Projekt okładki

Ireneusz Gawliński

Ilustracja na okładce

123rf/Antoni Halim

Wydawca

Karol Zawadzki

Koordynator ds. redakcji

Adam Kowalski

Redaktor

Małgorzata Dąbkowska-Kowalik

Produkcja

Mariola Grzywacka

Dział reklamy

Agnieszka Borzęcka (agnieszka.borzecka@pwn.com.pl)

Recenzent

Prof. dr hab. Stanisław Belniak, Uniwersytet Ekonomiczny w Krakowie

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN

Anna Jakubowska, Woblink

Publikacja dofinansowana ze środków Wydziału Górnictwa i Geoinżynierii – Katedra Geomechaniki, Budownictwa i Geotechniki Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo.

Więcej na www.legalnakultura.pl

Polska Izba Książki

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Warszawa 2019

ISBN 978-83-01-20223-1

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2019 r., (wyd. I)

Warszawa 2019

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321, faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl

www.pwn.pl

Spis treści

Ważniejsze oznaczenia

Wstęp

1. Podstawowe pojęcia

1.1. Praca produkcyjna

1.2. Brygada pracowników, jednostki wykonawcze i transportowe

1.3. Stanowisko robocze

1.4. Front pracy i działka robocza

1.5. Proces roboczy

1.6. Ciągłość i cykliczność pracy

1.7. Chwila, czas i okres cyklu pracy brygady

1.8. Rytm pracy

1.9. Warunek ciągłości pracy brygad

1.10. Warunek ciągłości korzystania z działek

2. Czas pracy, okres zmiany roboczej i przerwy

2.1. Czas niezbędny realizacji zadania

2.1.1. Obsługa stanowiska roboczego

2.1.2. Praca operacyjna

2.1.3. Przerwy technologiczne

2.1.4. Przerwy konieczne

2.2. Straty czasu

2.2.1. Działania zbyteczne i źle wykonane

2.2.2. Przestoje

2.2.3. Nieprzestrzeganie dyscypliny pracy

2.3. Oddziaływanie systemu zarządzania na elementy czasu dysponowanego zmiany roboczej

2.4. Przykładowe wyniki badań

2.4.1. Współczynnik wykorzystania czasu roboczego

2.4.2. Procesy załadunku i „obiegu” jednostek transportowych

3. Uwarunkowania systemu równomiernej realizacji procesów

3.1. Standardy firm budowlanych

3.1.1. Systemowe zasady wykonawcze

3.1.2. e-Integracja

3.2. System RR w organizacji

3.2.1. Warstwa e-CENTRUM

3.2.2. Warstwa DYSPOZYTOR

3.2.3. Warstwa PRODUKCJA

3.3. Zastosowania systemów RS, RFID i S-VS

3.3.1. System poprawy bezpieczeństwa pracowników i maszyn RS

3.3.2. Automatyczna ładowarka wyposażona w S-VS

4. Klasyczne metody organizacji budowy

4.1. Metoda kolejnego wykonania

4.2. Oryginalny model pracy równomiernej

4.3. Metoda równoległego wykonania

4.4. Korzystne czasy trwania rytmów oraz liczebności działek i brygad roboczych

4.5. Cykle realizacji zadania wg klasycznych modeli organizacji budowy

5. Modelowanie realizacji robót budowlanych

5.1. Sieć czynności dla równomiernej realizacji zespolonych procesów roboczych

5.1.1. Terminy, najwcześniejszy i najpóźniejszy, zdarzeń w modelu sieci czynności

5.1.2. Oddziaływanie nieterminowego rozpoczęcia oraz przedłużenia okresu realizacji procesu

5.1.3. Wpływ wcześniejszego rozpoczęcia i krótszego czasu trwania procesu

5.1.4. Czasy realizacji procesów

5.2. Odwzorowanie przebiegu procesów budowlanych

5.2.1. Rozkład beta

5.2.2. Analizowane wartości odchylenia standardowego

5.2.3. Współczynniki skośności

5.2.4. Kurtozy rozkładów

5.2.5. Przykładowe charakterystyki empiryczne procesów

5.3. Analiza cyklu zadania

5.3.1. Cykle realizacji zadań przy stałych oraz losowych czasach trwania procesów

5.3.2. Oddziaływanie wartości odchylenia standardowego

5.3.3. Zmienność względnego okresu cyklu zadania

5.3.4. Oddziaływanie liczebności działek oraz liczby realizowanych procesów

5.3.5. Oddziaływanie odchylenia standardowego i współczynnika skośności

5.3.6. Oddziaływanie współczynnika skośności i kurtozy

5.3.7. Przypadki szczególne

5.4. Cykle realizacji zadań i niezbędne bufory czasowe

5.4.1. Charakterystyka obiektu, działki i procesy robocze

5.4.2. Cykle realizacji zadania oraz czasy przestojów działek i brygad

5.4.3. Zmienność czasu realizacji zadania oraz przestojów działek i brygad

6. Modelowanie współpracy jednostek wykonawczych

