Разработка математического и программного обеспечения для оптимизации перспективного планирования ремонтных работ жилых зданий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат технических наук Маракушин, Михаил Васильевич

• Маракушин, Михаил Васильевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Маракушин, Михаил Васильевич

Введение

1. Исследование математического и программного обеспечения планирования ремонтных работ.

1,1 .Методы прогнозирования физического износа жилых зданий . 10 1.2.Экономико-математические модели планирования ремонтновосстановительных работ жилых зданий.

1.2.1. Балансовая модель планирования ремонтных работ

1.2.2. Модель объёмного планирования ремонтных работ.

1.2.3. Модель календарного планирования ремонтных работ.

1.3.Методы оптимизации моделей планирования ремонтных работ.

1.3.1. Жадные алгоритмы

1.3.2. Метод имитации отжига

1.4.Информационные системы управления состоянием жилищного фонда

1.5.Постановка задач диссертационного исследования

2. Разработка модели перспективного планирования ремонтно-восстановительных работ жилых зданий

2.1 .Задача перспективного планирования ремонтных работ

2.2.Прогнозирование физического износа конструктивных элементов жилых зданий

2.2.1. Прогнозирование физического износа с использованием эмпирических моделей

2.2.2. Прогнозирование физического износа с использованием нормативных сроков эксплуатации

2.2.3. Выбор метода прогноза

2.3.Построение зависимостей технико-экономических величин от времени на основе статистических данных

2.3.1. Статистические оценки технико-экономических величин

2.3.2. Построение зависимостей технико-экономических величин от времени.

2.4.Оптимальное перспективное планирование ремонтных работ

2.4.1. Формализация задачи построения плана ремонтных работ

2.4.2. Модель оптимального перспективного планирования ремонтных работ

2.4.3. Разработка метода решения задачи оптимизации перспективного плана.

Выводы

3. Разработка программного комплекса перспективного планирования ремонтных работ

3.1.Информационное обеспечение системы

3.2.Функциональная структура программного комплекса

3.3.Алгоритмы решения функциональных задач

3.3.1. Алгоритм выбора метода прогнозирования физического износа конструктивных элементов жилых зданий

3.3.2. Алгоритм прогнозирования физического износа конструктивных элементов жилых зданий.

3.3.3. Алгоритм построения функциональных зависимостей технико-экономических величин от времени на основе статистических оценок

3.3.4. Алгоритм получения допустимого плана ремонтных работ

3.3.5. Алгоритм оптимизации плана ремонтных работ

3.4.Реализация программного комплекса

Выводы

4. Планирование ремонтно-восстановительных работ жилищного фонда города

4.1 .Разработка схемы проведения экспериментального планирования

4.2.Построение допустимого плана

4.2.1. Процесс построения допустимого плана

4.2.2. Исследование эффективности алгоритма.

4.3.Оптимизация допустимого плана.

4.3.1. Процесс оптимизации допустимого плана

4.3.2. Исследование эффективности алгоритма оптимизации допустимого плана

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка математического и программного обеспечения для оптимизации перспективного планирования ремонтных работ жилых зданий»

Актуальность темы. При планировании ремонтных работ зданий жилищного фонда актуальной является задача повышения эффективности этого процесса за счёт разработки и применения математического и программного обеспечения, предназначенного для автоматизации определения оптимального расписания работ, их объёма и затрат на реализацию.

Сложность алгоритмизации процесса планирования ремонтных работ связана с неоднозначностью цели и необходимостью учёта большого количества факторов: информации о текущем состоянии зданий, динамики физического износа их конструктивных элементов, приоритетов, зависимости эффективности ремонтов и других величин от времени и т. д. Традиционный подход к перспективному планированию ремонтных работ жилищного фонда заключается в последовательном решении задач объёмного и календарного планирования при помощи программных средств общего назначения. Применение такой схемы для долгосрочного планирования имеет трудности, связанные с необходимостью увязки результатов решения этих задач. Проблема состоит в том, что в задаче объёмного планирования в качестве исходных данных используются показатели, определяющие эффективность работ. В то же время эффективность работ зависит от их расписания, то есть от результата решения задачи календарного планирования. С другой стороны, задача календарного планирования требует набор работ, оптимизация которого проводится путём решения задачи объёмного планирования. Таким образом, результаты решения каждой из задач влияют на исходные данные другой, следовательно, целесообразно сформулировать задачу перспективного планирования ремонтных работ в новой постановке, не требующей раздельного объёмного и календарного планирования и определяющей привязку работ ко времени и объектам ремонта.

