ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLISKIEJ Seria i AUTOMATYKA a »95
1988 Nr k o l . 971
Zdzisław H ajdu cki, J u l i u s z Mrozowicz
Instytut Budownictwa P o lite c h n ik i W rocławskiej
ZAGADNIENIE SYNCHRONIZACJI KOMPLEKSCW ROBbT BUDOWLANYCH
S tr e s z c z e n ie . W arty k u le przedstaw iono algorytm sy n ch ro n izacji kompleksów robot budowlanych z wykorzystaniem potokowych metod orga
n i z a c ji . Zagadnienie to pojaw ia s i ę dość c z ę sto w praktyce budowla
n e j, podczas r e a l i z a c j i robót montażowych, w których b ie rz e u d z ia ł czynnik lim itu ją c y p ro ces wznoszenia obiektów , np. żuraw wieżowy.
Przedstawiony algorytm zapewnia syn ch ron izację kompleksów robót bu
dowlanych, przy ic h wzajemnej o rg a n iz ac y jn e j z a le ż n o śc i.
1. Wstęp
R eferat ten stanow i kontynuację tem atyki przedstaw ionej na V Krajowej Konferencji A utom atyzacji Dyskretnych Procesów Przemysłowych. Przedstaw io
no wyniki k o lejn ego etapu prac nad zagadnieniam i harmonograaowania r e a l i zacji kompleksu robót budowlanych. Powstał on przy w spółpracy z K atedrą Organizacji, Planowania i Z arządzania Budownictwem Leningradzkiego In sty tutu Inżynieryjno-Budowlanego v; d z ie d z in ie zastosow ania potokowych actod organizacji do planow ania r e a l i z a c j i obiektów budowlanych [ 1 ] , Podstawowe pojęcia i d e f in ic je przedstaw ione z o s ta ły w pracach [ 2 , 3 ] oraz w artyku
le opublikowanym w m ateriałach konferencyjnych IVKK ABPP [ 4 ] ,
V p rocesie planowania r e a l i z a c j i kompleksu obiektów budowlanych p o ja
wiają s ię problemy harm onizacji robót z uwzględnieniem szeregu ograniczeń technologicznych i organ izacyjn y ch . Powszechnym ograniczeniem j e s t na przy
kład kinieczność uw zględnienia c i ą g ł o ś c i pracy maszyny w iodącej /n p . żurawia wieżowego/, mającym wpływ na potokowy c h arak te r procesów budowlanych. Mode
lując potok o stru k tu rz e rów n oległej możemy wyróżnić n a stęp u jące przypadki:
* zagadnienie modelowania potoku z zachowaniem c i ą g ł o ś c i procesów wiodących,
■ zagadnienie sy n c h ro n iz a c ji przy wzajemnej o r g a n iz a c ji z a le ż n o śc i potoków.
Pierwszy z wymienionych problemów opracowany z o s t a ł w pracy [ 3 ] » Nato
miast drugi stanow i t r e ś ó n in ie js z e g o arty k u łu .
Zagadnienie to p o jaw iło s i ę podczas planowania r e a l i z a c j i kompleksu o*.- iiektów budownictwa przemysłowego. Trzy zesp oły obiektów realizow ane b y ły
z udziałem dwóch żurawi wieżowych, poru szających s i ę po jednym torow isku.
