Технические средства автоматизизированных систем управления в строительстве

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

Белорусский Государственный Университет транспорта

Кафедра «Строительного производства»

Контрольная работа

Дисциплина: «Автоматизация планирования и управления строительством»

2009 г

Содержание

14. Особенности строительного производства как объекта управления, основы его автоматизированного моделирования и оптимизации.

30. Комплекс технических средств АСУС.

50. Этапы создания АСУС.

Транспортная задача.

Литература.

14. Особенности строительного производства как объекта управления, основы его автоматизированного моделирования и оптимизации

Для любой задачи управления характерна множественность ее решений. Кроме того, постоянное усложнение техники и технологии строительного производства и связанное с ним усложнение процесса управления делают выбор оптимального решения чрезвычайно трудным.

Выход из этого положения при решении многих проблем управления строительным производством состоит в применении экономико-математических методов (ЭММ) и вычислительной техники (ВТ) в основных сферах и звеньях управления строительством. Использование моделей – характерная черта ЭММ.

Модель представляет собой абстрактное отображение наиболее существенных характеристик, процессов и взаимосвязей реальных систем. Модель – это условный образ объекта, сконструированный для упрощения его исследования.

По свойствам модели можно судить о наиболее существенных свойствах объекта, которые аналогичны и в модели и в объекте и являются основными для исследований и решений определенного круга задач. Модель содержит и порождает информацию, адекватную информации моделируемого объекта (оригинала).

В организационно-технологическом проектировании, основой функционирования которой является информация, модели создаются для получения информации о свойствах и поведении реальных систем в определенных условиях. С учетом этого модель можно определить как систему, исследование которой служит средством для получения информации о другой системе – оригинале. Существуют различные классификации моделей.

Виды моделей. Различают два вида моделей: физические и символические (абстрактные).

Физическая модель представляет собой некоторую материальную систему, которая отличается от моделируемого объекта размерами, материалами и т.п. Физическая модель может быть масштабной (например, макет здания, строительной конструкции и т.д.) или аналоговой, построенной на основании того или иного физического процесса, протекающего в моделируемом явлении (например, динамическая модель гидроэлектростанции и т.п.).

Символические (абстрактные) модели создаются с помощью языковых, графических, математических средств описания и абстрагирования.

Математические модели нашли наибольшее использование в управлении благодаря их свойству – возможности использования в разных, на первый взгляд совершенно непохожих, ситуациях.

Приняты и используются следующие группировки математических моделей в зависимости от характера математических зависимостей:

а) линейные, когда все зависимости связаны линейными соотноше-ниями, и нелинейные при наличии хотя бы частично нелинейных соотношений;

б) детерминированные, в которых учитываются только осредненные значения параметров, и вероятностные предусматривающие случайный характер тех или иных параметров и процессов;

в) статические, фиксирующие только один период времени, и динамические, в которых рассматриваются и рассчитываются параметры по различным периодам, этапам;

г) оптимизационные, в которых выбор элементов и самого процесса осуществляется с учетом экстремизации целевой функции, и неоптимизационные с заранее данным объемом выпуска, производства;

д) с высоким уровнем детализации, когда модель отображает многие факторы процесса или включает в себя большое число элементарных составляющих, и агрегированные укрупненные модели, где объединяются многие параметры, близкие по назначению.

Очевидно, что в каждой модели возможны различные сочетания этих признаков с определенным приоритетом одного из них.

Выбор модели осуществляется исходя из характера процесса, деятельности, его целевой направленности, необходимой информации и требований к точности получаемых решений. Формулировка модели требует главным образом глубокого понимания физического существа моделируемого явления, процесса и характера.

К моделям предъявляют два взаимопротиворечивых требования - адекватности (соответствия), с одной стороны, и простоты – с другой. В связи с этим в модель включают только наиболее существенные для проводимого исследования свойства.

До настоящего времени основной моделью управляемых систем служат простые графические методы в виде графиков Ганта – календарные линейные графики, на которых в масштабах времени показывают последовательность и сроки выполнения работ. Применяемые реже циклограммы отражают ход работ в виде наклонных линий в системе координат и являются, по существу, разновидностью линейного графика.

