Аналитические методы расчета показателей организационно-технологической надежности строительства

4.2.1. Общие положения

В ряде работ [3;5] разрабатываются так называемые аналитические методы учета ОТН при проектировании поточной организации строительства. Такой подход позволяет существенно упростить методику решения задачи. Однако применение аналитического метода для расчета и повышения надежности строительного потока допустимо лишь в простейших случаях.

Сущность аналитического метода заключается в следующем. На основании собранных статистических данных о функционировании системы поточного строительства в конкретных производственных условиях устанавливаются показатели уровня надежности системы.

Например, путем статистической обработки данных устанавливаются средние значения (математическое ожидание и дисперсия) времени безотказной работы и продолжительности отказов частных и специализированных потоков либо интенсивностей выполнения технологических процессов по видам работ (земляные, бетонные, монтажные работы и т. д.). Эти данные позволяют рассчитать коэффициент готовности системы при выполнении соответствующих видов работ.

При использовании данных о продолжительности отказов и безотказной работы элементов системы коэффициент готовности К_г можно определить по формуле (3). Если используются статистические данные, позволяющие получить математическое ожидание интенсивностей потоков (сменной или суточной производительности машин, звеньев, бригад), то формула определения К_г имеет вид:

(20)

где m_x – математическое ожидание интенсивности выполнения технологического процесса; v_ПЛ – плановая (нормативная) интенсивность выполнения этого процесса.

С помощью величин коэффициентов готовности системы при составлении планов работ корректируют продолжительности отдельных процессов:

(21)

где Т_пл – планируемая продолжительность выполнения работы с учетом ОТН производственной системы; Т_н – продолжительность этой работы, рассчитанная на основе детерминированной нормативной базы.

Рассмотренный метод повышения надежности организационно-тех­но­логических решений базируется на так называемом принципе избыточности или резервирования систем. Оптимальное резервирование элементов и систем является важнейшим разделом теории надежности. В рамках этого раздела рассматриваются различные виды резервирования (избыточности).

В общем случае, классифицируя их по содержанию, можно выделить несколько основных видов избыточности [13]:

● структурная избыточность направлена на повышение надежности системы за счет замены вышедшего из строя элемента равнозначным запасным («холодное», ненагруженное резервирование) или за счет неполной загрузки работающих элементов («теплое», частично нагруженное резервирование);

● функциональная избыточность проявляется в случае, когда существует, по крайней мере, два регулирующих механизма, способных держать надежность системы на требуемом уровне;

● информационная избыточность направлена на обеспечение полной и достоверной информацией о функционировании системы;

● игровая или тактическая избыточность, принимающая вид перестроек структуры системы в зависимости от сложившейся ситуации;

● временная избыточность обеспечивает дополнительное время на принятие рационального (надежного) решения или резерв времени, необходимый для восстановления системы в случае сбоя.

Рассмотренный выше метод повышения ОТН систем на основе определения и использования коэффициента готовности можно отнести к методу использования временной избыточности.

4.2.2. Пример расчета статистических показателей
организационно-технологической надежности

Для получения тех или иных статистических показателей прежде всего необходим сбор определенных статистических данных (статистических наблюдений). В результате непосредственных наблюдений, измерений или регистрации фактов получается так называемая статистическая совокупность данных, нуждающаяся в обработке.

Первичная обработка исходного статистического материала включает систематизацию и классификацию данных, расчет параметров, характеризующих статистическую совокупность, а также составление таблиц, графиков и других материалов, иллюстрирующих процесс [3].

В экономических исследованиях чаще всего обработка исходных данных производится для нахождения законов распределения случайной величины. Для иллюстрации обозначим случайную величину как Х. При функционировании производственной системы или ее элемента в течение некоторого времени t случайная величина Х может принять n определенных значений. Совокупность этих случайных значений случайной величины в математической статистике называется статистической выборкой объема n.

Если расположить отдельные значения случайной величины Х в возрастающем или убывающем порядке и указать относительно каждого значения, как часто оно встречалось в данной совокупности, то получится эмпирическое распределение случайной величины, или вариационный ряд. Построение вариационного ряда позволяет определить аналитическую форму неизвестной плотности вероятности f(x), функцию распределения F(x) и оценить входящие в нее параметры.

Рассмотрим применение методики первичной статистической обработки исходных данных на примере анализа производительности бульдозеров ОАО «Строймеханизация» за 2001–2004 гг.

Как показали наблюдения, значения производительности бульдозеров Х за указанный период t находились в пределах от 20 до 140 % по сравнению с нормами, устанавливаемыми по ЕНиР2-1-86. Следовательно, размах вариации: R = x_max – x_min = 140 – 20.

