Интеллектуальные системы управления процессами возведения объектов транспортной инфраструктуры
Возведение объектов транспортной инфраструктуры имеет свои особенности, которые влияют на подход к организации ведения бизнеса и управлению процессами создания строительной продукции, а именно:
· уникальность выпускаемой продукции– разработка по каждому объекту ПСД и выполнения всего цикла подготовки строительного производства;
· территориальная разобщенность– проектирование логистических моделей и схем МТС для каждого объекта, необходимость перебазировки строительной техники, временных зданий и сооружений, и обустройства строительной площадки;
· высокая стоимость и продолжительный характер строительства – создание специализированных систем управленческого и бухгалтерского учета, бюджетирования, учитывающих длительный цикл незавершенного строительства;
· стационарный характер строительной продукции и подвижный характер орудий производства и исполнителей – решение специализированных задач в сфере управления по синхронизации процессов производства и их ресурсного обеспечения.
Перечисленные особенности создания строительной продукции транспортной инфраструктуры приводят к возникновению ряда ограничений на развитие строительных технологий и необходимости применения специфических систем управления.
В современном российском строительстве и в том числе и при возведении объектов транспортной инфраструктуры еще нередки задержки сроков строительства, превышение бюджетов проектов и низкое качество выпускаемой продукции. Одной из основных причин такого положения дел является плохая организация производственного процесса на строительной площадке, что приводит к значительным потерям времени рабочих и строительных машин к неэффективному использованию материальных ресурсов.
Проведенный анализ существующих систем управления объектами строительства в РФ позволил выявить следующие проблемы:
Используемые на стадии подготовки строительного производства и календарного планирования модели статичныи отражают организационно –технологические решения только на момент заключения контракта на строительство объекта. Система мониторинга организационно – технологических моделей носит эпизодический характер и не позволяет синхронизировать сроки производства работ и поставки ресурсов, что приводит к значительным потерям в использовании трудовых ресурсов и строительных машин.
В большинстве строительных организаций РФ отсутствует система управленческого учета, а строительные организации, осуществляющие строительство за счет средств бюджета используют сложившуюся еще в СССР систему учета выполненных объемов работ и списания материальных ресурсов.
При этом следует учитывать и то обстоятельство, что не во всех строительных организациях ведутся отдельно по каждому объекту склады. Накладные на материалы, поступающие на объект, обычно передаются прорабом в бухгалтерию по реестру не чаще одного раза в неделю, а при большой удаленности объекта от офиса строительной организации могут передаваться и один раз в конце месяца.
Акты на списание материалов (форма М29) обычно подготавливаются в конце месяца одновременно с актами на выполненные работы (форма КС2). Основной смысл в разработке акта по ФМ29 состоит в возможности сравнения потребности в материальных ресурсах, рассчитанных на выполненный объем работ по проекту с фактическим их расходом. При этом фактический расход материалов не привязывается к накладным, а прораб сам определяет, какие материалы и в каком объеме списать, что соответственно не отражаются в складской картотеке и только при окончании строительства объекта по данным бухгалтерского учета выявляются все несоответствия в использовании материальных ресурсов. В этом случае только от добросовестности прораба зависит, на какой объект (при одновременном управлении несколькими объектами) он будет списывать те или иные материалы, а проверить правильность его действий путем проведения сплошной инвентаризации остатков материальных ресурсов на приобъектных складах весьма сложно и трудоемко.
