Проектирование комплектов машин при системной организации строительного производства

Аннотация

В.В. Костюченко

Производится поиск новых организационно-технологических решений, обеспечивающих достижение цели выполнения минимально возможным набором механизированных операций.
Ключевые слова: комплекты машин, строительство, системный подход, операции строительных процессов, эффективное использование техники.

05.23.08 - Технология и организация строительства

Основная сущность нового подхода к проектированию комплектов машин  в том,  что вместо традиционного поиска способов механизации максимального числа операций  сложившегося производственного процесса без учета организационных связей предусматривается поиск новых организационно-технологических решений, обеспечивающих достижение цели выполнением минимально возможным набором механизированных операций.
В строительном производстве можно  выделить  главные, основные подготовительные и заключительные, обеспечивающие  и вспомогательные процессы. Главный технологический процесс (операция) осуществляет решающее преобразование предмета труда и его  замена вызывает необходимость внесения определенных изменений в набор остальных производственных процессов.
Основные производственные  процессы (операции) подготовительные и заключительные, обусловлены технологией, заложенной в главном процессе и необходимы для его реализации.
Обеспечивающие и  вспомогательные   процессы   (операции) способствуют осуществлению основных процессов, делают их более эффективными и приемлемыми  для  осуществления  главного  процесса.
Правила выделения  основных  и  вспомогательных  операций сводится к выполнению следующих процедур:

• определяется главная операция (процесс) и набор операций, выполнение которых считается необходимым для ее осуществления;
• изображается схема взаимодействия намеченных  операций  с главной операцией;
• проводится анализ схемы: если обнаруживается, что главная операция может быть выполнена без какой-либо операции,  входящей в первоначально намеченный набор,  значит она не  является основной и ее относят к вспомогательной. Если выполнение главной операции не обеспечивается первоначально намеченным  набором, то следовательно не все основные операции включены;
• аналогичным образом анализируется взаимосвязь основных  и вспомогательных операций.

Следует иметь в виду, что среди обеспечивающих и вспомогательных операций в результате нарушений организации производства и отступления от  обязательной  технологии  возникают лишние, в нормальных условиях ненужные операции, которые и являются главным источником излишних затрат времени и труда и особенно непроизводительного ручного труда. Поэтому следует стремиться к всемерному сокращению вспомогательных и обеспечивающих операций. Проектировать систему машин необходимо исходя из условия выполнения всех,  и основных и вспомогательных операций, механизированным способом при строгой сбалансированности и сопряженности по производительности машин на  смежных операциях. Рост экономической эффективности строительного производства может быть обеспечен при условии выполнения всех операций высокопроизводительным способом. Внедрение на отдельных операциях  высокопроизводительных машин без должного обеспечения их сопряженности по производительности со смежными операциями и технологическими системами приведет к нерациональному использованию  прогрессивной  и  следовательно дорогостоящей техники,  вследствие перехода работы этой техники на режим оборудования, лимитирующего выпуск конечной продукции.
Обычно при внедрении новых прогрессивных технических средств в расчет принимается их производительность без учета взаимодействия с другой техникой, участвующей в обеспечении технологических процессов. Составленные  на этой основе "сбалансированные" планы работ в реальных условиях производства оказываются несостоятельными. В них нарушается один из основных принципов производительного процесса - непрерывность.  Это вызывает появление  простоев отдельных бригад и звеньев и сбои во всей сложной системе строительного производства.
Для ритмичного  выполнения всей системы операций технологического процесса и обеспечения высокой эффективности  труда необходимо запроектировать такой комплект машин,  в работе которого обеспечивается  правильное  соотношение  производительности на различных  операциях.  Наиболее эффективными следует считать такой комплект техники, который  обеспечивает  максимальное снижение суммарных затрат машинного времени при выполнении всех операций. Количественное соотношение производительности входящих  в  комплект машин,  обеспечивающих комплексную механизацию работ можно установить исходя из  следующих  предпосылок:

