Комплексная автоматизация технологических процессов создания сложных объектов автомобильно-дорожного строительства

Качественный уровень планирования и управления строительными и монтажными работами при создании сложных автомобильно-дорожных комплексов, являющихся элементами городских и междугородних магистралей, определяется в первую очередь эффективностью управления технологическими процессами и производствами, концентрацией и технологической специализацией проектных и строительных 'организаций,* организационной и технологической подготовкой строительного производства, оперативно-диспетчерским управлением транспортирования необходимых грузов и ходом строительства автомобильно-дорожных комплексов [3].

Высокий уровень автоматизации указанных мероприятий способствует интенсификации строительного производства, снижению затрат на предпроектные исследования, проектирование сложных объектов, строительство и монтаж, обеспечивая значительный экономический эффект. Однако еще больший эффект может быть получен в результате комплексной автоматизации управления строительством — при представлении процессов проектирования автодорожных комплексов, планировании потребности в строительных материалах и изделиях, их транспортировки на объекты и организации работ по их использованию непосредственно на объектах — в виде единой технологической цепи взаимосвязанных подсистем. Необходимость и эффективность комплексной автоматизации управления единым технологическим процессом обеспечения строительства автодорожных комплексов, в том числе городских и междугородных магистралей, транспортных развязок, путепроводов и т. п. не вызывает сомнения [6].

Создание методов и средств автоматизации технологических процессов организации и управления строительством в виде взаимосвязанного комплекса задач проектирования строящихся объектов, перспективного (стратегического) планирования потребности, отгрузки, транспортировки и использования на объектах строительства материалов и строительных изделий является актуальной задачей. Технологический процесс строительства городских транспортных магистралей является комплексным процессом, в который помимо собственно строительных подпроцессов, непосредственно связанных с возведением и оборудованием таких объектов, входит и подпроцесс планирования и обеспечения строительства объекта. Особое значение этой системы обусловлено тем, что от результатов её работы зависят и качество строящегося объекта, и эффективность технологического процесса строительства транспортной магистрали, включая его ритмичность, а, следовательно, и выполнение установленных сроков (как правило весьма сжатых, особенно в условиях города).

Система автоматизации управления единым технологическим процессом создания сложных объектов автодорожного строительства и, в частности, автотранспортных магистралей (ТМ), рассматривается как элемент более общей организационно-технологической системы, в которую помимо неё включены человек — субъект системы управления, а также объекты управления — предприятия и организации, осуществляющие и обеспечивающие проектирование, планирование и строительство.

Указанная система является сложной не только из-за большого количества нечетких параметров, определяющих её состояние непредсказуемости поведения, свойств и реакций на внешние воздействия), зо главным образом потому, что ей присуща способность принимать зешения. В соответствии с основными положениями системного анализа.

15,64] процесс принятия решений, связанных с задачей управления технологическим процессом обеспечения строительства ТМ, предполагает, прежде всего, выделение и четкое формулирование конечных целей каждого подпроцесса. Для достижения поставленных целей необходима совокупность целенаправленных действий, объединенных общим замыслом, — операция.

Исследование операции всегда производится с точки зрения интересов основного субъекта системы — человека, который в контуре управления является лицом, принимающим решения (ЛПР) в процессе проектирования объекта строительства, планирования строительного производства и обеспечения строительства объекта. Требование единственности ЛПР не является категоричным. Коллективность принятия решения, наоборот, снижает влияние субъективных факторов. Анализ понятия операции предполагает выделение трех аспектов [22,36]: управляющая деятельность ЛПР, ресурсы, находящиеся в распоряжении ЛПР, и объект воздействия этих ресурсов.

В рассматриваемом контексте система планирования обеспечения строительства ТМ является одним из тех ресурсов, находящихся в распоряжении ЛПР, при использовании которого обеспечивается достижение поставленных целей в его деятельности по управлению технологическим процессом создания ТМ.

Идеальное представление ЛПР о желаемых результатах операции есть цель операции. Под эффективностью операции понимается степень различия между желаемым и идеальным результатами [61].

С практической точки зрения исследование эффективности всей системы часто находит своё выражение в решении проблемы оценки эффективности операции с использованием активных ресурсов и проблемы выбора рационального способа организации и развития ресурсов операции.