6.1. Podejście deterministyczne i zasada „nieprzerwanego transportu poziomego”

6.2. Systemy obsługi masowej

6.2.1. Model M/M/FIFO/N/F

6.2.2. Liczba jednostek transportowych z uwagi na najmniejszy koszt bezpośredni

6.3. Modele sieci kolejkowych oraz sieci BCMP

6.4. Analiza systemu koparka–środki transportowe przy wykorzystaniu różnych modeli

6.4.1. Niezbędna liczba samochodów i wydajność zmianowa

6.4.2. Koszty funkcjonowania systemu obsługi

6.4.3. Sieci kolejkowe z trzema i pięcioma systemami obsługi

6.4.4. Charakterystyki systemu i sieci kolejkowych

6.4.5. Wnioski

6.5. Zastosowanie modeli kolejkowych oraz systemów RR i RFID przy betonowaniu konstrukcji

6.5.1. Systemy RR i rfid przy betonowaniu dużego monolitu

6.5.2. Model kolejkowy M/M/N/-/N dla przypadku zamówień bezpośrednio po rozładunkach

6.5.3. Najkorzystniejsza liczba jednostek transportowych

6.5.4. Wyniki obliczeń

7. Model numeryczny bezmagazynowej realizacji prac i wyniki analiz

7.1. Metoda reprezentacji modelu obsługi

7.1.1. Algorytm obliczeniowy

7.1.2. Warunki rozpoczęcia

7.1.3. Krok powtarzalny

7.1.4. Wartości charakterystyk

7.2. Analiza wyników obliczeń w układzie modeli tk i rmo

7.2.1. Błędy pominięcia ograniczonego czasu trwania zmiany roboczej

7.2.2. Błędy pominięcia warunków zakończenia zmiany roboczej

7.2.3. Błędy nieuwzględnienia warunków rozpoczęcia

7.2.4. Błędy brzegowe okresu zmiany roboczej

7.2.5. Rezultaty obliczeń przy rozkładach wykładniczych przesuniętych

7.2.6. Rozstępy błędów brzegowych przy rozkładach wykładniczych i wykładniczych przesuniętych

7.2.7. Rezultaty obliczeń przy przesuniętych rozkładach gamma

7.2.8. Rozstępy błędów brzegowych przy przesuniętych rozkładach wykładniczych i gamma

7.2.9. Błędy częstości przestojów aparatu obsługi

7.2.10. Błędy częstości przestojów zgłoszeń w kolejce

7.2.11. Błędy średniej liczby zgłoszeń w kolejce

8. Wyniki badań modelowych i empirycznych

8.1. Częstości przestojów aparatu obsługi

8.2. Częstości przestojów zgłoszeń

8.3. Średnie liczby zgłoszeń w kolejce

8.4. Wydajności jednostek wykonawczych

8.5. Najkorzystniejsza liczba jednostek transportowych

9. Synteza wykonanych analiz

9.1. Badania empiryczne

9.2. Rachunek deterministyczny

9.3. Modele teorii obsługi masowej

9.4. Sieci kolejkowe

9.5. System równomiernej realizacji procesów

9.6. Metoda reprezentacji modelu obsługi

9.7. Rozbieżności wyników obliczeń ze względu na pominięcie warunków rozpoczęcia i zakończenia zmiany roboczej oraz ograniczonego okresu jej trwania

9.8. Wydajności, rzeczywista i obliczone na podstawie modeli

9.9. Jednostki wykonawcze o minimalnych kosztach bezpośrednich

9.10. Dalsze badania

Literatura

Przypisy

Ważniejsze oznaczenia

a

–

przesunięcie rozkładu

A

–

współczynnik skośności

b

–

długość klasy

BCMP i BCMP1, BCMP2, BCMP3, BCMP4

–

sieci i odpowiednie twierdzenia od 1 do 4

C

–

stała normalizująca sieci

d

–

błąd dopuszczalny

Ei

–

niezależny podsystem

FIFO

–

obsługa zgłoszeń w kolejności przybyć

H

–

weryfikowana hipoteza

i, I

–

działka robocza i oraz ich zbiór I

j, J

–

proces roboczy j oraz ich zbiór J

JW, JT

–

odpowiednio: jednostka wykonawcza, jednostka transportowa

k

–

parametr rozkładu; liczba przestojów

K

–

kurtoza rozkładu

Kb

–

koszt bezpośredni funkcjonowania systemu

Lsss

–

liczba składowych silnie spójnych

m

–

liczba kanałów obsługi

M

–

proces Markowa

ni

–

liczność klasy; liczba zgłoszeń w systemie i

–

w systemie i średnia liczba zgłoszeń j

N

–

liczba zgłoszeń

r

–

klasa zgłoszeń

tD, tKW, tPR, tRW, tLos

–

cykle realizacji zadania, odpowiednio: planowany i wg metod kolejnego wykonania, pracy równomiernej, równoległego wykonania oraz przy losowych czasach trwania procesów

Pc

–

macierz marszrut

Pr

–

proces roboczy

pos

–

prawdopodobieństwo przestojów zgłoszeń

pi

–

prawdopodobieństwo i zgłoszeń w systemie

p(e)

–

prawdopodobieństwo zdarzenia, że sieć znajduje się w stanie e

q

–

średnia liczba zgłoszeń w kolejce

Qemp, Qdet, Qtk, Qrmo

–

wydajności, odpowiednio: empiryczna i obliczone sposobem deterministycznym, na podstawie systemu teorii kolejek oraz wg metody rmo

