CC BY
50
УДК 69.002.5 : 621.879
JUSTIFICATION OF HYDROTRANSPORT COMPLEXES FOR CONSTRUCTION OF EARTH CONSTRUCTIONS
Kuznetsova Ksenia Sergeevna, graduate student, Siberian state university of means of
communication, wolfks@rambler.ru
Kuznetsov Sergey Mikhaylovich, Candidate of Technical Sciences, senior scientific employee, associate professor of the Siberian state university of means of communication,
ksm56@yandex.ru
Abstract. In article the algorithm of justification of complexes of cars is offered at an assessment of organiztional-technological solutions of buildings construction and constructions on an example of use of hydrotransport systems. By means of this algorithm it is possible efficiency of application of any complexes of construction cars on concrete object. It will allow to predict authentically the term of production of installation and construction works at a construction design stage. For the proof of validity of values of a database by results of natural tests of complexes, sets and separate cars two stages inspections were carried out: logical and mathematical. Use of offered approach to an assessment of organizational and technological decisions in construction by means of databases by results of natural tests can be extended to other branches of science and technicians that is very actual during the forecasting, an assessment and optimization of various processes and the phenomena.
Keywords: set of cars, complex of cars, imitating model, criterion function.
ОБОСНОВАНИЕ ГИДРОТРАНСПОРТНЫХ КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗЕМЛЯНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Кузнецова Ксения Сергеевна, аспирант, Сибирский государственный университет
путей сообщения, wolfks@rambler.ru
Кузнецов Сергей Михайлович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент Сибирского государственного университета путей сообщения,
ksm56@yandex.ru
Аннотация. В статье предложен алгоритм обоснования комплексов машин при оценке организационно-технологических решений строительства зданий и сооружений на примере использования гидротранспортных систем. С помощью этого алгоритма можно эффективность применения любых комплексов строительных машин на конкретном объекте. Это позволит достоверно прогнозировать срок производства строительно-монтажных работ еще на стадии проектирования строительства. Для доказательства обоснованности значений базы данных по результатам натурных испытаний комплексов, комплектов и отдельных машин проводились два этапа проверки: логическая и математическая. Использование предлагаемого подхода к оценке организационно-технологических решений в строительстве с помощью баз данных по результатам натурных испытаний может быть распространено на другие отрасли науки и техники, что весьма актуально при прогнозировании, оценке и оптимизации различных процессов и явлений.
Ключевые слова: комплект машин, комплекс машин, имитационная модель, целевая функция.
14
Актуальность. Создание информационных баз натурных испытаний машин, комплектов и систем в реальных условиях эксплуатации способствует оптимизации строительно-монтажных работ с заданной надежностью при строительстве, ремонте и реконструкции зданий и сооружений [2, 7 - 12].
После создания баз данных по результатам натурных испытаний проведена обработка выборок и установлено, что все они подчиняются закону нормального распределения [8, 9, 11, 12]. Следующим этапом исследования является создание возможных вариантов комплектов машин и формирование из них комплексов машин с минимальным значением себестоимости производства работ.
Цель: формирование комплекса машин для производства земляных работ с минимальной стоимостью.
Задачи:
- создание баз данных по результатам натурных испытаний;
- обработка результатов натурных испытаний;
- формирование комплекса машин с минимальной себестоимостью производства работ;
- формирование комплекса работ с минимальным риском по производительности;
- составить программное обеспечение для формирования комплекса машин с использованием баз данных по результатам натурных испытаний.
Материалы и методы. Для доказательства обоснованности значений базы данных по результатам натурных испытаний комплексов, комплектов и отдельных машин проводилось два этапа проверки (очистки) [3, 6]:
• логическая - при которой по замечаниям наблюдателя из рядов исключаются значения, не относящиеся к нормируемому процессу;
• математическая - при которой методами математической статистики определяют правомерность отклонений.