Такая ситуация – запаздывание с оформлением прихода и неточности в списании материалов по ФМ29 не позволяет управленческому персоналу видеть остатки материальных ресурсов, отслеживать их движение по объектам строительства и оперативно принимать корректирующие управленческие решения
Существующая система расчетов с заказчиком ориентирована на сметы, которые используются при проведении торгов по определению генподрядчика, но после заключения контракта с твердой договорной ценой она утрачивает свое значение как документ отражающий стоимость строительства. Это обусловлено тем, что цена подрядчика выигравшего торги всегда ниже сметной стоимости объекта и кроме того в процессе строительства подрядчик стремясь получить прибыль, применяет технологии отличные от тех которые заложены в смету. Несмотря на приведенные доводы, заказчик требует обосновывать выполнение работ по так называемой форме КС-2, которая является фактически фрагментом сметы. В этом случае у руководителей проекта, из-за отсутствия объективной информации о ходе строительства, возникает иллюзия, особенно на ранних стадиях реализации проекта, что он рентабелен, хотя на самом деле все может быть наоборот и это выясняется только при сдаче объекта и расчете его фактической себестоимости по данным бухгалтерского учета. При этом выявленные в процессе анализа убытки только констатируют возникшую проблему, но изменить, что либо, уже невозможно.
Система оперативного управления из-за высокой трудоемкости ручной разработки недельно-суточных планов и графиков и невозможности отследить реальный ход производства работ на объекте строительства в большинстве строительных организаций сводится к оперативно – диспетчерскому управлению и периодическим селекторным совещаниям, что позволяет вырабатывать только сиюминутные решения, которые чаще всего не подкрепляются какими-либо распорядительными документами. Отсутствие четко формализованной документированной процедуры при выработке оперативных решений не позволяет отследить их последствия и определить степень ответственности конкретных исполнителей.
На объекте прорабом ведется журнал производства, который несет наиболее детальную информацию о протекании производственных процессов, но ориентирован он исключительно на контролирующие органы (технический и строительный надзоры). Из-за удаленности объектов и отсутствия отлаженной схемы по сбору и передачи информации с объектов строительства она не может своевременно использоваться для контроля хода производства работ и принятия решений управленческим персоналом строительной организации.
Принятая система материального стимулирования линейных ИТР, отвечающих за производство работ ориентирована в основном на выполнение двух показателей: сроков выполнения работ и их качество. Прораб не стимулируется за рост производительности труда, экономию использованных в процессе производства материалов, строительных машин и механизмов, электроэнергии и т.п.
Все это говорит о имеющихся проблемах в сфере подготовки производства и системе оперативного управления объектами, которые во многом обусловлены отсутствием своевременной и объективной информации о протекании производственных процессов на строительной площадке.
«Количество информации математически тождественно энтропии того или иного объекта, взятой с обратным знаком. Энтропия характеризует меру хаотичности, неупорядоченности системы. Следовательно, информация может быть представлена как отрицательная энтропия (или негэнтропия) системы». «Краткий словарь по философии» (1982 г.).
Однако, как и все другие ресурсы, информация, как правило, ограничена, поэтому большинство решений принимается в условиях неполной осведомленности. Следствием принятия решений в данных условиях является неопределенность результатов, то есть риск. С другой стороны, риск вызван спонтанным и противоречивым характером процессов, которые протекают в сложных организационно –экономических системах таких как строительство, их невозможно адекватно и исчерпывающе описать.
Исходя из этого, принятие управленческих решений руководством строительной организации осуществляется в условиях неполной, неточной, а в ряде случаев и противоречивой информации, что приводит к возникновению рисков и как следствие к возможным потерям части своих ресурсов, снижению доходов и появлению дополнительных затрат в процессе строительства.
Принятие управленческих решений в таких системах невозможно без анализа состояния текущей деятельности на объектах строительства и результатов работы на них в предшествующих периодах. В связи с этим существует необходимость в создании адаптивной системы, под которой понимается система, в которой в результате изменения параметров внешней и внутренней среды происходит соответствующая подстройка организационной структуры и системы управления в целом, что обеспечивает функционирование объекта строительства в условиях неполной определенности.
Адаптивное управление – это управление с обратной связью, имеющее блок учета внешних факторов, которые анализируются еще до того, как получен результат деятельности системы. При этом блок управления получает информацию об изменении значения фактора одновременно с управляемым объектом или, при наличии прогноза, даже раньше, и принимаются меры по нейтрализации его влияния, либо по согласованию мер для увеличения его положительного эффекта. Отсюда следует, что адаптация системы управления – свойство, характеризующее способность организации приспосабливаться к постоянно меняющейся среде.