Выборочная совокупность составила n = 220 наблюдений (табл. 9).

Весь диапазон значений величины Х должен быть разбит на интервалы. Величина интервала вариационного ряда определяется с использованием принципа округления по формуле Стерджесса:

= =

Количество интервалов вариационного ряда равно:

Подсчитывается количество значений случайной величины, приходящееся на каждый интервал: абсолютное – m_i (частота) и относительное – р_i^* (частость): Если случайная величина Х принимает значение, попадающее на границу i-го и (i+1)-го интервалов, то это значение учитывается в числе попаданий в (i+1)-й интервал.

Определив таким образом частоты попадания случайной величины Х в каждый интервал, получим вариационный (статистический) ряд, который представляют в виде таблицы (табл. 9).

Таблица 9

Вариационный ряд сменной производительности бульдозеров

Интервалы производи-тельности, %	20–35	35–50	50–65	65–80	80–95	95–110	110–125	125–140
Количество значений в интервале mi
Частость рi^*	0,02	0,04	0,16	0,15	0,23	0,19	0,15	0,06

Вариационные ряды могут быть изображены графически в виде полигона распределения и гистограммы. Полигон распределения чаще всего применяется для изображения дискретных вариационных рядов, гистограмма распределения – для изображения интервальных рядов. Она представляет собой многоугольник, построенный с помощью смежных прямоугольников с основанием, равным длине интервала (рис. 2).

Для построения гистограммы распределения определяются ее ординаты из выражения:

(22)

Вычисления:

1) 0,02/15=0,001; 2) 0,04/15=0,003; 3) 0,16/15=0,011;

4) 0,15/15=0,010; 5) 0,23/15=0,015; 6) 0,19/15=0,0127;

7) 0,15/15=0,010; 8) 0,06/15=0,004.

Основываясь на данных табл. 9 и проведенных вычислениях, строят гистограмму распределения сменной производительности бульдозеров (рис. 2).

Рис. 2. Гистограмма производительности бульдозеров (%)

По форме гистограммы можно предположить, что сменная производительность бульдозеров подчиняется нормальному закону распределения.

Для оценки числовых характеристик нормального распределения вычисляются:

математическое ожидание

27,5 × 0,02 + 42,5 × 0,04 + 57,5 × 0,16 + 72,5 × 0,15 + 87,5 × 0,23 + + 102,5 × 0,19 + 117,5 × 0,15 + 132,5 × 0,06 = 87,52;

дисперсия:

(87,52–27,5)²0,02 + (87,52–42,5)²0,04 +
+ (87,52–57,5)²0,16 + (87,52–72,5)²0,15 + (87,52–87,5)²0,23 +
+(87,52–102,5)²0,19 + (87,52–117,5)²0,15 + (87,52–132,5)²0,06 = 630,

где – значение середины i-го интервала.

Среднее квадратическое отклонение: 25,1.

Коэффициент вариации: 25,1/87,52 0,3.

Величина свидетельствует о том, что теоретическое распределение близко к нормальному закону. Чтобы проверить эту гипотезу, следует воспользоваться одним из критериев проверки статистических гипотез [3].

В данном примере используем критерий согласия Пирсона (хи-квад­рат), который основан на статистике:

(23)

где – частота (число наблюдений) i-го интервала; теоретическая частота интервала. Теоретическая частота определяется по формуле

(24)

где p_i – вероятность попадания случайной величины x в i-й интервал.

Эта вероятность исчисляется по уравнению:

, (25)

где ; – приведенные («нормированные») отклонения.

Значения Ф(t) табулированы; расчетные таблицы приводятся в пособиях по математической статистике и прил. 1. В табл. 10 показан расчет теоретических частот распределения и вычисление критерия .

Таблица 10

Выравнивание 220 значений сменной производительности
бульдозеров, %, по кривой нормального распределения

Интер- вал,	mi	t1i	t2i	Ф(t1i)	Ф(t2i)	pi
-35 35-50 50-65 65-80 80-95 95-110 110-125 125-140		-2,69 -2,09 -1,49 -0,89 -0,3 0,3 0,89 1,49	-2,09 -1,49 -0,89 -0,3 0,3 0,89 1,49 2,09	0,0036 0,0183 0,0681 0,1867 0,3821 0,6179 0,8133 0,9319	0,0183 0,0681 0,1867 0,3821 0,6179 0,8133 0,9319 0,9817	0,015 0,05 0,118 0,196 0,236 0,196 0,118 0,05	3,3 25,96 43,12 51,92 43,12 25,96	0,37 3,88 1,93 0,07 0,03 1,41 0,82
								8,51

Критическое значение для числа степеней свободы = 8 – 3 = 5 и уровня значимости = 0,05 составит (5;0,05) = 11,1 (см. прил. 3).

