CC BY
27
УДК 629.01 ИН Столовских
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ МУЛЬТИАГЕНТНАЯ СИСТЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗНОГО ТРАНСПОРТА ПОДЗЕМНЫХ РУДНИКОВ
Семинар № 13
Т"Хроводимые в странах СНГ рыноч-
И ные реформы, особенно остро ставят перед горнодобывающей промышленностью задачи увеличения добычи полезных ископаемых за счет реконструкции и освоения существующих мощностей и строительства новых предприятий, в том числе, путем освоения месторождений в высокогорных условиях залегания. Высокогорные районы по запасам руд цветных и редких металлов имеют важное значение. Их освоение в ближайшие годы станет необходимостью в связи с истощением запасов разведанных равнинных месторождений.
Электровозный транспорт является одной из основных частей инфраструктуры подземного высокогорного рудника и существенно влияет на эффективность основных процессов - добычу и обогащение полезного ископаемого. На большинстве высокогорных рудников в настоящее время он имеет невысокую эксплуатационную надежность, технологические параметры зачастую не соответствуют высокогорным условиям эксплуатации и не согласованы с транспортными потоками, неэффективны технология и организация его проектирования. Существующие аналитические методы технологических расчетов при проектировании электровозного транспорта дают низкую точность результатов проектных решений и не охватывают многих специфических технологических параметров и показателей функционирования электровозного транспорта в высокогорных условиях подземных рудников. Повышение эффективности элек-
тровозного транспорта в высокогорных условиях подземных рудников сдерживается отсутствием системного подхода при освоении прогрессивных методов проектирования и поиска новых технических решений с учетом специфических условий высокогорных рудников. Под высокогорными районами подразумевается территория земной поверхности, приподнятой над уровнем моря более 1000 м, со сложными типами рельефов и разряженной атмосферой.
Специфические факторы высокогорья, существенно влияющие на технологию отработки месторождений и, в особенности, на работу электромеханического оборудования, необходимо учитывать при проектировании, строительстве и эксплуатации высокогорных рудников.
Важнейшей особенностью условий высокогорья является сама высота, вызывающая понижение барометрического давления, влажности и разряженности воздуха, ухудшающих теплоотдачу от наружных поверхностей электрических двигателей, в частности, тяговых двигателей подземных электровозов.
Известно, что эффективная мощность, тепловые и энергетические показатели тяговых двигателей электровозов, гарантируются при определенных атмосферных условиях, которые называют стандартными или нормальными.
Анализ результатов проведенных обследований состояния электровозной откатки на высокогорных подземных рудниках показал, что эксплуатация электровозов характеризуется частым выходом из
строя их тяговых двигателей из-за теплового пробоя обмотки якоря. Наработка до капитального ремонта тяговых двигателей, эксплуатируемых на электровозах, не превышает одного года вместо пяти лет (по паспорту). Эксплуатационные расходы, связанные с функционированием тяговых двигателей на высокогорных рудниках значительно превышают нормативные показатели. Кроме того, простои подвижного состава вследствие отказов и необходимость содержания значительного количества резервных электровозов являются причинами низкой производительности локомотивосоставов и коэффициента использования электровозного парка.
В существующей практике проектирования электровозного транспорта в высокогорных условиях подземных рудников при установлении допустимой массы груженого состава пользуются рекомендациями ГОСТ и в зависимости от высоты над уровнем моря принимают ориентировочно заниженные значения массы поезда.
Действительная масса груженых составов по данным проведенных обследований, составляет 50-70 % допустимой массы, определенной из условия нагрева тяговых двигателей [1] с учетом высокогорья, однако большой процент повреждений тяговых двигателей говорит об их тяжелом нагрузочном режиме и подтверждает вывод о неправильно установленной мощности двигателей для электровозов, эксплуатируемых в высокогорных условиях подземных рудников. Поэтому для обоснованного выбора мощности тяговых двигателей электровозов в условиях высокогорных подземных рудников необходимо знать величины нагрузок и соответствующие им режимы работы тяговых двигателей с учетом особенностей их работы в неустановившихся режимах в высокогорных условиях подземных рудников.
Главным недостатком сложившейся практики выбора мощности тяговых двигателей электровозов при их проектировании является обособленность установле-
ния тяговых характеристик от реальных условий их эксплуатации.
