Модели и методы управления процессом строительного проектирования в конкурентной среде

Современное состояние российской экономики требует обеспечения развития с устойчивыми темпами роста реального сектора народного хозяйства, в том числе капитального строительства.

Строительство как объект предпринимательской деятельности в конкурентной среде, является сложнейшей организационно-технологической системой, в которой за последнее время произошли количественные и качественные изменения, обусловленные как снижением масштабов и объемов производства, так и повышением требований к качеству возводимых объектов, сокращением времени их возведения, а также увеличением количества участников строительного процесса.

Эффективность строительства в значительной мере обуславливается деятельностью проектных организаций, также являющихся субъектами рыночных отношений. Их специалисты в процессе своей работы определяют как содержание и качество будущих строений, так и сроки реализации инвестиционных проектов (ИСП).

Длительность процесса проектирования в общем случае зависит от времени выполнения инженерами различных специальностей творческих и расчетных работ, а также от факторов социально-организационного порядка, учитывающих как согласованность действий всех участников проектирования, так и психологические особенности их личностей.

Анализ опыта работы проектных организаций показал, что в первую очередь основной причиной невыполнения проектных работ в срок являются несоответствующая требуемой квалификация кадров всех категорий и, как следствие, низкая индивидуальная производительность труда.

Другими причинами являются неоптимальное планирование продолжительности работ вследствие отсутствия научно-обоснованных нормативов трудозатрат на выпуск проектной продукции, а также влияние возникающих в процессе строительного проектирования различного рода рисков-неполадок.

Сложность этих проблем, решаемых руководителями проектно-строительных предприятий требует применения обоснованных и практически подтвержденных математических моделей и методов, позволяющих обеспечить решение прикладных задач в управлении процессом строительного проектирования в рыночных условиях, в том числе с помощью использования технологий САПР и АСУ.

Целью диссертационной работы является разработка моделей и методов оценки и повышения эффективности управления процессом строительного проектирования в конкурентной среде (на примере проектирования инженерных сетей.

Для достижения поставленной цели решены следующие научные задачи:

— проведена оценка соответствия существующих моделей и методов управления процессом строительного проектирования современным требованиям конкурентной рыночной среды;

— обоснован выбор факторов влияющих на эффективность управления строительным проектированием;

— разработана система критериев для оценки влияния рассматриваемых факторов;

— разработаны математические модели и методы, определяющие зависимость эффективности работы проектных организаций от выявленных критериев;

— разработана комплексная имитационная модель, учитывающая влияние всей совокупности исследуемых факторов на процесс управления строительным проектированием.

Объектом исследования являются проектные организации строительного комплекса крупного города (региона).

Предметом исследования являются модели и методы управления процессом строительного проектирования в конкурентной среде.

Теоретической и методологической основой диссертационного исследования являются: аппарат производственных функций как статистических моделейметоды корреляционного и регрессионного анализатеория нечетких множествэкспертные методытеория вероятности, теория надежности, методы статистических испытаний (Монте-Карло). Математическое моделирование связано с обработкой результатов экспертных оценок и статистических данных, характеризующих объект исследования.

Научная новизна основных результатов, полученных автором в процессе диссертационного исследования, состоит в следующем:

— обоснован выбор критериев и разработана аналитическая модель ожидаемого уровня производительности труда инженеров-проектировщиков в виде уравнения поверхности отклика таких аргументов, как уровень квалификации и уровень мотивации работников проектных организаций;

— обоснован метод определения нормативной трудоемкости проектных работ в зависимости от их объема и сложности с использованием математических моделей в виде корреляционных уравнений;

— проведен системный анализ функционирования проектной организации с целью выявления различного рода предпринимательских рисков;

— разработана комплексная имитационная модель управления процессом строительного проектирования в виде алгоритма и программного комплекса на базе персонального компьютера.

Научная значимость исследования состоит в дальнейшем развитии основ теории управления организационными структурами в строительной отрасли, разработке-методического аппарата на базе математического моделирования, позволяющего на научной основе прогнозировать деятельность проектных организаций, как участников инвестиционного процесса, с целью достижения их конкурентоспособности в условиях рыночных отношений. 7.