Dwa obiekty powinny być realizow ane rów nolegle, przy czym zakończenie d ru giego powinno n a s t ą p ić w ś c i ś l e określonym momencie, uzależnionym od wyko
nania robót montażowych na pierwszym o b ie k cie / r y s . 2 / . Wynikało to z ko-
so Z. H ejdu cki, J . Mrozowicz
n ie c z n o śc i p rzejazd u żuraw ia wieżowego z drugiego ob iektu do tr z e c ie g o ze
sp o łu obiektów. Problem ten p o jaw ił s i ę n a skutek ogran iczon ej w ie lk o śc i m ie jsc a r e a l i z a c j i rob ót /z a k ła d w ruchu / t j . m ożliw ości usytuowania je d nego to row isk a, o raz d o stęp n o ści środków /p rz e d się b io rstw o dysponuje dwoma żurawiami wieżowymi/»
OBIEKTY S K A L A C ZASU
I
X\ j \
II *
\ \ \ \ \ \
III
IV
\ \\ \ \ \
V
\ V \ \ , \ \
VI
\ \ \ \ \
VII
\ | \2 \\m
VIII
nj \ \K \
R ys. 1 . Potok o stru k tu rz e rów n oległej z zachowaniem c i ą g ł o ś c i procesów wiodących /ozn aczen ia w t e k ś c i e /
n g . i . P a r a ll e l •= stru k tu rę flow w ith th e p r in c ip a l p r o c e s se s co n tin u ity /d en o tatio n in th e t e x t /
R ys. 2 . Potok o stru k tu rz e rów n oległej z uwzględnieniem wzajemnej organiza
c y jn e j z a le ż n o śc i grup robót
F i g . 2 . P a r a l l e l — s tr u c tu r e flo w wtth o r g a n i^ a tio n a l 'dnterdapendence o f o o n stru c tio n work groups
Zagadnienia sy n c h ro n iz a c ji kompleksów robót . S1
2. Ogólne sformułowanie problemu
Zagadnienie sy n c h ro n iz a c ji potoków przy Ich o rg a n iz ac y jn e j za le ż n o śc i polega na o k re śle n iu ta k ie g o p rz y d z ia łu brygad roboczych wraz z ich te ch nicznym wyposażeniem, aby zminimalizować łączn y c z a s wykonania kompleksu
przy spełnieniu ogran iczeń : >
/ ! / każdy proces może być realizow any przez sp ecjalizo w an ą brygadę, fil/ na fro n cie roboczym n ie może być wykonywany jedn ocześnie w ięcej n i l
jeden p ro c e s,
/TSj muszą być spełn ion e o g ra n icze n ia zasobowe.
Szczegółowo, n a le ży zn aleźć w arto śc i zmiennych;
t z, t j , j - Nk o raz uk , j 6 Nk / 1 /
które m inim alizują fu n k cję c e lu t a r n i n , gdzie:
t - czas zakończenie w szystkich ro b ó t, - czas ro zp o częcia j - t e j ro b o ty , j t M, - czas zakończenia j - t e j ro b o ty , J e H , - czas wykonania j - t e j ro b o ty} C j> 0 ,
Uj - ilo ś ć zasobów / l i c z b a brygad roboczych/ p rzy d zielo n a do wykonania roboty j , -
Irtnleją o g ra n ic z e n ia : i " * 3 > Z ° j
^ *e
t0 - czas rozp o częcia robót / t 0- 0 / t 2> Ą , 16 H
V V t j . 36 H
CV “ ^ l u $ } » j £ Kjj
^ - funkcja i l o ś c i środków
° S < uj o ■ J d “ N* ’ k £ ° i
Chcąc wykonać określony p r o c e s ,n a le ż y p o sia d a ć brygad^ s k ła d a ją c ą ot,k pracowników, n ie w ięcej Jednak n iż p k .
Ponadto n ale ży tak dobrać i l o ś ć środków r e a l i z a c j i w modelowmape równoległym potoku Pk+^, aby kompleks robót wykonać w zadanym term inie Tk -1 < Tk
¡2/
I I I A /
/ 5 / 161 m
/ a / s i ę z
82 Z. H ajdu cki, J . Mrozowicz
g d z ie t
- term in wykonania kompleksu rob ót w równoległym potoku k+1, Tk - t e r a ł a wykonenia grupy rob ót potoku k .