При оценке эффективности операции, направленной на достижение целей управления технологическим процессом обеспечения строительства ТМ, необходимо выделить следующие задачи: определение влияния эффекта от внедрения СА и У ОС ТМ на общую эффективность операциивыявление функциональных возможностей подсистем и звеньев СУ ОС ТМ, используемых в операциисоставление нескольких альтернативных вариантов организации СУ ОС ТМ с использованием системы автоматизации, их ранжирование по уровням эффективности.

Проблема выбора варианта организации СУ ОС — ТМ сводится к решению следующих задач: выбор оптимальной стратегии управления и режимов работы СУ ОС ТМ для обеспечения заданных функциональных характеристиквыбор рационального варианта структуры подсистем и звеньев СУ ОС ТМ при проектированииформирование программы развития ОДСвыработка технико-экономических требований к создаваемым элементам СУ ОС ТМоптимальное распределение средств по звеньям СУ ОС ТМ. Таким образом, если процессы предпроектных исследований и собственно проектирования объекта строительства и планирования строительного производства представить как процессы принятия решений, проблема принятия решения для построения всей организационно-технологической системы обеспечения строительства ТМ подразделяется на ряд частных проблем принятия решений по оценке эффективности операций, в которых СУ ОС ТМ используется в качестве ресурса. Такими операциями являются этапы единого технологического процесса создания непосредственно транспортной магистрали.

Основное внимание уделяется разработке моделей и методов принятия этих решений.

В последние годы проблеме формализации процесса проектирования сложных автотранспортных комплексов уделяется большое внимание [4,41,46,68,79]. Процесс проектирования принято подразделять [33] на три основных этапа: внешнее проектирование, формирование облика автотранспортной системы и внутреннее проектирование.

При внешнем проектировании [32] необходимо конкретизировать цели и задачи проектируемой транспортной системы, представить требования к основным характеристикам и показателям качество системы, обеспечивающим выполнение этих целей и задач. Основной задачей [33] этапа формирования облика автотранспортной системы является корректная увязка требований внешнего проектирования с возможностями внутреннего проектирования [35], при котором реализуются основные конструктивные параметры системы в виде комплекса элементов автотранспортных систем, автотранспортных узлов, магистралей и их участков, представляющих всю систему и придающих ей требуемые качества.

Ранние этапы проектирования, т. е. внешнее проектирование, и формирование облика строительного объекта, или применительно к транспортной магистрали — предпроектная стадия и эскизное проектирование, наиболее трудно поддаются формализации и автоматизации. Однако именно эти этапы, основным содержанием которых являются анализ тенденций развития и прогнозирование важнейших параметров, являются определяющими для качества создаваемой системы. В случае неудачного выполнения ранних этапов проектирования невозможно создать длительно эффективно работоспособный вариант автотранспортной системы [64].

Процесс проектирования можно представить [37,48] в виде целенаправленной последовательности актов принятия решений, в результате которых осуществляется описание создаваемого объекта с заданной степенью детализации. При этом проектирование представляет собой процесс, который начинается с возникновения проблемной ситуации (получение задания на проектирование) и заканчивается выбором решений (разработкой проекта). Такой подход позволяет провести формализацию процесса проектирования, используя терминологию и математический аппарат теории принятия решений [13,58,94,109].

Применяя данный подход на ранних этапах проектирования ТМ и её звеньев, следует особое внимание обратить на такие особенности, как высокая — степень неопределенности проектной информации, нечеткость и-слабая формализуемость задач, решаемых при проектировании [9,50,58,84], а также необходимость учета субъективных соображений проектировщиков, их опыта и предпочтений [1,28,53,72,80], возникновение необходимости внесения оперативных изменений в уже принятые решения (например, при изменении рыночной ситуации).

На ранних этапах проектирования ТМ необходимо обеспечить возможность решения проектных и управленческих задач, характеризующихся наличием значительного объема качественной информации, многокритериальностыо, многовариантностью, неопределенностью меры эффективности в будущем и т. д. [21,82,90,101].

Создание сложной автотранспортной системы типа ТМ и её СУ ОС характеризуется декомпозицией на ряд иерархических уровней, состоящих из отдельных подсистем [18,43,57]. В этих условиях необходимо сформировать модели принятия решений, отражающих иерархию исходной системы, и указать правило согласования наилучших проектных решений в подсистемах и в системе в целом. Такого рода модели, рассматриваемые, например, в работах [3,12,33,40,110], дают хорошие результаты в случае принятия решений в условиях определенности и, как правило, при специфическом характере отдельных моделей принятия решений и только при количественных критериях.