Так как наблюдаемое значение меньше табличного < , то согласно критерию Пирсона гипотеза о нормальном законе распределения не противоречит данным наблюдений. При вычислении критерия должно выполняться условие, чтобы
число наблюдений в интервалах было не менее пяти (m_i 5). Так как для первого интервала это условие не выполняется (m₁=4), он был объединен со вторым интервалом.

На рис. 3 приведен график теоретического распределения производительности бульдозеров, %, совмещенный с гистограммой распределения статистической выборки.

Полученные статистические характеристики (m_x = 87,52; = 25,1) позволяют дать оценку уровня надежности, рассматриваемого процесса (производство бульдозерных работ в ОАО «Строймеханизация»):

1) коэффициент готовности процесса: К_г = 0,88;

2) вероятность выполнения бульдозером норм выработки составляет: р(х>100) = Ф(100/m_x) = Ф(1,143).

Значение функции нормального распределения Ф(t) с аргументом
t =1,143 Ф(1,143) = 0,873 (прил. 1);

3) значения статистических показателей надежности свидетельствуют о недостаточном уровне организационно-технологической надежности рассматриваемого процесса, что требует разработки и реализации специальных мер по его повышению.

m_{x =}87,52

Рис. 3. Кривая нормального распределения сменной производительности бульдозеров, %

4.2.3. Задания по расчету статистических показателей
организационно-технологической надежности

Определить статистические показатели ОТН технологического процесса (работы строительной машины) на основе выравнивания эмпирического ряда распределения производительности машины по данным, приведенным в табл. 11. Номер варианта индивидуального задания принять в соответствии с указаниями подразд. 2.3.

Таблица 11

Варианты индивидуальных заданий к разделу 4

Вариант
Интер-вал,%	mi	Интер-вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi
91-93 93-95 95-97 97-99 99-101 101-103 103-105 105-107		50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 100-110 110-120 120-130		30-45 45-60 60-75 75-90 90-105 105-120 120-135 135-150		40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 100-110 110-120		35-50 50-65 65-80 80-95 95-110 110-125 125-140 140-155

Продолжение табл. 11

Вариант
Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi
20-35 35-50 50-65 65-80 80-95 95-110 110-125 125-140 140-155		50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 100-110 110-120 120-130 130-140		50-58 58-66 66-74 74-82 82-90 90-98 98-106 106-114 114-122		40-52 52-64 64-76 76-88 88-100 100-112 112-124 124-136 136-148		30-42 42-54 54-66 66-78 78-90 90-102 102-114 114-126 126-138
Вариант
Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi
60-65 65-70 70-75 75-80 80-85 85-90 90-95 95-100 100-105 105-110 110-115		20-32 32-44 44-56 56-68 68-80 80-92 92-104 104-116 116-128 128-140 140-152		30-41 41-52 52-63 74-85 85-96 96-107 107-118 118-129 129-140 140-151		60-65 65-70 70-75 75-80 80-85 85-90 90-95 95-100 100-105 105-110 110-115		20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 100-110 110-120 120-130
Вариант
Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi
70-74 74-78 78-82 82-86 86-90 90-94 94-98 98-102 102-106 106-110		20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 100-110 110-120		10-30 30-50 50-70 70-90 90-110 110-130 130-150 150-170 170-190 190-210		25-35 35-45 45-55 55-65 65-75 75-85 85-95 95-105 105-115 115-125		45-55 55-65 65-75 75-85 85-95 95-105 105-115 115-125 125-135 135-145

Окончание табл. 11

Вариант
Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi
20-32 32-44 44-56 56-68 68-80 80-92 92-104 104-116 116-128 128-140 140-152 152-168		60-65 65-70 70-75 75-80 80-85 85-90 90-95 95-100 100-105 105-110 110-115 115-120		40-50 50-60 60-70 70-80 80-90 90-100 100-110 110-120 120-130 130-140 140-150 150-160		25-40 40-55 55-70 70-85 85-100 100-115 115-130 130-145 145-160 160-175 175-190 190-205		50-57 57-64 64-71 71-78 78-85 85-92 92-99 99-106 106-113 113-120 120-127 127-134
Вариант
Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi	Интер- вал, %	mi
20-40 40-60 60-80 80-100 100-120 120-140 140-160		65-75 75-85 85-95 95-105 105-115 115-125 125-135		30-50 50-70 70-90 90-110 110-130 130-150 150-170		30-45 45-60 60-75 75-90 90-105 105-120 120-135		44-58 58-72 72-86 86-100 100-114 114-128 128-142

Контрольные вопросы

1. Какие существуют методы обеспечения заданного уровня надежности организации строительства? Дайте их сравнительную характеристику.