Практическая значимость работы заключается в использовании основных положений и рекомендаций исследования на практике в проектных и строительно-монтажных организациях для решения задач по обоснованию мероприятий по повышению эффективности управления процессом проектирования, в том числе с использованием САПР и АСУ различного назначения. На защиту выносятся следующие основные результаты исследований:

— аналитическая модель ожидаемого уровня производительности труда инженеров-проектировщиков;

— методы расчета нормативной трудоемкости проектных работ в зависимости от их объема и сложности;

— комплексная имитационная модель управления проектным процессом с учетом возникновения предпринимательских рисков, реализованная в виде алгоритма и программного комплекса.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГАСУ (2002, 2003, 2004, 2005 гг.), на VI международной научно-практической конференции в СПбГПУ «Системный анализ в проектировании и управлении» (2002 г.), на VI научной конференции в СПбГПУ «Экономика, экология и общество России в 21-ом столетии» (2002 г.), на международной научно-технической конференции в СПбГПУ «Технология, строительство и эксплуатация инженерных систем» (2002 г.), на XIII международной научно-практической конференции СПбГПУ «Управление организацией: диагностика, стратегия, эффективности» (2005 г.), на VI международной конференции СПбГПУ «Компьютерное моделирование» (2005 г.). Публикации.

1. Стахов А. Е. Методы повышения эффективности управления строительным проектированием. — СПб: ОАО «Издательство Стройиздат СПб», 2005 г. — 109с.

2. Стахов А. Е. Экономическая оценка информационной сложности проектных решений систем отопления /Сборник материала международной научно8 технической конференции «Технология, строительство и эксплуатация инженерных систем», 21−24 апреля, 2002 г./ Государственный политехнический университет, — СПб. — 2002 г. — С. 187−188.

3. Стахов А. Е. Информационное содержание проектирования инженерных систем/Сборник трудов VI международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении», 28 июня 2002 г./ Государственный политехнический университет, — СПб. — 2002. С. 378−379.

4. Стахов А. Е., Соснин В. А. Проблемы управления процессом проектирования / Сборник тезисов и докладов 60-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов Г АСУ, СПб. — 2003. -С. 151−152.

5. Стахов А. Е., Соснин В. А. Анализ факторов влияющих на эффективность организации проектных работ / Тематический сборник трудов. Вып. П, 2003 г. / СПб. — Стройиздат СПб, — 2003. — С. 104.

6. Стахов А. Е. Комплексная модель обеспечения конкурентоспособности проектной организации/Сборник трудов XIII Международной научно-практической конференции «Управление организацией: диагностика, стратегия, эффективность» 7−8 апреля 2005 г./Государственный политехнический университет, СПб. — 2005 г. — С. 339−340.

7. Стахов А. Е. Моделирование процесса строительного проектирования с помощью производственной функции / Доклады 62-й научной конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов. Секция прикладной математики и информатики. Межвуз. темат. сб. тр./ СПбГАСУСПб.-2005 г. -С. 114−116.

8. Стахов А. Е. Модель управления проектной организацией в конкурентной среде/Сборник трудов VI Международной конференции «Компьютерное моделирование» 28 июня — 2июля 2005 ^/Государственный политехнический университет, СПб. — 2005 г. — С.504−505.

Цели и задачи диссертационной работы предопределили ее структуру. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, заключения, списка использованной литературы и приложений.

Выводы по главе П.

1. Производство любой продукции связано с использованием определенных видов ресурсов, в качестве которых традиционно рассматриваются затраты труда и затраты капитала. Проведенные нами исследования показали, что для анализа проектной деятельности целесообразно использовать такой фактор влияния как показатель интенсивности проектных работ, определяемый отношением нормативных трудозатрат к фактическим, а также критерии, характеризующие квалификацию и мотивацию специалистов. Предложено и теоретически обосновано применение математической модели в виде производственной функции с использованием в качестве ресурсов показателей уровней квалификации и мотивации инженеров-проектировщиков.

2. Для определения параметров производственной функции, определяющей эффективность проектного труда, была проведена экспертная оценка влияния уровней компетентности специалиста и его мотивации на уровень производительности труда. В результате получена аналитическая модель, позволяющая оценить возможность реализации проекта в установленный срок при различных сочетаниях характеристик имеющихся кадровых ресурсов.