RFID

–

Radio Frequency Identification

rmo

–

metoda reprezentacji modelu obsługi

s^2

–

wariancja

SRR

–

system równomiernej realizacji procesów

st

–

straty czasu

S–VS

–

Stereo-Vision System

sw

–

współczynnik wykorzystania czasu roboczego

t, t_0, tzm

–

chwile czasu, odpowiednio: bieżąca, rozpoczęcia oraz zakończenia

tc

–

czas cyklu pracy jednostki transportowej

tlos

–

wartość losowa

tij

–

okres realizacji na działce i procesu roboczego j

t–ij, t+ij

–

chwile, odpowiednio: przejęcia oraz zwrotu działki i, przez brygadę realizującą proces roboczy j

tk

–

teoria kolejek

tD

–

czas dysponowany zmiany roboczej

tpr, tpg, tpp, tst, tpk, tpt

–

odpowiednio: praca operacyjna, główna, pomocnicza, obsługa stanowiska, przerwy konieczne i technologiczne

txy

–

chwile, gdzie x oznacza kolejno: p – przybycia, r – rozpoczęcia, z – zakończenia, e – potencjalne, zaś y priorytet odpowiednio: a – absolutny, w – względny, s – przypadek z priorytetem najniższym

tz

–

czas załadunku i manewrowania

tjw

–

czas wywozu, rozładunku i powrotu

–

czas średni przebywania zgłoszenia w systemie

Ui

–

współczynniki aktywności stacji

x

–

średnie wartości strumieni

xi

–

wynik pomiaru

xij

–

intensywność w stacji i strumienia j

–

środek klasy

Xi

–

rozkład wejściowego strumienia zgłoszeń

Yi

–

rozkład czasu obsługi zgłoszeń

χ^2

–

wartość rozkładu Pearsona

δ, ∆

–

błędy, odpowiednio: względny, bezwzględny

λi

–

parametr rozkładu strumienia zgłoszeń

μi

–

parametr rozkładu czasu obsługi

ρij

–

względna intensywność obsługi w systemie i zgłoszeń klasy j

τb, τd, τs

–

skumulowane czasy czekania, odpowiednio: brygad, działek, zgłoszeń

τxy

–

czasy trwania, gdzie x odpowiada λ – w przypadku odstępów między przybyciami lub μ – przy obsłudze, zaś y oznacza priorytet odpowiednio: a – absolutny, w – względny i s – priorytet najniższy

σ

–

odchylenie standardowe

Indeksy

aE, aΓ

–

rozkłady przesunięte odpowiednio: wykładniczy, gamma z k > 1

E

–

rozkład wykładniczy

Wstęp

Wznoszenie obiektów budowlanych na ogół trwa szereg miesięcy i wiąże się z wykonywaniem licznych robót. Cykle realizacji budów obejmują okresy wykonywania prac i towarzyszące im okresy przerw. Poza podstawowymi przerwami na odpoczynek pracowników występują tzw. przerwy technologiczne, które wynikają z konieczności zsynchronizowania prac wielu wykonawców. Zmienne warunki otoczenia, w tym warunki pogodowe oraz warunki wykonania robót na poszczególnych budowach, jak też niestabilność potencjałów zespołów wykonawczych wpływają na zmienność czasów realizacji robót. W związku z tym występują spóźnione rozpoczęcia procesów, wydłużone czasy ich wykonania i opóźnione zakończenia. Zazwyczaj powoduje to opóźnienia w otwieraniu frontów robót i oczekiwania brygad, bezpośrednio następczych i kolejnych, aż do ostatnich realizujących zadania.

Zespoły szybciej wykonujące swoje prace mają z kolei przestoje z powodu oczekiwań na współpracujące brygady o mniejszych wydajnościach.

Problemy na ogół krótkotrwałych przerw występują zawsze przy realizacji prac bez magazynowania przyobiektowego, np. podczas robót ziemnych, montażowych oraz betonowych, jak również w wielu pracach wykończeniowych. Zagadnienie jest o tyle istotne, że dotyczy większości najbardziej masowych robót na budowach oraz wiąże się z przewozem dużych ilości materiałów. Bezmagazynowy sposób wykonywania prac z jednej strony niesie z sobą poważne korzyści logistyczne oraz ekonomiczne i prośrodowiskowe. Nie jest bowiem realizowany co najmniej jeden rozładunek i jeden załadunek każdej jednostki dostarczanego lub wywożonego materiału oraz nie są ponoszone nakłady na tworzenie, utrzymanie i likwidację tymczasowych składowisk. Z drugiej zaś strony brak zapasu przyobiektowego powoduje zwiększone wzajemne oddziaływanie współpracujących jednostek. Wówczas nawet niewielkie spóźnienia dostaw lub odwozu materiałów powodują zazwyczaj konieczność oczekiwań brygad na budowie, zmniejszając ich wydajność. Również opóźnienia przy rozładunkach lub załadunkach bezpośrednio wydłużają czasy przestojów i powodują występowanie kolejek oczekujących samochodów. W konsekwencji bardzo mocno oddziałują na wydajność jednostek transportowych.

