INSTRUMENTOS DE SISTEMAS DE INFORMACIÓN Y GESTIÓN DE APOYO A LA AUTOMATIZACIÓN DE LOS TRABAJOS DE CONSTRUCCIÓN DE CARRETERAS

Sergeeva Daria Aleksándrovna, estudiante, Universidad Estatal Técnica de Automóviles y Carreteras de Moscú (MADI), Federación Rusa, ciudad de Moscú [email protected],

Resumen. En el artículo se examinan los instrumentos de los sistemas de información y control que apoyan la automatización de los trabajos de construcción de carreteras. Se analiza los sistemas existentes de apoyo al ciclo de vida (CV) de la construcción de carreteras, que permiten seleccionar para su aplicación la tecnología de automatización en todas las fases de la construcción. Se considera la estructura de la base de datos de instrumentos de automatización de tecnologías ejecutadas por máquinas para la construcción de carreteras (MCC) como parte de un sistema instrumental de soporte del ciclo de vida de la construcción de carreteras.
Palabras clave: automatización de procesos tecnológicos, máquinas para la construcción de carreteras, apoyo al ciclo de vida, instrumentos, base de datos, sistema de información y gestión de trabajos de construcción de carreteras.

Introducción
La construcción de carreteras es un sector vital para nuestro país; como en muchas otras ramas de la industria, el desarrollo de este sector se dirige hacia la automatización integral de los procesos tecnológicos. La automatización de máquinas para la construcción de carreteras (MCC), la informatización de los procesos de gestión, la aplicación de sistemas de apoyo a la toma de decisiones (SADT) se vuelven cada vez más demandadas, creando un sistema de instrumentos para asegurar el ciclo de vida de las carreteras (CVCarretera).

El ciclo de vida de la carretera comienza con el proyecto y finaliza con el proyecto de su plena reconstrucción; incluye, entre otras, las fases: desarrollo del proyecto de construcción de la carretera, ejecución del plan de construcción y mantenimiento de la estructura de la carretera en estado normativo. Para cada una de las fases mencionadas se desarrolla un proyecto del conjunto-kit de máquinas para la construcción de carreteras (MCC) y equipo, que incluye en primer lugar máquinas de excavación-transporte (MET), se organiza un sistema de información-y-gestión para la realización de trabajos de construcción de carreteras (SIG TCR).

1. Objetivos y tareas del sistema informativo TCR
La tarea principal del SIG TCR es el desarrollo de un conjunto de máquinas para la construcción de carreteras (MCC) sobre la base de la automatización integral. Las etapas principales de la automatización de las MCC y en particular de las máquinas de excavación-transporte (MET), sobre las que recae el volumen principal de trabajos, se reflejan en los trabajos [1,2,3]. En la fig.1 se representa el proceso de negocio de optimización de la construcción de carreteras, que se presenta en forma de diagrama según el estándar IDEF0 [7], que refleja los datos requeridos para el sistema informativo. En este caso dichos datos son el número proyectado de máquinas de construcción, indicado en el esquema como M1, que es necesario para llevar a cabo la construcción en el tramo. Los siguientes datos de entrada son la productividad del conjunto de máquinas seleccionado, que en el esquema ha recibido la designación P1. La productividad de las máquinas se determina sobre la base de características técnicas y cálculos [10,11]. En tercer lugar, como datos de entrada llegan los datos sobre los componentes-instrumentos de automatización disponibles, en el esquema se designan como K1. Estos datos provienen de una BD indexable, que se actualiza automáticamente sobre la base de la información recibida de los fabricantes de equipo y especialistas en la explotación de las MCC. Como resultado del cálculo obtenemos la cantidad actualizada de máquinas automatizadas M2, para la construcción del mismo tramo, con nueva-adquirida como resultado de la automatización, productividad P2. Se conserva la variante del cálculo del sistema de instrumentos de automatización K2. Asegurando la relación M1 ≤ M2 y P1 < P2 obtenemos la optimización requerida, que se encuentra en el rango estimado de indicadores. El gráfico de trabajos determina los plazos para los cuales deben realizarse los trabajos proyectados. Las restricciones por tipo de máquinas indican en qué máquinas pueden instalarse ciertos componentes de automatización teniendo en cuenta los procesos tecnológicos (PT) a realizar.

Figura 1. Proceso de negocio de optimización de la selección de MCC en notación IDEF0

De acuerdo con el método AFC la tarea principal debe dividirse en varias etapas-nodos para determinar la estructura del sistema informativo en desarrollo. En la fig.2 se presenta la división en subtareas necesarias para realizar la optimización del número de máquinas. Para ejecutar la tarea principal se requiere llevar a cabo el análisis funcional y los cálculos: A1- determinar los componentes de automatización; A2- instalar los componentes de automatización en las máquinas; A3- calcular el número necesario de tipos de máquinas de construcción MCC, teniendo en cuenta la productividad adquirida P2.

