大型复杂工程（精选7篇）
大型复杂工程 篇1
近年来,各类大型复杂工程在整个社会固定资产投资中的比重越来越大,如南水北调工程、京沪高铁项目等。项目组织是大型复杂工程项目实施的重要保障之一。从系统论的角度来看,项目组织是一个复杂系统,其复杂性表现在系统构成元素的多元性、相互关系的动态性。在组织系统内部,各元素之间以及系统与外部环境之间不断进行着物质、 能量、信息等资源的交换,从而在时间和空间上形成各种流[1,2,3,4,5]。流是指在组织成员之间发生并把各成员连接起来,构成具有一定功能、目标和结构的并具有流动和传递特性的客体[6]。大型复杂工程项目组织系统中的 “五流”包括物质流、资金流、人员流、信息流和知识流。 “五流” 类似于人的血脉一样,贯穿于大型复杂工程项目组织全生命周期的各阶段。目前关于项目组织协同的研究多集中在在组织协同管理[7,8]、组织协同度测量[9,10]、组织协同信息平台[11,12]等方面,但从组织运行的微观层面研究大型复杂工程项目组织协同演化的成果还不常见,而从 “五流”视角对大型复杂工程项目组织系统的协同演化机理进行研究可以有效弥补现有研究的不足。因此,本文运用协同理论,从 “五流” 视角出发,对大型复杂工程项目组织系统进行了界定和结构解析,分析了 “五流”子系统的协同演化特性,在此基础上构建了基于 “五流”的大型复杂工程项目组织协同演化模型并进行了仿真分析,为测量组织协同度以及制定组织协同度提升策略提供依据。
1基于“五流”的大型复杂工程项目组织系统分析
根据系统权变组织理论,项目组织是一种开放式的非线性和非平衡性的社会协作系统[13],内部和外部的各种力量作用于组织系统是为了维持一种动态的平衡。 “五流”是大型复杂工程项目组织成员之间以及组织成员与环境之间沟通的桥梁,其交互是组织系统的动力。通过对 “五流”子系统运行的控制,可以优化跨组织流程,使组织系统自发形成时间上、空间上和功能上的有序结构,进而演化成高度耦合的协同稳定的 “综合统一体”[14],即大型复杂工程项目组织系统。
1.1“五流”子系统的结构解析
“五流”子系统包括物质流子系统、资金流子系统、人员流子系统、信息流子系统和知识流子系统。其中,物质流子系统是工程项目建设中物质运动和转化的动态形式,是工程建设与管理的物质基础; 资金流子系统是工程项目建设与管理过程中价值的运动形态,反映了工程项目投入与产出以及每个阶段项目资金的使用状况以及某个阶段组织活动所创造的价值增值情况; 人员流子系统是项目参与人员不同工作状态的流动形式,是大型复杂工程项目组织系统的重要环节; 信息流子系统是对工程项目进行控制和管理的过程中所发生信息的获取、传递、交换、处理和利用的流动形态,是项目组织的神经中枢和所有过程流的载体; 知识流子系统是不同主体的知识差异导致的知识扩散和转移的过程形态,是项目组织高效协同运作的催化剂。每个子系统自身是一个复杂的反馈系统,而大型复杂工程项目组织系统的协同有序演化有赖于 “五流”子系统协同互动的稳定,因此需要结合协同论观点对 “五流”子系统进行结构解析,如图1所示。
“五流”子系统是一个相互关联的整体,通过非线性作用进行交互,共同决定大型复杂工程项目组织系统的运行。物质流子系统、资金流子系统、 人员流子系统是实体流的载体,是组织系统有效协作获得合作盈利的实体基础; 信息流子系统把物质流子系统、资金流子系统和人员流子系统联系在一起,协调和控制3个实体流子系统的有序运行,是大型复杂项目组织系统协同运行的内在机制; 知识流子系统通过影响组织成员的知识传递与共享关系参与到组织系统运行过程中,其有效运行是提升组织系统整体运行效率和组织成员核心竞争优势的关键,对其他子系统起到辅助作用。 “五流” 子系统协同运作共同完成组织系统内部资源价值的有效转移,促进组织系统由无序向有序的演化,提高项目实施效率,实现组织系统整体价值增值。
1.2“五流”子系统的协同演化特性分析
( 1) 自组织性。自组织是处于低层次的要素通过局部相互作用形成的高层次的结构或功能的有序模式而不由外部特定干预和内部控制者指令的自发过程[15],是复杂系统演化的基础。从耗散结构理论看,大型复杂工程项目组织是一个具有反馈功能的自组织系统, “五流”子系统之间的非线性作用具有自组织特征,通过 “五流”子系统的竞争与协同行为推动组织系统有序演化。在 “五流”子系统动态演化的前提下,有序与无序是相互包含的,在表面有序的背后隐藏着奇异的无序,而在奇异无序的深处又隐藏着更为复杂的秩序[16],即系统自组织形成的稳态。因此, “五流” 子系统的协同演化是一个有序与无序相互转化的自组织过程。
( 2) 复杂性。复杂性是大型复杂工程项目组织的本质属 性和内在 特征。由于组织 的核心元 素 “人”具有智能性,使得构成组织系统的不同元素和不同层次相互作用并在整体上表现出多样性、变异性、动态性、不可预知性等的复杂特征[17,18]。一方面,组织系统的构成要素很多,每个元素都具有众多的复杂特性,各元素之间通过 “五流”子系统的催化作用把自催化循环联系起来,且每一个元素具有自复制和对其他元素提供催化支持的特征。根据艾根的超循环理论,大型复杂工程项目组织的复制循环包括两类: 组织无序方式自复制循环和组织有序方式自复制循环,如图2所示。此外,成员之间的关系错综复杂,既有上下级的隶属关系、市场环境下的交易关系、委托代理关系下的契约关系, 还有协作配合关系和服务/监管/指导关系,导致了组织系统呈现较强的分层性、非线性、相干性和自组织性,这些关系加剧了 “五流”子系统演化的复杂性。另一方面,适应性造就复杂性,作为社会大系统的一个子系统,组织系统与周围环境有着各种联系,进行信息、物质、能源、资金等资源交换, 外部环境的不确定性日益增加,导致了 “五流”子系统演化过程中的渐变和突变呈现出双模态、不可达性、发散性、突跳、滞后性和多径性等复杂性特征[19],系统容易出现不确定性和失稳现象。因此, 无论从组织系统的内部结构或系统行为,还是从外部环境的复杂特征来看, “五流”子系统的协同演化都具有高度复杂性,而最优复杂性则存在于系统演化的临界状态即混沌边缘[20]。
2基于“五流”的大型复杂工程项目组织协同演化模型的构建
2.1系统动力学分析
从跨组织流程角度,大型复杂工程项目组织系统与 “五流” 子系统是等价的,即由物质流子系统、资金流子系统、人员流子系统、信息流子系统和知识流子系统组成。 “五流” 之间相互作用、相互影响,通过复杂的非线性作用发生竞争和协同的交互,共同决定大型复杂工程项目组织系统的运作。 由于 “五流”子系统具有自复制循环特性,系统在从无序到有序、从低级有序到更高层次有序或者从对称到对称破缺的演化过程是各子系统相互作用的内部过程,演化具有内生性,任何的外部干预方式都只是随机涨落。依据自组织理论,本文运用非线性动力学方程对基于 “五流”的大型复杂工程项目组织系统进行描述,建立系统动力学模型:
式中: S为大型复杂工程项目组织系统; S1为物质流子系统; S2为人员流子系统; S3为资金流子系统; S4为信息流子系统; S5为知识流子系统; α 与 α1、α2、α3、α4、α5为与S1、S2、S3、S4、S5的变化率与其原有状态的关系; β 为 “五流” 子系统间的相互作用,β1、β2、β3、β4、β5为 β 对五流子系统S1、S2、S3、S4、S5变化率影响的大小; φ ( t) 为随机涨落对系统协同演化的影响; t为时间。
序参量作为描述大型复杂工程项目组织系统宏观有序度的参量,是 “五流”子系统非线性作用形成的各种运动模式的简化。根据协同学役使原理,序参量是通过组织系统内部各参量的相互竞争与合作在非线性机制作用下形成的,是项目组织系统内部各子系统集体运动的产物,一旦序参量形成后,主宰着组织系统从无序到有序、从低级有序到高级有序的演化进程,各子系统伺服于序参量,序参量协同合作决定了系统新的有序结构的形成。序参量的演变过程表现出较强的自组织性[21]。因此,在分析大型复杂工程项目组织系统协同演化进程时,只要抓住序参量的演化规律就可以掌握系统的演化规律。
2.2模型构建
本文将利益协同能力和流程协同能力作为大型复杂工程项目组织系统协同演化的序参量,应用Langevin方程作为工具,建立大型复杂工程项目组织系统协同演化模型:
式中: qi为大型复杂工程项目组织各子系统的状态变量; λi为组织协同过程中的负效应; Ai( qi) 为组织协同作用函数; φ ( t) 为随机涨落。