Tak rozumiane przerwy technologiczne systematycznie towarzyszą realizacji procesów budowlanych. Niekiedy dochodzi również do odstępstw w postaci zbędnych przestojów i działań niecelowych, które także muszą zostać uwzględnione, bowiem wpływają na cykl realizacji zadań.

Niektóre roboty budowlane muszą być przeprowadzane przez specjalistyczne jednostki wykonawcze, tj. przez brygady wraz ze sprzętem lub przez większe bądź mniejsze zespoły i poszczególnych pracowników. Zatrudnienie wielu wykonawców wymaga skoordynowania ich działań na budowie. Ponadto konieczna jest stabilizacja zatrudnienia pracowników, zużycia materiałów i zaangażowania maszyn. Spełnienie tych wymagań umożliwia zastosowanie tzw. metody pracy równomiernej (obecnie częściej nazywanej potokową). Celem równomiernej realizacji procesów jest zapewnienie rezultatów wykonywania powtarzalnych zakresów robót w jednakowych odstępach czasu i ze stałą intensywnością. W celu spełnienia tych różnych wymogów, szczególnie przy dużych zadaniach budowlanych, w planowaniu organizacji wykonawstwa niezbędne jest zastosowanie matematycznych metody obliczeniowych, uwzględniających ograniczenia realizacyjne występujących na poszczególnych budowach.

Analizując sposoby wykonawstwa budowlanego, należy zauważyć, że współdziałanie organizacyjne obok umiejętności rzemieślniczych było już wymagane przy budowach starożytnych warowni, świątyń, pałaców, miast, osad i kanałów. Po wcześniejszych wielowiekowych doświadczeniach, szczególnie Sumerów, Egipcjanie już około 4000 r. p.n.e. dostrzegli potrzebę planowania, organizowania i kontroli. Później, korzystali z tych doświadczeń, w udoskonalonej już postaci, m.in. przy wznoszeniu ogromnych kamiennych piramid i posągów. Około 500 r. p.n.e. Chińczycy sformalizowali sposoby wykonywania prac i świadomie wprowadzili w życie zasadę specjalizacji, zaś pierwsze rozważania na temat korzyści wynikających ze specjalizacji przedstawił około 350 r. p.n.e. Platon. Matematyk z Uniwersytetu Cambridge, Charles Babbage (inżynier mechanik, autor pierwszego patentu programowalnej maszyny cyfrowej) w 1832 r. zaproponował zastosowanie linii montażowej i potrzebę wyszkolenia robotnika w określonej umiejętności, tylko do jej wykonywania. Zgodnie z taką koncepcją, w 1913 roku Henry Ford w swoich zakładach zastosował w praktyce poruszającą się taśmę montażową, co umożliwiło ogromny wzrost produkcji samochodów.

W celu usprawnienia wykonawstwa robót na budowie, w 1955 r. profesor Politechniki Warszawskiej, Aleksander Dyżewski, w dziele „Doktryna pracy równomiernej w realizacji budowlanej” [37], wskazał korzyści wykorzystania wyspecjalizowanych, roboczych brygad budowlanych, rytmicznie wykonujących powtarzalne prace, przemieszczających się wraz z frontem robót po kolejnych stanowiskach pracy, czyli po tzw. działkach roboczych. Zaproponowane rozwiązanie pozwala każdej brygadzie indywidualnie realizować prace na wydzielonym obszarze obiektu. Po wykonaniu przewidzianej roboty brygada przekazuje działkę brygadzie następczej, realizującej następny proces, zaś sama przejmuje kolejną działkę, na której powtarza swoją pracę. Rozwiązanie to stwarza korzystne warunki realizacji robót i umożliwia osiągnięcie wysokiej wydajności, podobnie jak przy pracy taśmowej w przemyśle oraz zapewnia specjalistycznym brygadom wykonawczym realizowanie takich samych procesów na jednej budowie przez dość duży okres czasu.

Celem niniejszej monografii są badania równomierności realizacji procesów budowlanych i występujących przerw technologicznych związanych z koniecznością koordynacji pracy wielu wykonawców, jak również bezpośrednio współpracujących z nimi jednostek transportowych, odwożących bądź dostarczających materiały.

W treści monografii została zaprezentowana aktualna wiedza obejmująca:

- zagadnienia racjonalnego stosowania poszczególnych metod organizacji robót budowlanych wraz z oceną wynikających z nich korzyści,

- wybór optymalnych rozwiązań wykonawczych przy zachowaniu planowanych czasów pracy brygad na budowie oraz przy niestałych czasach,

- badania zmienności cykli realizacji zadań z uwagi na różnorodność charakterystyk procesów oraz liczby działek roboczych.

Zaproponowany system równomiernej realizacji procesów SRR – „włożony” (embeddet) w hierarchiczny system zarządzania, nadzoru i sterowania pracą budowy, zintegrowany z działaniami całej organizacji – ma wspomagać podejmowanie decyzji w obszarach planowania, adaptacji, optymalizacji i nadzoru operacyjnego, w kontekście ograniczeń wykonawczych towarzyszących realizacji.

