Modele de optimizare a activității utilajelor grele, în lucrările de construcții

Modele de optimizare a activității utilajelor grele, în lucrările de construcții

Termenele de ”Echipament de construcție” (CE) sau ”Echipament greu” se referă în special la vehiculele autopropulsate grele, concepute pentru executarea sarcinilor mari de construcție. Utilizarea acestora are o importanță semnificativă în realizarea cu succes a proiectelor. Prin urmare, utilajele grele reprezintă o investiție majoră de capital, pentru industria construcțiilor. În această cercetare, termenul CE se referă la utilajele folosite în special pentru operațiuni de mutare a pământului (excavatoare, autobasculante, încărcătoare, role de compactare, nivelatoare, răzuitoare etc.). Aceste lucrări de pământ constau în principal din patru procese de bază: excavarea, tragerea, împrăștierea și compactarea. Optimizarea acestor operațiuni a fost sintetizată în studiul cu titlul ”A thematic review of main researches on construction equipment over the recent years”, întocmit de Ilias Naskoudakis, Kleopatra Petroutsatou, de la Universitatea Tehnică din Atena.

Eliminarea posibilelor lacune

Există o mulțime de lucrări de cercetare privind CE. Cu toate acestea, lucrările de cercetare publicate sunt foarte diversificate și există o lipsă de analiză și clasificare sistematică. O cercetare anterioară, organizată pe acest subiect, poate fi doar urmărită în recenzia efectuată de David J. Edwards și Gary D. Holt.

În lucrarea lor,  autorii au subliniat, în ceea ce privește viitoarea direcție de cercetare, că, de exemplu, întreținerea mașinilor s-ar putea dezvolta cu modele predictive mai sofisticate, care permit exact la timp înlocuirea componentelor.

Localizarea precisă a șantierelor și datele spațiale ar putea fi extinse pentru a cuprinde o gestionare a flotei mari. Conceptele de control autonom al mașinilor, sisteme automate și robotică ar putea fi, toate, mai atrăgătoare, pentru cercetătorii din viitor, având în vedere avantajele mașinilor ”fără pilot”. În plus, adoptarea nanotehnologiei și producția de hibrizi ar putea fi alte căi posibile de dezvoltare a metodelor de optimizare a exploatării utilajelor grele.

Având în vedere cele de mai sus, o revizuire actualizată a ultimelor lucrări academice publicate, dedicate utilajelor de construcții nu ar dezvălui numai domeniile către care s-a îndreptat în cele din urmă cercetarea, ci ar delimita în plus orice potențiale lacune pentru cercetările viitoare. Pentru a determina mai precis cele mai bune soluții, au fost identificate principalele teme de cercetare și practicile avute în vedere pentru a elimina posibile lacune în cercetare, oferind direcții viitoare de cercetare.

Optimizarea

Optimizarea se ocupă de găsirea unor decizii optime sub constrângerile de date, având în vedere numărul de posibile alternative. Această temă acoperă o varietate de subiecte care implică luarea deciziilor pentru a crește eficiența utilizării resurselor, costurile de construcție, timpul de construcție și îmbunătățirea calității. Programarea proiectelor de construcții a primit o atenție considerabilă în ultimii ani și au fost dezvoltate multe modele.

De exemplu, Moselhi și Alshibani au dezvoltat un model care utilizează algoritmul genetic, o programare liniară și geografică a sistemelor informatice (GIS), pentru a sprijini funcțiile de management. Ca atare, Zhou și colab. a prezentat o revizuire a metodelor și algoritmilor care au fost dezvoltați pentru a examina aria de optimizare a programului de construcție. Selecția adecvată a flotei este o problemă importantă, ceea ce o face semnificativă pentru mulți cercetători.

Zhang a propus un cadru integrat, pentru o simulare multi-obiectiv-optimizare și pentru determinarea echipamentului optim în configurații ale operațiunilor de mutare a pământului. Hola și Schabowicz au prezentat o metodologie pentru selectarea unui set optim de mașini de mutat, în colaborare cu criteriul timpului minim necesar sau al minimului costului efectuării lucrărilor de terasament. Jrade și colab. a introdus un model care promite o selecție optimă a echipamentelor și flota bazată pe analiza simplă a operațiunii economice.