Большинство работ, посвященных принятию решений в условиях неопределённости, рассматривают неопределённость только вероятностного характера [3,11,14,61], связанную с воздействием внешних условий проектирования. Однако нельзя ограничиваться рассмотрением только таких факторов. Кроме того, применяемые методы [19,27,70,91,108] предназначены для получения достаточно точных числовых результатов, хотя зачастую необходимы именно размытые оценки [89,92].

В реальных условиях выясняется, что ни исходные данные проектирования, ни предоставления о проектной ситуации и целях проектирования не являются предельно точными (даже в вероятностном смысле) и адекватными действительности [26,111]. Такая неточность и неопределенность связаны со многими обстоятельствами, отнюдь не всегда вероятностного характера. Принципиально невозможно оперировать точными данными вследствие сложности как самих объектов автодорожного строительства и окружающей их инфраструктуры, так и систем управления их строительством, в т. ч. динамики изменения самих принципов управления и планирования, определяющих принципы и цели принятия решений, несовершенства средств сбора и обработки информации, динамики изменения человеческого (общественного) фактора и экономических условий.

Ранние этапы проектирования, как процессы принятия решений, характеризуются определяющей ролью человека [2,24,38,101], который, с одной стороны, выступает как ЛПР, с другой — как эксперт, привлекаемый для оценки решений, критериев, а также в качестве источника исходных данных. Следовательно, необходимо учесть и отразить особенности человеческого мышления (26,29,97,115). Мышление человека носит возможностный, а не вероятностный характер [45,60,113]. Возможность характеризует внутреннюю потенциальную пригодность решения, в отличие от вероятности, рассматривающей действие внешних факторов [100,114]. Полной характеристикой неопределённости объекта является как случайность (вероятность), так и нечеткость (возможность) [69,74].

Математический аппарат, используемый для принятия решений, должен учитывать все аспекты неопределённости ранних этапов проектирования ОДС и условий его создания. Такими возможностями обладает теория нечетких множеств [31,47,87].

Нечеткий подход к принятию решений в условиях неопределенности отражен, в частности, в работах [24,34,42,47,102,107]. Однако не сформулирована количественная мера измерения неопределенности и не предложен конструктивный способ учета ее влияния на выявление наилучшего проектного решения, Кроме того, в основном рассматриваются лишь отдельные аспекты проблемы принятия решений, не рассматривается взаимосвязь этапов и процедур принятия решений [52,88].

Указанные обстоятельства предопределяют актуальность настоящей диссертационной работы, ориентированной на решение рассматриваемой проблемы автоматизации единого технологического процесса создания сложных автодорожных объектов транспортного комплекса с ранних этапов проектирования до их функционирования.

В качестве конечного объекта исследования рассматривается система комплексной автоматизации и управления единым технологическим процессом (СА и У ТП) организации строительства сложных автодорожных объектов как элементов автотранспортного комплекса. В технологическом процессе обеспечения строительства автотранспортной магистрали, как одного из основных звеньев единого технологического процесса создания ОДС, производителями и поставщиками строительных материалов, изделий и конструкций выступают растворобетонные узлы, асфальтобетонные заводы и заводы железобетонных изделий (РБУ, АБЗ и ЗЖБИ) и т. п., а потребителями.

— организации, выполняющие строительство автотранспортной магистрали с цементобетонным, асфальтобетонным или битумоминеральным покрытием.

Целью настоящего исследования является разработка системы автоматизации и управления единым технологическим процессом обеспечения строительства автотранспортных магистралей, позволяющей учесть взаимосвязь основных механизмов обеспечения строительства автомобильно-дорожных объектов в условиях многокритериальности и неопределенности ресурсных и критериальных ограничений.