Для условий высокогорных подземных рудников, нагрузки на тяговые двигатели во время рейсовой работы зависят от сочетания большого количества факторов. К основным из них относятся: грузоподъемность состава ^гр); уклоны откаточных путей (/'); напряжение контактной сети (и); скорости движения груженых и порожних составов (Угр, V); коэффициент сцепления колес электровоза с рельсами при трогании (щ) и при торможении (щТ); состояние рельсовых путей; относительная продолжительность действия нагрузок ($ и другие.
Таким образом мощность тяговых двигателей электровозов можно представить как функцию
Р = №л I, и, ¥ик У9 уп, ф (1)
Выполненные исследования показали, что для тяговых двигателей электровозов, работающих в одинаковых условиях, степень влияния этих факторов и их зависимость от условий эксплуатации различна и колеблется в определенных пределах. Поэтому изучение этих воздействий, имеющих вероятностную структуру проявления, характеризующих неустановившиеся режимы работы тяговых двигателей электровозов необходимо учитывать при проектировании тяговых двигателей электровозов, а также при их эксплуатации.
Для горнодобывающих предприятий системы автоматизированного проектирования приобретают все большее значение, перспективные научные идеи реализованные в процессе проектирования способствуют ускорению научно-технического прогресса. Однако традиционное раздельное рассмотрение задач проектирования, производства и эксплуатации средств электровозного транспорта без учета их жизненного цикла уже не отвечает современным требованиям. Это вызывает необходимость создания системной мультиа-гентной системы автоматизированного проектирования электровозного транспор-
та высокогорных подземных рудников (МСАПР-ЭТ), позволяющей уже на этапе проектирования учитывать особенности технологических процессов и организацию производства высокогорных подземных рудников.
Системное единство всех этапов автоматизации проектных работ может быть достигнуто путем создания развитых информационных систем, позволяющих накапливать, корректировать и передавать технические данные о проектируемых высокогорных рудниках, осуществлять их сравнение с ранее известными аналогами, формировать проектную документацию.
Использование известных методов оптимизации задач проектирования электровозного транспорта с помощью структурных моделей И/ИЛИ-графов требует метризации пространства структурно - параметрических описаний и на практике оказывается недостаточно эффективным из-за большой размерности и сложности решаемых задач. Поэтому при создании МСАПР-ЭТ потребовалось использование нового подхода при проектировании, который основан на рассмотрении системы электровозного транспорта подземных рудников как совокупности автономных модулей, взаимодействующих между собой в процессе решения общей задачи. Такой подход базируется на классических основах искусственного интеллекта с добавлением новых идей распределенной обработки данных и знаний в виде мультиагентных систем (МАС).
Понятие агент при этом представляет собой дальнейшее развитие понятия объект (элемент). Применительно к проектированию электровозного транспорта объектами являются: подвижные средства; погрузочно-разгру-зочные комплексы; тяговые сети; различные проектные отделы (энергетический, автоматизации, ремонтного хозяйства, сметный) и т. д.
Согласно общей методологии проектирования Объект проектирования обладает состоянием, проявляет четко выраженное поведение и индивидуальность. Состояние
объекта характеризуется перечнем его параметров, а поведение - определяется набором соответствующих ограничений и правил. Объекты объединяются в классы, которые могут рассматриваться, как шаблоны для данных и процедур, свойственных всем элементам класса. Поскольку объекты создаются из классов, которые взаимосвязаны родовидовой иерархией И/ИЛИ-графов, то в этой иерархии имеется взаимосвязь объектов. Однако вне этой иерархии взаимодействия не определяются. Понятие агент не сводится только к активному объекту, т. к. понятие объект не связано с наличием среды, которая играет важную роль в определении «агент». К тому же объект не требует существования себе подобных, а агент не может быть один. Таким образом агент - это подкласс объектов, обладающий всеми их свойствами, но имеющий дополнительные качества. Агент - это система, обеспечивающая решение определенной проектной задачи и действующая во взаимосвязи с сетью других агентов для решения комплексной проблемы, которое не может быть получено отдельными агентами. Агент рассматривается, как активный объект-функция, наполненный данными и знаниями, которые позволяют преобразовывать исходную информацию в знания свойств объекта. В качестве таких объектов могут быть не только технологические процессы транспортирования грузов и их операции, но и отдельные сборочные единицы транспортных машин, детали и их узлы. Он должен обладать следующими свойствами, обеспечивающими его автономию: способностью восприятия и интерпретации поступающих данных, а также принимать и исполнять решения.