进一步根据 “五流”子系统的特征,将式 ( 2) 变为方程组 ( 3) ,构建大型复杂工程项目组织系统的两个序参量影响 “五流”子系统的自组织演化模型:
式中: QIC为利益协同能力,QPC为流程协同能力,Si为任意一个子系统,α1为利益协同能力的增益系数,γi为利益协同能力的阻尼系数,λi为随着时间的推移项目组织系统利益协同能力的衰减系数,β1为2个序参量之间相互作用力系数,φ ( t) 为随机涨落,γ2为流程协同能力的阻尼系数,β2为2个序参量之间的关系,β3和 β4为2个序参量对子系统自组织演化的影响,α3为子系统自反馈系数,α4为两个序参量之间的相互作用对子系统自组织演化的影响。
2.3模型分析
在大型复杂工程项目组织系统协同演化的过程中,当子系统内部不发生改变,并且序参量也不发生变化时,项目组织系统处于稳定态,此时,即系统稳定的平衡点为 ( 0,00) 。根据方程组 ( 3) 求解其特征矩阵为:
平衡点 ( 0,0,0) 代入方程组 ( 3) ,则有:
由此可以得到特征根 λ1= α3,λ2= α1- γ1,λ3= γ2。由李亚普诺夫稳定理论可知,只有当且仅当特征根均为负实部,系统才是稳定的,只要一个特征根为非负值,则系统在平衡点就是不稳定。由此可见,Si系统协同稳定性主要由 α1- γ1,γ2,α3决定,与其他参数无关。
( 1) 当 α1- γ10,γ20,α30时,系统在平衡点 ( 0,0,0) 处是稳定的,即任何从平衡点附近出发的轨迹均会收敛于平衡点。大型复杂工程项目组织在下面两种情况下会发生未改变组织系统的稳定态:
第一种情况,当序参量的影响比较小的时候, 项目组织系统整体处于低级有序的稳定态,随机涨落也不足以改变系统状态使之达到临界点,这个时期可能大型复杂工程项目组织刚组建不久,组织成员之间还没有完全信任对方,协同合作的优势还没有充分发挥。
第二种情况,虽然 “五流”子系统对项目组织系统的影响较大,但序参量的影响尚未显示出来,但短时间内难以形成巨涨落,系统的稳定态难以被打破, 无法形成引起向更高层次有序结构演进的有效波动。
( 2) 当不满足 α1- γ10,γ20,α30时,系统出现容易发生状态跃迁的不稳定条件,微涨落在系统内部非线性作用下变为巨涨落,引起较大波动,引导项目组织系统远离旧的平衡点,向更高层次的稳定有序状态演化。当 α3= 0,α1= γ1,γ2= 0时,表明大型复杂工程项目组织系统处于临界状态,系统在此处出现分岔点,新的稳定态会分为上下两个分支,而系统演化路径是否有利于形成协同效应,取决于两个序参量的综合影响力。当 α1γ1时,即使只存在微小涨落,项目组织系统也会发生新的状态跃迁。
3基于“五流”的南水北调工程项目组织协同演化模型的仿真分析
大型复杂工程项目组织的协同演化比较复杂,其协同稳定性取决于 α1- γ1,γ2,α3参数,而与其他参数无关。为了方便描述模型及通过仿真分析项目组织系统协同性变化,以南水北调中线一期工程中若干个单项工程的调查数据为依据,对固定值进行确定:
( 1) 当时,假设分别对其进行仿真,解曲线如图3所示。
从仿真结果图3可以看出,无论 φ ( t) 是否为0,si的解曲线都趋于0,即使存在随机涨落,大型复杂工程项目组织系统在平衡点附近总保持稳定状态,表明在利益协同能力和流程协同能力相互作用未达到系统临界点时,随机涨落只是组织稳定有序状态的干扰。在随机涨落的影响下,项目组织系统有可能会使系统暂时偏离稳定态,利益协同能力和流程协同能力也有可能下降,但由于随机涨落太小而无法变为巨涨落,因此系统不会发生突变,大型复杂工程项目组织系统还会逐渐趋于稳定状态。在这种情况下,组织系统可以通过加强内部协调沟通, 优化内部流程,以减少系统内部界面摩擦,促进项目组织系统协同水平的提升。
( 2) 当不满足 α1- γ1＜0,γ2＜0,α3＜0时, 假设 α1- γ1= - 0. 1,γ2= - 0. 5,α3= - 0. 5分别对其进行仿真,解曲线如图4所示。
从仿真结果图4可以看出,当 α1- γ1＞0时, 利益协同能力处于下降趋势,若存在随机涨落,利益协同能力下降的幅度更大,变化更快。在没有涨落的情况下,流程协同能力的变化经历了先上升后下降的过程; 当存在随机涨落时,流程协同能力处于上升状态。但无论是否存在随机涨落,项目组织系统的有序稳定态都遭到破坏,系统失稳明显,从有序走向混沌。
( 3) 当 α1- γ1＞0,γ2＞0,α3＞0时,系统处于无序状态。假设: α1- γ1= 0. 1,γ2= 0. 3,α3= 0. 2,分别对其进行仿真,解曲线如图5所示。
从仿真结果图5可以看出,无论是否存在随机涨落,项目组织系统都处于无序状态,此时利益协同能力序参量先缓慢下降,后迅速下降,下降幅度十分明显; 而流程协同能力先上升到达最大值后迅速下降,且下降幅度明显,表明两个序参量对组织系统失去了主导作用。如果系统需要重新形成有序稳定态,就必须产生新的序参量。
4结论
( 1) 大型复杂工程项目组织是一类典型的复杂适应系统,而 “五流”是项目组织成员之间以及组织成员与环境之间沟通的桥梁,能够从微观层面描述组织系统协同运行状态和本质。从跨组织流程角度,组织成员子系统之间的协同有序依赖于 “五流”子系统的有效运行,两者存在内在的等价逻辑关系,因此可以用 “五流”子系统表示大型复杂工程项目组织系统。
( 2) “五流”子系统由物质流子系统、资金流子系统、人员流子系统、信息流子系统和知识流子系统组成,其中,物质流、资金流、人员流等子系统是组织协同的实体基础,信息流子系统协调和支配3个实体流子系统的有序运行,是组织协同的核心,知识流子系统对其他4个子系统起到辅助作用,是组织协同效果提高的关键。 “五流”子系统是一个相互关联的整体,共同影响着项目组织系统协同演化的进程。
( 3) 基于 “五流”子系统特征,选取利益协同能力和流程协同能力作为序参量,以南水北调中线一期工程中若干个单项工程的调查数据为依据对大型复杂工程项目组织系统协同演化模型进行仿真分析,结果表明,项目组织系统的协同稳定性由子系统自反馈系数 α3,利益协同能力增益系数与阻尼系数的差值 α1- γ1,流程协同能力的阻尼系数 γ2参数决定,与其他参数无关。当 α1- γ1＜0,γ2＜0,α3＜0时,无论随机涨落是否为零,大型复杂工程项目组织系统是趋于稳定状态的,不会发生演化过程中的突变; 当不满足 α1- γ1＜0,γ2＜0,α3＜0时, 无论是否存在外部涨落,利益协同能力和流程协同能力的变化明显,大型复杂工程项目组织系统失稳明显,从有序走向混沌。
摘要：项目组织是一类典型的复杂适应系统,从“五流”视角出发,结合系统理论,对大型复杂工程项目组织系统进行界定和结构解析,并分析“五流”子系统协同演化特征。在此基础上,运用协同学原理,构建基于“五流”的大型复杂工程项目组织系统协同演化模型,仿真分析利益协同能力和流程协同能力作为序参量的“五流”子系统协同演化过程。结果表明:大型复杂工程项目组织系统的稳定有序有赖于“五流”子系统的协同运作,两者具有同一性。该模型能够有效地从微观层面揭示大型复杂工程项目组织协同演化机理和内在规律,为进一步研究大型复杂工程项目组织协同度模型奠定基础。
关键词：大型复杂工程,组织协同,协同演化,五流
大型复杂工程 篇2
关键词：综合超前地质预报,TSP,GPR,大型复杂地下工程
近年来, 大型复杂地下工程如长深埋型复杂隧道施工、大型地下矿山、城市复杂环境下隧道等的掘进及开采过程中, 施工掌子面前方常常面临非常复杂的不良地质体, 往往会诱发多种地质灾害, 而地质灾害的不可选择性、复杂性、特殊性和突发性, 常常成为制约工程顺利进行的最主要因素[1,2,3]。因此, 在大型复杂地下工程的施工过程中, 更要充分地了解前方围岩的地质条件, 快速做出反应, 从而有效指导施工的顺利进行, 防止灾害的发生。
超前地质预报技术大型复杂地下工程建设中发挥了重要作用, 然而, 许多针对具体问题的超前预报技术、如何提高预报的准确性和及时性等, 仍是国内外工程地质界备受关注的难题[4]。国内外学者对超前地质预报技术的研究和应用十分重视, 取得了一定的发展和成果。国内超前地质预报技术经过几十年的研究, 预报手段也由传统的地质分析法发展到目前的地质分析与地球物理探测、超前钻探法相结合的综合超前预报技术, 近年来, 综合超前预报技术已在隧道、矿上等工程中取得了成功的运用[5,6,7,8]。从当前各种超前地质预报的应用情况可知, 每种方法都不可避免地存在局限性, 且预报的测试结果具有多解性, 特别是大型复杂地下工程的施工, 更需要建立起一套综合超前地质预报体系, 通过多种手段综合运用, 多种方法相互印证、补充, 才能取长补短, 提高预报的准确度[9]。