Таким образом, в сформулированных условиях для достижения поставленной цели исследования оказывается необходимым решение следующих задач: формализованное представление проектной процедуры как процесса принятия решений в условиях неопределенности, разработка моделей и методов раскрытия неопределенностей и обеспечения эффективного функционирования СА и У ТПдекомпозиция объекта исследования на функциональные подсистемы (ФПС), так как каждая подсистема характеризуется собственным набором параметров, что затрудняет процесс оптимизации параметров системы в целомразработка моделей и методов создания элементов интеллектуальной системы поддержки принятия решений для поиска наилучших решений при нечеткой исходной информации и разработка методики выделения множества эффективных нечетких решенийразработка методики автоматизированного выбора параметров объекта дорожного строительства как важный этап, предваряющий весь указанный выше единый технологический процесс создания ОДСобоснование принципов оптимизации параметров ФПС СУ ОС ТМ в условиях многокритериальностиразработка моделей и методов комплексной автоматизации технологических процессов поставки, транспортирования и, главное, использования материалов и изделий при строительстве объектовмоделирование процессов автомобильной транспортировки изделий, материалов и механизмов по транспортной системе.

В качестве теоретической основы для создания системы в условиях реального функционирования, многочисленных неопределенных факторов и неодинаковой степени информированности органов управления разных уровней для разработки формализованных моделей исследуемых процессов использовались общая теория иерархических многоуровневых систем, теория нечетких множеств, теория возможностей и классический теоретико-множественный аппарат. Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовались методы математического программирования, математической статистики, многомерного статистического анализа и статистического моделирования, теории графов, теории информации, общей теории систем.

Решаемая на этапе проектирования задача разработки средств анализа и синтеза параметров ТМ весьма актуальна, так как обеспечивает выработку исходных данных, позволяющих осуществить перспективное планирование обеспечения строительства ТМ и, следовательно, качественное формирование и размещение заказов на поставку строительных материалов, изделий, конструкций и т. д.

Разработке моделей и методов синтеза структуры и параметров СУ ОС ТМ посвящены работы [119,135,153,157]. В настоящее время возникла насущная необходимость в новых подходах и принципах организации технологических процессов строительства, связанных с реализацией, прежде всего системного подхода, что предполагает решение таких важных проблем как формирование совокупности целей и задач СУ ОС ТМ, обоснованный выбор требований к системе, анализ критериев эффективности СУ ОС ТМдекомпозиция задачи системного синтеза структуры и параметров СУ ОС ТМ, выбор критериев оптимизацииразработка комплекса оценочных моделей, адекватных выбранным критериям эффективностиповышение эффективности процедур синтеза структуры и параметров СУ ОС ТМ, автоматизация процесса принятия решений.

Процесс принятия решений при создании СУ ОС ТМ по существу реализует основные положения системного подхода [22].

Предметом исследования в настоящей работе является СУ ОС ТМ, содержание которой суть процесс принятия решений при автоматизированном управлении единым технологическим процессом планирования поставок и обеспечения создания ТМ.

Условно можно выделить три этапа процесса синтеза параметров, как процесса принятия решений: этап «внешнего» проектирования, этап «формирования облика» транспортной системы, этап «внутреннего» проектирования [12,25,50].

Анализ этапа внешнего проектирования показал необходимость учета различных типов неопределенностей. Проблема первого этапа заключается в анализе особенностей функционирования системы, реализации декомпозиционного подхода, позволяющего свести решение сложной задачи к некоторой последовательности более простых, постановке задачи синтеза параметров в векторной форме.

Этап «внутреннего» проектирования связан с построением частных моделей параметрической оптимизации СУ ОС ТМ заданной структуры в соответствии с выбранными на первом этапе критериями.

При «формировании облика» системы проблема заключается прежде всего в построении множества альтернативных вариантов проектируемой системы, удовлетворяющих требованиям «внешнего» проектирования и учитывающих возможности «внутреннего» проектирования.

Городские и междугородние магистрали, транспортные развязки, путепроводы, тоннели и другие автодорожные сооружения, как сложные элементы транспортного комплекса во многом идентичны коммуникационным системам, в связи с чем основные результаты, полученные по принципам создания и функционирования последних, вполне применимы и к транспортным системам и сетям.

В работах Глушкова В. М. [25], Девиса и Барбера [120,128], Таненбаума [165] и др. проанализированы основные функции коммуникационных систем, которые сводятся к реализации трех сетевых механизмов — механизма ограничения нагрузки, выбора маршрута и коммуникации.

