Организационно-методологические аспекты повышения технологичности функциональных строительных систем

УДК 007:573.6.001.13

ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Ф. И. Павлов, к.т.н., доц., М. А. Каплуновская, асп. ЗГИА

Постановка проблемы. Научно-технический прогресс неуклонно ведёт к созданию новых методов проектирования и управления, к коренному совершенствованию капитального строительства. В этих условиях наблюдается активное использование принципов теории функциональных систем в системотехнике, осуществляется переход данной теории из науки о гомогенных системах в науку о гетерогенных системах, каковыми являются системы биологических организмов. Именно такая системотехника с начала 70-х годов прошлого века развивается в отрасли строительства [1; 4].

Научно-техническая гипотеза исследований предполагает, что системотехнический подход к совершенствованию возведения объектов строительства существенно повысит эффективность технологических процессов в условиях развития инфраструктуры и внешней среды.

Задача исследования. Выявление системно-функционального подхода к изучению технологичности строительных конструкций бионического типа (архитектурно-бионических систем).

Материал исследования. Концепция ускорения развития производства определяет введение новых критериев оптимальности в обосновании строительных проектов и решений. В этих условиях нельзя проводить

технико-экономические обоснования и анализ проектируемого объекта строительства вне понимания логики причинно-следственных отношений и функциональности его развития [4].

Проектирование объекта только по структурным признакам, без понимания изменений во внутренних взаимосвязях и отношениях с внешней средой и без моделирования соответствующих зависимостей, не может адекватно прогнозировать реальную картину жизненного цикла объекта. Устойчивая эксплуатация сооружения представляет собой способность всех функциональных подсистем объекта сохранять динамическое равновесие со средой за счёт их возможной приспособленности к изменениям и адаптации, то есть за счёт комплексной технологичности объёмно-конструктивных и инженерных подсистем здания.

В поисках решений проблем и противоречий жизненного цикла объектов строительства имеет смысл обратиться к биологическим системам, которые при всей своей сложности и динамике функциональных подсистем и инфраструктуры успешно функционируют. Методы исследования и механизмы решения биологических задач представляют научный и практический интерес для развития системотехники строительства, изучающей организацию взаимодействия технологических систем и решения организационно-технологических задач [3].

Процесс формирования научных основ управления технологичностью на ранних стадиях конструкторской подготовки производства направлен на разработку методов оценки уровня технологичности возведения зданий, основанных на установлении степени соответствия технологических свойств объёмно-планировочных и конструктивных решений зданий организационно-техническим условиям технологических процессов. Особенно актуален данный вопрос при возведении строительных объектов с использованием сложных по форме конструкций бионического типа, так как в данном случае значимо соответствие бионических конструкций с принципом минимума массы [2].

Технологичность конструкций ? это совокупность свойств, которые обеспечивают изготовление, эксплуатацию и

техническое обслуживание по наиболее эффективной технологии в сравнении с однотипными конструкциями того же назначения при одинаковых условиях их изготовления, эксплуатации и показателях качества [1].

Целевая функция управления процессом разработки конструкции по заданным показателям технологичности должна обеспечить возможность экстремального управления [5]:

У (б, б) ^ ех1г

где , ? значения соответственно достигнутого на данном этапе разработки количественного показателя и базового

показателя технологичности конструкции; ? область допустимого изменения показателя.

Обеспечение технологичности заключается в таком воздействии на множество параметров конструкции

, которое приводит к достижению экстремальной цели при соблюдении сформулированных ограничений вида и .

при

где функции определяются исходя из конструктивных особенностей изделия, а также факторов, влияющих на

значения показателей технологичности.

Достижение экстремальной цели помогает решить основные задачи обеспечения технологичности конструкции: определение базовых показателей технологичности; отработку конструкции на технологичность; осуществление количественной оценки технологичности; технологический контроль конструкторской документации; совершенствование условий выполнения работ [5].