На макроуровне систему управления строительством
можно представить в виде адаптивной модели с обратной связью (рис.).
Рисунок 1 – Адаптивная модель управления строительством
Модель включает следующие элементы:
· объект управления – производственный процесс, представляющий собой комплекс работ, выполняемых на определенном временном интервале с целью возведения одного или нескольких конструктивных элементов здания или сооружения;
· управляющая система (УС) - система управления строительством;
· внешняя среда – требования к качеству работ, механизмы финансирования, система налогообложения и т.п.;
· прямая связь – командные воздействия, вырабатываемые управляющей системой;
· обратная связь – это поток информации, характеризующий эффективность протекания производственного процесса и использования ресурсов.
Управляющая система (УС) включает два контура: УС-1- контур управления строительной организацией и УС-2 – контур управления непосредственно объектом строительства. УС-1 – представляет собой центральный аппарат управления строительной организацией, а УС-2 – это линейные ИТР (прорабы, мастера) осуществляющие руководство строительством объекта.
Необходимость выделения двух контуров в системе управления строительством связано с высокой степенью ее децентрализации, которая обусловлена нестационарным характером производства продукции и территориальной разобщенностью объектов строительства.
Каждый контур реализует определенные функции и решает соответствующие им задачи.
Так, в контуре УС-1 осуществляется решение задач подготовки строительного производства. Конечной целью решения задач в УС-1 является обеспечение объектов строительства всеми необходимыми ресурсами: материальными, трудовыми, строительными машинами и механизмами с синхронизацией сроков их поставки на объекты в соответствии с календарными планами производства работ.
Важным условием выработки и принятия оптимальных управленческих решений в контуре УС-1 является получение из контура УС-2 по возможности более полной и точной информации о характеристиках производственных процессов, протекающих при возведении объекта строительства.
Контур УС-2 ориентирован на исполнение плановых заданий разработанных в контуре УС-1. и фиксацию параметров производственных процессов объекта строительства: выполненных объемов работ и использованных в процессе производства ресурсов (рабочих, строительных машин, материалов и конструкций).
Входы в контур УС-2, представлены в виде вектора плановых параметров 
определенных в УС-1 по объекту строительства z на заданный период планирования (t) (месяц; неделя, сутки).
Плановые параметры 
определяются в процессе решения задач подсистем контура УС-1 :
Выходные данные контура УС-2 представлены в виде вектора параметров обратной связи (w)
,
На основании информации ежедневных отчетов, поступающих из контура УС-2, в контуре УС-1 осуществляется:
разработка оперативных управляющих воздействий, которые описываются вектором (z): 
В результате формируется вектор фактических параметров (y)
На основании этих данных осуществляется расчет показателей эффективности протекания производственного процесса.
Эффективность управления объектами строительства в современных условиях во многом зависит от применяемых информационных технологий.
Анализ Российского рынка ПО показал, что для управления строительством предлагаются две основные группы программных продуктов:
· специализированные ИТ, использующие сметную информацию и ориентированные в основном для решения задач связанных с планированием работ и расчетами с заказчиками по объектам финансируемых из бюджета;
· универсальные ИТ управления проектами.
В специализированных ИТ в качестве исходной информации об объемах работ и потребности в ресурсах используется сметная информация основанная на федеральных или региональных нормативах и осуществляется решение следующих задач:
1) ведения договорной деятельности с Генподрядными, подрядными и субподрядными организациями;
2) формирования бюджета на календарный период выполнения работ по проекту и контроля исполнения бюджета;
3) ведения электронного архива проектно-сметной документации на сооружаемый объект;
4) формирования тематического плана работ на период с учетом требований, налагаемых графиками строительства и контроля исполнения тематического плана;
5) учета освоения капитальных вложений в базовом и текущем уровнях цен на основе актов выполненных работ (КС-2 и КС-3);
6) контроля использования сметных лимитов;
7) формирования обобщенной информации по ходу работ и подготовки необходимых отчетных материалов для руководителей различных уровней управления проектом сооружения объекта капитального строительства.