В данной работе применительно к СУ ОС ТМ проводится следующая аналогия: ограничение нагрузки — механизм регулирования потоков грузов, обеспечивающий потребности ОДС в строительных механизмах, конструкциях и материалах, и учитывающий простои и поломки автотранспортных средств, используемых для доставки грузоввыбор маршрута — механизм рационального выбора маршрута движения автотранспортных средств, который позволяет сократить время доставки грузов на ОДСкоммуникация — механизм установления связей между парами отправитель груза (поставщик) — получатель груза (строительный участок ОДС), а также механизм приема и распределения грузов на ОДС.

Привлекательность и существующие проблемы реализации изаритмического метода ограничения нагрузки обсуждаются в [119,121,127,128,153]. Среди методов маршрутизации предпочтительнее выглядит дельта-маршрутизация [159], что имеет хорошую аналогию в автотранспортных системах, так как в них доставка грузов осуществляется исключительно дискретно. В целом, однако, можно отметить, что вопросы взаимосвязи, функциональной полноты и минимальности критериев оптимизации различных сетевых механизмов для транспортных сетей рассмотрены недостаточно.

Вопросы оптимизации, в том числе оптимизации параметров, обсуждаются-во многих работах. Здесь, например, следует отметить работы Л. Клейнрока и Н. Герла [38,135,136], в которых в основном решены вопросы выбора пропускных способностей транспортных каналов с учетом маршрутизации.

Таким образом, можно констатироващ, что вопросы параметрической оптимизации СУ ОС ТМ на системном уровне решены в основном только для механизма маршрутизации. Системный подход предполагает совместное решение указанных задач, а также коррелирующих задач, что приводит к необходимости решения одной из центральных проблем оптимизациипроблемы многокритериальное&trade-.

Проблеме многокритериальное&tradeпосвящено большое количество научной литературы, раскрывающей различные подходы к ее решению. Следует отметить работы В. В. Подиновского, В. М. Гаврилова, В. Д. Ногина [72, 73], Дж. Ван Гига [22].

Среди множества подходов к решению проблемы многокритериальности наиболее интересными представляются методы, основанные на идеях Парето [73,91].

В качестве теоретической основы для принятия решений в условиях, когда существует несовпадение интересов различных подсистем одной системы, в условиях неопределенных факторов и различной степени информированности о них органов управления разных уровней, может служить теория иерархических систем [54,58].

В целом можно отметить, что ранее существовавшие подходы и методы решения указанных проблем носят общий характер и не учитывают специфику рассматриваемого объекта, а именно СА и У ОС ТМ.

Таким образом, в соответствии с вышеизложенным, для проведения успешных исследований в сформулированной области необходимо: проанализировать и формализовать типы неопределенностей, возникающие на ранних этапах проектирования ОДС, что необходимо для выработки решений в нечетких условияхразработать методику выделения наилучших и эффективных решений в нечетких условиях, что дозволяет понизить степень неопределнности;

— исследовать технологические процессы обеспечения строительства ТМ, осуществить функциональную декомпозицию системы обеспечения строительства ТМ на взаимосвязанные подсистемы, необходимую для повышения эффективности системы автоматизации и управления обеспечением строительства;

— разработать методику автоматизированного синтеза параметров СА и У ОС ТМ в условиях многокритериальное&tradeи неопределенности, позволяющую включить это звено в единый технологический процесс;

— разработать систему и процедуру согласованного функционирования полученных функциональных подсистем с целью обеспечения корректности проведенной декомпозиции;

— разработать комплекс моделей и методов выбора оптимальных параметров функциональных подсистем;

— реализовать разработанные методы в виде комплекса программ, в т. ч. элементы системы поддержки принятия решений, и разработать методику его использования, что должно позволить автоматизировать единый технологический процесс создания автотранспортных магистралей.

Логическая структура работы соответствует решению перечисленных проблем в указанной последовательности.