Обеспечение технологичности конструкции включает ее количественную оценку ( ). Потребность в количественной оценке технологичности элементов строительных конструкций обосновывается необходимостью выбора рационального варианта проектируемого объекта, конкурсным характером рассмотрения проектов однотипных зданий. В качестве

основных показателей количественной оценки используется трудоемкость, себестоимость, материалоемкость, в ряде случаев оцениваемая коэффициентом использования материала. Этот показатель рассчитывается с помощью базовых (исходных) данных при помощи инженерно-расчётного метода оценки технологичности.

Количественная оценка технологичности строительных конструкций является определяющей. На ранних стадиях конструкторской подготовки строительного производства в объект закладываются основные конструктивно-технологические решения, при выборе рациональных вариантов которых необходимо иметь возможность количественно учитывать технологичность строительной конструкции (рис. 1).

Рис. 1. Схема количественной оценки технологичности строительных конструкций

Качественная оценка технологичности строительных конструкций, как правило, предшествует количественной, но вполне совместима с ней на всех стадиях проектирования. Качественная оценка одного конструктивного исполнения элемента даётся на основании анализа соответствия его основным требованиям производственной и эксплуатационной технологичности.

Качественная оценка позволяет выбрать лучший вариант исполнения элемента конструкции или установить целесообразность затрат времени на определение численных значений показателей технологичности всех сравниваемых вариантов. При сравнении вариантов конструктивных исполнений здания в процессе проектирования используют инженерно-визуальный метод.

При сравнительной оценке технологичности конструкций исходным является базовый показатель технологичности (

@ь) элементов. Этот показатель характеризует условный уровень насыщенности элементов конструкции определённым свойством.

Оптимальные показатели технологичности, выявленные в результате прогнозирования, являются основой для установления базовых показателей технологичности. При наличии целевой функции и ограничений они определяются методами динамического, линейного и нелинейного программирования теории оптимального управления и другими математическими методами.

Значение базовых показателей технологичности устанавливаются на основе значений показателей перспективных решений, выявленных при прогнозировании, либо при отсутствии данных прогнозирования - на основе стандартных показателей.

Большое количество одновременно применяемых показателей технологичности конструкций усложняет выбор рационального варианта изготовления конструкции бионического типа. В связи с этим предусматривается возможность

определения комплексных показателей (" '), характеризующих группу признаков технологичности конструкции. Комплексный показатель состоит из частных показателей (У ) технологичности конструкции, отражающих одно из входящих в неё свойств.

Основным преимуществом применения комплексных показателей технологичности конструкции является однозначность оценки. Общий недостаток известных видов комплексных показателей технологичности строительных конструкций бионического типа - невозможность их оптимизации.

Взаимосвязь технологичности конструкции с другими свойствами, характеризующими качество строительного объекта, отражает единство противоречивых сторон в объекте строительства как продукте труда, обусловленных противоречиями между активными элементами производства и эксплуатации и противодействующим элементом -объектом. Эти внутренние противоречия выступают источником непрерывного развития и совершенствования конструкции, учитываются при её проектировании и разрешаются (минимизируются) реализацией конкурентного равновесия между техническими требованиями к качеству строительной продукции и технологическим требованиями к условиям производства и эксплуатации в условиях оптимальности по Парето [6].

В этом заключается принципиальный подход к оптимизации прогнозируемых показателей технологичности конструкций, основанных на комплексном учёте их свойств.

Если сравниваемые варианты элементов строительных конструкций имеют отличия по уровню определяющих технических характеристик, оценка технологичности конструкций по трудоёмкости или себестоимости оказывается недостаточной. Для таких случаев предлагается комплексный показатель технологичности, учитывающий изменение уровня основных выходных параметров изделий:

где ? суммарные затраты на всех этапах эксплуатации строительной конструкции при полностью оригинальном

исполнении всех его частей; ? суммарные затраты на всех этапах жизненного цикла рассматриваемой конструкции;

? суммарные минимально возможные затраты на всех этапах эксплуатации бионических конструкций.