• все операции: главная, основные, вспомогательные и транспортные, выполняются машинами;
• машины представляют собой  систему  взаимоувязанных  по основным параметрам  и расположению в пространстве технических средств;
• производственные операции выполняются непрерывно и равномерно;
• главная  технологическая  операция выполняется основной машиной комплекта,  определяющей параметры остальных  машин  и организацию их работы;
• критерии эффективности работы комплекта машин  являются темпы снижения  суммы  затрат машинного времени за единицу конечной продукции;
• лимитирующей операцией считается та,  на которой производительность машины минимальная.

В связи с тем, что процессы и операции при возведении объектов реализуются в определенной последовательности и ограничены по объему для обеспечения непрерывности работы с максимальным использованием техники  необходима сбалансированность машин по производительности.  В этом случае достигается поточность и равномерность  выполнения  технологических  процессов, что создает предпосылки для максимального использования техники и труда рабочих и является важным фактором повышения эффективности  строительного  производства.  Влияние сбалансированности производительности на суммарные затраты машино-смен двух последовательно выполненных смежных операций рассмотрим, исходя из следующих условий.  Если конечный  объем  в  натуральных единицах  (W₀),  выполнение  которых связано с осуществлением двух смежных операций производительность машин в единицах  конечной продукции на первой операции П₁, на второй П₂ и П₁ > П₂ то суммарные затраты машино-смен М на выполнение  обеих  операций составляют:

(1)

где n - отношение производительности машин на смежных операциях (индекс производительности).

(2)

Наиболее интенсивное снижение суммарных  затрат машинного времени наблюдается при росте производительности в пределах от 1 до 8 единиц.  Наиболее  рациональное соотношение производительности (n) на смежных операциях равно единице, так как в этом случае интенсивность снижения суммарных затрат машинного времени максимальная, а по абсолютной величине она значительно меньше, чем при n =  5, тем  более при n = 10.
Рассмотрим задачу в общем виде, когда количество операций (процессов) равно m.
Строительные работы выполняются комплектом  взаимоувязанных машин,  ориентированных  на конечный результат.  Суммарные затраты машино-смен можно определить из условия:

	(3)

Отношение максимальной производительности П_max  к любой другой П_i назовем индексом производительности, применяемой в комплекте техники n . Тогда

(4)

и формула (3) примет вид

(5)

Анализ полученного выражения показывает, что М_c = min при П₁ = П₂ = П₃ = … П_i = ... = П_m = П_max .
Из этого  следует, что для снижения величины Мc, индекс производительности n должен стремиться к 1. Кроме того, М_c зависит от  количества операций m,  M_min при m = 1 и увеличивается пропорционально m и росту n,  что отражается на  скорости выполнения комплексного процесса и,  следовательно, достижении конечной цели.  Чем выше отклонения производительности  машин, составляющих комплект и чем больше количество машин необходимо для обеспечения  полной  механизации  процесса,  тем   быстрее растут затраты машино-смен,  снижается надежность их работы и, как правило,  повышается стоимость единицы конечной продукции. Отсюда следует  вывод,  что при проектировании комплекта машин для сложных производственных процессов отношение их производительности на отдельных  операциях не должно превышать определенных пределов, установленных в зависимости от выработки, лимитирующей выпуск продукции менее производительной машины и уровня производительности всего комплекта машин. Количественно этот предел  определяется при низком уровне производительности всех включенных в систему машин величиной n = 1:10, а при более высоком 1:5 и имеют тенденцию к снижению.
Стандарты на  разработку и производство строительной техники должны предусматривать  строго  определенную взаимосвязь вновь создаваемой  машины в комплекте и предельную ее производительность с учетом уже  сложившейся  системы  машин.  Нельзя считать правомерным,  сложившуюся практику,  когда создаваемые высокопроизводительные машины выполняют только часть  операций производственного процесса, в то же время как остальные операции выполняются машинами  с  низкой  производительностью,  что ведет к простоям  дорогостоящей  техники,  нарушению  принципа непрерывности и сбалансированности производственного процесса. При этом не обеспечиваются заданные темпы роста производительности  труда,  и происходит удорожание строительства по статье "расходы на механизацию".  Таким образом,  повышение эффективности  строительного производства за счет механизации возможно путем создания предпосылок для постепенного перехода к формированию комплектов машин, обеспечивающих выполнение всех операций комплексного процесса в заданном оптимальном режиме.
Методика проектирования комплектов машин,  ориентированных, на комплексную  механизацию работ, выполнение  которых обеспечивает получение конечной строительной  продукции или технологически законченного этапа, должна учитывать конкретность производственной ситуации и предусматривать следующий порядок действия:

