здания.

Физический износ определяе

qi – износ основных конструкций зданий.

i = 1,2,..,9 – 9 пунктов контроля: фундамент, отделка

ci – % стоимость каждого из 9-и элементов здания от общей сметной стоимости здания.

Если износ 60%, то состояние объекта считается аварийным. Существуют нормы износа конструкций. Методы определения износа конструкции: разрушающие и неразрушающие.

Моральный износ. Определенных 100%х критериев не существует.

Например, критерии для жилых зданий:

- хаотичная планировка сооружения

- отсутствует ванная

- площади окон недостаточны для нормальной инсоляции (проникновения света), а так же ориентация здания, количество жилых комнат больше 6-и (коммуналка), имеются комнаты шириной 2м и менее, комнаты располагаются над кухнями – Если так, то моральный износ здания меньше 60%.

Диагностика качества и надежности.

Фундаменты: выкапываются шурфы (в подвалах) и оценивается качество бутовой кладки или зондируется.

Стены: проверяется наличие трещин, вертикальность (отклонение от вертикали на 1/3 – это аварийность щдания > 60%)

Перекытия: определяются прогибы перекрытий, путем зондирования проверяется состояние деревянных балок, проводятся расчеты несущей способности.

Качество и надежность в строительстве. Регистрация данных об отказах.

Задача. Определить надежность кирпичных платформ.

Получена статистика:

Время эксплуатации платформ Ti	Количество отказавших платформ m	частота отказов ω
35	5	0,05
40	11	0,11
45	17	0,17
50	23	0,23
55	18	0,18
60	15	0,15
65	8	0,08
70	3	0,03
	Σm=100

Средний срок службы платформ – 50лет. Плотность распределения длительности службы распределена по нормальному закону.

σ – среднее квадратичное отклонение

T – сроки службы

T₀ – средний срок службы

σ² – дисперсия

Теоретически износ сооружения линейно зависит от срока службы (кривая Росса) (рис.а), в реальности никакой кривой Росса нет, а есть вот такая кривая (рис.б):

На рис. б гребень появился из-за осадки. Зоны: 1 - послеосадочный износ, 2 -нормальный износ, 3 - интенсивный износ.

Другие методы оценки качества и надежности.

• Метоы ускоренного определения:

1. Метод экспертной оценки. Строят иерархическую лестницу качества продукции (в порядке убывания важности свойств)(например паркета).

1. истираемость

2. прочность на изгиб

3. коэффициент трения

4. биостойкость

5. цветность

2. Лабораторная оценка. Этим методом, например, оценивается материал лестниц

• гранит истирается 0,01 см/год

• бетон с гранитной крошкой – 0,08 см/год

• мрамор – 0,12 см/год

Управление качеством на стадии проектирования. Стандартизация и унификация.

Процесс проектирования происходит в целом по такому алгоритму:

Как производится контроль качества в проектных организациях:

1. Необхоимо иметь обширный материал по типовым деталям, конструкциям, узлам.

2. Необходимо иметь квалифицированный состав разработчиков проекта (инженеров, расчетчиков, архитекторов и т.д.)

3. Норма-контроль при проектировании.

4. Для повышения качества необходимы стандартизация и типизация объемно-планировочных решений.

Управление качеством на стадии строительства зданий и сооружений. Технологичность.

На стройке существуют: входной, пооперационный и приемочный контроли.

Факторы, ведущие к дефектности изделий:

1. Отступление от проекта армирования (тяжело проверить).

2. Некачественный бетон.

3. Техническое составление формы в которую заливается бетон (должна иметь строгие геометрические размеры).

4. Техническая отсталость оборудования.

5. Некачественная установка закладных деталей. (не по размерам).

Основные недостатки продукции заводов ЖБК по плитам перекрытия.

Требования	по ГОСТу	Фактически	Причина дефекта
1. Прочность	400	357-380	Недостаток цемента, низкое качество песка и щебня (заполнителя)
2. Геометрические размеры (длина, ширина)	по длине: -10 +5 по ширине: ± 5	-30мм -1 +6мм	Износ форм
3. Раковины сколы бетона	диаметр до 10мм глубина до 8мм	10-15мм 10-12мм	Плохая вибрацияя, высокопластичный бетон (больше воды в бетоне)

Уровень дефектности на заводе проверяется по формуле:

• Перегородки: 10% изделий контролируется

• Стены: 20%

• Плиты перекрытий: 30%

• Фермы и балки: 50%

• Колонны: 60%.

Влияние на качество строительства особых условий возведения зданий.

Особые условия:

1. Производство работ в зимнее время. Методы зимнего бетонирования (метод термоса, метод электропрогрева, метод химических добавок, метод зимней кладки).

2. Сейсмические районы

3. Стесненность производства работ.

4. Ошибки строителей.

Управление качеством на стадии эксплуатации здания:

Для повышения качества предпринимают следующие меры:

1. Сбор информации по износам конструкции здания.

2. Разработка технологии производства ремонтных и реконструкционных работ по разным типам зданий.

3. Определение ремонтнопригодности конструкции.

• Свойства ремонтнопригодности:

- доступность

- легкосъемность (легко снять конструкцию и заменить на новую).

Факторы, которые влияют на качество объекта при эксплуатации:

1. Большая разнотипность эксплуатации здания (дореволюционные, сталинские, новые и т.д. здания.

2. Использование при возведении зданий новых конструкций и материалов (нет технологии их реконструкции).

3. Низкая квалификация строительных рабочих, занимающихся эксплуатаций.

4. Низкая надежность инженерных коммуникаций зданий.

5. Новые виды нагрузок на строительные объекты (Удары речных судов по опорам мостов).