автореферат диссертации по строительству, 05.23.08, диссертация на тему: Моделирование организационно-технологической надежности при оптимизации обслуживающих подсистем строительного производства
Автореферат диссертации по теме "Моделирование организационно-технологической надежности при оптимизации обслуживающих подсистем строительного производства"
На правах рукописи
КАЗАРЯН Рубен Рафаелович
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ ОБСЛУЖИВАЮЩИХ ПОДСИСТЕМ СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Специальность 05 23.08 - Технология и организация строительства
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Работа выполнена в лаборатории «Информационные технологии, экономика и безопасность жизнедеятельности» Центрального научно-исследовательского и проектно экспериментального института организации, механизации и технической помощи строительству (ЦНИИОМТП)
Научный консультант: доктор технических наук,
профессор Чулков Виталий Олегович
доктор технических наук, профессор Гусаков Александр Антонович
доктор технических наук Гинзбург Александр Витальевич
доктор технических наук Белевич Владимир Борисович
Ведущая организация: НПО «Поиск»
Защита диссертации состоится 8 июля 2004 года в 1100 в ауд. 454 на заседании диссертационного совета ДЗОЗ.012.01 в Центральном научно-исследовательском и проектно-экспериментальном институте организации, механизации и технической помощи строительству по адресу: 127434, Москва, Дмитровское шоссе, д.9.
С диссертацией можно ознакомиться в научно-методическом фонде ЗАО ЦНИИОМТП.
Автореферат ргзослан 21 мая 2004 года.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Технический компонент системы ЧТС (человек-техника-среда), частным случаем которой являются средства механизации и транспортирования (СМИТ) в строительстве, по мере его развития исследуют по показателям надежности и эффективности реализуемых с применением СМИТ процессов строительного производства (Антонов ДА, Брилинг Н.Р., Великанов Д.П., Грифф М.И., Журавлев А.А., Илларионов В.А., Литвинов А.С., Михеев Е.Н., Николенко В.Ф., Островский Н.Б., Платонов В.Ф., Ротенберг Р.В., Токарев А.А., Фаробин Я.Е., Фахсиев Х.А., Чудаков Е.А., Шейнин A.M. и др.).
Отечественные и зарубежные исследования закрытых стационарных и передвижных рабочих мест (ЗПРМ) используемых в строительстве СМИТ (Вад Халифа, Вейкум И.И., Голубева Н.Н., Иващенко А.В., Кузнецов СВ., Никифоров С.Ю., Овчинников С.Г., Мастуров И.Я., Раков В.И., Смирнов П.Н., Тротиньон Ф., Фахратов М.А., Хаббард Д., Чулков В.О. и др.) показали, что моделирование и оценка организационно-технологических параметров ЗПРМ (экстремального звена системы ЧТС) влияют на функциональное состояние оператора (ФСО) СМИТ в строительном производстве, на сроки, результаты и качество строительства.
Оператор, осуществляющий процессы строительного производства, не всегда способен самостоятельно однозначно ощутить и сформулировать, какое воздействие на него оказывает трудовая деятельность в ЗПРМ СМИТ, в результате чего он может систематически находиться под патогенным для него воздействием. Поэтому необходимо, кроме субъективного мнения самого человека, иметь объективную инженерную приборно определяемую оценку параметров исследуемого ЗПРМ СМИТ, а также степени взаимного соответствия человека и ЗПРМ СМИТ в процессах строительного производства.
Организационно-технологическая надежность СМИТ (ОТН) и организацион-но-антропотехническая надежность ЗПРМ (ОАН), определяемые в процессе инженерной диагностики и мониторинга ФСО, являются важными объективными характеристиками качества ЗПРМ СМИТ и системы ЧТС в целом. Разнообразие таких объективных характеристик системы ЧТС, моделируемое средствами инфографии, необходимо свести к единой комплексной интегральной оценке («свертке»), однозначно характеризующей качество функциональной системы ЧТС в целом, и научиться отображать динамику изменения этой «свертки» в процессе оптимизации обслуживающих подсистем строительного производства.
Изложенное определяет актуальность выбранной темы диссертационного исследования, которая соответствует п.п. 1,4,10 и 12 паспорта специальности 05.23.08 -«Технология и организация строительства», представляет собой актуальную проблему, обладающую научной новизной и практической ценностью.
Научно-техническая гипотеза предполагает возможность значительного повышения эффективности и организационно-технологической надежности функционирования обслуживающих подсистем строительного производства за счет их оптимизации на основе: формирования методов определения организационно-антропо-технической надёжности (ОАН); использования методов и компьютерных информационных технологий моделирования и обследования ЗПРМ СМИТ в строительстве с целью определения текущих значений ФСО, мониторинга динамики их изменения; включения этих методов и моделей в состав информационных технологий организации строительного производства.
Цель диссертации: разработка в интегрированной информационной среде методов оценки качества ЗПРМ СМИТ и их моделирования с заданным или расчетным уровнем организационно-технологической надёжности (ОТН). Задачи исследования:
анализ значимости обслуживаемых подсистем строительного производства и проблем их оптимизации;
анализ вероятностного характера строительного производства и организационно-технологической надежности (ОТН) строительства;
анализ проблемы оптимизации компонентов системы ЧТС как модели обслуживающих подсистем строительного производства;
анализ специфики ЗПРМ как технологического компонента объекта-представителя СМИТ;
разработка технологии инженерной диагностики и мониторинга ОТН системы «оператор-ЗПРМ СМИТ» при оптимизации обслуживающих подсистем строительного производства;
разработка методов расчета организационно-технологических параметров строительного производства в условиях реализации системы ограничений на режим трудовой деятельности;
исследование организационно-технологических параметров строительного производства с использованием стандартного байесовского метода оценивания;
прогнозирование времени безопасной работы по результатам диагностики ;ФвО ЭПРМСМИТ;
внедрение и обоснование эффективности результатов диссертационного исследования.
Объект исследования: ОТН ЗПРМ СМИТ строительного производства, оптимизированных по критерию ФСО.
Предмет исследования: организационно-антропотехническая надёжность (ОАН) как средство оптимизации обслуживающих подсистем строительного производства.
Методологические и теоретические основы исследования: труды отечественных и зарубежных ученых в области системотехники строительства; теории: функциональных систем, математического и инфографического моделирования, ин-фографии, математической статистики; прикладные исследования системы ЧТС в целом и ее отдельных компонентов в строительстве.
Научная новизна выносимых на защиту результатов диссертационного исследования состоит в том, что:
предложена научная гипотеза о необходимости значительного повышения эффективности функционирования оператора на основе методов моделирования и диагностики организационно-антропотехнической надёжности (ОАН) ЗПРМ СМИТ и включения этих методов в состав информационных технологий организации строительного производства;
созданы научно-методологические основы исследования и оценки оптимальности и организационно-технологической надежности мобильной среды ЗПРМ СМИТ по критериям уровня комфортности обитания и функционального состояния оператора;
разработана концепция комплексного инновационного принципа оптимизации компонентов системы ЧТС, предполагающая приоритет учета индивидуальной специфики ресурса и безопасности трудовой деятельности человека-оператора СМИТ (компонента системы ЧТС) при субъект-объектном подходе к моделированию организационно-технологической надежности обслуживающих подсистем строительного производства;
разработана методология выбора объектов-представителей СМИТ и их ЗПРМ в обслуживающих системах строительного производства;
применительно к разработанной концепции и выбранным объектам-представителям ЗПРМ СМИТ предложена технология инженерной диагностики и мониторинга организационно-технологической надежности системы ЧТС и ее компонентов (в частности, человека-оператора в мобильной среде ЗПРМ СМИТ по критериям ко-
мфортности обитания и функционального состояния оператора); с этой целью адаптированы разработанные в лаборатории «Информационные технологии, экономика и безопасность жизнедеятельности» ЦНИИОМТП (Чулков В.О., Бурьянов П.Д., Вад Халифа, Жуков Д.С, Иващенко А.В., Никифоров С.Ю., Овчинников С.Г., Смирнов П.Н. и др.; 2000-2004гг.) приборные технологии на основе метода газоразрядной визуализации (ГРВ) с последующей компьютерной обработкой ГРВ-грамм и комплексной оценкой ФСО оператора;
разработана компьютерная технология, включающая в себя блоки исследования мобильной среды ЗПРМ СМИТ и организационно-технологического проектирования функциональной системы ЧТС, обеспечивающей заданный уровень ОТН и ОАН;
разработаны инфографические модели комплексной интегральной оценки качества ЗПРМ СМИТ на основе адаптации диаграмм Кивиата и моделей многокомпонентных систем Перельман, позволяющие определять зоны оптимальных сочетаний компонентов системы ЧТС и осуществлять технологии сертификации системы «оператор - ЗПРМ СМИТ» по критериям УКО, ФСО и ОТН.
