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:
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;
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;
Сложность вариантной проработки и ограниченная возможность прогнозирования хода работ;
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.


J
1
2
3
4
5
6
7
∑=
i


40
55
45
30
35
35
42
282
1
20
5
9
6
12
7
2
13


2
25
12
13
3
9
8
10
11


3
40
8
9
10
13
19
7
9


4
35
9
4
7
8
6
12
10


5
50
10
11
9
12
15
5
2


6    продолжение

55
45
30
35
35
42
282
1
20
+5
(15)
9
6
12
7
+2
(5)
13
2
25
12
13
+3
(15)
9
(7)
8
(3)
10
11
1
3
40
8
(25)
9
10
13
(15)
19
7
9
-3
4
35
9
++4
(35)
7
8
+6
12
10
2
5
50
10
11
9
12
(8)
15
5
++2
(42)


-2
6
30
7
16
++1
(30)
+5
9
17
10
3
7
30
17
14
9
7
11
++1
(30)
4
1
8
52
13
++4
(20)


19
8


7
(32)
15
12
2
∑=
282
5
6
4
10
9
2


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 Uiи столбцов Vj, 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.
U1=0
V1=0+5=5
U2=10-9=1
V2=2+4=6
U3=5-8=-3
V3=1+3=4
U4=6-4=2
V4=-3+13=10
U5=1+8=9
V5=10-12=-2
U6=4-1=3
V6=0+2=2
U7=2-1=1
V7=9-7=2
U8=9-7=2


Далее производим проверку условия для свободных клеток по формуле:    продолжение

/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
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.


J
1
2
3
4
5
6
7
∑=
i


40
55
45
30
35
35
42
282
1
20
+5
(15)
9
6
12
7
+2
(5)
13


2
25
12
13
+3
(22)
9


8
(3)
10
11


3
40
8
(25)
9
10
13
(15)
19
7
9


4
35
9
++4
(35)
7
8
+6
12
10


5
50
10
11
9
12
(8)
15
5
++2
(42)




6
30
7    продолжение



(42)


++4
(52)


19
8
7
15
12
1
V∑=
282
5
5
4
8
7
2
-1


Проверяем условия оптимальности плана.
Подбор потенциалов начинаем с первой строки. Принимаем U1=0.
U1=0
V1=0+5=5
U2=4-3=1
V2=1+4=5
U3=5-8=-3
V3=3+1=4
U4=7-6=1
V4=1+7=8
U5=2-5=-3
V5=0+7=7
U6=8-5=3
V6=0+2=2
U7=2-1=1
V7=-3+2=-1
U8=5-4=1


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
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.
Сырцова Е.Д. Математические методы в планировании и управлении строительнвм производством. –М.: Высш. Школа. 1972.-355с.
Терехов Л.Л. Экономико-математические методы. М-: Статистика, 1972.- 359с.
Организация, планирование и управление строительным производством: Учебник / под ред. И.Г. Галкина – М.: Высш. Школа, 1985. — 463с.
Организация, экономика и управление строительством: Учеб. Пособие /под ред. Т. Н. Цая – М.: Стройиздат, 1984.-367с.