Obecne modele sieciowe rozwiązywane metodami numerycznymi umożliwiają uwzględnienie licznych ograniczeń wykonawczych, a równocześnie zapewniają wystarczająco dobre zbliżenie otrzymywanych wyników obliczeń do rezultatów uzyskiwanych na budowach. Mogą być zatem pomocne w planowaniu zarówno cykli realizacji zadań, postępu robót, jak i zaangażowania poszczególnych brygad wykonawczych.

Klasyczne metody organizacji budowy zostały przedstawione zgodnie z deterministycznym podejściem profesorów A. Dyżewskiego [36], J. Wątorskiego [126], L. Rowińskiego [108] oraz późniejszych autorów [98, 34]. Fragmenty opisów probabilistycznych są zbliżone do prac K. Jaworskiego [55, 56] oraz następnych [39–42].

Na podstawie badań Autora, przeprowadzonych przy wznoszeniu osiedla sześciu bliźniaczych domów jednorodzinnych, przeanalizowano czasy wykonania zadań wg modeli tradycyjnych organizacji budowy. Korzystając z zaproponowanego modelu sieciowego o deterministycznej strukturze i stochastycznych okresach wykonywania robót, dokonano analizy wpływu odmiennych charakterystyk poszczególnych procesów oraz różnych ilości działek na czasy trwania cykli zadań. Badania rezerw czasu i wybór najkorzystniejszych rozwiązań w kontekście terminowości wykonania zleceń zostały przeprowadzone na przykładzie wznoszenia 12-kondygnacyjnego budynku biurowego.

Dla spełnienia postulatu wiernej animacji system SRR, wspomagający zarządzanie i inteligentny nadzór w występujących warunkach wykonawstwa, przewiduje zastosowanie sieci kolejkowych oraz zaproponowanej metody reprezentacji modelu obsługi rmo, pozwalającej uwzględniać ograniczenia towarzyszące wykonawstwu robót.

Istotnym zagadnieniem jest problematyka, w której kluczową rolę odgrywa element „bezmagazynowości” – w obszarze logistyki nazywana JIT (Just-In-Time) – skierowana na poziom produkcji, w szczególności na współpracę jednostek wykonawczych budowy (JW) i jednostek transportowych (JT). W przykładowych zastosowaniach badanych metodyk zostały przeanalizowane przyczyny rozbieżności wyników otrzymywanych, szczególnie na podstawie obliczeń tradycyjnych oraz przy zastosowaniu kolejkowych systemów i sieci, tzw. BCMP (od nazwisk Baskett, Chandy, Muntz, Palacios [14]; z klientami niezmieniającymi przynależności do klas) względem rzeczywistych rezultatów uzyskiwanych na budowach.

W pierwszym rozdziale monografii scharakteryzowano podstawowe pojęcia oraz wskazano korzyści wynikające z ciągłości pracy brygad i ciągłego korzystania z działek. Następnie prześledzono składowe czasu pracy i okresu zmiany roboczej z przykładowymi wynikami badań empirycznych. W rozdziale 3 scharakteryzowano autorski system równomiernej realizacji procesów z przykładami zastosowań Recognition Security i Stereo-Vision System. Dalej, w kontekście klasycznych metod organizacji budowy, został przeanalizowany klasyczny model pracy równomiernej, czasy trwania rytmów, liczebności działek i brygad roboczych oraz przedstawiono przykładową analizę długości cykli realizacji zadań. W rozdziale 5 opisano ogólny model sieciowy realizacji robót budowlanych wraz z analizami oddziaływań nieterminowych rozpoczęć oraz przedłużeń okresów realizacji procesów, jak też wpływ wcześniejszych rozpoczęć i krótszych czasów trwania poszczególnych robót. Zbadano tam również oddziaływanie na cykl zadania losowości czasów trwania procesów przy zastosowaniu przykładowych rozkładów gęstości prawdopodobieństw o charakterystycznych wartościach odchyleń standardowych, współczynników skośności i kurtoz, odwzorowujących przypadki uogólnione oraz zbliżone do często występujących na budowach. Następnie przeanalizowano względne okresy cykli zadań przy różnych liczebnościach brygad roboczych i działek oraz przy zmieniających się charakterystykach czasowych procesów. W rozdziale 6 ujęto badania bezpośredniej współpracy jednostek wykonawczych z jednostkami transportowymi, tj. z pominięciem magazynowania międzyoperacyjnego materiałów. W przykładach określono m.in. liczby jednostek transportowych optymalne z uwagi na najniższe koszty oraz gwarantujące dostawy i wbudowanie mieszanki betonowej przed początkiem wiązania cementu. Na podstawie autorskiej metody reprezentacji modelu obsługi i analiz numerycznych zbadano różnice w wynikach obliczeń poszczególnych charakterystyk systemów przy stosowaniu modeli teorii kolejek. Rozdział 8 obejmuje oceny wyników badań modelowych w kontekście rezultatów osiąganych w wykonawstwie. W rozdziale 9 zestawiono rezultaty przeprowadzonych analiz oraz wskazano kierunki dalszych badań.