На защиту выносятся:
результаты системотехнического анализа специфических особенностей мобильной среды обитания закрытых передвижных рабочих мест средств механизации и транспортирования обслуживающих подсистем строительного производства (ОПСП), обосновывающие возможность моделировать ОТН ОПСП системой ЧТС;
концепция комплексного инновационного принципа оптимизации компонентов системы ЧТС, предполагающая приоритет учета индивидуальной специфики ресурса и безопасности трудовой деятельности человека-оператора СМИТ (компонента системы ЧТС) при субъект-объектном подходе к моделированию организационно-технологической надежности обслуживающих подсистем строительного производства;
технология инженерной диагностики и мониторинга организационно-технологической надежности системы ЧТС и ее компонентов (в частности, человека-оператора в мобильной среде ЗПРМ СМИТ по критериям комфортности обитания и функционального состояния оператора) на основе метода газоразрядной визуализации (ГРВ) с последующей компьютерной обработкой ГРВ-грамм и комплексной оценкой ФСО оператора;
математические модели расчета организационно-технологических параметров строительного производства в условиях реализации системы ограничений на режим трудовой дея-
тельности оператора ЗПРМ СМИТ и прогнозирования времени безопасной работы человека на основе показателей комфортности труда и функционального состояния оператора;
методология диагностики, паспортизации и оптимизации диады «оператор-ЗПРМ» в обслуживающих подсистемах СМИТ строительного производства для последующей сертификации оптимизированных систем ЧТС, обладающих заданным уровнем организационно-технологической надежности.
Практическая значимость результатов исследования подтверждена: научно-практической деятельностью в выбранном направлении инженерно-строительной проблематики (1998-2004гг.), результатом которой является: выполнение под руководством и при непосредственном участии соискателя более 20 научно-исследовательских работ по региональным программам Москвы и Московской области; разработка восьми регламентирующих директивных документов по сертификации СМИТ в городском хозяй-стве Москвы (в том числе в строительстве); созданием на основе положений и рекомендаций проведенного исследования ряда функционирующих организационных структур (в том числе - Московской Палаты сертификации на транспорте);
востребованностью исследуемого в диссертации направления научно-практической деятельности в новых рыночных условиях хозяйствования и перехода от обязательной к добровольной сертификации товаров и услуг в России; научно-практическое значение представленных соискателем на Пятой Международной выставке «Ведомственные и корпоративные сети связи» основных положений и результатов диагностики и мониторинга мобильных сред в строительстве подтверждено сертификатом «Золотой партнер выставки»;
практическим внедрением средств и методов моделирования ОТН при оптимизации обслуживающих подсистем строительного производства, позволяющих формировать организационно-функциональную информационную технологию оценки ОТН и ОАН ЗПРМ СМИТ для обоснованного решения в системе ЧТС задач:
выбора оператора, способного качественно осуществлять трудовую деятельность в конкретном ЗПРМ СМИТ строительного производства, обеспечивая заданный уровень ОТН и ОАН;
выбора ЗПРМ СМИТ, в котором конкретный оператор способен качественно осуществлять трудовую деятельность на заданном уровне ОТН и ОАН;
добровольной сертификации систем ЧТС, в частности - диады «оператор-ЗПРМ СМИТ».
Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов, предложенных в работе, достигнута за счет
применения обоснованных теоретических и экспериментальных методов моделирования, прогнозирования и инженерной диагностики системы ЧТС и ее компонентов с приемлемой сходимостью полученных данных;
формирования репрезентативной выборки значений УКО, ФСО, ОТН и ОАН по результатам натурных испытаний образцов ЗПРМ СМИТ при их эксплуатации в реальных условиях строительства объектов, на которых были внедрены результаты диссертационной работы;
сопоставления результатов математического моделирования параметров ОТН и их практической проверки при диатостике системы ЧТС и ее элементов с их оценкой по критериям Фишера и Колмогорова;
практических результатов внедрения теоретических положений диссертационного исследования.
Внедрение результатов. Результаты теоретических исследований, технология инженерной диагностики и мониторинга ОТН системы ЧТС в целом и ее компонентов (в частности, человека-оператора в мобильной среде ЗПРМ СМИТ по критериям комфортности обитания и функционального состояния оператора на основе метода газоразрядной визуализации (ГРВ) с последующей компьютерной обработкой ГРВ-грамм и комплексной оценкой ФСО оператора), математические модели расчета и протезирования времени безопасной работы на основе показателей комсрортности труда и функционального состояния оператора были использованы при проектировании и переустройстве ЗПРМ СМИТ и подборе операторов СМИТ в 2001-2004 гг. в производственном объединении ЗАО «Метровагонмаш» г. Мытищи Московской области, производящем специализированные СМИТ по заказам строительного комплекса Московской области, а также в практической деятельности ОАО «РИАТ» г. Набережные Челны, производящем СМИТ с саморазгрузкой для нужд строительных организаций России и использующем их на строительных площадках Республики Татарстан.
Средства и методы моделирования организационно-технологической надежности и организационно-антропотехнической надежности при оптимизации функционирования обслуживающих подсистем строительного производства, разработанные в диссертации, нашли практическое применение в период 1999-2004гг. на объектах ООО «ПоликвартСтрой XXI» корп. 23 и 24 в квартале 20 и 21 Новых Черемушек (ул. Профсоюзная, дом 30, корпус 4), а также на объекте по адресу Нахимовский проспект, дом 61, корпус 1.
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования автор периодически докладывал и получал одобрение на Международных и Российских конференциях, симпозиумах и выставках; в том числе на: Международной конференции «Ресурсы и энергосбережение в реконструкции и новом строительстве» (Новосибирск, 1999); Юбилейной конференции кафедры «Промышленное и гражданское строительство» Ста-рооскольского технологического института (Старый Оскол, 2000); Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсо-энергосберегающие проекты и технологии» (Москва, 2001); научно-практической конференции «Новое качество жизни» (Москва, Гротек, 2002); Ученом совете Спецфакультета САПР МГСУ (Москва, 2002); Пятой международной выставке «Ведомственные и корпоративные сети связи» (Москва,2002); Международной выставке «HI-TECH HOUSE» (Москва, 2003); секции «Строительство» Российской инженерной академии (Москва, 2001-2003); Ученом совете ЦНИИОМТП (Москва, 20022004); Московском городском семинаре «Комплексная обработка документации и данных» секции «Системотехника строительства» Научного Совета по кибернетике РАН (Москва, 2002-2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 47 печатных работ, в том числе 5 книг и монографий, а также 8 статей в центральных журналах из списка рекомендованных ВАК РФ. Общий объем публикаций, принадлежащих лично соискателю, составил 26,9 пл.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов, списка литературы (355 отечественных и 46 зарубежных публикаций), и приложений; содержит 210 страниц основного текста, рисунки и таблицы.
Автор выражает благодарность научному консультанту, доктору технических наук профессору Чулкову В.О. за методологическую помощь при выполнении диссертационного исследования с использованием научных направлений инфографии и организационно -антропотехнической надежности строительства, основанных В.О.Чулковым и его учениками.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность выбранной проблематики диссертационной работы, определены ее цель и задачи, приведены основные результаты, выносимые на защиту.
В первой главе проведен анализ значимости обслуживающих подсистем строительного производства (СП) и проблем их оптимизации. Значительный вклад в изучение отечественного СП внесли Афанасьев А.А., Варламов Н.В., Гранов Г.С., Гусаков А.А., Киевский Л.В., Монфред Ю.Б., Олейник П.П., Прыкин Б.В., Синенко С.А., Сухачев И.А., Цай Т.Н., Шрейбер А.К., Шрейбер К.А., Ягудин A.M. и др. Обслуживающие подсистемы СП (в частности - СМИТ) механизируют частично (оставляя значительные объемы ручного труда), комплексно (взаимоувязанными машинами и механизмами по выбранной совокупности критериев) или автоматизируют трудовые процессы, делая акцент на технические средства СП, а человек («элемент трудовой деятельности») и среда СП учитены через нормативы. Такой подход соответствует объект-субъектному представлению о взаимосвязях «человек-техника», «техника-среда», «человек-среда», а надежность СП определяют по производительности труда, ресурсу технических средств или наносимому ущербу.