. Schemat rozw iązan ia zagad n ien ia
J e s t t o problem dotyczący sterow ania procesem r e a l i z a c j i obiektów bu
dowlanych. R acjonalne sterow anie p o le g a na o k re śle n iu terminów rozpoczęci*
t j - o raz zakończenia t^ ro b ó t. W ielk o ścią s t e r u ją c ą j e s t w ektor, którego okładowe o k r e ś la ją c z a sy trw an ia rob ót Ojw, k o le jn o śó ich wykonania, przy
d z ia ł brygad roboczych u^. -R acjonalne sterow anie w omawiany» przypadku bę
d zie B ia ło c h arak te r zam knięty, bowiem dotyczyć b ęd zie modelowania komplet- su rob ót przed momentem ic h ro z p o c z ę c ia . P o le g ało b ę d zie ono na doborze środków r e a l i z a c j i /brygad z ic h wyposażeniem/ i z a d a ł a b y zrealizo w ać ko»- p le k s obiektów potoku- P ^ w u za le żn ie n iu od term inu r e a l i z a c j i częściowej«
potoku z kompleksu - -- - '
Procedura sterow ania procesem r e a l i z a c j i może mieć n a stę p u ją c y przebieg /w ogólnym z a r y s i e / .
Krok 1 ..
jf j. A
Sprawdzenie, czy c z a s wykonania kompleksu t z odpowiada planowanemu t^ , d la zadanych o gran iczeń . J e ż e l i t'z+ "' ^ t z , to p r z e jś ć do kroku4.
Krok 2 . .
U s t a lić wektor sterow ania uw zględn iający nowe warunki r e a l i z a c j i robót / czasy trw ania p o zo stały ch r o b ó t /, dodatkowe niezbędne ś r o d k i r e a l i z a c j i .
Krok
3
. . . _R e a liz a c ja algorytmów optym alizacyjnych modelowania minimalno-czasowe- go potoków i sprawdzenie warunku ic h z a le ż n o ś c i r ó w io le g łe j, t j . czy t
< * z j * Krok U
Opracować c h a rak te ry sty k i czasowe modelowanego potoku.
Krok 5
Zakończyć p ro c es sterow an ia.
J e s t to problem o p ty m a liz a c ji d y sk re tn e j, p o le g a ją c y na utworzeniu zb ioru sterowań dopuszczalnych. W ynikają one z w ie lk o śc i zb ioru zasobów "u.
Tworzony j e s t więc z b ió r modeli realizow anych kompleksu, p oprzez zmianę
elementów wektora stero w an ia. 'c.
jeAK i Afl l > i j [* ] * * f r i j l t ) . u f j t t l . « S j l t ) ] ] /9 /
Zagadnienie sy n c h ro n iz a c ji koapleksów . . . BJ
gdzieś
X ^ (t) - stan j - t e j rob oty na i- t y c o b ie k c ie w raozKSioie t ,
( t ) - i l o ś ć środków r e a l i z a c j i przyd zielo n a do wykonania roboty j na' o b ie k c ie i .
Rozwiązanie przedstaw ionego zagad n ien ia j e s t dość złożone z uwagi na to, że n ależy każdorazowo dokonać h arm onizacji potoku, tz n . uwzględnić występujące o g ran iczen ia tech n ologiczn e i o rg a n izac y jn e , zachowując przy tym jego stru k tu rę .
Algorytm h arm o n izacji potoku.
Krok 1
Dokonać h arm o nizacji potoku Pk’ u ś t a l a ją c ra c jo n a ln ą k o le jn o ść r e a l i zacji obiektów i metodę o r g a n iz a c ji ro b ó t.
Krok 2
Wyznaczyć term iny t^ ro zp o częcia robót pierw szego częściowego potoku
V
Krok 3
V' ' .
Dokonać h arm o n izacji potoku P ^ , u s t a l a ją c ra c jo n aln ą k o le jn o ść r e a l i zacji obiektów oraz metodę o r g a n iz a c ji ro b ó t.
Krok k
Sprawdzić, czy * L i ^ t£ , j e ż e l i n ie , to p r z e jś ć do kroku 5 , J e ż e l i tak, to p r z e jś ć do kroku 7 .