Figura 2. Estructura de la tarea de optimización

2. Integración de la base de datos en el sistema informativo de apoyo al ciclo de vida
Existen diferentes sistemas de Gestión de Datos de Producto (PDM) para el apoyo al ciclo de vida (CV), que permiten almacenar diversa documentación. Cualquier sistema PDM es un software especializado, que permite a cualquier participante del ciclo de vida acceder a la documentación, así como editar y añadir documentos por parte de los especialistas que se ocupan del apoyo al ciclo de vida. Los sistemas PDM permiten controlar el ciclo de vida de un producto o servicio. Consideremos tres distintos sistemas PDM (tabla 2): Teamcenter, IPS, TG Builder, ABC-4RS.

Características comparativas de los sistemas de apoyo al CV
Tabla 2

3. Descripción de la base de datos del sistema informativo
El componente principal del sistema es la base de datos, que consiste en datos – entidades, mostradas en la tabla 3.1. Una entidad es un objeto sobre el cual debe conservarse información. Cada entidad consiste en atributos que describen los objetos de la base de datos.
Estructura de entidades de la BD
Tabla 3.1

El identificador de cada entidad es la clave primaria, cuyo valor es único para cada fila. En la tabla están marcadas con «ID» en la columna Claves. Dado que la entidad Automatización del conjunto representa la relación entre los elementos de las entidades «Conjunto de máquinas» y «Componentes de automatización», posee una clave primaria doble: el atributo Número de conjunto hace referencia al objeto «Conjunto de máquinas», y el «Número de ítem» hace referencia al objeto «Componentes de automatización».

4. Estructura de la base de datos de componentes SCA de las MET
En la tabla 3.3 se describen las relaciones formadas entre las entidades. Estas relaciones muestran qué objetos pueden interactuar entre sí. La representación gráfica de las relaciones se presenta en la fig. 3.1.
Relaciones entre entidades
Tabla 3.3

La representación gráfica de las relaciones entre las entidades del sistema de base de datos en desarrollo se muestra mediante el lenguaje UML en la fig. 3.
Figura 3. Gráfico de relaciones entre entidades en la notación UML

5. Componentes de los sistemas de automatización de la construcción de carreteras
En el caso del sistema informativo considerado, los complejos hardware-software de automatización son los recursos necesarios para cumplir la tarea puesta de automatización de los procesos tecnológicos [1]. Los sistemas de automatización de la construcción de carreteras se utilizan para asegurar el control automático de la técnica de construcción. Tales sistemas incluyen conjuntos de controladores especializados, sensores y software.

Son conocidos los SCA de los siguientes fabricantes: Carlson, Trimble, Komatsu, Topcon y Leica. Para el análisis operacional en el SI los componentes de cada sistema están contenidos en una BD indexable, cuya estructura se muestra en la tabla 4., donde Ktu es el coeficiente integral del nivel técnico, calculado sobre la base de los parámetros básicos de explotación.
Estructura de la base de datos del SI
Tabla 4

La base de datos dinámica del proyecto de construcción permite sistematizar los instrumentos de automatización disponibles para su posterior uso variante.

Conclusiones
La aplicación del sistema instrumental de soporte de la construcción de carreteras mediante el uso de la base de datos proporciona:
• al SIG TCR información actualizada sobre el equipamiento de automatización disponible;
• la optimización de la aplicación de complejos hardware-software de automatización basada en el análisis funcional de las operaciones tecnológicas realizadas y las características de las MCC;
• la elección del conjunto de sistemas de automatización basada en el análisis funcional-coste de los procesos tecnológicos de construcción de carreteras;
• la optimización dinámica del conjunto de máquinas para todas las etapas de construcción en dependencia de las condiciones resultantes de ejecución de los procesos tecnológicos y del programa de trabajo.

Bibliografía
Maksímichev O.I., Váskóvskiy A.M., Nuevas tendencias en la automatización de tecnologías de construcción de carreteras, Ed. «Universidad Estatal Técnica de Automóviles y Carreteras de Moscú (MADI)», Revista «Vestnik de la Universidad Estatal Técnica de Automóviles y Carreteras de Moscú (MADI)» Nº 3, Moscú, 2012.
Vorobióv V.A., Maksímichev O.I., Ilyújkin A.V., Kolbásin A.M., Pópov V.P., Organización y automatización de trabajos de excavación-nivelación en la construcción de carreteras, Ed. «Academia Rusa de Ingeniería», Monografía, Moscú, 2015.-348 p.
Maksímichev O.I., Tendencias de desarrollo de sistemas de control automático de máquinas para la construcción de carreteras, Colección de trabajos científicos MADI (GTU), 2003.
Khodaréva O.A., Optimización de la gestión de procesos productivos de entidades económicas sobre la base de la paradigma de análisis funcional-coste y gestión funcional-coste, Economía de la industria, Nº 3-4 (59-60), 2012.
Skvortsov A.V., «BIM de carreteras: evaluación de la madurez de la tecnología», CAD y GIS de carreteras, Nº 2(3), 2014.
Boíkov V.N., Fedótov G.A., Púrkin V.I., Diseño automatizado de carreteras (a partir del ejemplo IndorCAD/Road). – Moscú: Ed. MADI (GTU), 2005. – 224 p.