Наиболее технологичный вариант как элементов, так и всей конструкции в целом будет соответствовать

что возможно при оптимальных значениях коэффициента унификации по массе . Предлагаемый метод исключает необходимость расчета базовых показателей технологичности конструкций и обеспечивает определение комплексного

показателя технологичности ^Т , соответствующего оптимальному структурному составу элементов конструкции и узлов их соединения. Указанная номенклатура конструктивных элементов обеспечивает оптимальные значения коэффициента

унификации по массе и минимальные суммарные затраты на всех этапах эксплуатации С . Вариант изделия, имеющий &т=1, является базой для сравнения всех других возможных вариантов его конструктивного исполнения [5].

Показатели технологического назначения (технического эффекта) характеризуют соответствие изделия условиям реализации его основных функций. Соотношение технологичности конструкции и её функциональности обуславливает эффективность создаваемой строительной продукции, а конструктивность исполнения определяет способность элемента выполнять основные функции. Таким образом, выбор технологически рациональных инженерных решений, принимаемых по конструкции изделия в период его разработки, оказывается существенно ограниченным. Зачастую в этих случаях присутствует многовариантность решений, результатом которой является выбор наиболее рационального по техническим, экономическим и функциональным параметрам.

Выводы. Архитектурно-бионические системы представлены в виде совокупности причинно-следственных связей функциональных подсистем объекта, целью объединения которых есть достижение результата получения эффектов, удовлетворяющих исходную потребность в рамках организационно-технологической надёжности. Предложенная оптимизационная система показателей технологичности строительных конструкций способствует повышению уровня технологичности возведения зданий с элементами бионики, увеличению степени соответствия технологических свойств объёмно-планировочных и конструктивных решений данного вида конструкций организационно-техническим параметрам строительных процессов.

Дальнейшее изучение взаимодействия показателей и критериев оценки проектных решений зданий и классификация технологических и технических показателей позволили обосновать состав значимых показателей, описывающих организационно-техническое состояние системы возведения и технологические свойства объёмно-планировочных и конструктивных решений зданий как в отдельных подсистемах строительного производства, так и в системе строительного производства в целом.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Системотехника строительства / Под ред. А. А. Гусакова. ? М.: Фонд "Новое тысячелетие", 2002. - 768 с.

2. Архитектурная бионика / Ю. С. Лебедев, В. И. Рабинович, Е. Д. Положай и др. / Под. ред. Ю. С. Лебедева - М.: Стройиздат, 1990. - 269 с.

3. Гусакова Е. А. Организационно-технологический генезис и инновационная восприимчивость строительных систем / МИА-МИСИ. Науч.-техн. сб. "Методы и модели автоматизации проектирования в строительстве". - М., 2001. - С. 27?29.

4. Информационные модели функциональных систем / Под общ. ред. акад. Рос. акад. мед. наук, проф. К. В. Судакова и акад. Междунар. акад. наук, проф. А. А. Гусакова. - М.: Фонд "Новое тысячелетие", 2004. - 304 с.

5. Технологичность конструкций изделий: Справочник / Т. К. Алферова, Ю. Д. Адмиров, П. Н. Волков и др. / Под ред. Ю. Д. Адмирова. - М.: Машиностроение, 1985. - 368 с.

6. Прялин М. А., Кульчев В. М. Оценка технологичности конструкций - К.: Техшка, 1985. - 120 с.

УДК 007:573.6.001.13

Оргашзацшно-методолоНчш аспекти пщвищення технолопчностч функщональних будiвельних систем /Ф. I. Павлов, М. О. Каплуновська //Шсник ПридншровськоТ державноТ академп будiвництва та архггектури. — Дншропетровськ: ПДАБА, 2008. - № 3. - С. 31-35. - рис. 1. - Бiблiогр.: (6 назв.).

На основi методолопчних принцитв системотехшки розглядаються варiанти застосування оптимiзацiйноl системи показниюв технолопчно! оцшки будiвельних конструкцш з урахуванням особливостей проектних ршень архтектурно-бюшчних систем. Проведено аналiз ефективност кшьюсно!, яюсно!, базово! i комплексно! оцшок виробничо! технолопчносп бюшчних конструкцш, а також !х безпосереднш вплив на ефектившсть проектних ршень, i оргашзацшно-технолопчну надшшсть будiвельного виробництва.