• намечают главный производственный процесс строящегося объекта и  возможные варианты комплексно механизированного его выполнения, исходя из условия малоперативности, обуславливаемой способом выполнения технологических операций;
• устанавливают взаимосвязь главного процесса с остальными технологическими процессами в их совокупности, обеспечивающей достижение конечной цели строительного производства – ввод в эксплуатацию;
• определяют взаимосвязь во времени и  пространстве всех процессов и операций;
• намечают технически возможные варианты комплексной механизации с применением различных типов машин;
• определяют производительность машин и подбирают средства механизации так, чтобы их производительность находилась в рациональных пределах, зависящих от уровня производительности, лимитирующей выпуск конечной строительной продукции;
• рассчитывают требуемое количество комплектов, исходя из объема и сроков выполнения работ;
• на основании сопоставления технико-экономических показателей принятых вариантов выбирают комплект машин, обеспечивающей повышение эффективности строительного производства.

В связи с тем, что в предстоящем обозримом периоде ручной труд еще полностью не будет вытеснен,  повышение эффективности строительного производства необходимо обеспечивать путем  всемерного сокращения как механизированного, так и ручного труда. Вытесняя ручной труд механизированным, необходимо предусматривать  постоянное повышение производительности применяемой техники, так как увеличение ее количества означает создание новых рабочих мест, что в условиях дефицита рабочих кадров нежелательно. Однако более производительные технические средства, как правило, дороже и их нерациональное использование оборачивается убытками. Следовательно технические средства необходимо создавать такие, чтобы они в условиях действующей технологической системы машин могли быть максимально использованы, их конструктивные особенности отвечали последним достижениям науки и передовой практики, а стоимость не превышала допустимых пределов,  обеспечивающих  возможность  рентабельной работы в условиях полного хозрасчета и самоокупаемости.
В условия дефицита рабочих кадров представляется возможным в качестве критерия эффективности применения технических средств использовать  показатель интенсивности сокращения суммарных затрат труда (Т₀) можно получить в результате следующих простых расчетов:

	(6)
	(7)