3. Предложен метод оценки уровня квалификации специалиста исходя из двух составляющих: кадрово-статистической и тестово-контрольной метод взвешенных сумм). Первая оценка зависит от стажа работы специалиста, вторая определяется путем его проверки по разработанным тестам «Ключевые научно-технические понятия». В соответствии с принятой шкалой оценки квалификации работников предложены уточнения к квалификационным характеристикам инженеров-проектировщиков различных категорий.

4. Предложен метод оценки уровня мотивации работников, основанная на анализе потребностей человека, анализе его внутренних возможностей реализовать эти потребности и на анализе степени влияния внешней среды (метод взвешенных сумм).

5. Проведенные исследования показали, что предложенные зависимости интенсивности проектного труда, квалификации и мотивации специалиста могут быть использованы для экономического анализа. Для оптимизации расходов по поддержанию кадровых ресурсов в адекватном поставленным задачам состоянии был использован метод нахождения условного максимума ранее полученной производственной функции при бюджетных ограничениях на оплату труда.

ГЛАВА III. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ПРОЕКТНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ.

3.1. Обоснование метода оценки информативной сложности проектов.

Преобразование материально-технических и энергетических ресурсов в строительный объект невозможно без комплекса знаний и умений, который представляет собой некий высокоорганизованный информационный поток. Сама по себе информация нечего не создает и никакой работы не производит, но как только появляется «приемник» этой информационной «энергии», ее определенное количество преобразуется и совершается «работа» по созданию упорядоченной структуры, в нашем случае — строительного объекта. Под воздействием информации (J) неопределенность, энтропия (Н) меняется от своего единичного до практически нулевого значения. Одновременно объект проектирования насыщается информацией от нулевого до максимального (единичного) значения. Вопросами изучения количественных моделей преобразования информации занимались многие известные ученые, такие как Винер Н., Нейман Д., Колмогоров А. Н., Венцель Е. С., Урсул А. Д., Яглом А. М., Яглом И М. и другие.

Известны разные подходы к количественной оценке объема информации. Так, например, в работах [16, 59,111,118] количество информации связывается с вероятностью того или иного события.

Более приемлемым представляется подход к оценке количества информации как к мере отражения материального мира [24]. Она оценивается отношением: j=m: <зл> где, А — общее количество каких либо знаков, воспринимаемых измерительными приборами или нашими органами чувств;

АЛ — «квант», с точностью, до которого нас интересует воспринимаемая информация.

Строительные, равно как и конструкторские чертежи, представляют собой совокупность условных знаков, которые являются моделью будущего здания или его конструктивно-технологической части. Для определения значения АА введем понятие «проектного образа» по аналогии с «картографическим образом» [13]. В философском понимании образ есть результат отражательной, познавательной деятельности. В проектировании под проектным образом (ПО) понимается пространственная комбинация необходимого числа проектных условных знаков, воспринимаемая исполнителями в виде рабочих чертежей в процессе выполнения строительно-монтажных работ.

Механизм возникновения проектного образа следующий. У инженера, читающего рабочий чертеж, при виде какого-либо условного знака возникает первичное представление о детали, конструкции, оборудовании в смысле его расположения, например, радиатора у оконного проема и трубопровода к этому радиатору. Цифры, характеризующие деталь, конструкцию, оборудование дополняют первичные проектные знаки новым содержанием (например, количество секций в радиаторе и диаметр трубопроводов). В результате комбинации проектных знаков возникает проектный образ, несущий законченную, т. е. пригодную к материальному воплощению проектную информацию (например, проектный образ этажестояка системы отопления, узел установки квартирных счетчиков холодной и горячей воды и т. д.).

Очевидно, что чем большее количество проектных образов различного вида содержится в рабочих чертежах, тем больше информативное содержание этих документов. Следует отметить низкую информационную избыточность рабочих проектов. Если в тексте, например, учебного пособия избыточность, т. е. те слова и понятия, которые можно вычеркнуть без изменения смысла напечатанного, можно оценить в 50−70%, то ГОСТами на оформление проектной документации предполагается не более чем 10% избыточности. Следовательно,.

74 практически каждый проектный знак (стрелка, цифра, обозначение) несет смысловую нагрузку.

Будем считать, что любой /-тый знак (линия с размером, арматура, отопительный или сантехнический прибор и т. п.) является группой 1-го порядка, а восприятие этого знака формирует у читателя элементарный проектный образ.