Линейный график прост в исполнении и наглядно показывает ход работы. Однако здесь динамическая система строительства представлена статической схемой, которая в лучшем случае может только отобразить положение на объекте, сложившейся в какой-то определенный момент. Линейный график не может отобразить сложность моделируемого в нем процесса, модель не адекватна оригиналу, форма модели вступает в противоречие с ее содержанием. Отсюда основные недостатки линейных графиков:

1) Отсутствие наглядно обозначенных взаимосвязей между отдельными операциями (работами); зависимость работ, положенная в основу графика, выявляется составителем только один раз в процессе работы над графиком (моделью) и фиксируется как неизменная; в результате такого подхода заложенные в графике технологические и организационные решения принимаются обычно как постоянные и теряют свое практическое значение вскоре после начала их реализации;

2) Негибкость, жесткость структуры линейного графика, сложность его корректировки при изменении условий; необходимость многократного пересоставления, которое как правило, из-за отсутствия времени не может быть выполнено;

3) Сложность вариантной проработки и ограниченная возможность прогнозирования хода работ;

4) Сложность применения современных математических методов и ЭВМ для механизации расчетов параметров графиков.

Все перечисленные недостатки снижают эффективность процесса управления при использовании линейных графиков.

Сетевая модель свободна от этих недостатков и позволяет формализовать расчеты для передачи на ЭВМ. В основе сетевого планирования лежит теория графов – раздел современной математики, сформировавшейся в качестве самостоятельного в последний период.

30. Комплекс технических средств АСУС

Техническое обеспечение (ТО) АСУ представляет собой комплекс технических средств, предназначенный для обеспечения работы автоматизированной системы управления за счет механизации и автоматизации процессов обработки информации.

Комплекс технических средств включает: устройства сбора регистрации данных; средства обработки, накопления и хранения данных; приборы и устройства приема и передачи данных ЭВМ; средства диспетчеризации и связи; средства организационной техники.

Аппаратура сбора и регистрации данных предназначена для фиксирования информации о ходе строительства объектов, их комплектации, работе бригад, машин, оборудования и т.п. Эта информация фиксируется на машинных носителях, которые разделяются на перфоносители, магнитные и полупроводниковые.

Ряд устройств регистрации данных представляет возможность для прямой передачи зафиксированных данных в каналы связи. Регистраторы данных устанавливаются в местах источников оперативной информации о ходе производства: в диспетчерской, на складах и т.п. При использовании ЭВМ для сбора и регистрации данных применяются различные устройства. Наиболее удобны для сбора данных терминалы, обеспечивающие непосредственную связь с ЭВМ, без использования машинных носителей и в том же масштабе времени.

Технические средства передачи данных включают каналы связи, аппаратуру передачи данных, средства сопряжения с ЭВМ. В АСУ используются как проводные, так и беспроводные каналы связи, в состав которых входят линии связи, линейные и коммутирующие устройства.

Средства передачи данных или аппаратура передачи данных (АПД) – это совокупность средств, обеспечивающих передачу-прием данных по каналам связи, включая устройства преобразования сигналов (УПС); защиту от ошибок; вызывные устройства.

УПС предназначены для преобразования дискретных сигналов, передаваемых оконечным оборудованием (терминалом, регистратором или АП) или устройством сопряжения с ЭВМ для передачи по каналу связи. УПС также обеспечивает обратное преобразование сигналов, принимаемых из каналов связи.

Для повышения достоверности передачи данных используется специальная аппаратура – устройства защиты от ошибок (УЗО). Связь с ЭВМ со стороны терминала или АП устанавливается вручную посредством обычного телефонного аппарата, имеющего переключатель, который обеспечивает соединение с каналом связи.

Устройства сопряжения АПД с ЭВМ бывают одноканальными, например модуль передачи данных А721-2, и многоканальными, которые называют мультиплексорами передачи данных (МПД). Они позволяют подключать к ЭВМ несколько каналов связи разного типа и сразными скоростями передачи данных.