1

Podstawowe pojęcia

1.1. Praca produkcyjna

Według „Słownika języka polskiego” [116] praca to „świadoma, celowa działalność człowieka zmierzająca do wytworzenia określonych dóbr materialnych lub kulturalnych”, a według K. Jaworskiego i W. Lenkiewicza [57], „Praca produkcyjna jest działaniem mającym na celu przekształcenie wytworu przyrody w wyrób użytkowany przez człowieka”. W budownictwie wyrobem jest obiekt budowlany lub jego element.

Zaangażowanych w proces produkcyjny ludzi, maszyny, sprzęt, surowce i materiały nazywa się zasobami produkcyjnymi, zaś same maszyny, sprzęt, surowce i materiały są to środki produkcji [57].

Budowlany proces produkcyjny dzieli się na roboty, nazywane w nauce organizacji zespolonymi procesami roboczymi. Zespolone procesy robocze składają się z poszczególnych procesów roboczych. Na przykład w zespolonym procesie roboczym, jakim są roboty ziemne, występują: proces zdjęcia warstwy ziemi urodzajnej wraz z jej przemieszczeniem poza teren prac oraz proces wykonywania wykopu szerokoprzestrzennego z odwozem gruntu i jego bezpośrednim wbudowaniem w nasyp. Z kolei każdy proces roboczy składa się z operacji. Operacje rozumie się jako organizacyjnie jednorodne działania, wykonywane przez tego samego robotnika lub przez zespół przy użyciu tych samych narzędzi lub przy zastosowaniu tej samej maszyny. Na przykład w procesie zdjęcia warstwy ziemi urodzajnej występują: operacja skrawania i zgarniania gruntu lemieszem spycharki, operacja przesuwania urobku po powierzchni terenu poza granicę robót i operacja opróżniania materiału oraz operacja powrotu spycharki do miejsca skrawania. Operacje dzieli się na czynności. Na przykład operacja skrawania i zgarniania gruntu składa się z: z następujących czynności: włączenia pierwszego biegu i jazdy spycharki, opuszczenia lemiesza, skrawania i zgarniania gruntu oraz podniesienia lemiesza. Z kolei każda czynność składa się z ruchów, podzielonych na chwyty. Analiza ruchów i chwytów jest pomocna przy ulepszaniu techniki wykonywania operacji. Popularyzacja celowych i racjonalnych sposobów wykonywania ruchów i chwytów przyczynia się do zwiększenia wydajności i zmniejszenia wysiłku fizycznego pracowników [57].

1.2. Brygada pracowników, jednostki wykonawcze i transportowe

A. Brygadą pracowników (ang. team) – w żargonie ekipą budowlaną – nazywa się zespół pracowników (wraz z ich kierownikiem – brygadzistą), który wykonuje technologicznie jednakowe, powtarzalne lub podobne roboty na obiektach budowlanych przemieszczając się wraz z frontem pracy po kolejnych stanowiskach (działkach) roboczych.

Wykonywanie zarówno najmniejszej, podstawowej roboty, jak i realizacja dużego zadania budowlanego wymaga umiejętnego i prawidłowego przeprowadzenia wszelkich czynności składowych. Niezbędne przy tym są: wiedza pracowników, umiejętności manualne i doświadczenie praktyczne oraz różnorodność zastosowanych materiałów i narzędzi. Na przykład przy remoncie, nawet fragmentu powłoki malarskiej, należy usunąć powłokę starą, oczyścić i przygotować podłoże oraz połączenie z częścią istniejącą, wykonać warstwę szczepną i nowe warstwy malarskie. W dostosowaniu do wymagań jakości oraz wielkości remontowanej powierzchni należy zastosować właściwe sposoby wykonania, należyte narzędzia i dobrane materiały – aktualnie standardowe lub indywidualne. Podobnie, każda inna realizacja budowlana wymaga należytego wykonania wszystkich niezbędnych działań, z zachowaniem technologii robót i użyciem materiałów dostosowanych do wymagań.

Zagadnienie umiejętnego wykonawstwa występowało już od najdawniejszych czasów, zarówno w rozwoju rzemiosła i przygotowania materiałów, jak też przy dużych przedsięwzięciach wznoszenia budynków oraz budowli, w tym kanałów i dróg. Chińczycy już około 500 r. p.n.e. sformalizowali istniejące sposoby wykonywania robót i świadomie wprowadzili w życie zasadę specjalizacji, którą później ok. 350 r. p.n.e. opisał Platon. Fizjologowie pracy – szczególnie w XIX wieku – m.in. Henri le Chatelier, wynikami badań potwierdzili wysoką efektywność pracownika przy powtarzaniu czynności. Stwierdzono, że przy wykonywaniu tej samej roboty czas potrzebny do jej realizacji maleje progresywnie wraz z liczbą powtórzeń i dąży asymptotycznie do pewnej granicy, odpowiadającej w praktyce najkrótszemu czasowi wykonania (patrz rys. 1.1). Zjawisko to, nazwane przyzwyczajeniem, wynika z oddziaływania czynników fizjologicznych. W wyniku systematycznego treningu kształtuje się bowiem szereg naturalnych odruchów, występuje doskonalenie zręczności i precyzji działania, w rezultacie ma miejsce ścisłe przystosowanie wszystkich ruchów do danej pracy, które stają się coraz bardziej oszczędne i bardziej celowe.