В первой главе диссертационной работы предполагается определить класс рассматриваемых систем, в рамках которого будут проанализированы основные задачи проектирования СА и У ОС ТМ. Сам процесс проектирования рассматривается как последовательность задач принятия решений. На основе исследования выбранного класса систем методами общей теории систем (ОТС) предлагается осуществить функциональную декомпозицию СУ ОС ТМ на функциональные подсистемы. Сформулирована и формализована задача ранних этапов проектирования СУ ОС ТМ. Формулируется подход к решению указанной задачи через декомпозицию исходного критериального пространства. Разработана модель процесса принятия решений на ранних этапах проектирования СУ ОС ТМ в условиях неопределенности и нечеткости исходной информации. Формализована и поставлена задача оптимизации параметров (ОП) функциональной системы и предложена общая схема ее решения. Выбраны критерии оптимизации каждой ФПС. Анализ информационного обмена между блоками ОП ФПС показал необходимость постановки многокритериальной задачи синтеза параметров СУ ОС ТМ. Отмечается сложность обоснованного выбора критериальных и ресурсных ограничений. Предложена методика автоматизированного синтеза параметров СУ ОС ТМ, основанная на предварительном зондировании пространства агрегированных переменных системы конечным числом точек, что позволяет при небольшом числе рассматриваемых вариантов построения проводить обоснованный выбор критериальных и ресурсных ограничений. Определена необходимость координации процесса синтеза параметров СУ ОС ТМ и формализована цель системы координации и управления.

Во второй главе работы рассмотрены вопросы разработки моделей принятия решений с использованием многокритериального подхода. Рассматривается применение теории нечетких множеств и теории возможностей в задачах принятия решений на ранних этапах проектирования ОДС и СА и У ОС ТМ. Разработана форма представления проектных решений, формальное описание которых приведено в виде нечетких множеств, разработаны процедуры сравнения нечетких множеств, что позволило выделить наилучшие проектные решения при наличии различных оценок по критериям. Проанализированы и формализованы типы неопределенностей, возникающие на ранних этапах проектирования ОДС и СА и У ОС ТМ. Проведено вычисление индексов возможности и необходимости, а также индексов сравнения нечеткого множества с оптимизирующими множествами. Разработаны нечеткие модели поиска наилучших решений, проанализированы особенности формального описания задач принятия решений в нечетких условиях и разработаны способы выделения множества эффективных нечетких решений.

В третьей главе работы рассмотрены вопросы построения иерархической двухуровневой системы координации и управления технологическим процессом создания сложных автодорожных объектов. Выбран принцип координации и доказана координируемость системы управления ОС ТМ на основе выбранного принципа. Определены задачи координатора и управляющих элементов нижнего уровня. Предложена и обоснована процедура последовательной координации функционирования СУ ОС ТМ. Разработана энтропийная модель ФПС, относящаяся к классу систем и позволяющая решать задачу координатора. Предложена и разработана модель оценки эффективности функциональной системы, позволяющая решить задачу выбора оптимального управляющего воздействия элемента нижнего уровня системы управления. Рассмотрена процедура координации при оптимизации параметров одной ФПС и показано, что данная процедура может быть отнесена к классу информационно-статистичеких методов, обеспечивающих оценку глобально-оптимальных решений многокритериальных задач.

В четвертой главе работы проведен анализ функциональной подсистемы управления СУ ОС ТМ, осуществляющей прием и распределение по строительным участкам доставленных на ОДС грузов. Разработаны методы оптимизации параметров ФПС управления строительством ОДС по указанному критерию. Предложена модель оценки вероятности потерь грузов при их доставке и использовании в строительстве ОДС. Разработаны методы оптимизации параметров ФПС регулирования потоков грузов по указанному критерию. Проведен анализ функциональной подсистемы управления строительством (имея в виду распределение и использование строительных грузов на строительных участках) и предложена модель оценки вероятности потерь в транспортной сети.

Пятая глава диссертации посвящена разработке методов и алгоритмов выбора наиболее рациональных маршрутов транспортирования материалов, изделий и механизмов при строительстве сложных автодорожных объектов. Осуществлена математическая постановка задачи распределения потоков автомобилей с грузами в городских транспортных сетях. Разработаны алгоритмы поиска наиболее рациональных маршрутов доставки грузов на объекты строительства ТМ. Проведен анализ характеристик и закономерностей формирования потоков автомобилей на городских магистралях. Проведено моделирование движения доставляющих грузы автомобилей на регулируемых перекрестках и в целом по транспортной сети города. Дана оценка вероятности преодоления автомобилем маршрута доставки груза за нормативное (допустимое) время.

Шестая глава диссертации посвящена разработке комплекса программ синтеза параметров ОДС выбранного класса на этапе предварительного проектирования ТМ на основе теоретических положений и результатов анализа и моделирования, полученных в предыдущих главах диссертации. Приводится методика использования комплекса программ, разработанная на основе опыта его применения, и примеры практической реализации полученных методов и средств при автоматизации технологического процесса обеспечения строительства транспортной развязки городской магистрали. Определяется проектное решение и даются рекомендации по использованию получаемой в процессе исследований дополнительной информации.