1 常用超前地质预报技术比较
超前地质预报方法一般可分为四类, 包括地质分析法、物理探测法、超前钻探法和超前导洞法, 而常用的方法为前三类[10]。每一类超前地质预报方法包括不同的预报技术, 我国最常用的预报技术有地质素描、TSP地震波反射法、地质雷达 (GPR) 探测、超前水平钻孔等。
地质素描是地质分析法中最常用的方法, 也是综合地质预报最基本的方法, 为其他预报方法提供最基础的地质指导资料, 适用于各种地质条件的超前地质预报。TSP和GPR探测法是物理探测法中使用频率较高的预报方法, TSP探测法对规模较大的不良地质体探测效果较好, 适用于长距离探测断层、破碎带、岩层分界面等;GPR是物探方法中分辨率最高的探测方法, 对含水体反应敏感, 适用于短距离探测裂隙水、空洞[11];高分辨电法和红外探测法是含水体探测、地下水赋存量探测常用的预报方法, 高分辨电法常用于预报掌子面前方含水量、导水构造分布和发育情况;红外探测法可预报掘进前方30m范围内有无含水断层和溶洞。超前水平钻孔法是超前钻探法中最为常用的一种, 是预报不良地质体最直接、最有效的手段, 常用于断层、破碎带、含水层、重大物探异常段等的辅助验证[12]。超前地质预报常用方法比较如表1所示。
在超前地质预报过程中, 每一种超前地质预报技术的物理基础不同, 对不同地质的预测效果不尽相同, 体现的每种预报方法的优缺点。由于采用单一的预报方法存在多解性和局限性, 而综合过多的方法导致成本过高, 要解决这一矛盾, 就要根据不同预报方法的特点, 结合常规的地址分析法, 优化方案组合, 形成最优的综合超前地质预报体系, 达到既安全、经济、高效的目标。
2 综合超前地质预报体系在复杂地下工程中的应用思路
大型复杂地下工程的地质预报遵循多方法、多频次相互印证的原则, 采用长短结合、上下对照、定性与定量相结合的方法建立综合超前地质预报体系。将探测区域按照地质复杂程度分级标准进行分级, 地质复杂程度等级可分为复杂、较复杂、中等复杂、简单4级[13]。大型复杂地下工程的施工应建立综合、完善的超前地质预报方案, 在地质调查和分析的基础上, 掌握探测区域总体情况, 从宏观上把握探测区域的地质复杂程度, 辨识高风险段落;再进行长距离的常规预报, 对复杂、较复杂等级的预报区段, 应选择短距离的物探组合方法, 做加强预报或重点预报, 技术路线如图1所示。
由于不同的地下工程的差异性, 综合超前预报的关注重点会不同, 例如, 长深埋型复杂隧道具有长直的特点, 施工超前探测首先关注围岩的稳定性, 首先选用长距离探测技术;而大型地下矿山巷道弯道多, 更适用短距离探测方法, 侧重选择对水体精度高的探测技术。但不论是哪一种类型的大型复杂地下工程, 建立综合超前地质预报方案的总体思路不变, 根据图1的技术路线图, 可建立三阶段的综合超前预报方案。
1) 宏观预报。常规地质预报是基础, 通过地质调查了解地层岩性、对施工影响较大的地质构造、不良地质及地下水特征, 再通过地质素描将勘察和地质调查得到的地质信息投影到施工段, 达到细化和补充的作用。
2) 长距离预报。通过TSP探测方法进行长距离预报, 取得掌子面前方不良地质体的类型、位置等信息, 结合常规地质预报获得的信息, 进一步分析掌子面前方可能存在的地质问题。由于TSP存在多解性, 只能推断异常区段可能存在的地质问题, 因此, 对高风险区段需要在进行短距离二次预报或验证预报。
3) 短距离预报。根据前期预报的不良地质体情况, 结合各种探测技术对不同地质体的识别特性, 选用GPR、红外探测法或高分辨电法进行中短距离探测, 得到掌子面30~80m范围内围岩不良地质体更为具体的信息, 如三维定位数据、含水量等信息。若探测区段几次预报结果不一致或者不良地质体风险较高时, 需要再通过超前水平钻探进行验证预报。
3 应用实例总结
通过研究众多成功预报的案例得知, TSP和GPR是两种最常用的预报方法, TSP探测在地质条件十分复杂的长深埋隧道方面具有明显的技术优势, GPR在短距离探测、水体探测上具有较好的精度。在实际工作中, 通过总结这两种探测技术对不良地质体的响应特征, 建立解译标志, 是提高预报效果的有效途径。
1) 参考已有的简单的TSP解译准则, 结合大量TSP预报的经验成果, 总结TSP对常见不良地质体的判识准则, 如表2所示。
2) 参考地质雷达剖面上识别各种波的四个标志, 即反射波振幅大小及相位正反、反射波波形特征、频率特征和时差变化规律, 通过对大量GPR反射波的识别、对比, 对预报数据的分析, 总结GPR对常见不良地质体的判识准则, 如表3所示。
根据以上解译原则和实际工作经验, 结合众多大型地下工程综合超前地质预报的工程经验, 发现在掘进过程中, 多采用TSP进行探测, 到接近岩性变化较大的软弱面或富水层时, 针对性选用短距离探测技术, 既能准确地预报掌子面前方的地质情况, 又能减少探测时间, 加快施工速度。针对几种常见不良地质体, 提出了综合超前地质预报的优化组合方案, 如表4所示。
4 结论
应用综合超前地质预报技术, 准确、精确掌握隧道及地下工程地质信息, 是提高工程建设质量, 保证施工、运营安全的坚实保障。针对大型地下工程的综合超前预报, 研究众多成功预报的案例, 得出以下结论:
a.通过分析常用地质预报技术对不同地质体的响应特征, 提出建立大型复杂地下工程综合超前地质预报体系的思路, 从宏观预报, 长距离预报到短距离预报, 不同风险等级的探测区域形成不同的综合超前地质预报方案, 可以有效解决单一预报方法具有多解性的缺点, 预报结论更可靠。
b.研究总结众多成功预报的案例, 在已有的解译准则的基础上, 总结出不同地质体的在TSP和GPR中的解译标志, 提高预报准确性。
大型复杂产品分层网络计划模型 篇3
大型复杂机械产品是指由客户定制、结构复杂、体积(容积或质量)大、技术含量高、生命周期长、以单件或小批量方式生产的高成本、高风险、管理过程复杂的大型机械产品[1]。大型复杂产品的设计和生产过程复杂,生产准备和制造过程周期长,产品各部件之间的时序约束关系和成套性要求严,零部件的制造或采购提前期符合产品最终装配计划的时间要求是保证产品按时交付客户的关键。在此,本文提出分层网络计划模式,并利用装配主件构成最终装配过程的装配单元,建立最终装配计划;通过装配序列对装配单元进行扩展,实现面向进装点的二级网络计划。该计划模式在产品物料清单不完整的情况下,通过装配单元构成最终装配过程的网络图,实现产品设计和生产准备的计划安排与产品最终装配计划的协同,提高了大型复杂产品生产企业,尤其是重型装备制造业最终装配计划的作用。
1 大型复杂产品生产的特点和要求
大型复杂产品制造一般采用面向订单设计制造的单件小批生产模式,其生产组织、计划管理的特点主要如下[2,3,4]:①产品生产的可重复性较低、生产周期长、制造过程中不确定因素多;②产品造价高、结构复杂、体积大,一般采用固定场地装配;③生产计划主要由手工编制与维护,生产计划过粗且不平衡,计划优化难度大;④设计与生产并行,面向零部件的装配计划指导性较差,难以做到全局考虑;⑤产品最终装配提前期较长,各进装点开始时间的差异较大,要求能根据进装点各自的计划时间进行零部件配送。
大型复杂产品的制造从部装到总装有几百个装配节点,零部件之间的装配约束关系要求比较严格。现有的生产计划模式ERP、JIT等均不能较好地解决大型复杂产品的生产计划与管理问题,文献[3-6]将项目管理方法与MRP系统相结合,提出了面向零部件制造的项目管理计划模式和信息模型。文献[7-8]提出项目制造环境下的项目计划方法。目前,复杂产品生产计划的对象主要还是零部件的制造过程,对整个产品装配过程计划方法的研究较少。
2 基于装配单元和装配序列的装配分层网络图
大型复杂产品涉及的零部件种类可能数以万计,但产品从结构或功能上可以划分为较少的组件和部件,装配过程是零部件逐步组合的过程,这个过程应该是分层次、分单元进行的。
2.1 基于装配单元的大型复杂产品装配网络图
大型复杂产品装配是按照确定的精度标准和技术要求,以合理、经济的手段和必要的连接方式将零部件装配成合格产品的过程。