Krok 5 ,
Dokonać k orek ty elementów m acierzy w ejściow ej zw iększając il o ś ć środ
ków r e a l i z a c j i /brygad rob oczych /, s k r a c a ją c czasy wykonania p oszczegó l
nych robót na o b ie k tach . Krok 6
Sprawdzić warunek, wg z a le ż n o śc i analizow anej w kroku k.
Krok 7
Wyznaczyć c h a rak te ry sty k i czasowe złożonych potoków.
Harmonizowanie równoległych potoków, z uwzględnieniem p r z y ję ty « * ogra
niczeń, wymaga szeregu i t e r a c j i pozw alających zn aleźć poszukiwane rozw ią
zanie. Dobór środków odbywa s i ę w sposób dyskretn y, bowiem fu n k cja ro zd zia
łu je s t n ie c ią g ła , skokowa.
V praktyce pozwala to na całkow ite zbadanie zb ioru sterow ań. V z asa dzie o e fe k c ie decyduje i l o ś ć środków zgromadzonych na drodze k ry ty c z n e j, tzn. znaleźć min t z, przy o g ran icze n iach :
B2 Z. H ajdu cki, J . Mrozowiez
g d z ie :
Tj£+1 — t e r * I z wykonania kompleksu ro b ó t w równoległym potoku k+1, Tk - term in wykonanie grupy rob ót potoku k .
3 . Schemat ro zw iązan ia zagad n ien ia
. . t . .. . . -
J e s t to problem dotyczący »terow ania procesem r e a l i z a c j i obiektów bu
dowlanych. R acjonalne sterow anie p o leg a na o k re śle n iu terminów rozpoczęcia t j o raz zakończenia ro b ó t. W ielko ścią s t e r u ją c ą j e s t w ektor, którego
»kładowe o k r e ś la ją cz asy trw an ia rob ót C jw, k o le jn o ść ic h wykonania, przy
d z ia ł brygad roboczych u^. - R acjonalne sterow anie w omawianym przypadku bę
d zie miało ch arak te r zamknięty, bowiem dotyozyó b ę d zie modelowania komplek
su rob ót przed momentem ic h ro z p o c z ę c ia . P o le g a ło b ę d zie ono na doborze środków r e a l i z a c j i /brygad z ic h wyposażeniem/ i zadań, aby zrealizow ać ko»- p le k s obiektów potoku Pk+1 w u z a le ż n ie n iu od term inu r e a l i z a c j i częściow ej potoku z kompleksu Pk . - -
Procedura sterow ania procesem r e a l i z a c j i może mieć n a stę p u ją c y p rz e b ij /w ogólnym z a r y s i e / .
Krok 1 ..
Sprawdzenie, czy c z a s wykonania kompleksu t _ odpowiada planowanemu
k k+1 k
t^ , d la zadanych o gran iczeń . J e ż e l i t 2 ^ t r , to p r z e jś ć do krokut Krok 2
U s t a lić wektor sterow ania uw zględn iający nowe warunki r e a l i z a c j i robót / ozasy trw ania p o zo stały ch r o b ó t /, dodatkowe niezbędne ś ro d k i r e a l i z a c j i . Krok 3
R e a liz a c ja algorytmów optym alizacyjnych modelowania minimalno-czasowe- go potoków i sprawdzenie warunku ic h z a le ż n o ś c i r ó m o l e g ł e j, t j . czy t_k+1
< £ j - Krok 4
Opracować c h a ra k te ry sty k i czasowe modelowanego potoku.
Krok 5
Zakończyć p ro c e s sterow an ia.
J e s t to problem o p ty m a liz a c ji d y sk re tn e j, p o le g a ją c y na utworzeniu z b io ru sterowań dopuszczalnych. V yn ikają one z w ie lk o śc i zb ioru zasobów'u.
Tworzony j e s t więc z b ió r m odeli realizow anych kompleksu, poprzez zmianę
elementów wektora sterow an ia. _
je M lfc H [ Xl j ^ * f [ ui j ( t ) , U ^ j ( t ) O j j l t } ] ] /9 /
ii.