В заключении представлены основные результаты диссертационной работы.

В Приложении 1 приведено изложение некоторых базовых теоретических положений и методов, способствующих более полному представлению основных материалов диссертационной работы.

В Приложении 2 приведены копии актов о внедрении результатов диссертационной работы на практике.

В диссертации получены и выносятся на защиту следующие основные научные результаты: система комплексной автоматизации определения потребности, планирования поставок, транспортировки и использования строительных материалов и изделий в виде единой технологической цепипроцедуры сравнения нечетких множеств, позволившие выделить наилучшие проектные решения в условиях нечеткости и неопределенности при перспективном планировании обеспечения строительства автотранспортной магистрали;

— методика автоматизированного синтеза параметров системы автоматизации и управления обеспечением строительства автотранспортной магистрали в условиях многокритериальностипринципы функциональной декомпозиции объекта исследования на подсистемы, процедуры координации, управления и оптимизации параметров-.. ^ автоматизированная система поддержки принятия решений на ранних стадиях проектирования ТМ и ее программная реализация;

— формализованное описание модели технологического процесса обеспечения строительства ТМ и ее функциональная декомпозиция;

— модели и методы координации ФПС, используемые при создании системы автоматизации и управления обеспечением строительства ТМ;

— модели и методы оптимизации параметров функциональных подсистем системы автоматизации и управления обеспечением строительства ТМ.

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов, изложенных в работе, обеспечивается современными математическими методами, корректно используемыми в работе при анализе и оптимизации разрабатываемых алгоритмов и систем управления, проверкой согласования результатов эквивалентных по формализации аналитических и имитационных моделей технологических процессов обеспечения строительных объектов. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения разработок в строительных организациях.

Научные положения, идеи и практические результаты исследований в области автоматизации процессов строительства составляют новое правление в области теоретических и практических методов структурно-нкционального анализа и синтеза комплексных систем автоматизации оцессов отгрузки, транспортировки и использования материалов и изделий объекте строительства.

Разработанные методы, алгоритмы и реализующие их программные едства могут быть использованы при решении задач комплексной томатизации процессов обеспечения материалами и строительными делиями, как на этапе технической подготовки, так и в ходе строительства.

Программная система построена по открытому принципу, что >зволяет наращивать её функциональные возможности по мере разработки >вых методов и моделей автоматизации и управления.

Разработанные модели и методы и* реализованные на их основе юдства могут быть использованы как для синтеза параметров системы фавления обеспечением строительства ТМ и её участков на этапе эедварительного общесистемного проектирования внутригородской эльцевой магистрали (третье транспортное кольцо г. Москвы), так и на гапах организации и управления технологическим процессом строительства Есазанного автодорожного комплекса.

Проведена реализация и экспериментальное исследование азработанных методов и алгоритмов автоматизации технологических роцессов обеспечения строительства отдельных участков городской [агистрали.

Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены ля практического применения.

Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было [оложено и получило одобрение: на отраслевых, республиканских, межрегиональных и 1еждународных научно-технических конференциях, симпозиумах и минарах (1985;2000 гг.), на научно-методических конференциях МАДИ (ТУ). Публикации. По результатам выполненных исследований [убликовано более 50 печатных работ.

Библиографические данные. Диссертация содержит 341 страниц, в >м числе 263 страниц машинописного текста, 43 страниц рисунков и таблиц, (исок литературы из 171 наименования, 33 страниц Приложений, 3 страниц тов о внедрении результатов диссертации. ;

ВЫВОДЫ.

1. Разработано программное обеспечение и методика его эксплуатации, позволившие автоматизировать решение задачи комплексной автоматизации процессов транспортировки материалов на объект строительства на этапе предварительного проектирования системы. Программные средства прошли приемо-сдаточные испытания и внедрены для практического использования в ряде строительных организаций.. .

2. Предложенная методика и программное обеспечение использованы на этапе технической подготовки обеспечения строительства Внутригородской кольцевой магистрали (транспортная развязка на участке от шоссе Энтузиастов до Волгоградского проспекта).