Основные и обслуживающие работы и операции СП «увязывают» для повышения производительности труда, снижения его стоимости, максимального использования возможностей СМИТ, сокращения сроков работ СП. Хотя в строительстве комплексно механизировано более 95% земляных и монтажных работ, около 60% штукатурных и 70% малярных работ, на не охваченных комплексной механизацией 5% земляных работ занято больше рабочих, чем на всех высокоме-ханзированных. Опыт комплексной механизации СП изучен в строительных организациях, на предприятиях стройиндустрии, в проектно-конструкторскнх и научно-исс-ледовате-льских организациях страны. Девятнадцать лет «перестройки» (приватизации, акционирования, купли-продажи, банкротства) в подавляющем большинстве перечисленных организаций не способствовали сохранению и систематизации документальных источников и архивов, что значительно затрудняет работу исследователя.
Разработкой научных основ и средств комплексной механизации СП занимались многие НИИ и ВУЗы (ЦНИИОМТП, ВНИИСДМ. МИСИ-МГСУ, ЛИСИ. Институт экономики строительства Госстроя СССР, Институт технологии строительного производства Госстроя УССР, Институт строительства и архитектуры Госстроя Белоруссии, ВНИИземмаш и др.), а достигнутые результаты отражены в публикациях Атаева С.С, Баумана В.А., Вареника Е.И., Гмошинского В.Г., Гриффа М.И., Дом-
бровского Н.Г., Жабина ГГ., Ионаса Б.Н., Канторера С.Е., Киевского Л.В., Коптева Д.В., Ланцова В.А., Мензуренко А.С., Олейника П.П., Смирнова НА и др. Их усилиями разрешены многие практические и научные проблемы организации и механизации СП.
Анализ зарубежного опыта СП в части эффективности используемых на рассредоточенных работах СМИТ, а также схем механизации транспортно-перегрузочно-го процесса для различных сочетаний СМИТ выявил в них шесть узлов (погрузка и разгрузка на приобъектном складе, горизонтальный транспорт на площадке, подъем, подача груза в проем, перемещение внутри здания и укладка в проектное положение), а в узле до восьми СМИТ (число комбинаций СМИТ в оптимальных схемах перемещения грузов более 25000). Ограничения возможности использовать СМИТ в комплекте с другой машиной уменьшили число комбинации до 4000.
В оптимизации обслуживающих подсистем СП различают задачи: прогноза и информационно-статистического моделирования развития СМИТ с учетом вероятностного характера данных, многовариантности близких к оптимуму решений и мно-гоэтапности структуры их реализации; календарного планирования работы машин с многократным определением экстремального значения целевой функции при периодическом изменении условий и ограничений (например, в монтажно-транспор-тном механизированном процессе СП монтажные краны нуждаются в доставке к ним сборных элементов, конструкций и деталей, а средства транспортирования являются обслуживающими; количественного анализа взаимосвязи параметров отдельных компонентов системы ЧТС, который может быть: статистическим (обобщение значений взаимосвязанных параметров в виде нормативов); аналитическим (математическое и инфографическое моделирование); диагностическим (методики и технологии инженерной диагностики субъектов и объектов функционирования обслуживающих подсистем СП). Две последние разновидности подхода использованы в диссертационном исследовании.
Методологической основой развития и оценки качества функционирования обслуживающих подсистем СП выбрана системотехника строительства и ее концептуальные основы: системно-функциональные, имитационно-моделирующие, технико-экономические, интерактивно-инфографические, вероятностно-статистические, социально-экологические, инженерно-психологические, инвестиционно-рыночные. Выявлено разнообразие оснований систематизации СМИТ в СП: область применения (в основном или вспомогательном производстве, обслуживающие трудовые ресурсы и др.); среда эксплуатации; степень подвижности (стационар-
ные, мобильные); число участников производственного процесса (индивидуальные, автономные, коллективные и др.); тип системы управления (программные, адаптивные, интеллектуальные, комбинированные); уровень универсальности (специальные, специализированные, универсальные); тип привода (электрический, гидравлический, пневматический и др.); тип движителя (колесные, гусеничные, полугусеничные, колесно-шагающие и др.); тип источников первичных управляющих сигналов (электрические, акустические, биоэнергетические).
Охватить такое разнообразие в рамках одного исследования не представляется возможным; поэтому объектом исследования выбрана внутренняя условно замкнутая мобильная среда обитания кабин нескольких разнотипных мобильных СМИТ СП (башенного крана, самопогрузчика и хребтового панелевоза), названная мобильной средой обитания (МСО) СМИТ.
Поставлена задача анализа системы «человек-техника-среда (ЧТС)» как объекта исследования и базовой модели функционирования СП по критерию «органи-зационно-антропотехнической надежности (ОАН)» применительно к системе ЧТС. Одним из первых шагов в этом направлении можно считать разработки научной школы отечественной строительной антропотехники (Вейкум И.И., Голубева Н.Н., Григорьев Э.П., Еремеев А.В., Иващенко А.В., Кузнецов СВ., Мастуров И.Я., Мохов А.И., Никифоров С.Ю., Овчинников СП, Чулков В.О. и др.), выполняемые под руководством д.т.н. профессора Чулкова В.О. с 1996г. Первоначально была предложена концептуальная модель тенденций изменения значений уровня комфортности (УК) человека в среде его обитания (жилище), которая в .2001-2002гг. была распространена, с соответствующей адаптацией, коллективом исследователей (Грифф М.И., Казарян P.P., Мастуров И.Я., Смирнов П.Н., Фахратов М.А., Чулков В.О., Чул-ков Г.О. и др.), на мобильные среды обитания (МСО), также являющиеся частным случаем системы ЧТС.
В соответствии с теоремой Курта Геделя о неполноте внутреннего описания, система ЧТС не в состоянии одновременно полно, непротиворечиво и однозначно изнутри задать (формализовать и оценить) поведение, свойства и характеристики своего функционирования. На практике описания структуры, взаимосвязей и технологий деятельности системы ЧТС, регламентирующие качество ее функционирования, есть результат договоренности об ограничениях, организуемой методами «консенсуса» или «навязанного консенсуса», схожего с административно-командным нормированием.
Предложена инфографическая модель системокванта (рис.1) как модуля фу-
С1, Сг. С, - события во внешней, по отношению к
рассматриваемому системокванту, среде;
ДП - доминирующая потребность;
ДМ - доминирующая мотивация;
ПЦП - программа целенаправленного поведения;
Э-|, Эг. , ^ ■• этапные (промежуточные) положительные (+) и отрицательные (-) результаты поведения;
РСК - результат (конечный) «одного прохода» функционирования «системокванта» по удовлетворению ДП;
ОА - обратная афферентация
(«подкрепление» по Судакову К.В.).
Рис.1. Базовая инфографическая модель системокванта
национальной системы ЧТС, обеспечивающего достижение конечного результата с заданным уровнем ОТН.
Системокванты можно обнаружить у разных объектов исследования и у разных обслуживающих эти объекты функциональных систем, они распространяются на поведение элементов исследуемых систем ЧТС, когда каждый системоквант поведения включает этапные и конечные результаты поведения, удовлетворяющие приспособительный результат. Системокванты различают по характеру и качеству как самих доминирующих потребностей ДП, так и процессов (технологий) их удовлетворения. Однако их инфографические модели имеют изоморфную (по определению Анохина П.К.) архитектонику.
В производственной деятельности оператора ЗПРМ СМИТ результат имеет не только индивидуальные меркантильные аспекты, но и некую социальную значимость, поскольку для достижения общих социально значимых результатов человек мобилизует свои физиологические ресурсы (тратит труд) и выступает в роли «элемента трудовой деятельности (ЭТД)». Моделирование функционирования ЭТД применительно к мобильной среде обитания ЗПРМ СМИТ является одной из задач диссертационного исследования.
Во второй главе надежность системы ЧТС рассмотрена как устойчивость ресурса компонентов системы ЧТС, когда деятельность человека с применением техники вошла в противоречие со средой обитания, продуцируя кризисы, катаклизмы и структурные сдвиги. Устойчивое развитие должно удовлетворять потребности настоящего времени не ставя под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности; оказывать антропогенное и техногенное воздействия на окружающую среду в пределах ее хозяйственной емкости и не разрушать природную основу воспроизводства жизни человека.