Zagadnienie sy n c h ro n iz a c ji kompleksów
gdzie:
X ^ lt) - stan j - t e j roboty na i- ty n o b ie k cie w aoacn aie t ,
U ^it) - i l o ś ć środków r e a l i z a c j i p rzy d zielo n a do wykonania roboty j na' o b ie k c ie i .
Rozwiązanie przedstaw ionego zagad n ien ia j e s t dość złożone z uwagi na to, że n ale ży każdorazowo dokonać harm onizacji potoku, tz n . uwzględnić występujące o g ran iczen ia tech n ologiczn e i o rg an iz ac y jn e , zachowując przy ty« jego stru k tu rę .
Algorytm h arm o n izacji potoku.
Krok 1
Dokonać h arm o n izacji potoku Pk> u s t a l a j ą c ra c jo n a ln ą k o le jn o ść r e a l i zacji obiektów 1 metodę o r g a n iz a c ji ro b ó t.
Krok 2
Wyznaczyć term iny t j ro zp o częcia robót pierw szego częściow ego potoku
V
Krok 3
Bokonaó h arm o n izacji potoku Pję+1» u e ta la ją o ra c jo n a ln ą k o le jn o ść r e a l i zacji obiektów oraz metodę o r g a n iz a c ji ro b ó t.
Krok 4
Sprawdzić, czy * Ł i ^ t£ , j e ż e l i n ie , to p r z e jś ć do kroku 5 , J e ż e l i tak, to p r z e jś ć do kroku 7 .
Krok 5 ,
Dokonać korekty elementów m acierzy w ejściow ej zw iększając il o ś ć środ
ków r e a l i z a c ji /brygad rob oczy ch /, s k r a c a ją c czasy wykonania p oszczegó l
nych robót na o b iek tach . Krok 6
Sprawdzić warunek, wg z a le ż n o śc i analizow anej w kroku 4 . Krok 7
Wyznaczyć c h a rak te ry sty k i czasowe złożonych potoków.
Harmonizowanie równoległych potoków, z uwzględnieniem p rzy ję ty ch ogra
niczeń, wymaga szeregu i t e r a c j i pozw alających zn ale źć poszukiwane rozw ią
zanie. Dobór środków odbywa s i ę w sposób dyskretn y, bowiem fu n k cja ro z d z ia łu je s t n ie c ią g ła , skokowa.
.V praktyce pozwala to na całkow ite zbadanie zb ioru sterow ań. V z asa dzie o e fe k cie decyduje i l o ś ć środków zgromadzonych na drodze k r y ty c m e jj tzn. znaleźć min t 2, przy o g ran icze n iach :
Z. Hajducki, J. firozowiez
Z . r 5 d ) r ć ( * , ) < t 2 ' /*> /
E c ^ '* M
- t g > 0 /12/
g d z ie :
Y^j - zmienna binarna
• 1 — gdy iu k a o b ciążen iu C^.; j ^ l i S » . . . . , ® ,
O - w tErsseisiKnys przypadku. /1j/
4ji PodgózBOwanie
W arty k u le przedstaw iono algorytm sy n c h ro n iz a c ji potoków przy ich wzajemnej o rg a n iz ac y jn e j z a le ż n o śc i. Zagadnienie to pojaw ia s i ę dość czę
s t o w prakty ce budow lanej, podczas r e a l i z a c j i rob ót montażowych, w któ
rych b ie rz e u d z ia ł lim itu ją c y czynnik, np. żuraw wieżowy.