1-го порядка (ПО1). Проект содержит столько ПО1, сколько в нем имеется элементарных знаков. Группы 1-го порядка, имеющие функциональный признак (этажестояк системы отопления, тепловой узел и т. д.), объединяются в группы.

9 1.

2-го порядка, причем в группе ПО должно быть не менее двух ПО. Наличие общих функциональных признаков приводит к образованию групп 3-го, 4-го, ., /-го порядков (стояк системы отопления, система отопления, система отопления с тепловым узлом) и т. д.

Таким образом, под общим количеством знаков, А в формуле (3.1) понимается количество проектных образов 1-го и последующих порядков. Информация, «снятая» с рабочего чертежа с «точностью» до стояка системы отопления", будет меньше, чем та, которая получена нами с «точностью до этажестоя-ка» и меньше, чем с «точностью до элемента-радиатора, крана» и т. д.

Принимаем в качестве количества информации, заложенной в проектах инженерных систем зданий и сооружений, количество проектных образов 1-го порядка. Поскольку единица информации в электронно-вычислительной технике, байт, содержит либо две цифры, либо одну букву или знак — бит, количество ПО1 можно перевести с достаточной степенью точности и в байты, и в биты.

Создание каждого элементарного проектного образа требует определенных трудозатрат равных: Т h = п.

Ino) (3.2) 1 где Тобщие трудозатраты на проектирование системы, часп ,.

Л ПО: — сумма проектных образов первого порядка.

Таким образом, процесс проектирования заключается в том, что в каждую единицу времени генерируется новая информация (проектный образ первого порядка) и, соответственно, уменьшается первоначальная (единичная) неопределенность. Сумма этих «единиц времени» есть общие трудозатраты на проектирование системы (в расчете на одного исполнителя). Изменение процесса уменьшения неопределенности и нарастания информации можно записать в виде системы уравнений: где H (t) — неопределенность, энтропия, уменьшающаяся за счет генерации информации в течение определенного времени t;

J (t) — объем информации, увеличивающийся за тот же промежуток времени, количество ПО7- т — доля неопределенности, уменьшающаяся при выработке «кванта информа.

Например, количество элементарных проектных образов будет равным образа специалисты разного уровня тратят 0,1- 0,2- 0,3 часа, тогда время выполнения работы составляет соответственно 100- 200 и 300 часов. Величина т в этих случаях равна /7^=0,01, т2= 0,005, 0,0033. Соответствующие графики изменения величины H (t) представлены на рис. 3.1. С помощью таких графиков можно оценить, какая доля проекта реализована в любой момент времени.

3.3) 1 ции" в единицу времени, т = п 1.

VIпо).

1000 информационных единиц (ПО1) и пусть на генерацию одного проектного н.

0.9 0.8 0.7 0.61 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 О.

Рис. 3.1. Изменение энтропии проекта во времени в зависимости от различных уровней интенсивности его реализации.

3.2. Метод определения нормативной трудоемкости проектных работ.

Правильная организация технического нормирования труда должна иметь надлежащую теоретическую основу. В качестве метода обобщения показателей затрат времени по элементам нормируемого процесса целесообразно применять построение графиков, связывающих значение объемов выпуска продукции с их трудоемкостью [71]. В качестве показателей объема в нашем исследовании принимаем объем информации, заложенной в рабочий проект инженерных систем здания (сооружения), исчисленный в количестве проектных образов. В качестве норм трудоемкости принимаем нормы на проектно-планировочные работы [42, 43]. Для определения зависимости трудоемкости проектирования от показателей информационной сложности объекта проанализируем данные табл. 3.1.

300 t, час.

В графе 5 приведены трудоемкости выполнения проектных работ по ЕНВиР, в графе 6 — трудоемкость по самофотографиям использования рабочего времени. Последние показывают, что при использовании в проектировании данных о традиционных материалах и оборудовании, вышеуказанные нормы вполне применимы для предварительного анализа трудозатрат. С другой стороны, эти нормативы не учитывают возрастающую сложность конструирования и расчетов современных схем инженерных сетей, например, поквартирного отопления многоэтажного дома (позиция 2). Такие объекты мы исключаем из рассмотрения.