3. Использование результатов диссертационной работы позволило улучшить режим доставки грузов на объект строительства на 20−25%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1.Ранние этапы проектирования ОДС рассмотрены как процесс принятия решений в условиях неопределенности и нечеткости исходной проектной информации.

2. Рассмотрена содержательная интерпретация модели процесса принятия решений применительно к СУ ОС ТМ.

3. Процесс синтеза параметров СУ ОС ТМ рассмотрен как процесс принятия решений. Обоснована актуальность проведения исследований в области разработки методики многокритериального синтеза параметров СУ ОС ТМ, а также моделей и методов выбора параметров СУ ОС ТМ.

4.Построена модель функционирования СУ ОС ТМ, учитывающая основные механизмы доставки материалов на объект в системе, такие, как выбор маршрута доставки грузов, прием и распределение поступивших на ОДС грузов, регулирование грузовых транспортных потоков от поставщиков к ОДС. Проведена функциональная декомпозиция СУ ОС ТМ и осуществлена формализация задачи параметрической оптимизации функциональной подсистемы СУ ОС ТМ.

5. Обоснована постановка задачи многокритериального синтеза параметров СУ ОС ТМ и предложена методика решения поставленной задачи, позволяющая проводить обоснованное назначение критериальных ограничений.

6.Выделена форма представления нечеткого проектного решения в виде возможного точного значения и степени определенности информации, содержащейся в проектных решениях.

7. Сформулированы рекомендации по построению иерархически согласованных многокритериальных моделей принятия решений, предложена принципиальная схема процесса поиска наилучших нечетких решений и алгоритма работы с нечеткими моделями принятия решений.

8. Рассмотрены способы определения интегрального показателя качества нечеткого решения и выполнения Парето-анализа в нечетких условиях.

9. Разработана последовательная процедура координации, обеспечивающая получение решения задачи управления обеспечением строительства ТМ, максимизирующего эффективность технологического процесса обеспечения строительства ТМ. ,.

10. Разработана модель пропускной способности функциональной подсистемы СУ ОС ТМ, позволяющую формализовать и решить задачу, стоящую перед элементами нижнего уровня. Получено аналитическое выражение для оценки пропускной способности функциональной подсистемы СУ ОС ТМ, позволяющее получить оптимальный координирующий сигнал для блока оптимизации параметров.

11. Разработан метод оценки глобально оптимального решения задачи оптимизации параметров функциональной системы обеспечения строительства ТМ. Проведенные исследования показали, что предлагаемый метод позволяет улучшить получаемые значения оценки глобально оптимального решения в среднем на 10−20%.

12. Предложена общая схема решения задачи оптимизации параметров функциональных подсистем СУ ОС ТМ, основанная на декомпозиции пространства варьируемых параметров.

13. Разработан метод решения задачи оптимизации параметров функциональной системы обеспечения строительства, позволяющий уменьшить вероятности потерь грузов на 20−25%.

14. Исследование городской транспортной сети. Предложено представление сети дорог в виде транспортного тотального графа. Исследование вероятности преодоления маршрута транспортным средством $а нормативное время и выявлено, что время преодоления маршрута тодчинено распределению Кетгейна. Исследование времени задержки на терекрестке.

15. Моделирование поведения потоков автомобилей. Проведен анализ алгоритмов метода поиска кратчайших путей (Дейкстры, Флойда и метода двойного поиска).

16. Программно реализован метод двойного поиска для модели транспортной сети.

17. Разработанные методика и программное обеспечение использованы на этапе технической подготовки обеспечения строительства Внутригородской кольцевой магистрали (транспортная развязка на участке между шоссе Энтузиастов и Волгоградским проспектом).

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ВГМ — внутригородская кольцевая магистральВРЗПС — выбор размера зоны промежуточного складированияВПСУ — выбор производительности исполнительного элемента строительного участкаИСМ — информационно-статистический методИЭ — исполнительный элементЛПР — лицо, принимающее решениеМСП — метод случайного поискаОДС — объект дорожного строительстваОЗ — оперативная заявка (заказ) — ОП — оптимизация параметров;

ОС — обеспечение строительстваРОЗ — распределение оперативных заявокРПГ — распределение потоков грузовСА и У — система автоматизации и управленияСУ ОС — система управления обеспечением строительстваТМ — автотранспортная магистральФПС — функциональная подсистема.