Rys. 1.1. Przykład zależności czasu trwania roboty – t, od krotności – i jej powtórzeń przez wykonawcę (opracowanie własne)

Większa efektywność pracownika przy wykonywaniu tych samych czynności i równocześnie konieczność realizacji powtarzających się prac na budowach stwarzają dobre warunki dla specjalizacji wykonawczej pracowników do poszczególnych robót. Równocześnie konieczność skrócenia czasochłonnego wykonawstwa stwarza potrzebę tworzenia wieloosobowych zespołów pracowników. Powyższe uzasadniają racjonalność specjalistycznych brygad budowlanych.

W celu ujednolicenia opisu i uproszczenia analiz postępu robót wyróżniono jednostkę wykonawczą i jednostkę transportową.

B. Jednostką wykonawczą nazwano brygadę lub większy bądź mniejszy zespół, w szczególności jednego pracownika wyposażonych w sprzęt i materiały, którzy wykonują wyodrębnioną robotę budowlaną, np. realizują zespolony proces roboczy albo jego składową, tj. jeden proces roboczy (porównaj pkt. 1.1 i 1.5). Odpowiednio do rodzajów robót, ich wielkości i zakresów, dostosowywane są zespoły lub poszczególni pracownicy jednostek wykonawczych oraz stanowiska robocze z wyposażeniem sprzętowym i potrzebnymi materiałami. W istniejących warunkach budów jednostki wykonawcze realizują procesy robocze w okresach czasu tc o charakterystycznych rozkładach ich wartości (porównaj pkt 2.4.2).

Rozpoczęcie robót przez jednostkę wykonawczą może zależeć od funkcjonowania innych jednostek, np. udostępniających front pracy. Natomiast przy realizacji robót jednostka wykonawcza może także współpracować z innymi jednostkami, w szczególności z N jednostkami transportowymi (JT), gdzie N = 1, …, n.

C. Jednostką transportową nazwano pojazd samochodowy bez przyczepy lub zespół pojazdów składający się z pojazdu samochodowego i przyczepy/naczepy, która wywozi lub dostarcza potrzebne materiały oraz może być odpowiednio specjalizowana do ładunku i technologii procesu, np. betonomieszarki samochodowe mają obrotowy mieszalnik zapobiegający sedymentacji składników w przewożonej mieszance, zaś samochody ze skrzynią uchylną umożliwiają grawitacyjny rozładunek materiałów.

1.3. Stanowisko robocze

Podstawową, najmniejszą komórką produkcyjną, w której pracownik lub zespół wykonują operacje na przedmiotach produkcji, jest stanowisko robocze, inaczej stanowisko pracy – tzw. system produkcyjny zerowego stopnia. Zakres stanowiska wyznaczają potrzeby i możliwości jego najkorzystniejszego funkcjonowania w systemie stopnia wyższego, [38].

Stanowisko robocze:

- stanowi miejsce działalności pracownika lub zespołu, obejmujące przestrzeń do wykonania robót i komunikacji z otoczeniem;

- jest wyposażone w potrzebne maszyny, sprzęt i materiały oraz ewentualnie w place, zadaszenia i pomieszczenia, co najmniej sanitarno-bytowe;

- jest opisane widoczną informacją i ograniczone uregulowaniem prawnym oraz ewentualnie wydzielone przegrodami lub taśmą ostrzegawczą;

- chroni przed dostępem i oddziaływaniem z zewnątrz;

- spełnia wymagania bezpieczeństwa i przeciwpożarowe oraz higieny i ergonomii;

- sprzyja prawidłowemu wykonaniu prac.

Pośród rodzajów stanowisk roboczych wyróżnia się:

- stacjonarne, zlokalizowane na stałe w danym miejscu i ruchome, zmieniające swoje położenie;

- uniwersalne, przeznaczone do wykonywania szeregu różnych operacji i specjalne, do przeprowadzenia określonej operacji na określonym przedmiocie.

W budownictwie stanowiska robocze są zazwyczaj ruchome ze względu na częste zmiany miejsc realizacji robót, między innymi w wyniku postępu prac na wznoszonym obiekcie.

Stanowisko robocze, np. murarza wznoszącego ścianę działową, obejmuje w obiekcie niezbędną przestrzeń do jej budowy, oświetloną, z dodatnią temperaturą, bez przewiewów powietrza oraz podręczny zapas wbudowywanych materiałów (pustaków i zapraw), narzędzia, w tym rusztowanie umożliwiające pracę na wyższym poziomie, drogę dostarczania materiałów i dojście, wraz z udostępnionym pomieszczeniem sanitarnym, socjalnym i szatnią, w oznaczonym miejscu, ewentualnie ogrodzonym lub wydzielonym.

W przypadku stanowiska na budowie w otwartej przestrzeni, niezabezpieczającego od warunków zewnętrznych, osobiste wyposażenie pracownika poza typowym ubraniem, hełmem, rękawicami, butami na twardej podeszwie, odpornej na przebicia i z utwardzonymi noskami chroniącymi palce, powinno być uzupełnione o ubranie ocieplone przy wykonywaniu prac w obniżonych temperaturach oraz o ubranie przeciwdeszczowe przy występujących opadach, z możliwością jego suszenia.