大型复杂产品的装配单元是指在产品功能和结构基础上,以一个或多个装配主件为核心,在产品装配结构和装配顺序基础上,实现产品局部功能的装配构件及其装配序列的集合。在产品装配物料清单(assembly bill of material,ABOM)上增加装配单元这个层次,利用装配单元之间的关联及约束关系构建面向装配单元的两级装配网络,如图1所示。当产品结构不完整时,以装配单元为对象描述产品装配过程;当产品设计完成后,根据产品结构在装配单元内部扩展出第二级装配序列集合和每个装配工序所对应的零部件。对产品装配过程形成两级描述,从而将工序与零部件的对应关系转换为装配单元-(工序)-零部件的对应关系,对零部件的计划、配送等按照装配单元来进行组织管理,强调面向装配单元的零部件的成套性,有效地提高了装配过程计划和控制的整体统筹性。
以大功率850kW风力发电装备为例,其装配过程基本上就遵循机架、偏航系统、传动链系统、发电机、控制柜和变频器、轮毂系统这样的一个装配顺序,于是以机架、偏航系统、传动链系统等组件为核心的装配过程就构成了产品的装配单元;每个装配单元代表针对一定装配主件的一个装配序列,例如偏航系统装配单元中的偏航轴承和偏航驱动器等装配主件。可以考虑在不完全确定装配单元内部信息的情况下,估算装配的工期和所需的相关资源,建立面向装配单元的产品装配网络图。随着装配工艺规划的完成,在装配单元内部根据装配序列进行扩展,形成二级网络图。通过装配序列上的进装点管理各装配工序所需的零部件,控制零部件成套性;并以所在装配单元的计划时间为参照点,确定各进装点的计划时间。
2.2 基于装配单元和装配序列的分层网络计划模型
最终装配计划(final assembly schedule,FAS)面向产品最终装配过程,一般情况下是从所有用于最终装配的部件都已齐备这一点开始,一直到产品交付的生产/装配计划[9]。大型复杂产品最终装配过程周期较长,因此可以按照装配单元来安排计划,组织所需零部件的供应。大型复杂产品的整个制造过程离不开最终装配计划的指导,目前最终装配计划往往是由生产部门根据工艺再结合经验编制的粗略甘特图计划,难以实现对整个装配过程的整体协调,同时对各进装点所需零部件成套性以及零部件之间的时序约束关系不能进行有效控制。
网络计划技术是项目管理的一种技术,该技术建立在工作关系网络模型的基础上,把计划的编制、协调、优化和控制有机地结合起来[10]。其中,关键路径法(critical path methods,CPM)是一种网络图方法,适用于有很多作业而且必须按时完成的项目,对于一次性或重复少的工程项目具有明显的优越性。目前,关键路线法在大型复杂系统和工程项目的计划管理和时间控制上应用较为广泛,大型复杂产品的制造过程具有项目的一般性特点,其最终装配过程可以通过装配序列构成网络图来反映产品整个装配过程,为网络计划技术的应用提供了可能。
通过装配单元之间的紧前、紧后约束关系制订面向装配单元的分层装配网络计划,并计算装配单元及其装配序列的相关时间参数,指导零部件的设计和生产制造,其业务模型如图2所示。
客户订单确定后,参考同类产品的设计和制造数据,考虑产品总体信息、结构信息、精度信息和技术要求等方面的因素确定面向装配主件的装配单元。利用装配单元之间的紧前、紧后关系形成粗略反映产品装配过程的装配网络图,制订面向装配单元的网络计划,并以装配单元的计划时间为参照点,形成面向装配序列的二级网络计划,按照各进装点的计划时间为物料需求计划提供零部件的生产、采购的完成时间,保证装配序列的成套性要求。
3 基于装配单元的网络计划算法
大型复杂产品装配的网络计划的编制不同于工程项目中的网络计划的编制。大型复杂产品的装配网络计划以保证交货期为主要目标,计划的关键是面向装配单元综合考虑产品各部件的成套性要求。因此,编制基于装配单元的网络计划时采用倒排计划方式,根据交货期确定装配开始时间,装配单元采用确定的计划时间,并将装配单元的工期通过其装配序列进行分摊,形成二级网络计划。
3.1 参数描述
假设产品A的最终装配过程可划分为n个相关联的装配单元,表示为Ai(i=0,1,…,n),其中:①A0表示装配网络图的开始节点,An表示装配网络图的结束节点;②装配单元Ai的持续时间为Di(单位为d),D0=Dn=0;③装配单元Ai的开始时间为TS,i,完成时间为TF,i;④装配网络计划初始化的开始时间为TS和完成时间为TF,有TS=TS,0,TF=TF,n;⑤装配单元Ai中装配序列的进装点为Aij(j=0,1,…,m),Ai0表示该装配序列的开始节点,Aim表示该装配序列的结束节点;⑥进装点Aij的工时为tij(单位为h),所对应的关键资源的有效工作时间为Fij,其中ti0=0,tim=0;⑦进装点Aij的开始时间为TS,ij,完成时间为TF,ij;⑧l(i)表示Ai的紧前装配单元的节点集合,h(i)表示Ai的紧后装配单元的节点集合,l(ij)为进装点Aij所有紧前进装点的集合,h(ij)表示Aij的紧后进装点的节点集合。
3.2 装配单元网络计划算法
大型复杂产品结构复杂,通常为非重复生产,生产过程的不确定性较大,保证交货期是制订这类产品生产计划的关键。在传统网络计划技术的基础上,面向装配单元的网络计划根据给定的计划完成时间(交付期)倒排计划,并判断首节点的开始时间是否可行(首节点要满足生产准备提前期和装配场地等要求)。在倒排计划可行的情况下,对具有松弛时间的非关键装配单元的开始时间进行调整。根据交付日期倒排网络计划,有效地保证最终产品按时交付客户。
大型复杂产品基于装配单元的网络计划算法主要由以下4个步骤构成:
(1)根据交货期,对产品装配单元网络图进行计划倒排,依次初步确定各装配单元的完成时间和开始时间。
①计算装配网络图中结束节点An的完成时间和开始时间。令TF,n=TS,n=TF,TF,l(n)=TS,n,TS, l(n) = TF, l(n)-Dl(n) +1。
②根据紧后约束关系,计算节点Ai(1≤i<n)的完成时间和开始时间。当1≤i<n时
TS,i = TF,i-Di +1
其中,h(i)为装配单元Ai的所有紧后装配单元节点集合(不包含An)。
③计算装配网络图中开始节点A0的开始时间和完成时间。当i=0时,h(0)为装配单元A0的所有紧后装配单元节点集合,有
(2)根据装配场地或资源能力等因素判断TS,0是否可行。大型复杂产品一般采用固定装配,必须保证装配计划开始执行时有可用的装配场地;同时还可以根据装配计划的开始时间评价零部件的生产/采购提前期是否满足要求。
①若TS,0不可行则重新设置TF,执行步骤(1)～(2),直到TS,0可行,转入步骤(3)。
②若TS,0可行,则转入步骤(3)。
(3)修正非关键装配单元Ai的开始时间TS,i和完成时间TF,i。若装配单元Ai的开始时间TS,i≠TF,l(i)+1,则表明该装配单元Ai具有一定的松弛时间,为非关键装配单元,将其松弛时间设置到装配单元工期的最后,即令TS,i=max(TF,l(i)+1)。
(4)确定网络计划的开始时间,令TS=TS,0。
3.3 二级装配序列网络计划算法
装配序列网络计划以所在装配单元的计划开始时间TS,i为参照点,即令TS,i0=TS,i,将顺排方式计算节点的最早时间作为各进装点的计划时间。装配单元内部的二级装配网络计划的完成时间与装配单元计划结束时间不一定完全吻合,可能存在一定的松弛时间,考虑到大型复杂产品装配过程的不确定因素,这段松弛时间就作为该装配单元的时间缓冲。
另外,由于装配单元的工期单位往往使用天(d),而装配序列的工时单位常使用小时(h),因此在将装配单元的工期分摊到相应的装配序列上时,需要对装配序列的工时通过其关键资源的有效工作时间作相应转换。
(1)当j=0时,TF,i0=TS,i0=TS,i,TS,ih(i0)=TF,i0=TS,i0,TF,ih(i0)=TS,ih(i0)+th(i0) /Fh(i0),其中h(i0)为Ai0的紧后进装点的节点集合,th(i0)为h(i0)中各进装点的工时集合,Fh(i0)为对应关键资源的有效工作时间。
(2)当1≤j≤m时,
该装配网络计划模式以保证项目交货期为目标,体现了大型复杂产品装配生产计划的统筹性,为产品从设计到最终装配的多个阶段的计划衔接奠定了基础;二级装配序列的网络计划又为物料需求计划提供时间指导。
4 实用案例
结合某公司项目制造管理系统的应用实例,采用上述两级装配网络计划模式对其产品总装阶段的装配计划进行优化。
针对850kW风力发电装备、交货期为2009-09-30的一个订单,按照分层网络计划的模式制订其装配网络计划。该产品划分为10个装配单元,装配单元之间具有一定的装配约束关系。现设置2009-09-26为产品装配的完成时间,装配单元网络计划的计算结果如图3所示,装配单元网络计划的开始日期为2009-09-10,该时段装配场地可用,其生产能力满足生产负荷的要求。