Электронные вычислительные машины (ЭВМ) – основной вид аппаратуры обработки данных в АСУ. Современные ЭВМ имеют модульную структуру и в общем случае состоят из следующих модулей: процессорных, оперативной памяти, внешних устройств и вспомогательных модулей коммутации.

Модульный принцип обеспечивает возможность наращивания объема оперативной памяти, увеличения производительности и надежности, а также развитие технических средств обработки данных.

Классификацию средств связи в строительстве можно провести по техническому критерию с делением на два вида: проводная к которой относятся телефон, телеграф, телетайп, фототелеграф, и беспроводная – радиосвязь, в том числе радиостанции различных диапазонов и радиотелефон.

С точки зрения производственного назначения средства оперативной связи в системах управления строительством классифицируются на следующие группы: оперативно-производственную общего пользования; диспетчерскую; директорскую. Причем одна и та же техника может применяться в различных по назначению системах связи. Отличие состоит в принципах построения, компоновке технических средств, условиях функционирования и других признаках, обусловленных спецификой того или иного вида связи.

Оперативно-производственная связь общего пользования предназначена для передачи информации по всем вопросам управления и обслуживает весь персонал строительной организации. Этот вид связи включает телефонную, телеграфную и фототелеграфную связь.

Средства диспетчерской связи предназначены для обслуживания ограниченной части производственного персонала – лиц диспетчерского круга, куда входит руководство строительством, работники, относящиеся непосредственно к строительному производству, и сами диспетчеры.

Директорская связь, являясь разновидностью диспетчерской, отличается лучшим техническим оформлением и меньшим числом абонентов. Директорская связь может обеспечиваться отдельным коммутатором (на 5, 10, 20, 40 номеров), телефонными комплектами местной связи (ТКМС), громкоговорящими устройствами и другими средствами.

К средсвам оргтехники диспетчерской службы, широко применяемым в строительстве, можно отнести различные устройства, преобразующие сигналы в удобную для восприятия форму – информацию представления.

Наиболее простыми из таких средств в условиях строительства являются различные электрические световые табло, которые отображают состояния путем высвечивания цифр, букв, знаков и других символов. На строительной площадке электротабло может служить для сигнализации о неисправности каких-либо механизмов и машин, информации о потребности и наличии материалов или транспортных средств, о состоянии и ходе выполнения строительных работ на отдельных участках. Табло представляет собой панель со световыми индикаторами и пуль управления с блоком набора информации. Получив данные, диспетчер с помощью штекеров вводит в блок памяти полученную информацию по участкам: процент выполнения задания, причин срыва работ. Недостаток табло в том, что информацию трудно передать на большие расстояния, так как панель и пульт управления соединены многожильным кабелем.

Для сообщения коллективу объекта о виновниках срыва графика ка данный день может служить сигнальное табло, управление которым осуществляется диспетчером со специального пульта. Такой метод способствует соблюдению производственной дисциплины.

В строительных организациях применяют также механические графики показателей работы (динопланографы), дающие наглядное представление о плане и фактическом ходе работ. Мо мере выполнения той или иной работы цветные ленты или условные фишки перемещаются диспетчером на панели с графиком. Диспетчер быстро может определить, имеется ли отставание от плана, и принять соответствующие меры.

50. Этапы создания АСУС

АСУС создается в три стадии, обычные для любого проекта - предпроектную, проектирование и внедрение.

Разработка АСУ требует специалистов высокой квалификации и выполняется специализированными организациями-проектировщиками АСУ. Возглавляет эту работу первый руководитель строительной организации, а главный конструктор проекта АСУ является его заместителем.

Предпроектная стадия состоит из этапов – разработки технического задания (ТЗ) и технического проекта (ТП).

Разработку ТЗ начинают со сбора исходных данных. Для этого группа специалистов, разработчиков АСУС, проводит детальное предварительное обследование строительной организации. Составляются программа и методика обследования, необходимые формы, анкеты и т.п. . Заказчик на этой стадии оказывает разработчикам активную помощь в виде представления всех необходимых документов, сборе информации, консультаций по всем возникающим вопросам.