В диссертации устойчивое развитие системы ЧТС понимается как модель СП (в частности - обслуживающей его подсистеме СМИТ), призванного осуществлять поставленные задачи в мобильной среде обитания. При таком понимании устойчивое и оптимальное развитие синонимы, позволяющие целостной системе ЧТС развиваться в условиях возникающих внешних и внутренних воздействий без значительных отклонений от намеченной траектории своего развития, определяющейся квазиравновесием между скоростями процессов восстановления и деградации ресурса компонентов системы ЧТС.
Состояние устойчивого развития системы ЧТС в мобильной среде обитания нельзя описать, находясь в кругу традиционных представлений, ценностей и стереотипов
строительной науки; требуется выработка новых научных подходов, методов и трактовок. В процессе моделирования оптимального (устойчивого) развития системы ЧТС важной является возможность сопоставления количественных оценок состояний квазиравновесия и неравновесия антропотехнических, организационно-технологических и экономических параметров отдельных компонентов этой системы, как модели СП. Хотя существует немало приемов и методов, используемых при исследовании устойчивого развития систем, еще не сложилась общепринятая совокупность терминов и понятий. Поэтому в исследовании использованы понятия «воздействие», «ресурс», «сохранение трудоспособности» в их трактовке, принятой в лаборатории «Информационные технологии, экономика и безопасность жизнедеятельности» ЦНИИОМТП.
После опубликования Концепции исследования оптимального (устойчивого) развития приобрели системный характер как за рубежом (Eversheim W., Hirschhorn J.S., Holmberg J., Johnson J., 1995; Albrecht J., Brosamle, Buschmann F, Calliess C, Ehlers M., Meunier R, Moessenboeck H., Rohnert H, Sommenad P, Stal M., 1996; Hoffe O., 1997; Dudzik S., Gahegan M., Wirth N.. 1998; более поздние публикации до нашего времени) так и среди отечественных специалистов (Данилов-Данильян В.И., 19961998; Перчихин Ю.А., 1996; Быков А.А., Мурзин Н.В., 1997; Мастуров И.Я., Теличе-нко В.И., Потапов АД, Чулков Г.О., 1998; Владимиров В.А., Воробьев Ю.Л., Делягин М.Г., Салов С.С., 2000; Грифф М.И., Бурьянов П.Д., Смирнов П.Н., Чулков В.О., 2002-2004; и другие публикации).
Глобальные и локальные проблемы систем ЧТС и их отдельных компонентов нужно исследовать на основе реальной российской действительности, с учетом ее особенностей и традиционно использовавшегося на протяжении последних двухсот лет антропоцентрического подхода. Оптимальное (устойчивое) развитие системы ЧТС в целом и ее компонентов должно быть разумно моделируемым, диагностируемым, управляемым и планируемым.
В основу моделирования ОТН при оптимизации обслуживающей подсистемы СМИТ СП положены:модели динамического изменения ресурса (рис.2) и этапов нарастания, стационарного состояния и деградации ресурса производственной деятельности оператора в мобильной среде обитания (рис.3); инфографическая модель матричного анализа ситуативных данных на каждом из этих этапов (рис.4).
Модель (рис.2) показывает, что в пределах коридора нормы ресурса трудовой деятельности его объем не остается постоянным (теоретическая траектория реализации ресурса трудовой деятельности а изменяет абсолютное значе-
ние в силу возникающих патогенных или рекреационных воздействий.
^^ теоретическая траектория реализации ресурса трудовой деятельности
Рис.2. Модель динамики изменения значения ресурса в пределах коридора нормы в силу возникающих патогенных и реакре-ационных воздействий
Рис.3. Этапы изменения величины ресурса трудовой деятельности оператора на локальном участке выполнения работ
Рис.4. Модель отображения и оценки динамических и ритмических характеристик изменения абсолютной величины ресурса в пределах одного из этапов трудовой деятельности оператора на локальном участке выполнения работ
Модель (рис.3) констатирует факт наличия трех этапов изменения величины ресурса трудовой деятельности человека на локальном участке выполнения работ: начальный этап Эк». характеризующийся постоянным увеличением объема ресурса в пределах коридора его нормы («раскачка» или «приработка»); этап продуктивной стабильной работы Эстав., характеризующийся изменением абсолютной величины ресурса; завершающий этап характеризующийся постоянным снижением объема ресурса в пределах коридора его нормы («деградация»). Для кАждого из перечисленных этапов показаны только теоретические траектории реализации ресурса трудовой деятельности
Модель (рис.4) предназначена для отображения и оценки динамических и ритмических характеристик изменения абсолютной величины ресурса в пределах одного из этапов деятельности оператора.
Одно из наиболее фундаментальных исследований надежности системы «водитель-автомобиль-дорога-среда», как частного случая системы ЧТС, выполнил Ротенберг Р.В.; он преложил изучать и совершенствовать методы повышения надежности системы ЧТС воздействием по связям. Особенностью исследования Ротенберга Р.В. было добавление в объект исследования (в систему ЧТС) еще одного элемента (дороги), который можно рассматривать как компонент техники (например, сборно-разборные настилы) или продукт ее использования (асфальтовые или бетонные покрытия) или как компонент среды обитания (проселочные дороги). Каждый из компонентов системы ЧТС (человек, техника или среда) может пребывать в состояниях: исправности - неисправности (применительно к человеку, здоров - не здоров); работоспособности - неработоспособности); в предельном (близком к чрезвычайному) состоянии. Компонент (человек, техника, среда) является «исправным», если он отвечает всем предъявляемым к нему требованиям, и «неисправным», если нарушено хотя бы одно из требований к нему. Неисправность (или отклонение от нормы) может позволять продолжать функционирование (повреждение объекта) или прерывать его (отказ). Поэтому достаточно общие термины «исправное» и «неисправное» состояние требуют конкретизации: «работоспособное» или «неработоспособное» состояние, компонента системы ЧТС.
Состояние становится предельным (близким к чрезвычайному), когда его дальнейшее функционирование должно быть прекращено по разным причинам: требованиям безопасности производственной деятельности или жизнедеятельности человека; неустранимому снижению эффективности функционирования человека или техники; необходи: мости профилактики или компенсации нагрузок человека; решение о текущем или капитальном ремонте техники; списанию техники или признанию в законной форме че-
ловека нетрудоспособным; нерегулируемым или неуправляемым изменениям среды. Переход объекта из предельного состояния в «исправное» считают «лечением» (для человека), «ремонтом» (для техники) и «восстановлением» (для среды). Переход объекта из неработоспособною состояния в исправное считают «компенсацией» (для человека), «профилактикой или обслуживанием» (для техники) и «реабилитацией» (для среды).
При анализе надежности системы ЧТС предметом рассмотрения должны быть не столько повреждения (хотя они безусловно должны фиксироваться в результате обследования, диагностики и мониторинга), но и отказы, а также условия сохранения безопасности производственной деятельности и жизнедеятельности человека. Интенсивная эксплуатация требует замены отдельных агрегатов СМИТ, что превращает его в машину без определенного возраста, в которой агрегаты и узлы разнородны по надежности. В процессе ремонта неисправных узлов и агрегатов неизбежно нарушаются сопряжения и посадки, смешиваются детали с различной степенью износа. Все это приводит к ухудшению показателей надежности, увеличению рассеяния ресурсов деталей, узлов и агрегатов, снижению надежности СМИТ и системы ЧТС в целом.
Строительство считают отраслью, вобравшей в себя все виды деятельности, присущие хозяйствованию в государстве (строительное проектирование, промышленность строительных материалов, изготовление и ремонт СМИТ, охрана труда и техника безопасности, строительная экология и др.). Такая собирательная отрасль хозяйствования должна вобрать в себя и отношения всех включенных в нее видов деятельности к отдельным объектам системы ЧТС (хозяйское отношение машиностроителей к проектированию СМИТ, обслуживанию и ремонту технических средств; гуманное отношение экологов к среде обитания и человеку и т.д.). Практика СП свидетельствует о противоположном. Отношение современного отечественного строительства ко всем трем объектам системы ЧТС (человеку, технике и среде) сугубо потребительское, как к расходному материалу. Эта тенденция просматривается не только в практике строительства, строго подчиненной сегодня бизнес-идеологии и оптимизирующей исключительно один (финансовый) ресурс из числа многочисленных ресурсов, присущих строительству (в том числе: информационного, трудового, материального, водного, электрического, теплового и др.). Возможность оценки всех названных ресурсов строительства единым стоимостным показателем не означает единственности финансового ресурса.