在装配单元网络计划的基础上,制订装配单元内部的装配序列二级网络计划,图3中“偏航系统安装”这个装配单元由四道工序构成,其二级网络计划的结果如表1所示,通过有约束关系的甘特图(图4)表示。将每道工序的工时与有效工作时间进行对比,将工时(h)转换为装配单元的工期(d),其中最后工序的完成时刻与装配单元的完工时间存在松弛时间,将其作为装配单元内部的机动时间。
在二级网络计划的基础上,根据装配BOM将装配序列中各进装点所需的零部件与之关联,直接根据进装点的时间将同一物料在不同时段的需求进行汇总计算净需求,制订物料需求计划,不需要对装配BOM进行遍历处理。
5 结束语
本文针对大型复杂产品生产特点,提出了面向装配单元装配序列的双重网络计划业务模型和算法。先将复杂产品的整个总装装配过程分解为一系列有装配约束关系的装配单元,再通过装配序列细化装配单元。通过装配网络计划分层,上层计划的结果成为底层计划的依据,实现了最终装配计划对产品设计、生产准备、总装等过程的指导,以及对进装点零部件成套性的控制,从总体上保证交货期。
参考文献
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大型复杂建筑结构的发展动向 篇4
随着社会的进步和科技的发展,建筑物呈现规模大型化、功能复杂化、造型和建筑技术多样化的特点,超高层和超大跨度建筑成为代表国家建筑科学技术发展水平的重要标志。特别是最近几年,高层建筑进入了快速发展的阶段,除上海、深圳、广州等沿海城市外,内地的大、中城市的高层建筑也在迅速发展。高层建筑结构的平面、立面布置趋于复杂化,结构抗震设计理论和方法研究取得新进展,减震控制技术得到进一步应用,高层建筑的整体性能和质量得到进一步提升。本文以工程实践为背景,介绍了高层建筑的结构体系及特点,特别是结构设计、施工方案的创新技术及其难点,供参考。
1 高层建筑的结构体系及特点
1.1 高层建筑的结构体系
高层建筑的结构体系包括:框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、底层大空间剪力墙结构、框筒和筒体(包括筒中筒与成束筒)结构、巨型结构及悬挑结构。超高层建筑结构体系包括:框架-筒体结构、筒中筒结构、框架-支撑体系。
1.2 特点
(1)结构高度不断增加。业主或开发商通过高度(体量)显示实力,建筑高度成为其追求的目标,各地的建筑高度不断增加。
(2)体现个性、追求新颖。结构的复杂程度和不规则程度为国内外前所未有,给结构设计带来极大的挑战。平面形状有:矩形、方形、八角形、多边形、扇形、圆形、棱形、弧形、Y形、L形等;立面形状有:各类型转换、外挑与内收、大底盘多塔楼、连体建筑、立面开大洞等。
(3)国外的高层、超高层建筑以纯钢结构为主,我国的高层建筑以框-剪、剪力墙等钢筋混凝土结构为主,超高层建筑以钢-混凝土的组合结构居多,也有的采用钢筋混凝土结构。例如采用钢-混凝土组合结构的有:上海环球金融中心,RC核心筒+外伸桁架和巨型(型钢)柱,101层,高度492 m,7度抗震设防;金茂大厦,RC核心筒+外框型钢混凝土柱及钢柱,88层,高度420 m,7度抗震设防;大连国贸中心,RC核心筒+方钢管混凝土柱,78层,高度341 m,7度抗震设防;北京国际贸易中心三期塔楼,筒中筒结构,外部为型钢混凝土框筒,内部为型钢混凝土巨型柱与斜撑及钢梁组成的筒体,73层,高度316.6 m,8度抗震设防。
1.3 高层建筑结构设计与研究动向
近几年,我国新修订的设计规范、规程主要有:GB 50011—2001《建筑抗震设计规范》、JGJ 3—2002《高层建筑混凝土结构技术规程》。其中既吸收了近几年国内外工程经验和研究成果,也吸收了震害的经验教训,同时借鉴参考了国外的相关规程、规范,基本上可适应我国绝大部分高层建筑结构的设计需要,为保障结构设计安全发挥了积极的作用。
1.3.1 结构设计
国外设计公司或顾问公司进入我国建筑设计市场。通过与境外的交流,国内已有一批熟悉国内外规范、与国际接轨的一流设计人员。相继完成了对上海环球金融中心、中央电视台、北京国贸三期、大连国贸中心等一批复杂工程、特殊工程的超限审查。
1.3.2 研究动向
(1)静力分析计算。采用有限元模型进行三维空间分析计算,国内开发的计算程序(SATWE等)及国外分析程序(如ETABS、SAP2000、MIDAS等)并用,特殊工程采用多个计算程序进行对比。弹性计算分析时,考虑因素更加全面;对体型不规则结构考虑双向地震作用;对竖向地震作用较敏感的结构部位(如连体结构、大悬臂结构等),补充进行竖向地震输入的弹性时程分析,考虑竖向地震为主的组合。
(2)弹塑性分析计算。体型特殊的结构以PUSH-OVER静力弹塑性分析计算为主,确定结构薄弱部位,不再局限于“小震不坏、中震可修、大震不倒”,对重要结构必要时可高于上述原则,可按基于性能设计的要求确定结构方案。如中震时关键部位构件不屈服,或大震时对某些构件按极限承载力进行内力复核等。
(3)总结国内外的震害情况,结合振动台试验及模型静力试验,并利用各种计算机分析软件进行计算分析工作,完成了关于转换层、加强层、体型收进、连体结构等复杂高层建筑结构的研究与应用。
(4)对混合结构的研究。通过整体模型模拟静力试验、振动台试验,研究增强剪力墙的抗剪性能和提高延性的措施。多采用1∶20～1∶40的微粒混凝土模型,研究结构的抗震性能、破坏形态,找出结构在地震作用下的薄弱部位。除整体模型振动台试验外,也进行了大量的大比例静力试验、特殊梁及柱节点研究、钢管混凝土节点研究、搭接柱静力性能试验、特殊构件(如巨型柱)的构件滞回特性研究等。
(5)减震控制技术研究及应用有一定进展。隔震技术已较为成熟,主要用于高烈度区(9度区)多层建筑,如北京某地铁枢纽建筑采用了此项技术;高层建筑的连廊端部支撑消能减震技术进行了一定研究,但应用较少。
(6)对体型复杂的建筑进行风洞试验,测出建筑物的风压分布、邻近建筑物对其产生的影响等。
2 从北京奥运场馆看大跨结构发展动向
2.1 国家体育场
2008北京奥运主会场——国家体育场建筑体形上像鸟巢,新颖独特,可容纳8万人。其平面为椭圆形,长轴340 m,短轴292 m,屋盖中间设185.3 m×127.5 m开口。整体承重结构由一系列门式刚架绕着内环旋转而成。这种结构布置形成一种三维空间承重体系。每一榀刚架由高12 m的屋盖桁架和三角形桁架柱组成,均采用加肋薄壁箱形截面。为了形成鸟巢效果,主桁架上弦上设有交叉的次要构件,也采用箱形截面。总用钢量优化至4.2万t。其创新点包括:
(1)结构中存在大量空间扭曲(二次扭)构件,在设计中采用了航空、汽车制造工业中应用的三维连续CATIA软件,以解决复杂建筑的空间建模问题。
(2)首次在桁架柱内柱中采用高性能、强度级别最高的国产Q 460钢材(舞阳钢厂生产),厚度达110 mm,同时解决了超厚度板的焊接问题,对钢材的各种要求均大大超过国内外现有规范。
(3)在设计中首次提出并采用下风振系数的概念。
(4)首次采用大型多面体铸钢节点连接,多达13根杆件,以实现内柱菱形截面到矩形截面的转换。
(5)焊接薄壁箱形截面桁架节点、桁架柱复杂节点及异型柱脚设计方法研究。
(6)超大(25 m×20 m)、超重(360 t)及超高(68 m)构件的翻身和成功吊装。
(7)提出大跨度结构温度场计算方法,确定使用期间的最大温差和合拢时的最佳温度(19 ℃±4 ℃)。
(8)钢结构卸载的最后变形量为271 mm,与设计理论值286 mm接近,满足设计要求。
2.2 国家游泳中心
国家游泳中心建筑体形简单,为170 m×170 m×29 m方盒子状,屋盖厚7 m,墙厚5.4 m,可容纳1.7万人。其外墙及屋面的填充单元是由十二面体和十四面体组合而成的异型网格或称WP多面体(Weaire-phelan),然后再按一定角度斜切成水泡状网格。既有上弦,也有下弦,中间为腹杆。网格内外均铺设透明的ETFE充气膜膜枕,赋以整个建筑以晶莹剔透的外表,这种结构又称之为“水立方”(Water Cube)。杆件采用传统的方钢管(上下弦)及圆钢管(腹杆),节点大多为我国普遍采用的常规和异型焊接空心球节点。其技术创新点包括:
(1)在建筑结构中采用WP多面体网格,达到水泡效果,堪称一大创新。