Агенты могут реагировать на изменения в окружающей среде посылкой сообщений другим агентам. Например, изменения атмосферы в высокогорных условиях подземных рудников, корректировки заданий горно-технологичес-кой группы, изменения схем погрузочных пунктов, замена технологических машин и др. Дейст-
вия таких агентов реализуются как запуск правил поведения, объединенных в базу знаний, посылкой сообщений другим агентам или в окружающую среду. Агенты этого класса используются при проектировании и конструировании транспортных средств, расчете пропускной способности транспортных выработок, погрузочных, разгрузочных комплексов и др.
Основными характеристиками агента, являются объем и содержание. Объем -это множество всех объектов, обладающих существенными признаками агента. Содержание - это совокупность всех существенных его свойств, которые позволяют однозначно идентифицировать его среди множества других. Пример структурной схемы агента представлен на рис. 1 «Идентификатор» и «Указывающие атрибуты» позволяют различать агенты. Преобразование входных А, атрибутов в выходные осуществляется «Методом агента», который и определяет его поведение. «Метод агента» М может быть реализован с помощью алгоритмических языков и в этом случае агент не может быть отнесен к числу интеллектуальных.
Наиболее прогрессивной технологией реализации «Метода агента» М является использование баз знаний продукционного типа. В этом случае метод представляет собой систему, состоящую из множества продукционных правил R, связанных в семантическую сеть N, которая определяется структурой метода
М = <R, N> (2)
При этом «Метод агента» включает три подфункции: восприятия (Wos), решения (Rec) и трансформирования (Tran). Подфункция восприятия обеспечивает отбор информации и присвоение значений входным атрибутам, решения - определяют значения выходных параметров по значениям входных, а трансформирование - изменяет состояние среды Wos: Е ^ А, i = 1,2,3...N,
Rec: Ai ^ Ао' „ (3)
Tran: Ао ^ Е
На основании рассмотренных выше агентов в КазНТУ им. К. И. Сатпаева построена мультиагентная система проектирования электровозного транспорта в высокогорных условиях подземных
Рис. 1. Структурная схема агента
нац. системы «Тран тртррутт РУДЫ
электровозное
Агент РП
Агент КС
Агент ТСТ
Агент ПР
Агент/} 7
Разгрузочный
комплекс
£
Наименование Номер Состояние
Рельсовый путь 1 Проектирование
Вагон 2 Приобретение
Электровоз 3 Приобретение
Контактная сеть 4 Проектирование
Технологическая схема транспортных выработок 5 Проектирование
Погрузочный комплекс 6 Проектирование
Разгрузочный комплекс 7 Проектирование
ЬЛОК А7
£
Наименование Номер Состояние
Технологическая схема 7-1 Проектирование
Система автоматизации 7-2 Проектирование
Стопорные устройства 7-3 Приобретение
Опрокидыватель 7-4 Проектирование
Система вентиляции 7-5 Проектирование
Агент А1-А
Опрокидыва-
тель
Агент Л7-4-4
Агент СУ
Агент А1-А-5
Агент .47-4-6 Агент СО
Агент СОВ **
£
Блок А1-5
Наименование Номер Состояние
Электродвигатель 7-4-1 Приобретение
Муфта 7-4-2 Приобретение
Редуктор 7-4-3 Приобретение
Система управления 7-4-4 Проектирование
Система очистки вагонов 7-4-5 Проектирование
Система орошения 7-4-6 Проектирование
рудников. Структура мультиагентной системы представляет собой метасистему, моделью которой является граф И/ИЛИ, построенный на базе агентов. Фрагмент преобразования мультиагентной среды
представлен на рис. 2. Процесс преобразования элемента электровозного транспорта «Транспорт руды» на составляющие части начинается с функциональной декомпозиции элементов, связанных с кор-
невой вершиной и ребрами типа И. Следующий шаг - родовидовая декомпозиция составляющих с использованием ребер типа ИЛИ. Процесс декомпозиции ведется вплоть до достижения необходимого уровня детализации. Каждый агент имеет информацию о локальном фрагменте общего И/ИЛИ графа, связанного с ним.