В качестве целевой функции при формировании парка машин принят заданный уровень себестоимости работ сформированного парка. Модель задачи состоит из двух частей: первая часть, путем замены переменных, сводится к известной задаче Г. Марковица -оптимизации портфеля ценных бумаг [1]; вторая часть содержит дополнительные ограничения на производительность и требуемый уровень себестоимости производства работ проектируемого парка машин [2].
Разработан поэтапный алгоритм поиска решения, вначале находится вещественное решение задачи Г. Марковица, затем от него ведется поиск целочисленного решения с учетом дополнительных ограничений.
В таблице 1 приведены показатели парка машин строительной организации, из которого будет сформирован комплекс машин с производительностью не менее 400 м /ч для работы с грунтами второй категории. При этом средневзвешенная себестоимость разработки грунта комплектом принята 3,4 р/м .
Таблица 1 - Показатели земснарядов
Марка земснаряда Марка грунтового насоса Подача грунтового насоса (по воде), м3/ч Производительность, м3/ч Сметная расценка, р./ч Стоимость, р./м3
WaterMaster Classic III 400/10 МФУ 400 40 250,42 6,261
1400-40 ГруТ 1400/40 1400 140 470 3,357
1400-40Д ГруТ 1400/40 1400 140 626,06 4,472
180-60 ГруТ 2000/60 2000 200 567,3 2,837
180-60 ГруТ 3000/72 3000 300 1026,6 3,422
350-50Л ГруТ 3800/65 3800 380 1374 3,616
WaterMaster Classic IV WM 500/25 МФУ 500 50 250,42 5,008
В таблице 2 приведены коэффициенты изменения производительности земснарядов в зависимости от категории грунта для корректировки показателей работы земснарядов при проектировании комплекса под другую категорию грунта.
Таблица 2 - Коэффициент изменения производительности земснарядов в зависимости от категории грунта_
Категория грунта 1 2 3 4 5 6 7 8
Коэффициент 0,7 (0,78) 1 1,26 1,59 2,04 2,48 2,91 3,35
Для перехода от технической производительности (таблица 1) к реальной необходимо рассчитать коэффициент использования земснарядов по времени. Для этого воспользуемся показателями выборки коэффициентов использования по времени земснарядов (таблица 3) [17].
По данным таблицы 3 средняя величина коэффициента использования по времени составляет Кв = 0,5747. Тогда эксплуатационная производительность земснарядов (таблица 4) определяется по формуле
Пэ = ПтК„ , (1)
где Пт - теоретическая часовая производительность земснаряда,
м3/ч;
Кв - коэффициент использования машины по времени, учитывающий перерывы на тех. обслуживание и ремонт машины, смену рабочего оборудования, передвижку машины по территории объекта, потери времени по метеорологическим условиям, отдых машиниста и т.д.
Риск работы земснарядов по производительности (таблица 4) определяется по формуле
ГП = Пт^кв, (2)
где аКв - среднее квадратическое отклонение коэффициента использования по времени.
Таблица 3 - Показатели выборки коэффициентов использования земснарядов по времени
Показатель Величина
ВХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Количество опытов, шт. 135
Количество связей, шт. 3
Уровень значимости 0,05
Фактор Ку
ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Минимальное значение фактора 0,5095
Максимальное значение фактора 0,6400
Центральный момент первого порядка 0,0
Центральный момент второго порядка 0,0007912
Центральный момент третьего порядка 0,0000033
Центральный момент четвертого порядка 0,0000015
Ассиметрия выборки 0,14879
Эксцесс выборки -0,63495
Выборочное среднее значение фактора 0,5748
Среднее линейное отклонение фактора 0,02334
Среднее квадратическое отклонение фактора 0,02813
Стандартное отклонение фактора 0,02823
Средняя квадратическая ошибка фактора 0,00243
Ошибка в % от среднего значения фактора 0,4228
Эмпирическая дисперсия выборки 0,000797
Вариации отклонения от среднего значения 0,000545
Риск отклонения от среднего значения 0,02334
Коэффициент вариации 4,89
Вычисленное значение критерия Пирсона 4,58
Табличное значение критерия Пирсона 11,02
Количество интервалов 8
С помощью формулы 1 переходим от технической производительности (таблица 1) к эксплуатационной (таблица 4) и с помощью формулы 2 при стКв = 0,02813 (таблица 3) находим величину риска эксплуатационной производительности земснарядов (таблица
4).