Системный подход подразумевает определение роли и места данной организации в производственной системе более высокого уровня, выявление всех внешних связей и взаимодействий с вышестоящей организацией, субподрядчиками, проектировщиками, поставщиками, транспортными предприятиями, банком, организациями надзора и контроля и т.д. Также детально анализируются функции и структура обследуемой организации, взаимодействие внутри аппарата управления и связи с подразделениями.

Особенно тщательно изучаются внешние и внутренние потоки и состав информации, так как в конечном счете создаваемая система является информационной. Рассматриваются объем информации, порядок ее прохождения, трудоемкость обработки, достаточность и избыточность, своевременность ее прохождения, «стыкуемость» различных форм документов между собой и пригодность для машинной обработки.

На основе обобщения и анализа данных обследования обсуждаются предложения по улучшению структуры управления, перераспределению функциональных обязанностей, изменению системы документооборота, вводятся рациональные стандартные формы и намечаются другие оргтехнические мероприятия.

Принципиальным является вопрос: перестраивать структуру и функции применительно к требованиям АСУ или приспосабливать возможности АСУ к сложившейся системе управления? Этот вопрос дискутируется на протяжении многих лет. Как правило, проблема решается компромиссно, так как существующие формы и технология управления основываются на многолетнем опыте и кардинальная перестройка неминуемо отразится на производственной деятельности организации.

Материалы обследования с выводами о характере и структуре будущей АСУС оформляются в виде ТЗ на проектирование. В нем формируют цели создания АСУС, дают краткую характеристику организации, для которой должны проектировать автоматизированную систему, намечают примерный перечень подлежащих разработке функциональных подсистем и основные мероприятия по совершенствованию системы управления в целом.

Проектирование состоит из этапов разработки технологического и рабочего проекта.

Технический проект (ТП) решает выбор методов, моделей и технических средств управления СМО, перечень всех задач управления, подлежащих решению в проектируемой системе. Одновременно уточняются предложения по упорядочению системы управления организации.

Рабочий проект (РП) доводит решения ТП до детализации, позволяющей реализовать проект в натуре. Окончательно уточняются тип ЭВМ, перечень внешних устройств и других технических средств. В процессе РП формируются нормативная база, классификаторы и кодификаторы, разрабатываются алгоритмы, рабочие программы для решения каждой задачи управления, указываются применяемые языки, трансляторы, ОС и т.п.

В состав РП входят должностные инструкции, содержащие сведения о задачах и порядке работы подразделений и должностных

Транспортная задача

Исходные данные:

а₁=20; а₂=25; а₃=40; а₄=35; а₅=50; а₆=30; а₇=30; а₈=52;

b₁=40; b₂=55; b₃=45; b₄=30; b₅=35; b₆=35; b₇=42;

Таблица 1 – Исходные данные.

Задача относится к типу «транспортных». Следует найти такую совокупность перевозок, которая полностью обеспечивает потребности пунктов назначения при вывозе всего продукта из пунктов отправления.

Для определения исходных данных следует заполнить матрицу. Обозначение а_iсоответствует запасам продукта на пункте отправления i, а обозначение b_i потребности в продукте на пункте получения J.

Перенумерованными клетками матрицы моделируются пути между пунктами отправления i и пунктами получения J.

Для решения задачи необходимо выполнения условия:

Данное условие не выполняется , следовательно необходимо к столбцу I добавить недостающий объем запаса продукции.

Таблица2 – Исходная матрица.

Составим первоначальный базисный план.

Матрицу решаем методом двойного предпочтения.

Таблица 3 – Базисный план.

Проверяем количество заполненных клеток, которое должно быть равно m+n-1, т.е. суммарному количеству строк и столбцов без единицы.

8+7-1=14, количество заполненных клеток N=14, условие выполняется.