Специальное программное обеспечение, применяемое в настоящее время для планирования ремонтных работ жилищного фонда, имеет развитые средства для решения тактических задач. В то же время оно не решает описанные выше проблемы, в результате чего возникают трудности долгосрочного планирования ремонтных работ. Таким образом, разработка математического и программного обеспечения перспективного планирования ремонтных работ жилищного фонда, учитывающего динамику изменения технико-экономических показателей ремонтного плана и позволяющего проводить совместное определение объёмов и сроков ремонтных работ, разработка алгоритмов решения оптимизационной задачи поиска оптимального ремонтного плана, а также программная реализация разработанных алгоритмов перспективного планирования являются актуальными проблемами.

Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления Международного института компьютерных технологий "Математический анализ сложных систем".

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка специального математического и программного обеспечения перспективного планирования ремонтных работ жилищного фонда, позволяющего повысить эффективность этого процесса за счёт применения алгоритмов, учитывающих зависимость от времени показателей ремонтного плана и позволяющих совместно определять объём и расписание работ.

В соответствии с данной целью были поставлены следующие задачи:

- анализ подходов к решению задачи перспективного планирования ремонтных работ жилых зданий;

- разработка математической модели планирования, позволяющей проводить совместное определение объёмов и сроков ремонтных работ, составление долгосрочного плана, максимизирующего экономический эффект с учётом приоритетов и ограничений;

- разработка алгоритмов решения оптимизационной задачи, возникающей в рамках перспективного планирования ремонтных работ;

- разработка специального программного обеспечения, реализующего модель перспективного планирования ремонтных работ жилищного фонда и алгоритмы решения задачи оптимизации перспективного плана ремонтных работ;

- проведение анализа эффективности алгоритмов планирования ремонтных работ.

Методы исследования. В работе использованы методы теории вероятностей, дискретной математики, математического моделирования, теории оптимизации, вычислительной математики, искусственного интеллекта, структурного и объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

- модель перспективного планирования ремонтных работ, позволяющая получить долгосрочный ремонтный план с привязкой работ ко времени и объектам ремонта, отличающаяся совместным определением объёмов и сроков работ;

- алгоритм получения допустимого плана ремонтных работ, обеспечивающий получение приближенного к оптимальному плана, отличающийся использованием экономической эффективности ремонтных работ в качестве локального критерия;

- алгоритм оптимизации допустимого плана ремонтных работ, основанный на принципах метода имитации отжига, учитывающий большую размерность и вычислительную сложность задачи перспективного планирования.

- специальное программное обеспечение перспективного планирования ремонтных работ жилищного фонда, отличающееся возможностью формирования и оптимизации ремонтного плана, включающего объёмы, сроки проведения работ и их привязку к отдельным зданиям и конструктивным элементам.

Практическая значимость заключается в повышении эффективности математического и программного обеспечения процесса перспективного планирования ремонтных работ жилищного фонда. В рамках диссертационной работы разработан программный комплекс, реализующий алгоритмы прогнозирования физического износа конструктивных элементов жилых зданий и алгоритмы перспективного планирования, обеспечивающие совместное определение сроков и объёмов ремонтных работ.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные модели используются в комплексе программных средств, который был внедрён в Департаменте жилищно-коммунального хозяйства г. Липецка ООО "ГУК Правобережная".

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе Липецкого филиала Международного института компьютерных технологий при подготовке инженеров по специальности 230101 "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети".

Апробация работы. Теоретические и практические результаты, полученные в процессе исследования, обсуждались на Международной научной конференции "Информационные технологии в современном мире" (Таганрог, 2006), III Международной конференции по проблемам управления (Москва, 2006), XII Международной открытой научной конференции "Современные проблемы информатизации" (Воронеж, 2006), интернет-конференции "Экономика, управление, информатизация регионов России" (Волгоград, 2007).

Положения работы поддержаны грантом РФФИ №07-07-96403.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 1 - в издании, рекомендованном ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателю принадлежат следующие результаты: [3] - математическое обеспечение процесса перспективного планирования и способ конструктивной группировки элементов зданий; [2] -схема применения модели, алгоритм прогнозирования физического износа и распределения ремонтных работ; [4] - алгоритм получения допустимого плана на основе критерия локальной оптимальности; [5] - модели прогнозирования физического износа конструктивных элементов и условия их применения; [6] -алгоритм оптимизации ремонтного плана; [1] - разработанные модели и алгоритмы как часть информационной системы управления жилищным фондом города; [7] - реализация алгоритмов перспективного планирования, [8] реализация алгоритмов прогнозирования физического износа в составе системы управления жилищным фондом.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 128 наименований, 4 приложений. Основная часть работы изложена на 137 страницах, содержит 41 рисунок и 20 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Маракушин, Михаил Васильевич

Основные результаты работы заключаются в следующем.