2. В чем сущность метода имитационного моделирования?

3. Какие процедуры включает методика имитационного моделирования возведения строительных объектов?

4. Перечислите основные этапы оценки надежности систем на основе аналитических методов?

5. В чем сущность выборочного метода математической статистики?

6. Назовите основные этапы построения и расчета рядов распределения.

7. Раскройте сущность метода оценки статистических гипотез.

8. Какие виды избыточности используются для повышения надежности систем?

4.3. Разработка организационно-технических мероприятий
по повышению уровня надежности производства

4.3.1. Анализ факторов, влияющих на уровень
организационно-технологической надежности
строительного производства

Воздействие случайных факторов на процессы функционирования строительных производственных систем вызывает отклонения экономических, пространственных, временных и других характеристик от их проектных значений, т. е. ведет к снижению уровня ОТН. В связи с этим в теории и практике контроля надежности уделяется большое внимание анализу факторов, влияющих на надежность систем и их элементов.

Комплекс задач по выявлению, анализу и учету случайных факторов состоит:

– из установления совокупности наиболее существенных факторов случайного характера, влияющих на данный производственный процесс;

– выбора метода статистического анализа каждого из факторов;

– получения статистических характеристик факторов;

– учета факторов при разработке математических моделей производственного процесса;

– разработки организационно-технических мероприятий по устранению (снижению) воздействия факторов на производственные процессы.

Классификации и наименования наиболее распространенных дестабилизирующих факторов в строительстве приведены в литературе по организационно-технологической надежности строительства [1; 3; 5; 8; 9; 15].
В табл. 12 приведена классификация 25 основных факторов, влияющих на возникновение отказов строительных систем.

Рассматривая основные факторы появления случайных отказов и сбоев в строительных системах, можно выделить ряд наиболее часто повторяющихся групп причин, характерных для определенных производственных условий, определенных строительных организаций, производственных участков. С учетом этого анализ причин отказов в конкретной строительной организации является основой для разработки специальных организационно-технических мероприятий по их устранению или уменьшению их влияния на организационно-технологическую надежность системы.

Так, анализ наблюдений за ходом производства работ по сооружению нижнего строения железнодорожного пути [9] выявил основные причины сбоев в этой производственной системе (табл. 13).

Таблица 12

Классификация факторов, дестабилизирующих
строительное производство

Группа	Фактор
Технические	1. Отсутствие необходимых машин и механизмов 2.Отсутствие транспортных средств 3. Поломки машин, механизмов, транспортных средств 4. Выход из строя подъездных путей к объектам 5. Изменения организационно-технологических решений (ПОС, ППР) в ходе работ 6. Низкое качество материалов, деталей, изделий, инструмента и т.д.
Технологические	7. Изменение запланированной последовательности работ 8. Выполнение непредвиденных работ 9. Переделка ранее выполненных работ, устранение брака 10. Простои в ходе работ по условиям охраны труда и техники безопасности
Организационные	11. Отсутствие проектно-сметной, организационно-технологической и т. п. документации 12. Отсутствие материалов, срыв поставок ресурсов 13. Отсутствие рабочих нужной квалификации 14. Отсутствие связи, электроэнергии. Топлива и т. д. 15. Срыв согласованных сроков работ (отсутствие готового фронта работ) 16. Нарушение договорных условий контрагентами (финансирующие, субподрядные и др. организации)
Погодные	17. Дожди, ливни, снегопады и т. п. 18. Температура наружного воздуха ниже требуемой для выполнения работ 19. Другие причины
Социальные	20. Срыв заданий при полном материально-техническом обеспечении 21. Нарушения трудовой и производственной дисциплины 22. Низкая квалификация персонала 23. Умышленная порча, хищения предметов собственности 24. Нарушения правил техники безопасности, охраны труда, экологических требований 25. Забастовки, стачки, протесты и т. п.