Важной отличительной особенностью мультиагентной системы проектирования электровозного транспорта является децентрализация управления процессом проектирования. Каждый агент (рис. 2) имеет информацию о локальном фрагменте общего И/ИЛИ-графа, связанного с ним непосредственно. Например, в процессе проектирования корневой агент «Транспорт руды» под управлением специалиста по проектированию таких элементов электровозного транспорта в соответствии с техническим заданием выполняет все необходимые расчеты с использованием существующих методик, алгоритмов и программ и требований норм технологического проектирования. При этом в отношение «Блок Ао» записываются необходимые ему компоненты и их состояние. В число таких компонентов входят «Рельсовый путь», «Вагоны», «Электровозы», «Технологическая схема транспортных выработок», «Разгрузочный комплекс» и другие. Корневой агент определяет тип и основные параметры компонентов, подлежащих проектированию. Вся информация вносится в проект корневого агента «Транспорт руды» и хранится в сетевой базе данных. Информация о покупных изделиях из этой сетевой базы забирается отделом оборудования, а информация об элементах, подлежащих проектированию другими агентами - соответствующими отделами. Агент «Разгрузочный комплекс», обнаружив в базе данных касающуюся его информацию, приступает к выполнению необходимых расчетов, определяет основные параметры разгрузочного комплекса и записывает эту информацию в базу данных проекта. Далее активизируются агенты, выполняющие работы по проектиро-
ванию компонентов и рабочих узлов разгрузочного комплекса. Этот процесс завершается после того, как будут спроектированы все входящие в рабочие узлы элементы и дальнейшее их расчленение нецелесообразно с точки зрения характера решаемых задач. В процессе проектирования состояние агентов изменяется с заменой термина «Проектирование» на «Спроектирован».
Представленное описание мультиа-гентной системы позволяет рассматривать ее как средство построения иерархической системы единичных описаний фрагментов функциональной деятельности электровозного транспорта, которые были бы доступны для понимания экспертами (проектировщиками) предметной области, и являлись бы для них рабочими инструментами при формировании начальных требований к проектируемой системе. Мультиа-гентная система предполагает начать моделирование функционального процесса с построения целостного представления системы электровозного транспорта с ее взаимосвязями с окружающей средой, которая разбивается на подсистемы (агенты) и каждый агент, описывается отдельно. Затем каждый агент разбивается на более мелкие агенты, и такое разбиение продолжается до тех пор пока система не будет описана с требуемой степенью подробности.
После каждого этапа декомпозиции, мультиагентная система должна пройти экспертизу. Это позволяет уже на этапе моделирования построить модель, адекватно отражающую истинное состояние процесса функционирования электровозного транспорта в конкретных горнотехнических условиях. Такая модель является удобным средством детализации движения информационных потоков как внутри всей системы электровозного транспорта, так и внутри ее отдельных функциональных модулей.
Описанная декомпозиция позволяет объединить различные технологические процессы электровозного транспорта в
единый алгоритм, который может быть реализован с применением компьютерного моделирования.
На основании изложенной методики мультиагентной системы с использованием современных компьютерных технологий разработана программа муль-
1. Волотковский С.А. Рудничная электровозная тяга. - М.: Недра, 1981.
2. Шпеер С., Меллор С. Объектноориентировочный анализ: моделирование мира в состояниях / Пер. с англ. - Киев: Диалектика, 1993.
тиагентной системы автоматизированного электровозного транспорта высокогорных подземных рудников, которая позволяет прогнозировать и оптимизировать показатели работы этого вида транспорта, ускоряет и значительно упрощает процесс проектирования.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Наренков Н.П. Основы автоматизированного проектирования: Учебн. Для вузов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.
4. Столовских И.Н. Электровозный транспорт в высокогорных условиях подземных рудников. - Алматы, Из-во «Комплекс», 2002.
— Коротко об авторах
Столовских И.Н. - кандидат технических наук, Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева.
------------------------------------ ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Г. И. НОСОВА
ПШЕНИЧНАЯ Елена Геннадьевна Обоснование рациональных параметров технологии добычи гранитных блоков с применением невзрывчатых разрушающих средств 25.00.22 25.00.20 к.т.н.