1. Предложен алгоритм прогнозирования физического износа конструктивных элементов здания, учитывающий доступный объём данных по истории физического износа.

2. Предложена процедура определения функциональной зависимости технико-экономических показателей конструктивных элементов от типа здания, конструктивного элемента и физического износа на основе статистических оценок.

3. Разработана модель перспективного планирования, позволяющая совместно решать задачи определения объёмов, сроков проведения работ и их привязку к отдельным зданиям и конструктивным элементам.

4. Разработан алгоритм получения допустимого плана ремонтных работ, учитывающий структуру разработанной модели перспективного планирования, позволяющий получить план, приближенный к оптимальному.

5. Разработан алгоритм оптимизации допустимого плана ремонтных работ, учитывающий большую размерность и вычислительную сложность задачи перспективного планирования.

6. Разработано специальное программное обеспечение, реализующее модель перспективного планирования ремонтных работ жилищного фонда и алгоритмы получения и оптимизации допустимого решения задачи перспективного планирования ремонтных работ.

7. Проведён сравнительный анализ эффективности методов планирования с использованием нескольких критериев оптимальности, определена наиболее эффективная схема применения методов.

8. Разработанные модели используются в комплексе программных средств, который был внедрён в городе Липецке в Департаменте жилищно-коммунального хозяйства, ООО ТУК Правобережная".

9. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе Липецкого филиала Международного института компьютерных технологий при подготовке инженеров по специальности 230101 "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети".

Возможности исследования методов перспективного планирования ремонтных работ не исчерпаны. Можно выделить следующие направления, по которым может вестись работа:

- разработка алгоритмов, позволяющих эффективно решать задачу планирования с учётом эффективного в финансовом и техническом смысле территориального и конструктивного объединения объектов ремонта в группы;

- оптимизация программной реализации алгоритмов получения и оптимизации допустимого плана с целью уменьшения вычислительных затрат.

Заключение

В процессе построения оптимального перспективного плана решается несколько основных задач: прогнозирование физического износа зданий и их отдельных конструктивных элементов, получение динамики изменения технических и экономических характеристик зданий в течение планового периода на основе спрогнозированного физического износа и их статистических оценок, составление плана ремонтно-восстановительных работ при помощи алгоритма получения допустимого плана, оптимизация плана с использованием нескольких критериев оптимальности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Маракушин, Михаил Васильевич, 2007 год

1. Авиром J1. С. Надежность конструкций сборных зданий и сооружений. -JL: Стройиздат, 1971.-215 с.

2. Айвазян С.А., Бежаева З.И., Староверов О.В. Классификация многомерных наблюдений М.: Статистика, 1974. - 240 с.

3. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Исследование зависимостей. М.: Финансы и статистика, 1985. - 487 с.

4. Алексеев О. Г. Комплексное применение методов дискретной оптимизации. М.: Наука, 1987. - 248 с.

5. Аммерааль JI. STL для программистов на С++. М.: ДМК, 1999 - 240 с.

6. Андерсон Т. Введение в многомерный статистический анализ. М.: Физматгиз, 1963.-500 с.

7. Андерсон Т. Статистический анализ временных рядов. М.: Финансы и статистика, 1976. - 760 с.

8. Анисимов С. А., Зайцев И. С., Райбман Н. С., Яралов А.А. Типовые линейные модели объектов управления. М.: Энергоатомиздат, 1983. -264 с.

9. Аракелян А. А., Воротилов В. А., Кантор JI. М., Павлов П. М. Воспроизводство основных фондов в СССР. М.: Мысль, 1970. - 485 с.

10. Арендарский Е. Долговечность жилых зданий: Пер. с пол. М.: Стройиздат, 1983. - 196 с.

11. Артемьев С. П. Финансирование и кредитование капитального ремонта жилых и общественных зданий. -М.: Финансы и статистика, 1983. 64 с.

12. Асанбеков X. А. Долговечность сборных конструкций многоэтажных зданий. -М.: Стройиздат, 1985. 104 с.

13. Афанасьев В.Н., Юзбашев М.М. Анализ временных рядов и прогнозирование. М.: Финансы и статистика, 2001. - 228 с.

14. Ахо А. Построение и анализ вычислительных алгоритмов. Пер. с англ.-М.: Мир, 1979. 537с.15