Анализ полученного выражения показывает, что снижение суммарных затрат труда зависит от величины отношения производительности труда на главных и вспомогательных операциях (n). В настоящее время средняя величина этого отношения составит на земляных работах n = 80, на штукатурных – n = 2.8, на малярных – n = 5,3.  Следовательно, при повышении удельного веса работ на главных операциях снижение суммарных затрат труда на различных видах работ будет неодинаковым.
Прежде всего, наличие значительного количества вспомогательных процессов является лимитирующим в повышении эффективности строительного производства, так как при этом ограничивается применение высокопроизводительной техники.
Действительно, при удельном весе работ главной операции от 0 до 30% эффективно могут использоваться средства механизации, производительность которых превышает производительность вспомогательных на 20%. Более высокопроизводительная техника будет простаивать, нарушать сбалансированность в выполнении производственных процессов. Дальнейшее повышение удельного веса работ на главной операции,  обеспечивающее интенсивное снижение затрат труда,  возможно в пределах от 30 до 70%  при производительности машин на главной операции в 6.3 раза выше производительности на вспомогательных работах. При повышении удельного веса на главной операции до 100%, т.е. при полном   вытеснении  вспомогательных  процессов,  возможно использование высокопроизводительной техники, обеспечивающей интенсивное снижение затрат труда. Более того повышение удельного веса работ на главной операции до  100%  требует резкого увеличения производительности машин для того, чтобы обеспечить необходимую интенсивность снижения суммарных затрат  труда, с целью дальнейшего повышения эффективности строительного производства. Следовательно,  при проектировании комплектов  машин, ориентированных на  выполнение  законченных этапов работ с известной производительностью, можно определить требуемую для этого производительность сопрягаемых машин, обеспечивающих заданное снижение суммарных затрат труда и, следовательно, обеспечить повышение эффективности строительного производства.
Известное теоретическое и практическое значение при  проектировании систем машин для повышения уровня технологичности процессов имеет установление взаимосвязи удельного веса затрат механизированного труда  на главной операции от удельного веса механизированных работ на них. Проблема состоит в том, что сам по себе высокий удельный вес механизации работ на главной операции еще не свидетельствует о высокой эффективности  производства, важно  как  повышение  этого удельного веса влияет на сокращение затрат труда. Проектировать комплекты машин следует исходя из условия максимального повышения удельного веса работ на главной операции, что создает предпосылки для автоматизации строительного производства.  Показатель  же удельного веса работ, выполненных на главной операции характеризует степень охвата имеющимися в наличии комплектами техники запланированного объема работ и может использоваться для определения потребности в таких комплектах. При различной производительности выполнения совокупности  операций, зависимость между удельным весом механизированного труда и работ на главной операции будет вполне определенной и ее можно установить. Выявление рациональных границ применения  различных  средств  механизации, составляющих комплект, исходя из условия максимального повышения удельного веса механизированного труда на главной операции является актуальной задачей.
Количественное выражение взаимосвязи удельного веса труда на главной операции и вспомогательных работах можно установить из отношения  (U_тг) - затрат труда на главной операции (Т_г) к суммарным (Т₀) при выполнении объема работ (W₀), т.е.

	(8)
	(9)
то	(10)

Четко просматривается закономерность, свидетельствующая о том, что чем выше производительность применяемой машины, тем более высокий удельный вес работ на главной операции может обеспечить интенсивное повышение удельного веса труда на этой операции. Следовательно, широкому  внедрению  высокопроизводительных машин должно предшествовать  создание  предпосылок, обеспечивающих высокий удельный вес работ на главных операциях и, наоборот,  для обеспечения высокого удельного веса работ на главных операциях необходимо создавать  высокопроизводительные машины. Естественно, что не следует расходовать средства на приобретение высокопроизводительной техники,  если для ее эксплуатации не созданы технологические условия, обеспечивающие высокий удельный вес механизации работ на главных операциях (процессах), т.е. не гарантирована требуемая технологичность выполнения строительно-монтажных работ.
Возможные варианты комплексной механизации работ проектируются в виде альтернативного сетевого графика, в котором отражается последовательность выполнения работ различными средствами механизации.
Стоимость выполнения работ Сi различными вариантами набора машин, входящих в состав комплекта определяется из выражения:

(11)

Оценка затрат по всей технологической цепи позволяет  более точно сопоставлять варианты комплектов машин, так как перерасход на выполнении одних процессов, предшествующих или последующих, может быть с лихвой перекрыт на других за счет создания соответствующего "задела", исключающего необходимость полного или  частичного выполнения тех или иных операций или сокращающего сроки выполнения работ.
Для окончательной  оценки  эффективности выполнения работ по вариантам необходимо значения суммарных затрат на выполнение механизированных работ соотнести с суммарной продолжительностью выполнения всех работ, обеспечивающих достижение конечной цели.
Лучший вариант определяется с учетом затрат на выполнение механизированных работ и экономии,  полученной от сокращения срока строительства.