Stanowisko robocze wykwalifikowanego operatora obsługującego koparkę dopuszczoną atestem do stosowania tworzy np. klimatyzowana, przeszklona kabina chroniąca pracownika i polepszająca warunki pracy z urządzeniami do kierowania (dźwignie, wskaźniki, liczniki, kontrolki) oraz obszar odspajanego i wybieranego gruntu, powierzchnia do jego odłożenia, przestrzeń do wykonywania czynności, z drogą dojazdową i dojściem do udostępnionego pomieszczenia sanitarnego i bytowego, z widoczną tabelą informacyjną na terenie ogrodzonym lub oznaczonym co najmniej taśmą ostrzegawczą.

1.4. Front pracy i działka robocza

Frontem pracy nazwano obszar udostępniony na styku czoła przewidzianych do wykonania robót i wznoszonego obiektu wraz z przestrzenią umożliwiającą realizację prac w przewidzianym okresie czasu na ogół niemniejszym niż jedna zmiana robocza.

Działka robocza jest to obszar budowy:

- obejmujący cały obiekt lub jego część wynikającą z podziału na fragmenty, wymagające zbliżonych nakładów robocizny, materiałów i pracy sprzętu;

- niezbędny do stworzenia stanowiska i zapewnienia frontu pracy;

- powierzany jednej brygadzie w celu wykonania kolejnej roboty stanowiącej wyodrębnioną całość.

Analizowane dalej kolejne działki robocze oznaczono przez i, i = 1, 2, …, n oraz opisano zbiorem i ∈ I (patrz dalej rozdział 4).

1.5. Proces roboczy

Według [116] procesem nazywamy przebieg regularnie następujących po sobie zjawisk, pozostających między sobą w związku przyczynowym.

Procesem roboczym nazwano realizację kompletu działań koniecznych do prawidłowego wykonania zleconej roboty przez brygadę na powierzonej działce.

Komplet działań realizowanych na budowie (gdzie każde działanie jest wykonane zgodnie z zasadą cyklu organizacyjnego, tj. przy uwzględnieniu przygotowania, realizacji i kontroli zakończonej odbiorem) obejmuje co najmniej:

- przejęcie działki – Pdz, rozpoczęte lub poprzedzone tzw. odprawą stanowiskową, podczas której pracownicy są zaznajamiani między innymi z organizacją wykonawstwa Tor, poszerzoną o szkolenie Tbhp w zakresie warunków bezpieczeństwa i przeciwpożarowych w przestrzeni realizacji robót i otoczeniu;

- utworzenie stanowiska pracy – Pst;

- wykonanie zleconej roboty (praca podstawowa) – Ppr;

- usunięcie stanowiska – P–st;

- zwrot działki – P–dz.

Cały proces roboczy Pr, składa się ze wszystkich powyższych działań:

Pr ∈ (Pdz, Pst, Ppr, P–s, P–dz), Pdz ∈ (Tor, Tbhp).
(1.1)

Warunkiem realizacji procesu roboczego Pr jest wykonanie każdego działania składowego, co oznacza, że iloczyn zbiorów składających się na wymagany komplet jest niezerowy:

(Pdz ∩ Pst ∩ Ppr ∩ P–st ∩ P–dz ) ≠ Ø.
(1.2)

Naturalnie wszystkie te działania muszą być wykonane w wymaganej kolejności:

Pdz   Pst   Ppr   P–st   P–dz,
(1.3)

gdzie:  – relacja bezpośredniego następstwa.

Kolejne analizowane procesy robocze oznaczono przez j, j = 1, 2, …, m oraz opisano zbiorem j ∈ J.

Przy realizacji procesu Pr na kolejnych działkach budowanego obiektu wykonanie wszystkich działań tworzących komplet jest związane z trudniejszą ich realizacją na pierwszej działce. Wynika z faktu, iż na kolejnych działkach – mimo, że wszystkie te konieczne działania obowiązują – są one łatwiejsze do wykonania i mają zredukowany zakres z uwagi na ich powtarzanie. Na ogół, w znanych już uwarunkowaniach sprawniej przebiega przekazanie i przejęcie działki. Usunięcie i utworzenie stanowiska najczęściej ogranicza się do przemieszczenia tylko koniecznych jego fragmentów. Natomiast podobnego nakładu stale wymaga wykonanie podstawowej roboty Ppr. Również każdorazowo, w pełnym zakresie i, tak samo szczegółowo muszą być zrealizowane kontrola wykonywania i odbiory, gdyż każda kolejna realizacja roboty odbywa się w bardziej lub mniej zmienionych warunkach i daje inny rezultat. Na poszczególnych działkach mogą również wystąpić nowe lub zasadniczo zmienione fragmenty koniecznych działań. Często, bardziej złożone jest przekazanie ostatniej działki, szczególnie po zrealizowaniu przez brygadę wszystkich przewidzianych robót i przy jej odchodzeniu z budowy, kiedy muszą być zakończone wszystkie poprawki i niedociągnięcia. Wówczas także usunięcie lub likwidacja stanowiska jest na ogół związana z większymi nakładami.