8) разработку календарного графика производства работ и осуществление на основании него мониторинга временных и стоимостных показателей проекта.
В силу агрегированности сметной информации, подрядные организации вынуждены самостоятельно осуществлять выборку материалов и конструкций из спецификаций к рабочим чертежам, рассчитывать объемы работ с группировкой их по конструктивным элементам и видам работ с учетом принятой ими технологии и организации производства работ и пространственной разбивкой объекта. оборудовании различного назначения.
В основе современных методов управления проектами лежат методики сетевого планирования, разработанные в конце 50-х годов в США. В этих методиках ЭВМ использовались для составления планов-графиков крупных комплексов работ.
Основные задачи, решаемые системами управления проектами (СУП):
1) разработка расписания исполнения проекта без учета ограниченности ресурсов;
2) разработка расписания исполнения проекта с учетом ограниченности ресурсов;
3) определение критического пути и резервов времени выполнения работ проекта;
4) определение потребности проекта в ресурсах: финансовых, трудовых и материальных;
5) определение распределения во времени загрузки возобновляемых ресурсов;
6) анализ рисков и планирование расписания с учетом рисков;
7) учет исполнения проекта;
8) анализ отклонений хода работ от запланированного и прогнозирование основных параметров проекта.
В настоящее время существует несколько сотен систем, так или иначе, реализующих данные функции. Однако на российском рынке выделяются следующие системы:
· Primavera Project Planner – программа, хорошо подходящая для больших многоплановых проектов, содержание которых составляет около 100 тысяч работ. Программа может интегрироваться с другими системами управления, анализа и поставок.
· Rillsoft Project позволяет провести календарное планирование ресурсами, а также его управление. Создание проекта можно представлять на различных схемах или диаграммах (технологических гантов, сетевой диаграмме и т.п.). Возможность проводить обратное планирование с сохранением ссылок на Excel файлы и графики, представление проекта в XML формате и многое другое.
· Планфикс - программа облегчает организацию корпоративных событий, обеспечивает своевременное предупреждение о предстоящих заданиях и делах. Программа запоминает нужные для вашей деятельности контакты, и сохраняет все обсуждения, обеспечивая шифрование канала связи, а также резервное копирование.
· Мегаплан – позволяет руководителю в любой момент производить контроль определённого отдела и какого-то работника и увидеть уровень выполнения проекта или задания. Самым большим преимуществом является доступность данной программы.
· Microsoft Project — программный продукт компании Microsoft, призванный помочь менеджерам и руководителям в управлении проектами. Программы Word, Excel и Outlook лишь отчасти способствуют автоматизации рабочего места менеджера, программа Project помогает решить эту проблему в полном объеме.
Основной стандартный набор функциональных возможностей ИТ в сфере управления проектами следующий:
1. поддержка расписания из неограниченного количества операций с учетом приоритетов операций, расчет критического пути, вычисление резервов времени; длительность в часах, днях, неделях или комбинированная;
2. умение работать с пользовательскими календарями для операций и ресурсов;
3. поддержка всех видов связей, типов работ , типов ресурсов;
4. способность работать с иерархической структурой работ;
5. возможность выполнения выборки, сортировки, группировки, суммирования, по кодам WBS и ID работ;
6. поддержка основных видов визуального представления (диаграмма Ганта, PERT-диаграмма, табл. работ/ресурсов, табл. связей, гистограммы ресурсов).
ИТ в сфере управления проектами разработаны как универсальные программные продукты не ориентированные на определеенную отрасль.
При наличии достаточно большого числа ИТ, которые используются для автоматизации различных функциональных областей управления строительством, до сих пор отсутствуют программы формализующие процессы управления производственными процессами на строительной площадке.
Это во многом связано с территориальной разобщенностью объектов строительства и отсутствием до недавнего времени технических возможностей по сбору и передаче оперативной информации в момент ее возникновения. В настоящее время при наличии скоростного доступа в глобальную сеть интернет эта проблема достаточно эффективно решается. Поэтому нами ведется работа по созданию адаптивных систем управления в строительстве на основе компьютерных технологий, которые должны обеспечить обратную связь с объектом строительства практически в режиме реального времени, накоплению и обработке большого объема информации о протекании производственных процессов. Такого рода системы следует отнести к классу интеллектуальных.