3
Стоимость разработки 1 м3 грунта земснарядами определяется по формуле
С = С3/Пз, (3)
где Сз - сметная расценка эксплуатации земснаряда за час, р.; Пз - часовая производительность земснаряда м /ч.
Таблица 4 - Исходные данные по земснарядам
Марка земснаряда Количество, шт. Производительность, м3/ч Риск по производительно-сти, м3/ч Стоимость, р./м3 Риск по стоимости, р./м3
WaterMaster Classic III 1 23,0 0,65 10,894 0,3065
1400-40 1 80,5 2,26 5,841 0,1643
1400-40Д 1 80,5 2,26 7,781 0,2189
180-60 1 115,0 3,23 4,936 0,1389
180-60 1 172,4 4,85 5,954 0,1675
350-50Л 1 218,4 6,14 6,292 0,1770
WaterMaster Classic IV 1 28,7 0,81 8,714 0,2451
3
Следует стоимость разработки 1 м грунта как и производительность делить на техническую и эксплуатационную. Техническая стоимость разработки 1 м3 грунта определяется по формуле
Сгт = Сз /Пт. (4)
Эксплуатационная стоимость разработки 1 м грунта определяется по формуле
Сэ = Ст /к. (5)
Риск работы земснарядов по стоимости (таблица 4) определяется по формуле
ГзС= Сз^кв, (6)
В соответствии со стоимостью разработки 1 м грунта риск следует разделять на технический и эксплуатационный. Эксплуатационный риск определяется по формуле
ГгС= Сгэ^кв. (7)
Процесс формирования комплекса машин состоит из трех этапов [4]. На первом этапе из имеющегося в наличии парка формируются возможные варианты комплектов для производства соответствующих видов работ и рассчитываются технические и экономические показатели каждого варианта (таблица 4). Далее с помощью программы «Komplex» из базы данных формируется комплекс машин для производства земляных работ с минимальной себестоимостью работы комплекса (таблица 5).
Таблица 5 - Показатели лучшего комплекса по себестоимости про-
Количество Производительность Себестоимость
Комплект комплектов, комплекта, работы комплекта,
шт. ед. / ч р. / ед.
6 2 218,400 6,2920
Производительность комплекса машин: 436,80 ед. / ч
Минимальный риск производительности 4,48 ед. / ч
Себестоимость работы комплекса: 12,584 р. / ед.
Минимальный риск себестоимости: 0,1293 р. / ед.
Затем с помощью программы «Komplex», из имеющегося в наличии парка, также формируется комплекс машин для производства земляных работ с минимальной себестоимостью работы комплекса (таблица 6).
Таблица 6 - Показатели лучшего комплекса по себестоимости про-
Количество Производительность Себестоимость
Комплект комплектов, комплекта, работы комплекта,
шт. ед. / ч р. / ед.
2 1 80,500 5,8410
4 1 115,000 4,9360
6 1 218,400 6,2920
Производительность комплекса машин: 413,90 ед. / ч
Минимальный риск производительности: 17,93 ед. / ч Себестоимость работы комплекса: 17,069 р. / ед.
Минимальный риск себестоимости: 0,1751 р. / ед.
На втором этапе [5] из рассматриваемой базы данных по желаемой (заданной) средней себестоимости работы комплектов с помощью программы «Komplex» формируется комплекс машин с минимальным риском по себестоимости производства работ (таблица 7).
Таблица 7 - Показатели лучшего комплекса с минимальным риском
по себестоимости производства работ
Количество Производительность Себестоимость
Комплект комплектов, комплекта, работы комплекта,
шт. ед. / ч р. / ед.
