Delist.ru

Повышение эффективности эксплуатации машин в строительстве путем выбора оптимальных вариантов выполнения механизированных работ (29.05.2007)

Автор: Двизов Денис Александрович

Практическая ценность. Разработанная методика, математические модели и форма экономико-технологических карт позволяют выбрать оптимальные трассы при строительстве магистральных сооружений комплектом строительных машин и обеспечить получение наименьших затрат средств на строительство.

Применение предлагаемой методики при выборе оптимальных трасс строительства магистральных сооружений позволит значительно сократить затраты средств на строительство нефте-, газопроводов, объектов водоснабжения, автомобильных и железных дорог, оросительных систем, линий связи и др. объектов, отличающихся большой протяжённостью.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на межвузовской научно-практической конференции молодых учёных и студентов (г.Волжский, 2003 г.), VIII всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (г.Пенза, 2004 г.), международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2005» (г.Тюмень, 2005 г.), IV международной научно-технической конференции «Итоги строительной науки» (г.Владимир, 2005 г.), международной научно-технической конференции «Интерстроймех-2006» (г.Москва, 2006г.). Основные положения работы опубликованы в журнале «Механизация строительства», №12 2005 г., №10 2006 г. В полном объёме работа заслушана на совместном заседании кафедр Строительных и дорожных машин и оборудования и Высшей и прикладной математики Волжского института строительства и технологий (филиал) ГОУВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» и рекомендована к

На защиту выносятся следующие положения:

Математические модели, описывающие процесс оптимизации строительства магистральных сооружений методом динамического программирования.

Общая схема решения задач выбора оптимальных трасс при строительстве магистральных сооружений по моделям динамического программирования.

Методика выбора оптимальных вариантов эксплуатации машин при строительстве магистральных сооружений комплектом строительных машин.

Методика разработки экономико-технологических карт для реализации оптимальных вариантов строительства.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти глав, общих выводов, приложений, списка использованной литературы, насчитывающего 120 наименований, содержит 177 страниц, из них приложений 6 страниц, 66 иллюстраций, 3 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе «Анализ существующих методов и моделей оптимальной эксплуатации машин» анализируется большое число научных работ, в которых рассмотрены различные аспекты методики исследований, выбора критериев оптимальности, разработки математических моделей оптимизации и другие задачи оптимальной эксплуатации машин.

Первыми известными нам работами из этой области являются исследования Дж. Тейлора и В.О. Васильева, в которых рациональный срок эксплуатации машин определяется по минимуму удельных приведённых затрат средств на единицу работы. Упрощённо предложенную ими математическую модель для определения рационального срока службы машин можно представить в виде:

где Y – значение приведённых удельных затрат средств на единицу работы;

S0 – цена новой машины;

Sn – остаточная стоимость машины к концу года n её эксплуатации (выручка от реализации подержанной машины);

Qi – эксплуатационные затраты в год i, включающие расходы на техобслуживание, ремонт, приобретение запчастей, амортизацию и другие прямые эксплуатационные затраты;

Wi – наработка машины в i-й год эксплуатации;

n – продолжительность эксплуатации машины в годах .

Задача оптимизации использования машин по критерию минимума затрат средств на единицу работы (продукции) в различных постановках рассматривалась так же В.В. Новожиловым, Р.М. Петуховым и другими авторами. Методика, основанная на минимизации удельных затрат, применялась не только для оптимизации работы машины в целом, но и для определения наиболее выгодных сроков службы отдельных узлов и деталей. Так, Г.В. Веденяпиным разработана методика для определения срока службы узла по минимуму затрат средств на обработку единицы площади. Расчёты основаны на выражении:

где Sв – затраты на восстановление эксплуатационных свойств узла;

темп износа узла;

D – параметр, характеризующий величину износа;

D0 – первоначальное значение параметра D;

Счс – средние часовые затраты на эксплуатацию узла;

Wc – средняя наработка за единицу времени.

В.М.Рогожкин предложил методику определения оптимального срока службы деталей цилиндро-поршневой группы двигателей, особенность которой заключается в том, что затраты средств определяются не на единицу наработки машины, а на единицу вырабатываемой двигателем энергии.

Проблема оптимизации использования машины рассматривалась не только на основе минимума затрат средств, но и по критерию максимума получаемого экономического эффекта. В такой постановке задача описана, в частности, Г. Готеллингом.

Известны также работы, в которых оптимизируется не только работа отдельных машин, но и деятельность машинного парка предприятия в целом. Например, Е.М. Кудрявцевым для этих целей предложен алгоритм оптимизации состава парка машин предприятия по различным критериям. В исследованиях Н.Н. Гребенниковой описана методика выбора оптимальных вариантов распределения машин предприятия по видам механизированных работ методами линейного программирования.

Анализ ранее выполненных исследований показывает, что в них практически не рассматриваются проблемы, связанных с выбором оптимальных вариантов выполнения механизированных работ при строительстве магистральных сооружений. В результате в настоящее время траектории строительства таких объектов выбираются без достаточного экономического обоснования, что приводит к дополнительным затратам средств на строительство.

Во второй главе «Основные положения методики исследования» рассмотрены достоинства и недостатки методов решения задач применительно к нашей работе. Указаны преимущества метода динамического программирования по сравнению с другими, что и предопределили выбор этого метода как основного математического аппарата в нашем исследовании.

Предлагаемая нами методика позволяет оптимизировать процесс строительства магистральных сооружений комплектом строительных машин по нескольким критериям оптимальности. Для этих критериев нами разработаны теоретические основы решения рассматриваемых задач. Но все расчёты, показывающие возможность практического приложения разработанной методики, выполнены по критерию минимума затрат средств на выполнение заданного объёма работ.

Экспериментальная часть наших исследований выполнена на базе Муниципального унитарного предприятия (МУП) «Водоканал» (г. Волжский, Волгоградская область) в период с 2004 по 2006 г.г. Исходные данные для расчётов, приведённых в диссертации, получены путём статистических наблюдений за работой машин в условиях реальной их эксплуатации.

В третьей главе «Основы метода динамического программирования» приведены общие сведения о методе, основные требования при решении задач этим методом и пример практического приложения этого метода.

В четвёртой главе «Математическое описание процесса оптимизации строительства магистральных сооружений» приведены математические модели, описывающие процесс оптимизации строительства магистральных сооружений комплектом строительных машин, и изложен общий подход к решению рассматриваемых задач по предлагаемым моделям.

Здесь рассмотрены два случая: первый – когда строительство на каждом этапе ведётся в одном из двух, взаимно перпендикулярных, направлений (Н или L), и второй – строительство можно вести ещё и в третьем направлении – по диагонали (D). Ниже изложен второй, как наиболее сложный, случай.

Математически процесс оптимизации строительства по минимуму затрат средств на выполнение всего объёма механизированных работ описывается следующей моделью динамического программирования:

Здесь Fi – суммарные затраты средств на строительство на этапе i и на

последующих, после i-го, этапах при оптимальном варианте

строительства на этапе i и после этапа i до конца процесса;

i – номер этапа, на которые разбивают рассматриваемый

загрузка...