Целевая функция плана:

Для улучшения первоначального базисного плана применяется метод потенциалов. Потенциалами называются такие численные характеристики строк U_iи столбцов V_j, при которых соблюдается условие оптимальности плана. Математически это условие записывается так:

(условие для занятых клеток);

(условие для свободных клеток);

,

Подбор потенциалов начинаем с первой строки. Принимаем U₁=0.

Далее производим проверку условия для свободных клеток по формуле:

Таким образом, проверка показала, что первоначальный план не является оптимальным, так как условия для отдельных свободных клеток не выполняются.

Оптимизируем план.

Итерация 1.

Для этого от клетки ∆6,4 строим контур перераспределения.

Получаем: до перераспределения условные затраты на перевозку

15*3+7*9+30*1=138;

После перераспределения условные затраты на перевозку составили

22*3+23*1+7*5=124.

Таблица 4 – Оптимизированный базисный план.

Далее от клетки ∆1,5 строим контур перераспределения

Получаем: до перераспределения условные затраты на перевозку

15*5+3*8+22*3+23*1+7*5+15*13+25*8=618;

После перераспределения условные затраты на перевозку составили

12*5+3*7+25*3+20*1+10*5+12*13+28*8=606.

Таблица 5 – Оптимизированный базисный план.

Далее от клетки ∆7,4 строим контур перераспределения

Получаем: до перераспределения условные затраты на перевозку

12*5+5*17+30*1+12*13+28*8=555;

После перераспределения условные затраты на перевозку составили

17*2+18*1+12*7+40*8=456.

Таблица 6 – Оптимизированный базисный план.

Проверяем количество заполненных клеток для оптимизированного плана, которое должно быть равно m+n-1, т.е. суммарному количеству строк и столбцов без единицы.

8+7-1=14, количество заполненных клеток N=13, условие не выполняется, поэтому вводим фиктивную перевозку ∆1,1 равную 0.

Таблица 6 – Оптимизированный базисный план.

Целевая функция плана:

Проверяем условия оптимальности плана.

Подбор потенциалов начинаем с первой строки. Принимаем U₁=0.

Далее производим проверку условия для свободных клеток по формуле:

Таким образом, проверка показала, что план не является оптимальным, так как условия для отдельных свободных клеток не выполняются.

Итерация 2.

Для клетки ∆5,6 строим контур перераспределения.

Получаем: до перераспределения условные затраты на перевозку

8*12+12*7+18*1=198;

После перераспределения условные затраты на перевозку составили

8*5+20*7+10*1=190.

Таблица 7 – Оптимизированный базисный план.

Для клетки ∆4,5 строим контур перераспределения.

Получаем: до перераспределения условные затраты на перевозку

35*4+20*4+32*7=444;

После перераспределения условные затраты на перевозку составили

3*5+32*6+52*4=415.

Таблица 8 – Оптимизированный базисный план.

Проверяем условия оптимальности плана.

Подбор потенциалов начинаем с первой строки. Принимаем U₁=0.

Далее производим проверку условия для свободных клеток по формуле:

Проверка показала, что план является оптимальным, так как условия для отдельных свободных клеток выполняются.

Целевая функция оптимизированного плана:

Оптимизация первоначального базисного плана позволила сократить затраты на перевозку на

Литература

1. Дикман Л.Г. Организация и планирование строительного производства: Управление строительными предприятиями с основами АСУ: Учеб. Для строит. Вузов и фак. - 3-е изд., перераб. И доп. – М.: Высш. шк., 1988 – 559 с.: ил.

2. Сырцова Е.Д. Математические методы в планировании и управлении строительнвм производством. –М.: Высш. Школа. 1972.-355с.

3. Терехов Л.Л. Экономико-математические методы. М-: Статистика, 1972.- 359с.

4. Организация, планирование и управление строительным производством: Учебник / под ред. И.Г. Галкина – М.: Высш. Школа, 1985. - 463с.

5. Организация, экономика и управление строительством: Учеб. Пособие /под ред. Т. Н. Цая – М.: Стройиздат, 1984.-367с.