Существует ряд ресурсов, не входящих в сферу строительства, но непременно образующих его контекст (социальный, моральный, этический, физиологический, психо-лотческий, этнический и др.). Эти ресурсы, к счастью для них, не измеряются в единицах финансового ресурса, но учет их при строительстве - обязательное условие оптималь-
Свести к нулю вероятность возникновения отказа отдельных узлов и деталей СМИТ невозможно. Поэтому практически надежным считают СМИТ, в котором, в пределах установленного ресурса при минимальных затратах на изготовление и эксплуатацию, не возникает неприемлемых отказов. При этом необходимо установить: какие отказы должны быть фактически исключены, а какие терпимы; какие для этого необходимы количественные оценки и нормативы; какова возможность реализации поставленных требований и ограничений. Для системы ЧТС в целом аналогом схемной надежности является организационно-технологическая надежность (ОТН). Системотехника строительства оперирует понятием ОТН применительно к основной цели и главному результату СП: обеспечению безопасности трудовой деятельности и жизнедеятельности человека. Рассмотрены этапы развития понятия ОТН и новые направления развития этого критерия оценки качества функционирования систем ЧТС. Одним из новых направлений исследования ОТН является организационно-антропотехничес-кая надежность (ОАН) обслуживающих подсистем СП.
В третьей главе оптимизация обслуживающих подсистем СП рассмотрена как одно из направлений методолоти управления проектом (УП). В диссертации УП это оптимизация (критериально оправданный вариант) обслуживающей подсистемы СП при субъект-объектном подходе по критериям комфортности обитания и безопасности производственной деятельности оператора ЗПРМ СМИТ.
Пример оптимизации обслуживающей подсистемы СМИТ СП - календарное планирование при монтаже полносборных здании с транспортных средств (монтаж «с колес»), когда обеспечивают снижение затрат на устройство приобъектных складов сборных элементов и до минимума сокращают погрузо-разгрузочные и складские операции на стройплощадке. СМИТ доставляют сборные элементы по часовому графику в строгой технологической последовательности; их подают краном с транспортных средств непосредственно на место установки. Монтаж с транспортных средств устанавливает определенный ритм в работе СМИТ, как оптимизируемой обслуживающей подсистемы СП. Продолжительность монтажно-транспортных работ определяют по действующим нормам, корректируя отклонения пробными рейсами СМИТ. Отклонение фактических значений параметров системы ЧТС от нормативных фиксируют на неформализованном эмоциональном уровне, так как отсутствуют инженерные средства и методики количественной оценки качества выполнения процессов СП.
Организационно-антропотехническая надежность (ОАН) является ло-
гическим продолжением, творческим развитием и дальнейшей конкретизацией принципа ОТН; он понимается как способность системы ЧТС обеспечивать достижение оптимального уровня комфортности обитания и безопасности производственной деятельности оператора ЗПРМ СМИТ в условиях случайных возмущений, присущих строительству как вероятностной сложной системе.
В теории риска оптимальность системы ЧТС исследуют по разным критериям, понимая под «риском» вероятность неожиданного воздействия факторов, влияние которых может привести к отклонению результата от запланированной величины. Любой компонент системы ЧТС подлежит анализу как отдельная сложная система, но и является элементом внешних по отношению к нему других систем: эти компоненты вступают в противоречия, становятся несовместимыми, приходят в неустойчивое состояние. Компонент системы ЧТС (человек) входит в конфликт с другими ее компонентами или с внешними по отношению к ней системами, что может иметь как благоприятный так и неблагоприятный исход в зависимости от того, какую совокупность рисков человек осознает и как ведет себя по отношению к ней.
Риск и связанные с ним ОТН и ОАН относят к конкретной сфере деятельности и к конкретному деятелю, то есть возможность выявления оптимальности предлагаемого организационно-технологического решения в обслуживающей подсистеме СМИТ появляется исключительно при субъект-объектном подходе к оценке функционирования системы ЧТС. Риск рассматривается как вероятность, численная мера степени объективной возможности патогенного воздействия в системе ЧТС.
Психофизиологические и социальные потребности человека (компонента системы ЧТС) продуцируют как комфорт, так и дискомфорт обитания, а порой разрушают здоровье человека. Моделирование разнообразных проявлений компонентов системы ЧТС тем более интересно, что область эта до сих пор «разорвана» между различными научными и практическими представлениями.
Принято считать, что отличительной чертой формальных методов математического моделирования, в противоположность иным подходам, является доказательство, а не наблюдение. В диссертации использовано это свойство математических моделей, но, следуя субъект-объектному подходу, окончательное подтверждение полученных в процессе математического моделирования знаний согласуют с экспериментом (подтверждают результатами инженерной диагностики).
Условимся различать в модели системы ЧТС понятия «индивид», «имя
индивида», «состояние (индивида)», «имя состояния (индивида)». Пусть - бинарный предикат, который договоримся читать так: «х есть имя возможного состояния индивида
В качестве первой аксиомы примем утверждение о том, что в системе ЧТС существуют реальные или мыслимые объекты, подстановка имен которых вместо букв в данный предикат превращает последний в истинное высказывание; формально запишем выражение:
Индивиды и имена их возможных состояний, существование которых утверждает первая аксиома, не обязаны иметь математическую природу, в частности, числовую, они могут быть всем, чем угодно, но должны соответствовать антропотехни-ческим задачам исследования.
Вторая аксиома носит сугубо математический теоретико-множественный характер; задающее ее выражение имеет вид:
(3 УК У*ха,*)е Уох(1,х))
Утверждается, что существует некоторое абстрактное множество V таких упорядоченных пар вида (¡,х), которые появились в составе V по единственной причине: каждое высказывание вида истинно. Основная задача второй
аксиомы: привлечь с ее помощью к дальнейшим построениям мощный арсенал классических теоретико-множественных методов. Этот путь не является единственным - могут возникнуть ситуации, в которых классические методы окажутся недостаточными, их придется критически пересмотреть и построить более продвинутый логико-математический фундамент моделирования системы ЧТС.
Из второй аксиомы следует теорема 1.: Множество Vединственно.
Действительно, если - произвольная упорядоченная пара и мно-
жества определены на основании второй аксиомы, то справедлива цепочка
В дальнейшем упорядоченную пару (¡,х) из V будем обозначать общепринятым символом X/ и называть «состоянием» индивида /. Как видно, X; = уу тогда и только тогда, когда одновременно выполнены равенства Таким образом, состояния различных объектов не совпадают даже при равенстве
имен их состояний.
Из первой и второй аксиом следует теорема 2.: Множество Vне пусто.
Действительно, предположение о пустоте множества V немедленно приводит к отрицанию первой аксиомы, так как Формально первая аксиома входит в противоречие с ниже приведенным выражением:
Являясь простыми следствиями первой и второй аксиом, теоремы 1 и 2 важны тем, что открывают перед исследователем системы ЧТС практически не ограниченную перспективу. Множество состояний, в котором возможны любые достаточно подробные модельные построения от простейших экономико-математических и игровых задач до задач о сложных иерархических системах ЧТС и стратегиях их поведения при патогенных воздействиях. Для того, чтобы это было осуществимо, структуру множества V следует совершенствовать.
Доказанные теоремы показали, что существует два непустых множества определенных равенствами:
Формально / является первой проекцией множества как множества упорядоченных пар, а X его второй проекцией. Будем утверждать, что «/ есть множество имен индивидов», а «X есть множество имен состояний индивидов». Следовательно, выражение
отображает всюду определенные на бинарные отношения, устанавливающие
соответствия между индивидами и именами их возможных состояний (и наоборот). Это означает, что справедливы выражения:
где символом Л с индексами обозначены тождественные отображения соответствующих множеств. Бинарные отношения толерантности в выражениях
устанавливают отношения некоторого сходства между индивидами (в первой строке) и именами состояний (во второй строке). В первом случае говорить о сходстве двух индивидов можно тогда и только тогда, когда они имеют состояния с одинаковыми именами. Во втором случае - когда два разных имени состояния приписаны хотя бы одному индивиду.
Символами . обозначены образы элементов в
В силу определений для каждых
известны: множество имен возможных состояний индивида
множество индивидов , одним из возможных имен состояний которых может
При этом всегда
Подробное изучение указанных отношений толерантности позволяет дополнять формируемую в процессе исследования модель системы ЧТС в соответствии с дополнительной информацией, возникающей при субъект-объектном подходе к изучению отдельных компонентов и системы ЧТС в целом.