4 1 115,00 4,936
2 1 80,50 5,841
6 1 218,40 6,292
Производительность комплекса машин: 413,90 ед. / ч
Минимальный риск производительности: 17,95 ед. / ч Себестоимость работы комплекса: 17,069 тыс. р. / ед.
Минимальный риск себестоимости: 0,1748 тыс. р. / ед.
Затем из рассматриваемого парка машин также формируется комплекс машин с минимальным риском по себестоимости работы комплекса. Показатели лучшего комплекса работ, сформированного из имеющегося в наличие парка машин с минимальным риском по себестоимости, приведены в таблице 7. В рассматриваемом примере показатели комплексов, сформированных из парка и базы данных, одинаковы.
Второй этап [5] завершается проверкой условия
Пк > Пт + гП, (8)
где ПК -производительность комплекса машин;
Пт - требуемая производительности комплекса машин;
К - риск комплекса машин по производительности.
Условие (8) не выполняется (413,9 < 400 +17,96), и мы переходим к завершающему третьему этапу формирования комплекса [5].
На третьем этапе из рассматриваемого парка машин формируем комплекс машин с минимальным риском по производительности комплекса (таблица 8).
Таблица 8 - Показатели лучшего комплекса с минимальным риском
по производительности
Количество Производительность Себестоимость
Комплект комплектов, комплекта, работы комплекта,
шт. ед. / ч р. / ед.
4 1 115,00 4,936
5 1 172,40 5,954
6 1 218,40 6,292
Производительность комплекса машин: 505,80 ед. / ч
Минимальный риск производительности: 12,78 ед. / ч Себестоимость работы комплекса: 17,182 тыс. р. / ч
Минимальный риск себестоимости: 0,1829 тыс. р. / ч
Результаты. В СГУПС проходит опытная эксплуатацию программа «Komplex», позволяющая сформировать ресурсосберегающий комплекс с наперед заданным значением целевой функции и минимальным риском по себестоимости и по производительности комплекса. Программа «Komplex» написана на алгоритмическом языке Delphi для персональных компьютеров с операционной системой Windows.
Собранная в базе данных информация по комплектам машин позволила сформировать ресурсосберегающие комплексы с заданными свойствами [7 - 12].
Заключение (Выводы).
1. При отсутствии статистических данных рекомендуются воспользоваться моделями комплексных показателей надежности работы строительных машин.
Модели этих показателей способствуют повышению надежности работы комплектов, составлению более реальных показателей работы комплексов.
2. С помощью моделей предложен учет работы строительных машин на примере гидротранспортных комплексов [5], позволяющий прогнозировать основные показатели работы конкретного земснаряда.
Этот метод является универсальным и его можно использовать для оценки значимости любых факторов работы строительных машин.
3. Для расчета риска производительности и себестоимости работы комплектов можно применять коэффициент использования этих машин по времени.
4. Разработана модель формирования ресурсосберегающего комплекса из машин конкретного парка для строительства объектов.
Модель позволит с большей степенью вероятности планировать рациональное использование парка машин, что несомненно скажется на снижении стоимости и повышении качества строительной продукции.
5. Усовершенствована модель оптимизации комплекса машин за счет учета организационно-технологической надежности себестоимости и производительности работы комплектов машин.
Модель позволит с большей степенью вероятности планировать их ритмичную работу на объектах и уменьшить время производства строительно-монтажных работ.
Библиографический указатель:
1. Анферов В. Н. Организационно-технологическая надежность эксплуатации башенных кранов / В. Н. Анферов, С. М. Кузнецов, С. И. Васильев // Системы. Методы. Технологии, 2013. № 2. С. 35-41.
2. Гныря А. И. Организационно-технологическая надежность устройств для электроразогрева бетонных смесей / А. И. Гныря, М. М. Титов, С. М. Кузнецов // Механизация строительства, 2011. № 3. С. 2-5.