Contractorii au început, de asemenea, să recunoască și să utilizeze telematica și alte tehnologii spațiale, pentru colectarea în timp util a datelor despre flota lor de echipamente. Această subtemă a atras un interes deosebit în rândul cercetătorilor. De exemplu, Said și colab. a prezentat noi metodologii, pentru a sprijini managerii de flote de echipamente grele în utilizarea datelor telematice în două sarcini majore: evaluarea utilizării flotei și monitorizarea sănătății echipamentelor.

Un model simulat

Alshibani și Moselhi au dezvoltat un model de simulare de optimizare care utilizează sistemul de poziționare globală (GPS), pentru selectarea flotei pentru mutarea pământului operațiuni. Tot ei au prezentat rezultatele unei tehnici de urmărire la distanță, dezvoltată pentru a capta date de teren de la echipamente de construcții în timp real, care pot fi utilizate pentru a prezice performanța unei construcții într-un sistem bazat pe cea mai recentă stare a proiectului.

La rândul lor,  Pradhananga și Teizer au prezentat utilizarea ușor de instalat cu costuri reduse a tehnologiei de înregistrare a datelor GPS, pentru urmărirea și analiza funcționării pe șantier a resurselor echipamentelor.

În general, managementul echipamentelor de construcție poate îmbunătăți performanța proiectului de construcție și performanța contractantului corporativ.  Samee și Pongpeng nu numai că au studiat aceste relații prin colectarea opiniilor contractanților, dar, de asemenea, au examinat relațiile cauzale dintre factorii de selecție a echipamentelor de construcție și competitivitate și avantajul contractorilor.

Mai mult, Aziz și colab. a prezentat un model de optimizare inteligentă, care încorporează conceptele de bază ale metodei căii critice (CPM), cu un algoritm genetic multi-obiectiv, pentru a sprijini echilibrul între timp, cost și calitate, simultan, pentru mega proiectele de construcții.

În cele din urmă, Shawki și colab. a afișat un instrument pentru simularea operațiunilor de terasament cu capacitatea de a modela tot felul de probleme (determinist, stochastic, discret și continuu), în majoritatea aplicațiilor de construcție.

Întreținerea utilajelor și diminuarea pierderilor cauzate de inactivitate

Întreținerea, ca sistem, joacă un rol cheie în reducerea costurilor, minimizarea timpilor de nefuncționare a echipamentelor, îmbunătățirea calității, creșterea productivității și furnizarea de echipamente fiabile și, prin urmare, atingerea obiectivelor organizaționale.

Timpul de nefuncționare rezultat din avarierea mașinii în timpul operațiunilor este unul dintre cei mai neprevăzuți factori, care au un impact substanțial asupra productivității echipamentelor și a performanței organizaționale în ansamblu. Conform Kannan, trei sunt filozofiile de reparare pe care managerii de echipamente le adoptă:

-Întreținerea fixă, ​​bazată pe timp (FTM): Înlocuirea unei piese are loc după un interval de timp fixat, indiferent de condiții;

-Operare până la eșec (OTF): Înlocuirea unei piese are loc numai după ce a eșuat

-Întreținere bazată pe condiții (CBM): Starea continuă a piesei în cauză determină dacă trebuie să fie reparată sau nu.

Strategia CBM, care integrează date despre mașini, prognosticuri și instrumente de diagnosticare la distanță, reprezintă viitorul strategiei de întreținere. În acest scop, se aplică senzori pentru a detecta în ordine modificările contradictorii ale componentelor echipamentului, pentru a obține o perspectivă asupra operațiunilor, pentru a înțelege starea de sănătate a mașinilor și pentru a evita timpul de oprire excesiv și a mări excesiv costurile de întreținere.

Sistem de monitorizare a stării și defecțiunilor

Chen și colab. a dezvoltat un sistem distribuit de monitorizare a stării și de diagnosticare a defecțiunilor pentru un sistem hidraulic de mașini de construcții complexe, mari, luând în considerare faptul că mai mult de 50% din defecțiunea utilajele de construcție sunt legate de sistemul său hidraulic.

Monitorizarea sănătății echipamentelor este o întreținere proactivă și un instrument eficace pentru a estima probabilitatea de avarie a echipamentului. Prin urmare, Said și colab. a dezvoltat un echipament bazat pe telematică, un cadru de monitorizare a stării de sănătate pentru colectarea parametrilor de performanță ai echipamentelor vitale,  pentru a evalua continuu starea echipamentului și detectarea semnelor unei posibile defecțiuni.