Примем следующее определение: множеством возможных локальных
состояний индивида называется сужение бинарного отношения V на
одноэлементное множество , которое условимся обозначать как X/.
Поэтому справедливы утверждения:
т.е. семейство является разбиением множества V.
Тот факт, что множества локальных состояний различных индивидов не пересекаются, то есть такие индивиды не могут находиться в равных состояниях, уже
отмечался выше; здесь он выступает в качестве модельного офаничения. Специально акцентируем формальное, но принципиальное свойство системы ЧТС при субъект-объектном подходе - « одинаково называемые состояния различных индивидов различны».
Организм человека, прежде всего,- биологический объект, требующий при исследовании сочетания естественнонаучного уровня точности и представления с формализованными процессами и процедурами диагностики и оценки ее результатов. Такой подход (строительная антропотехника) позволяет вводить некоторые необходимые для исследования категории (например, понятие «уровня комфортности обитания, УКО») и оперировать с ними.
Диагностика компонента «человек» системы ЧТС, как некий организационно-технологический инженерный процесс, имеет ряд ограничений и характеристик. Так как организм человека и среда обитания являются (каждый по себе и в совокупном взаимодействии) очень динамичными системами, то диагностика имеет смысл, если она выполняется за минимально возможное время и не распространяет свой прогноз на достаточно долгий срок. Если рассматривать человека как биокибернетический робот, то вполне приемлемо допущение о сходстве понятий «здоровье» и «патология» с понятиями «штатная ситуация» и «нештатная ситуация» в автоматических системах. Состояние «здоровья» человека можно рассматривать как самоорганизующуюся систему, моделирующую способность поддерживать некоторые измеряемые (диагностируемые) величины значений тех или иных параметров (например, ионного обмена организма со средой обитания и др.) в пределах физиологически допустимых границ (норм).
Проблема моделирования свойств компонента «человек» и его взаимосвязи с другими компонентами системы ЧТС (техникой и средой) интересовала многих зарубежных (К.Бернар, У. Кеннон, У.Р.Эшби и др.) и отечественных (П.К.Анохин, Ю.М. Горский, И.В.Давыдовский В.Н.Новосельцев, И.В.Прангишвили и др.) исследователей. Компонент «человек» системы ЧТС при его исследовании можно рассматривать как: физиологический объект, характеризуемый понятием «здоровье» (в котором различают его объем и качество); биокибернетический робот, характеризуемый понятиями «функциональность», «эмоциональность» и «управляемость» (регулируемость); элемент трудового процесса (производственное звено); социокультурный объект.
Основные операционные характеристики диагностики: способность генерации нештатных ситуаций (болезненность), характеризуемая понятиями «частость»
(периодичность отклонений от штатного режима функционирования) и «интенсивность» (степень отклонения от нормы); чувствительность (sensivity), характеризующая долю исследуемых, проявляющих данное отклонение от штатного режима функционирования; специфичность (specificity), характеризующая отсутствие нештатных проявлений у испытуемых людей.
Объективно существует потребность в относительно безопасных, экономичных, простых (эргономичных) и вместе с тем информативных процессах диагностики состояния здоровья человека, его объема и качества, выполняемых по возможности за один прием и обладающих свойством целостности (охватывающих все функциональные проявления организма человека во времени и пространстве; так называемый «биокибернетический» аспект диагностики, реализуемый ее информационными компьютерными технологиями).
В четвертой главе рассмотрены теоретические основы и технологии инженерной диагностики (ИД) компонентов системы ЧТС, для реализации которых используют разнообразные современные методы регистрации и компьютерной обработки, каждый из которых приспособлен для измерения антропотехнических параметров системы ЧТС в своей разновидности среды обитания. В общем случае информационная компьютерная технология ИД включает в себя этапы: выявления наиболее характерных для диагностируемого компонента системы ЧТС или его элемента параметров (параметров-представителей); выбора методологии и приборно-технических средств измерения значений этих параметров; формирования базы данных диагностики, позволяющей не только собирать и хранить, но и обрабатывать результаты ИД; разработку инфографических моделей, позволяющих отображать результаты диагностики в статике и динамике.
Принципиальные различия в разработке и применении информационных компьютерных технологий ИД применительно к стационарным и мобильным средам обитания состоят в следующем.
Стационарная среда обитания (ССО) полностью изучаема (безусловно, при желании ее изучать!), нормируема и формально описываема. Все техногенные и средогенные воздействия заблаговременно диагностируемы и у человека, проживающего в такой среде или осуществляющего в ней свою трудовую деятельность есть возможность и (что самое важное!) временной лаг для самоопределения по отношению к картированным воздействиям, а персонал, осуществляющий в такой среде обитания инженерную диагностику имеет возможность планируемой размеренной систематической работы.
Мобильная среда обитания (МСО), основным свойством которой является не до конца прогнозируемый изменяющийся контекст, по определению может быть изучаема только по факту происходящего. Ее нормирование и формальное описание могут быть полными исключительно в части диады «водитель - кабина ЗПРМ СМИТ» на уровне их предполагаемой взаимной стабильности. Кроме того, человек при выполнении производственных процессов в кабине ЗПРМ СМИТ не имеет права отвлекаться, так как его текущая ситуация всегда динамична и крайне опасна (чревата ДТП).
Поэтому концептуальная модель тенденций изменения значений уровня комфортности обитания (УКО) человека в среде остается инвариантной как для ССО так и для МСО, а методы инженерной диагностики безусловно должны быть разными. Для стационарной среды обитания применимы достаточно продолжительные по времени реализации и точные методы, методики и приборные средства. В работах Мастурова И.Я., Фахратова М.А., Чулкова В.О. и др. рассмотрены такие методы (электропунктурный метод Р.Фолля, вегетативный тест Шиммеля и др.). Их использование соответствует стабильности и слабой изменяемости техногенных и средогенных воздействий на человека в системе ЧТС. Мобильная среда обитания в процессе инженерной диагностики диктует требования оперативности, кратковременности, достоверности и качественности замера значений наиболее явно проявляющихся свойств организма человека, однозначно свидетельствующих об изменении ресурса (объема и качества здоровья) человека в процессе труда.
С 1985 г. российские ученые изучают возможность фиксации свечения, возникающего вблизи поверхности исследуемого объекта, помещенного в электрическое поле высокой напряженности, в реальном масштабе времени в обычном незатемненном помещении на экране компьютера. Такое направление исследований носит название «газоразрядная визуализация» (ГРВ) или «биоэлектрография». Метод ГРВ - это компьютерная регистрация и анализ свечений, индуцированных объектами при стимуляции их электромагнитным полем, с усилением свечения в газовом разряде. Применение ГРВ в качестве средства доклинической инженерной диагностики возможно потому, что вид газоразрядных изображений десяти пальцев рук кардинально, но воспроизводимо, меняется при изменении ресурса производственной деятельности или жизнедеятельности (состояния) человека.
Для осуществления ИД по методу ГРВ предложен аппаратно-программный
комплекс, который достаточно прост в употреблении, работает со стационарной ПЭВМ или с ноутбуком, использует электронные схемы с петлей глубокой отрицательной обратной связи, оптоволоконную систему преобразования изображений, телевизионные ПЗС матрицы и цифровые видеобластеры. Разработан и успешно функционирует программно-аппаратный комплекс BEO GDV CAMERA (ГРВ Камера), основанный на регистрации и визуальном отображении на экране компьютера картины газоразрядных свечений при ионном обмене организма человека с окружающей средой. Эти отображения на экране компьютера или твердых копиях (ГРВ-граммы) позволяют наблюдать на экране компьютера в реальном масштабе времени изменение физических полей человека, проводить экспресс-диагностику и мониторинг состояния его ресурса (объема и качества здоровья), сохранять полученные данные в виде файлов BMP. Комплекс прошел клинические испытания и сертифицирован Министерством здравоохранения РФ, его выпуск налажен в ГУП НИИ ПТ «Растр», г. Великий Новгород и ряде его дочерних предприятий на территории России.
Для принятия решений по любой из поставленных задач необходимы комплексная интегральная оценка качества системы ЧТС, инфографические и математические модели трех ее компонентов. Для технической составляющей (CATC) использован метод бальной оценки технического уровня и качества специализированных автомобилей и автопоездов, разработанный в ЦНИИОМТП. Результатом оценки этим методом является обобщенная оценка Ксмит. качества CATC. Интегральный коэффициент КОБЩС, оценивает ЗПРМ СМИТ с точки зрения воздействия среды обитания на водителя-оператора. В результате для каждого компонента системы ЧТС получен свой безразмерный показатель с разным порядком цифр: Ксмит находится в пределах от 0 до 5 баллов; Ковщ.с от 0 до 1; Косо в пределах от - 2 до + 2.