(2)网格杆件采用圆钢管及方钢管,由于除了受轴力作用外还有弯矩及扭矩存在,端部需加强,与此相接的节点采用常规和异型焊接球节点,杆件和节点都有新的计算方法,为国内外首创。其计算公式已列入我国正在修订的空间网格规程。
(3)网格填充的两层气枕采用使用寿命长达30年、透光度高、不自燃、自洁性好的ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)膜材。ETFE膜面有许多镀点,能起到折射阳光及保温作用。
2.3 国家体育馆
国家体育馆在建筑空间上划分为两个大厅,即比赛大厅和训练大厅。比赛大厅空间平面尺寸为114 m×144.5 m,柱顶高度分别为35 m、43 m、30 m,训练大厅空间平面尺寸为51 m×63 m,柱顶高度分别为30 m、22.3 m。屋盖结构采用新型空间结构双向张弦桁架体系,下部结构为框架抗震墙结构与型钢混凝土框架-钢支撑相结合的混合型结构体系。
张弦桁架上弦及腹杆采用圆钢管焊接空心球节点,下弦采用矩形管铸钢节点。张弦索纵向8根单索在上,横向14根双索在下,强度1 670 MPa,撑杆上端与桁架下弦相连为万向球铰,下端与索相连为夹板带滚轴节点,索端为铸钢节点。施工方法为构件散件出厂,纵向桁架横向累积滑移(中间设1道滑道,端部为拼装架),最后分级分步做横纵向索张拉,由于相互影响,一般需超张拉以抵消应力损失。该工程用钢2 037 t,耗钢量86 kg/m2。为了保证国家体育馆的运营质量和安全,运用多达83台监测仪器实时对屋盖实行永久性监控。国家体育馆的主要创新点在于屋盖采用了双向张弦桁架超大跨度新型空间结构。
3 结语
大型复杂工程 篇5
1 问题的提出
大型复杂项目的研制成本包括研发费用和产品成本, 研发费用包括开发费用、测试费用和人工费用等, 产品成本包括采购和材料费用、制造费用等。目前, 我国大型复杂项目主要是采用定性分析的成本预算方法, 在定性预算中涉及主观因素较多, 缺乏科学预测性, 预算精度较差。成本预算的定量方法主要是采用参数估算法及工程费用法。参数估算法, 也称成本估算公式法, 其主要思想是在预算过程中根据相关的历史数据, 建立费用与项目技术参数之间的数学关系。参数估算法具有估算迅速准确的特点, 适用于项目早期的成本分析和快速报价, 而且具有可见性、准确性、跟踪性等特点, 已在普通项目的研制过程中得到了广泛应用。但是, 参数估算法建立在数理统计的基础之上, 需要大量的样本资料来推导特定参数与成本的关系。然而, 大型复杂项目主要以小批量、多品种产品为主, 难以实现大量历史数据的积累, 因此, 若采用参数估算法将无法保证预算结果的准确性和高效性。工程费用法, 也称工程项目分解法, 其主要思想是将项目按工作分解结构 (WBS) , 采用自底向上的费用评估方法。其特点是能较为完整地估计出相关的项目变化, 分析准确、完整。但是对于大型复杂项目而言, 若采用工程费用法将带来巨大的计算工作量。
大型复杂项目的研制过程通常是在依赖研制流程、资源配置和研制过程准备基础上, 根据大型复杂项目的工作分解结构和企业实际运营管理模式对项目工作进行层次化细分, 形成详细的工序和工步, 并在此基础上对工序、工步中所涉及的设备成本、人力成本、资源消耗成本、原材料成本、运输成本、利润、税收等进行详细预算。为了使预算更加准确和可操作, 通常需要积累详细的历史成本数据, 这些数据通常来源于历史档案文件、参考资料、专家分析、类比估算。
但是在实际工程中, 大型复杂项目通常是小批量或一次性项目, 仅有很少的历史成本数据积累, 且由于研制过程中各工序、工步等节点间逻辑关系非常复杂, 因技术成熟度不达到要求而经常导致关键工序、工步返工;同时, 由于大型复杂项目计划非常庞杂, 影响工序工期的核心要素如工人熟练程度、工作效率等难以准确控制。因此, 在大型复杂项目计划制定和具体实施过程中, 项目的工序、工步具有不确定性, 导致对项目成本预算难以充分估计。如何有效地预算各工序、工步的成本, 使得项目成本能够得到有效使用和控制是大型复杂项目管理的关键难点。
模糊数学、概率统计和灰色系统理论是三种不确定性系统的研究方法, 其研究对象都具有某种不确定性。模糊数学的研究对象具有“内涵明确, 外延不明确”的特征, 主要凭经验借助于隶属度函数进行处理, 而其隶属度函数中人为因素较多、信息利用率不高, 因而与大型复杂项目工序的实际情况不吻合, 不是理想选择。概率统计的研究对象具有“随机不确定”特征, 着重考察随机现象的历史统计规律, 从而得到随机现象中每种结果发生的可能性大小。其研究出发点是大样本, 并要求对象服从某种典型分布, 而大型复杂项目具有小批量或一次性特征, 导致仅有很少的历史数据积累, 难以达到大样本条件要求, 因而概率统计方法也不适合解决大型复杂项目中成本预算问题。灰色系统理论着重研究“小样本”问题, 依据信息覆盖, 通过序列生成寻求现实规律, 具有“少数据建模”特征, 因此灰色系统理论具有的特点符合大型复杂项目要求。
综上, 现有的成本预算方法并不能完全适用于大型复杂项目的成本预算过程, 为了保证大型复杂项目成本预算的准确性与高效性, 急需在现有方法的基础上提出一种能合理控制相关计算样本空间的计算方法。考虑到灰色理论具有样本空间小、动态特性强、鲁棒性强等特点, 本文引入灰色系统理论以解决大型复杂项目的成本预算问题, 利用灰色预测模型在小样本的基础上对大型复杂项目成本进行预算, 提高大型复杂项目成本预算的准确性和高效性。
2 项目研制成本GM (1, 1) 模型的建立
灰色预测是对生成数列建立GM (1, N) 模型, GM (1, 1) 模型是灰色预测模型中最常用的一种, 本文就选择这种灰色预测模型来进行成本预算。
2.1 原始序列等间化
标准GM (1, 1) 模型以时间上等间距的原始序列为基础, 大型复杂项目中的成本预算单元基本不具备按照一定规律出现的可能性, 即其原始序列是非等间的, 因此在进行成本预算前需要把非等间序列变换成等间序列。本文采用弱随机性非等间序列等间化方法对原始序列进行等间化处理, 主要思想是: (1) 在非等间序列构成的区域内, 构建灰元 (即划分出等间距的灰参数组的各参数) ; (2) 基于各时段差系数求解白化值 (即各灰元的估计值) 。
设某预算单元的历史成本序列为:X1 (0) ={x1 (0) (t1) , x1 (0) (t2) , …, x1 (0) (tn) }, i∈{1, 2, …, n}, 该序列是非等间的, 按照如下五步即可得到相对应的等间序列, 如图1所示。
步骤一, 求解平均时间间隔:△t= (tn-t1) / (n-1) ;
步骤二, 求解单位时段差系数:μ (ti) = (ti/△t) -i+1, i∈{1, 2, …, n};
步骤三, 求解各时段总差值:△x1 (0) (ti) =μ (ti) [x1 (0) (ti+1) -x1 (0) (ti) ], i∈{1, 2, …, n-1};
步骤四, 求解灰元白化值:i=x1 (0) (ti) -△x1 (0) (ti) , i∈{1, 2, …, n};
步骤五, 获取费用等间序列:X (0) ={1, 2, …, n}。
2.2 项目研制成本GM (1, 1) 灰色建模
在构建了成本等间序列X (0) 后, 便可对其进行GM (1, 1) 建模。其主要流程如下:
(1) 对X (0) 进行一次累加生成 (1-AGO) , 生成序列X (1) :
(2) 构造X (1) 的紧邻均值生成序列Z (1) , 其中
(3) 对X (1) 建立微分方程:, 其对应的灰微分方程为:x (0) (k) +az (1) (k) =b;
(4) 设参数列向量, 由关系式利用最小二乘法可求得:
求解微分方程得:
其中:
(5) 作一次累减生成 (1-IAGO) , 得到还原数列:
2.3 项目研制成本灰色模型精度校验
在构建了大型复杂项目研制成本灰色模型后, 为了保证模型的准确性, 还需要对模型的精度进行校验。本文采用基于残差的相对误差校验指标对项目研制成本灰色模型进行精度检验。相关的费用残差序列如下:
在研制成本GM (1, 1) 灰色模型的础上可计算得到相对误差和平均相对误差的取值。在e (k) 和的基础上, 可根据表1的预测精度等级进行检验, 对于给定的等级检验误差α, 当且e (n) <α时称模型符合精度要求;若无法达到精度要求, 则需要进行残差修正。见表1所示。
如果拟合达到精度, 则利用, 得到成本预算模型:
其中:k=t/△t0+1
3 项目研制成本模型GM (1, 1) 的残差修正
由上节可知, 在成本预算过程中, 如出现拟合精度检验结果达不到拟合指标要求的情况, 则需要采用残差序列建立GM (1, 1) 模型对原来的模型进行修正以提高精度。
若在费用残差序列ε (0) 中存在k0满足, 同时ε (0) (k) 的符号一致, 且k0n-4, 则称 (|ε (k0) |, |ε (k0+1) |, …, |ε (n) |) 为可建模残差尾段, 可如下式所示:
在此基础上对残差尾段序列ε (0) 进行一次累加生成 (1-IAGO) , 构建数列ε (1) :
同时可进行GM (1, 1) 建模得到ε (0) 的预测模型:
在此基础上, 用ε (0) 修正, 得到成本预算的残差修正模型:
4 算例
以某型飞行器某部件为例, 其历史设计成本序列如表2所示, 选取前五组数据进行GM (1, 1) 灰色建模, 得到原始序列X1 (0) ={271.8, 253.5, 236.5, 224.8, 212.2}, 显然该序列是非等间的, 最后两组数据作为检验数据。
首先对非等间序列X1 (0) 进行等间化转换, 等间化的过程如表3所示。
得到等间序列X (0) ={271.8, 254.3947, 238.5526, 225.0211, 212.2}, 从而将非等间问题转化为等间问题。对X (0) 按照成本GM (1, 1) 建模, 用最小二乘法求得待定系数a和b的估计值:a=0.0603673339000384, b=278.083142526644, 从而得到还原值^X (0) 并计算相对误差如表4所示。
平均相对误差, 且e (7) =0.0016<0.01。
该模型对设计人员从事同类工作的成本预测精度为一级精度, 因此可以在预测成本时使用, 不需要建立残差修正模型。
5 结语
论文针对大型复杂项目缺乏大量的历史费用数据, 难以利用参数估算法、模糊数学、概率统计等进行成本预算的难题, 提出了一种面向大型复杂项目研制的灰色成本预算方法, 得出以下几个方面的结论:
(1) 针对大型复杂项目成本预算单元基本不具备规律性问题, 首先对成本预算前把非等间序列变换成等间序列, 并建立了项目研制成本的GM (1, 1) 灰色模型。
(2) 提出了基于残差的相对误差校验指标, 对项目研制成本灰色模型进行精度检验, 提高了模型计算的准确性。
(3) 以某型飞行器部件为算例进行了实例分析与验证, 证明了大型复杂项目的灰色成本预算准确性高, 实现了灰色预算法在利用较少的样本数据的同时也能够得到较高的估算精度, 为解决相似大型复杂项目成本预算问题提供了一种有效方法。
参考文献
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[2]刘思峰, 郭天榜, 党耀国, 等.灰色系统理论及应用[M].北京:科学出版社, 1999
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[4]袁嘉祖.灰色系统理论及其应用[M].北京:科学出版社, 1991
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[6]宋中民.灰色区间预测的新方法[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版, 2002, 26 (6) :796-799
大型复杂工程 篇6
这就需要在项目建设的策划、规划期就应该对整体项目有明确的项目进度规划,能够在整个工程项目实施期间指导项目总体进度计划、协调各子项进度计划、统筹规划。然而由于我国建设长期以来的计划经济思想和以施工计划为核心的进度计划控制理念,缺乏以项目业主角度为出发点,涵盖项目前期准备、设计、施工、竣工等建设各阶段,包括设计单位、施工单位、供应单位等各参建单位的总体项目进度控制纲要;另外,目前国内大型建设项目的建设,多是由一个临时组建的班子负责组织实施,往往缺乏大型复杂项目的建设经验,总进度规划的编制和控制更是难以实施。对大量的项目业主的走访和大量的工程实践都表明了进度目标在三大目标控制中居于核心地位,是其它目标控制的前提和基础,也是整个项目管理的基础。本文以某一大型粮油加工仓储物流项目为例,就大型复杂项目的总体进度控制纲要进行分析和论述。
1 总进度控制纲要的编制原则和方法
大型复杂项目涉及内容广泛,整个项目进度计划的编制是一个系统工程,在工程项目实施的各个阶段涉及到不同层次和不同深度的进度计划,项目的进度计划系统包括总进度纲要、总进度计划、分区进度规划和单体项目进度计划等,项目总进度纲要主要是指第一和第二两个层次的内容。它是对项目进度目标的科学论证以及对项目的建设作总体、全局性的部署[1]。
项目总进度纲要是项目进度控制过程中的一个重要的计划文件,也是建设项目进度控制的基础性和关键性工作项目。其功能主要有以下6个方面:对工程建设总进度目标进行预测和科学论证;分析确定工程建设进度的关键路线和里程碑事件的时间点;对工程实施总进度进行总体、战略性部署;确立工程项目实施过程中总进度目标控制的依据;确立详细的分级分区进度计划编制和调整的依据,确立编制工程建设资金需求量计划的依据。
总进度控制纲要的编制是一项复杂的系统工程,在编制过程中应遵循一定的原则和方法:
1.1 业主是总进度控制纲要的核心和主要组织者
在工程项目建设中居于核心地位的是项目业主,其通过合同把众多的项目参与者联结在一起并安排各参与者按总进度计划各行其是,在宏观上把握整个工程项目进展,协调各参建单位的时间和空间资源,并以政治、经济、组织等多种措施保障项目的顺利实施。因此,项目业主在总进度控制纲要的编写中居于核心地位,也是最主要的组织者,尽管项目业主不一定亲自编写总进度纲要,但依然是总进度纲要的最高组织者和最终裁定者。
1.2 遵循分总分的原则
一般来讲,大型复杂项目都不是单层信息,而是多层信息,由于各项目参与者在项目层级位置的不同,掌握和拥有的信息肯定有所不同。如材料供应商处于项目信息流的底层,掌握的信息较为详细和具体,但对整体信息缺乏清楚地认识;而项目业主处于项目信息流的顶层,掌握的信息能够反映整个项目的状况,但掌握的信息可能在传递过程中已失真。这就要求在编写总进度纲要时遵循分总分的原则,即项目业主或项目进度总控方首先明确大致明确总体进度计划安排,然后项目各参与方在总体进度计划安排下编制本单位项目或子项进度计划,本层次编制应根据实际情况编制,可以对初步总体计划突破或调整;最后由项目业主或项目进度总控方统一调整、协调,明确项目进度计划。
1.3 分级管理和控制
如上所述,由于项目参与者在项目层级位置的不同,掌握和拥有的信息肯定有所不同,这也要求了处于项目不同层级位置的计划编制人所编制的进度计划的编制精度和编制范围有所不同。一般来讲,项目业主的控制范围是最高级别的控制管理,并根据项目进展对关键子项进行控制;承包商的控制范围是中级的控制管理,而分包商和供应商是低级的控制管理。高级别的进度计划直接控制下级计划,但不对下下级计划进行直接控制,即项目业主进度计划不直接控制分包商和供应商计划,这无论从合同关系和实际控制关系都有利于进度计划的执行,减少混乱和失误。
1.4 科学地统筹和协调
大型复杂项目在编制进度控制纲要时,要以项目总目标的实现为原则,科学地统筹和协调各子项和重点工序间关系,做到子项与子项之间、子项与公共设施、子项与总体项目之间的项目协调,减少重复工作和停工等待,以减少总体项目的浪费和无效率。
2 大型复杂项目总进度控制纲要的编制
2.1 合理确定进度控制目标
在项目建设前期,应该利用占有的资料和已有的经验[2],简单明确拟建单位工程之间的项目逻辑关系,建立起简单的关键线路和关键事件,确定项目的进度目标,此时的目标具有初设性,是项目总进度目标的愿景式规划,是最后确定的进度纲要的目标的基础,不需要特别精确,但应有一定的权威性。
2.2 统一进度计划信息结构
在项目建设过程中,项目参与各方一般都编有进度计划,但进度计划却往往缺乏联系,各个参建单位各行其是,经常因相互之间的进度计划脱节而影响进度控制。从实践来看,项目进度计划的执行的困难往往也是因为进度计划单元划分不合理或是界面不清晰而造成的。因此,为了总进度计划的良好编制和后期管理,应统一项目进度信息结构,采用统一的子项名称、定义、术语,统一项目过程、活动和任务,统一活动、过程的编码,统一进度计划分级及管理,即上层计划对下层计划覆盖和约束;下层计划在上层计划内扩展并保持一致。统一的进度信息结构能够在项目各参与方之间架起统一的桥梁,形成各方间联系和沟通的共同语言,对后期的总进度纲要管理和分级管理奠定基础。如在后期进度纠偏过程中,统一的进度信息结构不变,就易于进度的分析和比较,找到进度偏差的原因。