Понятие интеллектуальные системы управления получило широкое распространение в связи с бурным развитием ВТ и средств передачи информации в различных сферах человеческой деятельности. Так в сфере управления транспортными потоками используются интеллектуальные транспортные системы (ИТС, англ. Intelligent transportation system) — это интеллектуальная система, использующая инновационные разработки в моделировании транспортных систем и регулировании транспортных потоков, предоставляющая конечным потребителям большую информативность и безопасность, а также качественно повышающая уровень взаимодействия участников движения по сравнению с обычными транспортными системами
Создание интеллектуальной системы управления строительством предполагает кардинальное изменение технологии управления строительством, начиная с момента фиксации и передачи информации с объекта строительства, ее систематизации и наконец, выработки и принятия управленческих решений. Внедрение интеллектуальной системы предполагает значительное увеличение на строительной площадке регистрируемых параметров и объемов информации с одновременным повышением скорости ее передачи, что диктует необходимость разработки соответствующей информационной технологии и использования интернета.
В Донском государственном техническом университете в настоящее время ведется разработка ИТ отвечающей требованиям создания интеллектуальной системы управления строительством, включающая следующие подсистемы (рис. 2): Разработку ИТУ «Строительство» предлагается осуществить в составе подсистем, позволяющих смоделировать управление процессами следующих функциональных областей:
· подготовка строительного производства;
· оперативное управление объектом строительства;
· материально – техническое обеспечение объектов строительства;
· управление собственным производством железобетонных и металлических изделий;
· управление эксплуатацией машин и механизмов;
· архивация проектной и исполнительной документации.
· подготовки строительного производства:Формирование базы данных объемов работ и материальных ресурсов по объекту строительства.
Формирование и расчет ОТМ строительства объекта с учетом следующих ограничений:
· на сроки строительства – в соответствии с контрактом;
· на сроки перебазирования на объект строительных машин;
· на сроки перехода бригад в том числе субподрядчиков на объект;
· на сроки изготовления заказных изделий и конструкций;
· на сезонный характер производства работ.
· на технологические перерывы в процессе производства работ.
· с использованием семейства организационно –технологических моделей (ОТМ) с работами различной степени детализации (табл. 1). Основными документами регламентирующими детализацию работ и виды используемых моделей
· (сетевые, линейные, циклограммы и их модификации), являются проекты организации строительства (ПОС) () и производства работ (ППР).
Таблица 1 – Иерархия организационно – технологических моделей управления инвестиционно - строительным проектом
| Периоды планирования | Уровни детализации ОТМ | Тип модели | Оптимизируемые параметры | Стадия | Результирующий документ |
| На весь период строительства комплекса зданий и сооружений | Объект в составе стройки Учетные этапы (УЭ) | Укрупненная сетевая модель | Сроки строительства, финансирование. | Проектирование | КП в составе ПОС |
| На весь период строительства объекта | Конструктивные элементы (КЭ) | Сетевая модель | Сроки строительства, финансирование, потребность в материальных ресурсах | Подготовка строительного производства | КП в составе ППР |
| Год-квартал | КЭ | Сетевая модель | Сроки строительства, финансирование, МР, рабочие бригады, СМиМ | Текущее планирование | Производственная программа |
| Месяц | КЭ, работы | Линейный график | Ресурсы: бригады рабочих, СМиМ, МР | Оперативное планирование | Месячный план |
| Неделя-сутки | Работы, процессы | Линейный график | Ресурсы: бригады рабочих МР, СМиМ | Оперативное планирование | Недельно-суточный план |
Формирование комплектовочной ведомости обеспечения материалами и конструкциями объекта строительства.
Формирование заявок на поставку МР и заказов на изготовление деталей и изделий
Разработка графиков движения бригад по объектам
Разработка графиков перебазирования строительных машин и механизмов по объектам.