Unii cercetători au atins factorii și parametrii care influențează procesul de deteriorare și timpii de oprire viitori. De exemplu, Prasertrungruang și Hadikusumo au propus un model care intenționează să faciliteze o mai bună înțelegere a relațiilor dintre condiția de achiziție, practica operațională, întreținerea de calitate, practicile de eliminare și consecințele de nefuncționare ale echipamentelor grele.

Concomitent, Marinelli și colab. a investigat impactul diferiților parametri (capacitate, vârstă, kilometri, întreținere), asupra procesului de deteriorare a mutării pământului în camioane cu roți, folosind metodologia de analiză discriminantă. În mod similar, Marinelli și colab. a prezentat un model artificial bazat pe o rețea neuronală (ANN), pentru predicția nivelului stării camioanelor de mutare, cu ajutorul parametrilor menționați anterior ca predictori.

Ca și în cazul altor studii raportate în această temă, Mohideen și colab. a introdus un model care tratează problemele defecțiunilor imprevizibile în uzina de construcții, pentru a minimiza timpul de avarie și a permite o recuperare rapidă a instalației de construcție, atribuită din parametrii de avarie derivați din istoria anterioară a înregistrărilor mediului de lucru.

Mohideen și Ramachandran au propus o gestionarea codului de defalcare, pentru a oferi o abordare concentrată și neechivocă echipajului de întreținere. În plus, Yip și colab. a prezentat un studiu comparativ asupra aplicațiilor rețelei neuronale de regresie generală (GRNN) și modele convenționale din seria de timp Box-Jenkins, pentru a prezice costul de întreținere al echipamentelor de construcție. Și Curcuru și colab. a propus o metodologie care minimizează costurile de întreținere, prin determinarea momentului în care trebuie luată decizia și data începerii procedurii de întreținere.

Productivitatea

Producția preconizată de lucru pe unitate de timp (oră sau zi), denumită de obicei productivitate, determină costul și durata activităților de construcție. Panas și Pantouvakis au explorat diferitele perspective pentru măsurarea sau estimarea acesteia. În același timp, Yi și Chan au efectuat o revizuire sistematică a forței de muncă și productivitatea în industria construcțiilor. Estimarea productivității este puternic afectată de tipul operațional, coeficienții și metodologiile de estimare luate în considerare.

Pe baza acestui fapt, Panas și Pantouvakis au propus un cadru structurat, pentru compararea diferitelor metodologii de estimare a productivității și evaluarea sensibilității acestora cu variația coeficienților operaționali, pentru operațiunile de excavare. Rashidi și colab. a propus o linie generalizată pe baza unui model mixt, pentru a estima productivitatea unui tip comun de buldozere și a comparat rezultatele cu datele obținute prin utilizarea unui standard model de regresie liniară.

Telematica și tehnologiile spațiale au fost, de asemenea, utilizate, pentru estimarea productivității în timp aproape real. De exemplu, Montaser și colab. a prezentat o metodă automatizată care utilizează GPS și Google Earth, pentru a extrage datele necesare efectuând procesul de estimare. Montaser și Moselhi au demonstrat un sistem automat care integrează GPS și GIS într-o platformă web utilizată pentru estimarea, monitorizarea și prognozarea productivității camioanelor de transport în lucrările de mutare a pământului.

Alte cercetări au inclus-o pe Schabowicz și Hoła care au aplicat ANN-uri care nu numai că le prezice productivitatea, dar și prezice rapoartele de eficiență a utilajelor de mutare a pământului. Marinelli și Lambropoulos au propus o nouă metodă algoritmică, pentru optimizarea timpului de încărcare a răzuitorului, iar Oh și colab. a dezvoltat un model driver pentru modelul de lucru al ciclului V, al încărcătorului pe roți și un model de simulare dinamică 3D, pentru a analiza funcționarea performanța și fluxul de energie în fiecare componentă. În cele din urmă, lucrarea lui Rustom și Yahia a folosit simularea, ca tehnică de planificare eficientă, pentru estimarea ratelor de producție în proiectele de construcții.

infoconstruct