3. Демиденко, О. В. Экономико-математическая модель работы стреловых кранов / О. В. Демиденко, В. Н. Анферов, С. М. Кузнецов, М. Ю. Серов, С. И. Васильев // Омский научный вестник. ОмГТУ, 2013. № 3 (119). С. 74-80.
4. Исаков А. Л. Оптимизация работы комплекса машин при строительстве объектов / А. Л. Исаков, К. С. Кузнецова, С. М. Кузнецов // Изв. вузов. Строительство, 2012. № 1. С. 52-57.
5. Исаков А. Л. Формирование ресурсосберегающего комплекса машин для строительства зданий и сооружений / А. Л. Исаков, К. С. Кузнецова, С. М. Кузнецов // Механизация строительства, 2013. № 9. С. 14-17.
6. Кузнецова К. С. Формирование ресурсосберегающего парка машин / К. С. Кузнецова, С. М. Кузнецов // Путь и путевое хозяйство, 2006. № 8.
7. Кузнецов С. М. Автоматизация формирования портфеля ценных бумаг / С. М. Кузнецов, К. С. Кузнецова, Н. А. Сироткин // Экономика ж. д., 2006. № 9. С. 73-77.
8. Кузнецов С.М. Единая методика обоснования выбора машин для строительства зданий и сооружений / С.М. Кузнецов // Строительные и дорожные машины. -2005. -№ 1. -С. 7 - 8.
9. Кузнецов С. М. Обработка результатов натурных испытаний при техническом и тарифном нормировании / С. М. Кузнецов, К. С. Кузнецова // Экономика ж. д., 2010. №7. С. 88-99.
10. Кузнецов С. М. Обработка статистической информации / С. М. Кузнецов, В. Я. Ткаченко, Н. В. Холомеева // Научно-исследовательские публикации, 2014. № 3 (7). С. 45 -54.
11. Кузнецов С. М. Организационно-технологическая надёжность экскаваторных комплектов / С. М. Кузнецов, О. А. Легостаева // Изв. вузов. Строительство, 2005. № 10. С. 62-69.
12. Кузнецов С. М. Проектирование оптимальных ресурсосберегающих комплектов машин и механизмов для строительства /
С. М. Кузнецов, О. А. Легостаева, С. Н. Ячменьков // Монтажные и специальные работы в строительстве, 2006. № 2. С. 9-11.
13. Кузнецов С. М. Системотехника ресурсосберегающих технологических процессов строительства. Монография / С. М. Кузнецов, О. А. Легостаева. Новосибирск: Изд-во СГУПС, 2004. 233 с.
14. Кузнецов С. М. Совершенствование обработки результатов натурных испытаний при техническом и тарифном нормировании / С. М. Кузнецов // Экономика ж. д., 2013. № 7. С. 90-97.
15. Лизунов Е. В. Формирование парка машин для гидромеханизации земляных работ / Е. В. Лизунов, А. В. Щербаков, С. М. Кузнецов, К. С. Кузнецова // Механизация строительства, 2008. № 7. С. 17-20.
16. Недавний О. И. Повышение организационно-технологической надежности производства работ строительными машинами / О. И. Недавний, М. М. Богатырева, С. М. Кузнецов, Н. М. Кандаурова // Вестник ТГАСУ. Томск, 2013. № 4. С. 226-234.
17. Пермяков В. Б. Оценка надежности работы гидротранспортных систем / В. Б. Пермяков, В. Н. Анферов, С. М. Кузнецов, С. И. Васильев // Системы. Методы. Технологии, 2013. № 3. С. 2534.
18. Титов М. М. Оценка организационно-технологической надежности строительных машин при производстве бетонных работ / М. М. Титов, О. И. Недавний, С. М. Кузнецов, М. Ю. Серов // Вестник ТГАСУ. Томск, 2013. № 1. С. 196-204.
Статья поступила в редакцию 20.04.14