Для приведения этих показателей к единой комплексной интегральной оценке качества системы ЧТС, обозначенной через ИОчтс, использована круговая диаграмма Кивиата. В диссертации классическая модель Кивиата рассмотрена как горизонтальная проекция пучка ортогональных плоскостей и предложена парная оптимизация параметров функционирования подсистемы СМИТ (рис.5,6 и 7).
Измерения параметров разделяют на прямые и косвенные; значение параметра при прямом измерении получают непосредственно отсчетом по измерите-тельному инструменту. Полная ошибка прямого измерения складывается из ошибок отсчета, градуировки и разброса: .
Рис.5. Инфографическая модель комплексной оценки объекта (круговая диаграмма Кивиата).
Рис.6. Однокартинное наглядное аксонометрическое изображение базовой
инфографической модели интегральной оценки качества системы ЧТС с отображением плоскостей, проецируемых на диаграмму Кивиата, расположенных на них кривых, заштрихованных зон оптимальных организационно-технологических решений обслуживающей подсистемы СМИТ строительного производства, особых точек пересечения кривых в этой зоне и проекций этих точек на горизонтальную плоскость модели.
Рис.7. Горизонтальная проекция (вид по стрелке А на рис.6) базовой ин-фографической модели интегральной оценки качества системы ЧТС; заштрихована зона оптимальных решений по двум сопряженным параметрам диаграммы Кивиата одновременно.
Средняя абсолютная пофешность по разбросу представляет собой
приближенную оценку средней абсолютной ошибки единичного наблюдения, а величина г приближенно характеризует ширину кривой распределения ошибок единичного наблюдения. Точность этой характеристики возрастает с увеличением л, зависит от вида кривой распределения ошибок и корректируется величиной коэффициента Стьюдента. Пофешность по разбросу вычисляется как г, где к - коэффициент Стьюдента, который может принимать значения к=1 для п 2 4; k=1,5 для л = 3; к=3 для л = 2.
Информационная технология диагностики УКО конкретного человека при эксплуатации конкретного СМИТ строительного производства или его ЗПРМ, условно разделяют на три взаимосвязанных и последовательно реализуемых этапа.
На первом этапе происходит тестирование человека для определения истинных параметров свойственного конкретному человеку ресурса (УКО, ФСО) в эталонном ЗПРМ СМИТ, защищенном от воздействия патогенных факторов, которые могут иметь место в любом из реальных ЗПРМ СМИТ, где на протяжении рабочего времени суток находится оператор. Диагностика человека в эталонном ЗПРМ СМИТ позволяет получить исходный массив данных о нем, как об «элементе трудовой деятельности, ЭТД», и хранится в его индивидуальной локальной базе данных, которая входит составной частью в интефированную базу данных ИД ЗПРМ СМИТ данного вида или данной строительной площадки. При различении внешней и внутренней среды обитания человека (относительно ЗПРМ СМИТ, как «разделительной среды») имеется возможность на первом этапе оценить УКО внутренней среды обитания человека в условиях нормированной внешней среды (стабильные условия эксплуатации СМИТ строительного производства).
На втором этапе информационной технологии инженерной диагностики проводят систематическое измерение УКО конфетного человека при эксплуатации конфетного ЗПРМ СМИТ в конкретных условиях строительного производства.
На третьем этапе, сразу по окончании рабочей смены проводят измерение УКО оператора ЗПРМ СМИТ (последовательную съемку изображений свечения с первого по пятый пальцы сначала правой, а затем левой руки (аналогично для ног).
После выполнения всех трех этапов производят обработку и анализ полученных данных, выявляют изменения ресурса оператора ЗПРМ в процессе эксплуатации СМИТ и по ее окончании. Именно для этого производили замер УКО
перед испытанием. Оценив произошедшие изменение, можно определить, в результате влияния какого фактора происходят подобные изменения, и предпринять превентивные меры, направленные на предотвращение патогенного воздействия. Проведя повторные испытания при тех же условиях, можно определить, на сколько правильны введенные изменения.
Если рассматривать оси фуговой диаграммы Кивиата (рис.5) как ортогональные проекции плоскостей, на которых пересекающиеся графики динамики наработки отказов ЗПРМ СМИТ и динамики изменения УКО в системе ЧТС выделяют заштрихованные зоны оптимальных решений и образуют две точки пересечения (начало и конец этой зоны), то эти точки можно спроецировать (рис.6) на горизонтальную плоскость и выявить на ней зону оптимальных решений по двум сопряженным параметрам диаграммы Кивиата одновременно (рис.7). Проецируя точки начала и конца зоны оптимальности (рис.6) можно построить концентрические окружности (границы кольца зоны оптимальных решений на горизонтальной плоскости, рис.7). Каждая из двух соседних осей диаграммы Кивиата позволяет в пределах ограниченного этими соседними осями сектора построить свое кольцо зоны оптимальности решения по откладываемому на этой оси параметру. Пересечение таких зон (общая часть для двух колец, рис.7) есть зона решений, оптимальных одновременно по двум параметрам двух сопряженных осей диаграммы Кивиата.
Пятая и шестая главы посвящены разработке методов расчета организационно-технологических параметров строительного производства в условиях реализации системы ограничений на режим трудовой деятельности. Особое значение приобретают методы прогнозирования ресурсной обеспеченности ЭТД в строительном производстве, которое осуществляют экспедиционно-вахтовые строительно-монтажные формирования, позволяющие быстро переориентировать материальные и людские ресурсы и концентрировать их на выполнение наиболее важных, преимущественно краткосрочных работ в районах, удаленных от баз строительной индустрии и мест постоянного семейного проживания работников.
При отсутствии методических и нормативных данных и отечественных аналогов по учету особенностей и параметров воздействия агрессивных природных факторов регионов для проектных проработок можно использовать расчетные материалы, разработанные ЦНИИОМТП на основе анализа и обобщения зарубежного опыта строительного производства в северных, горных и
субтропических регионах мобильными экспедиционно-вахгаными Формированиями.
РОС НАЦИвИАЛЬИА» I
Получение модели исходного объекта или процесса при решении задач рассматриваемого класса не есть самоцель, так как моделирование здесь служит лишь средством извлечения требуемой числовой информации. Именно последняя играет исключительную роль в принятии решений, управлении различными системами, анализе их свойств и т.д. Ввиду промежуточного значения такого моделирования, оно не всегда расценивается должным образом.
Умение передавать в модели сложность, присущую первозданному объекту, является одним из методологических требований. С другой стороны, было бы расточительством создавать для каждой ситуации особую модель, придумывая новые приемы и средства ее построения. Поэтому необходимы: унификация приемов моделирования, создание такого ассортимента средств, который способен обеспечить решение широкого круга задач. Ничто не отражает функционирующий объект точнее, чем информация о его функционировании, полученная на нем самом. Компактные же законы основываются на наблюдениях за большим количеством однотипных объектов. Чем «правильней» закон, тем большее число объектов положено в основу его формулировки, тем меньше частностей он отражает. Это связано с тем, что все обобщения, приводящие к формулировке закона, - результат разрушения частной информации. Между тем при решении конкретных задач первостепенное значение приобретают именно частные особенности функционирования соответствующего объекта.
Чем большее разнообразие условий работы объекта представлено в результатах наблюдений, тем больше их информационная ценность. При этом «нетипичные» случаи не в меньшей степени важны, чем «наиболее типичные». Так или иначе, аппарат выявления сходства ситуаций, который непременно должен быть включен в арсенал средств моделирования, позволит исключить все, что нехарактерно для текущих условий. Следовательно, требуются средства выявления сходных состояний, также как и расслоения всех возможных ситуаций. Это может быть представлено «триадой»: выявление степени сходства -устранение ситуаций с малой степенью сходства - получение оценок для стратифицированного множества данных.
Организационно-технологический режим трудовой деятельности при воздействиях на ЭТД подбирается с учетом следующих предположений. Считаем, что существует определенный ресурс производственной деятельности ЭТД который является функцией показателей здоровья оператора R(t) = q>[xi(t), X2(t). , x„(t)], где Xi(t), x2(t),-
, fxn(t) -„показателиздоровья; t - параметр времени.