2.3 科学地工作结构分解
合理地对项目进行WBS(工作结构分解)意义重大,好的WBS体系基本上确定了进度控制的基础和后续工作的难易程度[3]。WBS可以明确工作范围,消除工作界面处的模糊和歧义,同时能够明确各个工作队伍的任务明确。WBS应该具有良好的适用性、系统性与可扩充性,分解的依据是项目的总体规划、管理制度、管理层次、招标情况、承包商及供应商情况等等。
2.4 编制进度控制纲要
在编制进度控制纲要时,应充分考虑到项目的关键路线、施工实施先后次序和步骤,避免重复工作和浪费。进度控制纲要应采取自上而下的程序,首先明确项目和子项里程碑,再明确各阶段工作主要目标,然后确定关键性工作的控制节点,最后对具有重要影响系数的子项确定较为详细的分部分项计划。
2.5 制定项目进度纲要控制措施
严格的进度控制计划的编写与制定并不意味着计划执行的成功,进度控制纲要不仅要包含编制环节,执行、反馈和后评价环节都是必不可少的环节,尤其是进度控制计划的保障措施的制定[4]。进度控制计划的保障措施一般包括:组织措施、管理措施、经济措施、技术措施和合同措施等。如项目进度纲要的专人负责制、进度滞后的专项研究机制等等。
2.6 进度纲要的跟踪与调整
大型复杂项目持续时间长、面临的外部影响因素多、参与方众多,总进度控制纲要编写完成后并不意味着就能得以顺利地实现和完成,在整个项目实施期间,必须对项目总进度控制纲要进行跟踪、控制和管理,对分项或子项进度计划进行调整以适应总进度计划,必要时对总进度计划调整以适应外部环境变化[5]。进度的跟踪和调整应事先明确责任人、信息汇集方式、调整的原则和方式、调整后的再跟踪等,从而保证整个项目的进展能够及时反映在项目监控系统中,并能在尽量不影响项目总进度目标的前提下进行调整。
3 总进度控制纲要的案例分析
某大型粮油加工仓储物流项目是集粮油储存、中转、集散、加工和物流服务等功能为一体的现代粮食物流加工中心。占地面积20万m2,规模巨大,一期投资约13亿人民币,建设工期原定26个月。
作者所在单位承担本项目的进度控制纲要的编制并指导进度纲要的实施和调整工作。经与建设单位以及各有关单位分析论证基础上,我们编制了项目进度控制纲要,并在项目实施期间,采用了下列办法:
1)组建了常设工作小组,专门组织和负责该项工作;
2)认真听取项目业主、监理和承包商意见,科学地编制总进度纲要;
3)在项目实施过程中,定期与不定期相结合,分析项目进度与原定计划差距,并分析其原因;
4)当工程实际进展与计划进度发生偏差,尽快分析其原因,并从组织、管理、经济和技术的角度提出相应建议。
最后不但项目稳步推进,顺利进行,而且总进度工期比原定计划缩短了6个月,经济效益得到了极大的提升。
4 结语
在大型复杂项目的前期即进行科学、严谨、全面、合理的项目进度规划,能够有效地进行进度计划管理和控制,更好地实现项目进度目标和总体目标。在大型复杂项目中推行总进度控制纲要管理无疑有助于复杂项目目标管理的科学化、有机化、集成化、动态化。
摘要：对大型复杂项目进行总进度控制有助于项目目标管理和提高项目实施效率。本文就目前大型复杂项目进度控制纲要进行分析,指出总进度控制纲要的编制原则,并以实际案例为基础研究大型复杂项目进度控制纲要的编制程序和方法,指出在大型复杂项目中推行总进度控制纲要的必要性。
关键词：大型复杂项目,进度控制,纲要
参考文献
[1]王广斌.大型建设项目总进度纲要的编制与跟踪管理[J].同济大学学报,2003(11):1359-1364.
[2]ADAN ENSHANSSI.A monitoring and controlling system inmanaging infrastructure projects[J].Building Research andInformation,1996,24(3):21-26.
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[4]RUSSELL ARCHIBALD D.Managing-High Technology Pro-grams andProjects[M].Beijing:Tsinghua University Press,2004.
大型复杂工程 篇7
一、低压电力线载波通信原理与特点
电力线载波通信是利用传输工频电能的线路作为传输媒介的通信方式, 是电力线特有的一种通信方式, 利用现有电力线, 通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。可以分为高压电力线载波通信、中压电力线载波通信、低压电力线线载波通信。
低压配电网是一个用户最多、分布最广的能源传输网络, 在低压电力线载波通信中, 通常利用1 MHz~30 MHz频率范围传输信号。终端设备和主机之间的载波通信是交互的, 电力线载波通信原理结构图如图1所示。
电力线载波数传模块是载波通信的核心部件, 发送数据信号时, 通过载波数传模块将数据信号调制在高频载波信号上, 并加载到电力线上进行数据传输;接受数据信号时, 载波数传模块经过耦合和滤波, 从电力线上滤出高频数据信号, 再经解调和放大还原数据信号, 传送到终端设备。
电力线载波通信属于“无新线”技术, 未来是一种重要的设备总线通信技术。最大特点是无需重新布置信号网络, 借助电线即可进行数据信号传送, 接入方便, 通信网络建设费用低, 维修维护方便, 减轻用户的经济负担。
二、集中润滑系统的通信方式分析
智能集中润滑系统一般由润滑监控站 (上位微机) 、润滑控制柜、润滑站、智能分油箱等部分组成, 可以实现对设备的定点的定量润滑与检测, 智能集中润滑系统组成如图2所示。
其通信结构如图3所示。目前国内集中润滑系统主要采用以下3种方式实现控制系统与各润滑点的数据信号通信。
(1) 有线通信。即专门铺设用来传输信号的网线、光纤、电话线等信号线缆, 以连接润滑监控站与各润滑点, 实现集中润滑系统的通信信号的传输。这种方式传输信号稳定、可靠、高速, 但长距离传送信号有衰减, 并且投资费用较大。是目前集中润滑系统应用最多的通信方式。
(2) 无线通信。该方式不需要专门铺设通信线缆, 通过无线通信技术传输通信信号, 实现检测控制各个润滑点。该方式成本低廉、适应性好、扩展性好、维护方便, 但电磁波具有方向性, 且易受周围电磁信号干扰, 误码率较高, 同时信号传输延迟较大, 信号传输的质量较难保证。并且通信距离受限, 目前地面民用无线通信的设备所能达到的距离一般为0.2~6 km。当润滑点分布范围>6 km时, 该方式在集中润滑系统中不能完全实现通信要求。
(3) 电力载波通信。是指以现有的集中润滑系统电源线为载体, 通信信号以低压电力线载波形式传输。该通信方式具有很强的抗干扰能力, 由于采用频率传输方式, 信号无衰减。电力部门通信的专用传输频段为40~50 k Hz, 所以在进行设定传输频段时需要避开电力部门通信专用频段。PLC调制解调模块的成本也远低于无线模块, 随着PLC控制技术的成熟, 工业检测手段的完备, 低压电力线载波通信可以应用于集中润滑系统, 较好地实现其通信功能。
上述3种通信方式在集中润滑系统中都有不同程度的应用, 但在润滑控制柜和润滑控制站之间一般是有线通信, 如果将集中润滑系统接入以太网, 可以实现远程网络控制。
三、结论
电力线在大型机械上是必不可少, 采用低压电力线载波通信方式, 可节省大量费用, 不需要另架专线, 也不占用现有的频谱资源, 而且免维护, 省时省工, 线路简捷, 相对经济。在矿用皮带输送机、辊式给料机、球磨机、回转窑等大型复杂机械设备上, 润滑点数量多且密集或工作环境温度高等情况下, 集中润滑系统的通信线缆布置量大或通信线缆布置不便, 引入低压电力线载波通信, 集中润滑系统运行更好, 能有效减少设备的停机时间, 节省维修和零件成本, 提高设备的使用寿命和性能, 并大幅提高工人工作效率, 主机设备的产能和效益将进一步提升。
摘要：在分析低压电力线载波通信技术原理的基础上, 对比分析集中润滑系统中3种通信方式的使用特点, 低压电力线载波通信, 可有效解决大型复杂机械设备集中润滑系统的通信问题。