W praktyce budowlanej sterow anie procesem r e a l i z a c j i kompleksu ohitk.
tów odbywa s i ę n a jc z ę ś c i e j in t u ic y jn ie . Planowanie racjo n aln eg o przebiegu robót d la-w ie lk ie g o zesp o łu obiektów metodami heurystycznym i, z uwagi na ogromną lic z b ę danych potrzebnych in fo rm a c ji, j e s t n ie sk u te cz n e . Z reguły przyjmowane j e s t do r e a l i z a c j i jak iek o lw iek re a ln e ro z w ią z a n ie , n ie zaw
sze wobec te g o optymalne. Przedstaw iony sposób harmonogramowania komplet su rob ót budowlanych zapewnia ra c jo n a ln e planowanie p rzeb ie g u rob ót przy p rz y ję ty c h ogran icze n iach . -
Problem ten p o jaw ił s i ę podczas opracowywania p ro je k tu o r g a n iz a c ji budo*)' kompleksu obiektów przemysłowych- Nad odrzańskich Zakładów Przemysłu Tłuo*
czowego w B rzegu. Do je g o rozw iązania opracowano program na komputer IBM - PC/XT, w języku TURBO PASCAL. U sta le n ie r a c jo n a ln e j k o le jn o ś c i r e a liz a
c j i obiektów z wykorzystaniem metody p o d z iału i o gran iczeń [ 5 ]-oraz meto
dy o r g a n iz a c ji rob ót odbywa s i ę z zastosowaniem nrozra^ów optym alizacyj
nych OPTY, zapew niających harm onizację rob ót w każdym potoku.
LITERATURA
[13 A fanasev V. A. H ejducki Z ., Mrozowicz J . , Metoda potokowej organizacji rob ót z krytycznymi robotam i wyznaczonymi p rzy uw zględnieniu sprzężei diagonalnych i odwrotnych d iagon aln ych, XXVI KN KlLiW PAN i KN PZiTB Wrocław, Krynica 1980.
[Ź1 Mrozowicz J . Potokowe metody o r g a n iz a c ji procesów budowlanych, Mono
g r a f i a 1 4 .- WEVf Wrocław 1982,
[3} Hejducki Z. Próba a stosow ania potokowych metod o r g a n iz a c ji do planów n ia r e a l i z a c j i w ie lk ich kompleksów budowlanych, rozprawa doktorska,
Zagadnienie sy n c h ro n iz a c ji kompleksów . . .
Raporty In sty tu tu Budownictwa W j;» s e r ia PHE 5/86 , Wrocław 1986, [43 Hejducki Z. Mrozowicz J . U sta le n ie k o le jn o śc i w zb io rze potoków
obejmujących kompleks obiektów budowlanych* Z eszyty Naukowe P o lite c h n i
ki Ś l ą s k i e j, s e r ia Automatyka z . 8 5 , G liw ice 1985, s . 85-93,
[53 Grabowski J . , Uogólnione zagadn ien ie o p ty m a liz a c ji k o le jn o śc i opera
c j i w dyskretnych system ach produkcyjnych. M onografia n r 9 , WFWr.
Wrocław 1979. f
R ecenzent» P r o f.d r inż.H.Kowalowaki Wpłynęło do R e d a k c ji do 1988-04—30.
BOHPOCii CHHXP0HH3AIJ22 KdflDEEKCA CTPOHTElILffiil PABOT
P 8 3 B u e
B p atfoye H8X0E6H a n ro p K T a QKHipoHHaamm o t p o h t o s b h h i p atfo * c upeh sh® - Eiea h o to to h x MeroflOB opraH H Sam m . B o n p o c s t o t n u ee T k o o t o e e o t p o h w s b b o s npoK3BO2;cTB0 , ooodeHHo K o rn a aoHBJLHOTaa TOKEaaorHneoKoe orpaasraeH H e, a a HDZE9P CipOOTejEbHHS KpaH .
SYNCHRONIZATION OP CONSTRUCTION WORK S a a m a r y
The algorith m o f c o n stru c tio n work sy n c h ro n isa tio n by means o f the flow -organization method i s p re se n te d .
The problem i s e s p e c ia l ly im portant d u rin g assem bly o f b u ild in g s tr u c tu res, while a crane i s the lim e - l im it a t in g f a c t o r . The algorith m a llo w s to re a liz e the sy n ch ro n iza tio n above in such a way th a t a l l groups o f construction work keep t h e ir o r g a n iz a tio n a l in terp en d on ce.