Таблица 13

Характеристика основных причин отказов при возведении
железнодорожного земляного полотна

Причины сбоев	Удельный вес, %
Земляные работы	Строительство ИССО
Отсутствие необходимых машин и механизмов Отсутствие транспортных средств Поломки машин, механизмов, транспортных средств Изменения ПОС и ППР в ходе работ Выполнение непредвиденных работ Переделки работ, устранение брака Отсутствие проектно-сметной документации Отсутствие рабочих нужной квалификации Отсутствие связи, электроэнергии, топливно-смазочных материалов Срыв согласованных сроков работ Нарушение договоров субподрядными организациями Неблагоприятные погодные условия Нарушения производственной и трудовой дисциплины Другие причины	13,4 3,3   1,2 3,2 3,8 5,4 9,8   6,6 5,6   2,2 8,2   3,3	3,2 12,6   8,4 4,2 19,4 4,7 1,2 3,1   7,4 5,0   4,2 5,1   3,5
Итого:

При планировании организационно-технических мероприятий для повышения ОТН строительства учитываются так называемые внутренние резервы, а также специальные меры резервирования (табл. 14).

Таблица 14

Виды резервов повышения ОТН строительства

Внутренние резервы	Специальные меры резервирования
1. Сокращение непроизводительных потерь времени 1.1. Рациональное размещение производственной базы 1.2. Оптимизация транспортных схем и перевозок 1.3. Совершенствование системы проведения планово-предупредительных ремонтов и технического обслуживания машин 1.4. Повышение трудовой дисциплины, сокращение текучести кадров	1. Ресурсы типа мощности   1.1. Резерв машин, используемый при внезапных отказах плановых машин (ненагруженный резерв) 1.2. Использование резервных машин на работах вне потока, других объектах и т.д. (частично нагруженный резерв) 1.3. Включение в работу машин, временно неиспользуемых на других объектах и видах работ из-за организационно-технологических ограничений

Окончание табл. 14

Внутренние резервы

Специальные меры резервирования

2. Создание условий для повышения производительности труда 2.1. Повышение квалификации работников 2.2. Совмещение профессий 2.3. Технически обоснованное нормирование труда   3. Повышение общего уровня организации работ 3.1. Автоматизация управления строительством 3.2. Оптимизация выработки и принятия организационно-технологических решений 3.3. Совершенствование технологии произ­водства работ 3.4. Использование достижений науки в производстве

2. Складируемые материальные ресурсы 2.1. Оптимизация запасов материалов на приобъектных складах 2.2. Оптимизация запасов продукции подсобного производства   3. Пространственно-временные резервы 3.1. Резервный фронт работ 3.2. Дополнительные организационно-технологические Мероприятия по продлению строительного сезона

4.3.2. Задания по разработке организационно-технических
мероприятий по повышению уровня надежности производства

Заданием по подразд. 4.3 является разработка плана организационно-технических мероприятий (ОТМ) строительной организации, занятой производством одного из видов работ комплекса строительства железной дороги. Номер варианта индивидуального задания принимается по последней цифре шифра, указанного в зачетной книжке студента (табл. 15). Примерное содержание плана ОТМ по повышению ОТН строительной организации приведено ниже.

Таблица 15

Варианты индивидуальных заданий по подразд. 4.3

Вариант	Комплекс работ
	Подготовка полосы отвода
	Строительство притрассовой автодороги
	Производство экскаваторных работ
	Производство скреперных работ
	Производство буровзрывных работ
	Отделка и укрепление земляного полотна
	Строительство водопропускных труб
	Сооружение малых и средних мостов
	Укладка пути
	Балластировка и отделка пути

Примерное содержание задания «План ОТМ по повышению ОТН

строительной организации»

Глава 1. Цели, задачи и принципы оценки надежности. управление организационно-технологической надежностью строительства.

Глава 2. Характеристика строительной организации (основные виды работ, материально-технические ресурсы, человеческие ресурсы и т. д.)

Глава 3. Анализ факторов, дестабилизирующих ход производственного процесса.

Глава 4. Мероприятия по повышению организационно-технологической надежности производства работ. Перечень мероприятий целесообразно представить в виде таблицы (табл. 16).

Глава 5. Экономическая оценка мероприятий

Таблица 16

Примерная форма перечня мероприятий строительной
организации по повышению уровня ОТН

Дестабилизирующий фактор	Удельный вес фактора	Мероприятие	Эффект от внедрения мероприятия
1.		1.1. 1.2. И т.д.
И т.д.

Контрольные вопросы

1. Раскройте природу вероятностного характера строительства.

2. Какие этапы включает работа по выявлению и оценке факторов, дестабилизирующих строительное производство?

3. Какое значение имеет классификация причин отказов в строительстве. Дайте характеристику одной из классификаций.

4. Какая работа должна проводиться в строительных организациях по ликвидации и уменьшению влияния дестабилизирующих факторов?

5. Какие виды резервирования применяются для повышения ОТН?

Дата добавления: 2015-04-24