Показателями здоровья являются медико-биологические характеристики различных органов или функций организма, например: Xi(t) - сердечно-сосудистая система, X2(t) - зрение, x3(t) - слух и т.д. Значения показателей здоровья x,(t) положительные числа, изменяющиеся в интервале [0,1]. Очевидно, что значение Xi(t) = 1 является идеальным, которым по-видимому не обладает ни один человек, а значения близкие к нулю характеризуют человека с плохим здоровьем (например, для показателя зрения величина x2(t) = 0 характеризует слепого человека).
В первом приближении будем считать зависимость линейной R(t) = cn-Xi(t) + ct2-X2(t) + . + a„-x„(t) ; сч + m + . + a„ = 1 , где щ 2: 0 - коэффициенты линейной
зависимости (i = 1, 2. п). Величины к о э ф ф и ц иоенГР-в н,а%о д я т с я
экспертным путем в соответствии с характером работы ЭТД с использованием методов попарных сравнений. Наша основная задача найти конкретное представление для функции ресурса R(t) в виде R(t) = vv<pi(t) + Уг-фгМ + vm-<Pm(t) +
- коэффициенты линейной зависимости , фщ(Ц - определенные детерминированные функции; N - случайная погрешность модели.
Моделирование есть задача идентификации, а определение конкретных значений коэффициентов Vl > 0 есть задача оценивания. Таким образом, проблемы оценивания и идентификации взаимосвязаны. Отметим, что при нескольких одновременных воздействиях построить модель ресурса теоретически вряд ли возможно, так как вариантов воздействий бесконечное множество. Изучить каждое воздействие в отдельности и построить их конкретное сочетание, в котором оно воздействует на человека, крайне сложно. Поэтому основой построения модели ресурса являются статистические данные.
Наиболее трудная часть задачи - получение достоверных оценок параметров Vj. Большие осложнения вызывают следующие обстоятельства. Медико-биологические обследования, проводимые с целью выявления последствий вредного воздействия на человека, зависят от того момента времени, когда они производятся. На этот счет существует термин - сбор информации в затрудненных условиях. К тому же, неизбежно измерения производятся в сумме с некоторой случайной погрешностью. Характерный признак затрудненных условий -невозможность повторить эксперимент в тех же условиях.
Поэтому даже при многократном проведении эксперимента по наблюдению последствий вредных воздействий на человека статистическая выборка будет
неоднородной и классические статистические методы оказываются неприемлемыми. Многократные эксперименты технически невозможны. Все сказанное говорит о том, что несмотря на все возможные медико-биологические обследования адекватное решение задачи можно получить только создав обучающуюся систему. Разработка обучающейся системы представляет собой сложную комплексную проблему, эксплуатация которой требует специальных математических моделей и алгоритмов.
Значение времени t = 0 соответствует началу работы ЭТД на производстве. При устройстве на работу ЭТД проходит медицинское обследование, в результате которого можно установить определенные количественные показатели здоровья Хю, Хго. Хпо и начальный ресурс ЭТД при t = 0 будет равен R(0) = Ro ; x¡(0) = x¡g ;; Ra = ai*™ + аг-х2о + — + a„'Xno . Начальный ресурс ЭТД должен быть достаточно высоким, в противном случае его трудоустройство невозможно, так как все
показатели здоровья Xn¡, . х„о и ресурс R(0) при работе ЭТД на производстве
могут только убывать. Величины коэффициентов ai, аг, а,, находятся
экспертным путем в соответствии с характером работы ЭТД с использованием методов попарных сравнений.
Наряду с начальным моментом времени ЭТД проходит медицинское обследование периодически с интервалом времени т. В результате в течение времени Т - k-т, где к - целое число, образуется эмпирическая информация по всем показателям здоровья ЭТД х«, Хго. х„о ; хц, х21. x„i ;. ; Хщ, x2k. хпц.
Достижение равенства R(t) ■ R«p недопустимо. Руководство производством не имеет право доводить работника до нетрудоспособного состояния. Условие сохранения здоровья выражается условием безопасности . Это
условие позволяет выбрать безопасный организационно-технологический режим работы ЭТД при воздействиях окружающей среды. При фиксированном значении вероятности р используем уравнение периода времени относительно безопасной работы ЭТД на вредном производстве
После нахождения выбирают организационно-технологический режим работы ЭТД, характеризуемый календарным периодом безопасного работы 1™т и продолжительностью рабочего дня - показатель, размерность
которого [год]; 1р - показатель, размерность которого [час].
Выявлены методические основы построения оценивающей системы. Выяснено, что многие практические задачи до сих пор не решены потому, что ставить их в духе требований существующих математических формализмов означает искажать первоначальный смысл задач настолько, что впоследствии не представляется возможным получить результаты, хотя бы в незначительной степени согласующиеся с отправными условиями.
Решение конфетной задачи обработки накопленной информации в системе ЧТС сопровождается, как правило, использованием одного и того же расчетного выражения (аппроксимирующего зависимости, отражаемые данными) при всех условиях оценивания. В условиях неоднородности исходной выборки (т.е. изменчивости закономерностей функционирования исходного объекта в зависимости от его состояний) такой подход равносилен соглашению о неизменности закономерностей функционирования объекта и, следовательно, для решения поставленной задачи неприемлем. Выход найден в отказе от аппроксимации всеобщего решения и в применении вместо этого полуформализованных процедур аппроксимации. Последние строятся на стадии получения численных решений при текущих условиях, и это делают всякий раз для любых новых состояний исследуемой системы ЧТС.
Почти все использованные в исследовании методы оценивания содержат процедуры аппроксимации скрытых закономерностей, которые можно отнесли к типу полностью формализованных процедур (имеется в виду аналитическая формализация, хотя формализация, т.е. придание определенной формы, может быть алгоритмической, табличной, матричной, топологической и т.д.). Для них характерен порядок обработки информации, показанный на рис.8:
исходную выборку в одноразовом порядке используют для нахождения общего для всех условий аппроксимирующего выражения, после чего содержащаяся в ней информация может быть забыта, так как ее дальнейшее применение не предусматривается;
оценки для любых условий находят подстановкой текущих значений факторов в одно и то же аппроксимирующее выражение, сформированное на предыдущем этапе.
I Ашипптиатпд яжомшиснй I
| Тиун» уезмми! вутимжя | -> | Мщаимриддиурщиидцм]» |
| йиюря н мни ушит "*1 *- | Ощмпдщц |
Рис.8. Структура оценивания при использовании аналитически формализованной процедуры аппроксимации скрытых закономерностей
Таким образом, при реализации формализованных процедур всем точкам пространства состояний системы ЧТС приписывают одни и те же закономерности; следовательно, эти процедуры предполагают однородность исходной выборки.
Примером полностью формализованной процедуры аппроксимации скрытых закономерностей является метод наименьших квадратов, при использовании которого, как правило, заранее выбирают вид аппроксимирующего выражения.
Для получения текущих оценок при заданных условиях всякий раз выделяют из выборки соответствующую им часть информации, которая уже обладает свойством однородности; исходная информация подвергается стратификации, происходит аппроксимация скрытых закономерностей на основании выделенной информации.
В случае неоднородной выборки исключена аналитическая формализация общего аппроксимирующего выражения, введена процедура с неполной аналитической формализацией (полуформализованная процедура, рис.9), обеспечивающая корректность решения задач оценивания в случае неоднородной выборки.
Те кущ ж >смш («пвгххя Стр атхфкхшрм вщ, одгу—щНкя ж жхвщфШ >к^1|ке Аяцнсшщя скрытых шнпцмпей м етутфц^ пшп
Шжжххе на шыв уеяшяяя - Оценивакже
Рис.9. Структура оценивания при использовании аналитически полуформализованной процедуры аппроксимации скрытых закономерностей
Рассмотрены способы оценки точности решений и сформулирован критерий качества, адекватный поставленной задаче.
В седьмой главе изложены примеры применения результатов диссертационного исследования в практике моделирования ОТН при оптимизации обслужива-
ющих подсистем СП.
Выполнено прогнозирование времени безопасной работы с учетом проведенных наблюдений за состоянием ресурса элементов трудовой деятельности. Для уточнения математической модели ресурса ЭТД воспользуемся обобщенным байесовским методом. При этом, эмпирическая информация задается в виде непрерывной ломаной линии ресурса ЭТД на участке времени от нуля до Т в виде R*(t) = R(t) - N(t) ; R(t) = R„ - [U1?1(t) + U2<p2(t) + . + Um <pm(t)] , где
IR(t) - истинная модель ресурса ЭТД; Ro - начальный ресурс ЭТД; cpi(t), q>2