CC BY
41
© Ю.Н. Кузнецов, Д. А. Стадник, 2009
УДК 622:519.72
Ю.Н. Кузнецов, Д.А. Стадник
КОНЦЕПЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ОТРАБОТКОЙ ЗАПАСОВ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ НА БАЗЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Семинар № 13
У^дним из направлений стратегии развития России до 2020 года является использование информационных и других новейших технологий во всех отраслях народного хозяйства [12].
В течение последних десятилетий в горнодобывающих отраслях успешно внедряются новые технологии практически в каждом направлении сферы их деятельности, начиная от разведки месторождений и заканчивая переработкой горной массы. Эти технологии позволяют специалистам получать большую отдачу от ускоряющегося технического прогресса. Но вместе с этим, требуемые темпы повышения эффективности производства, которые диктуются рынком и ростом производственных затрат, не компенсируются повышением энерговооруженности горного оборудования и другими техническими усовершенствованиями.
Во многом эффективность производства определяется способностью угольных компаний эффективно управлять производственными процессами в условиях постоянно изменяющейся ситуации и принимать рациональные производственные решения. Требования к уровню управления становятся все более жесткими в части большей оперативности, гибкости, обоснованности, необходимости прогнозирования хода производства, повышения уровня знаний и использо-
вания опыта квалифицированного персонала.
Неэффективные решения принимаются не потому, что персонал недостаточно квалифицирован, но, главным образом, потому, что он не имеет необходимой информации для выработки этих решений, а также не использует опыт и знания, накопленные в процессе функционирования конкретного предприятия. Следует также учитывать, что информация о горных работах, которая используется при принятии решений, в большинстве своем носит нечеткий характер.
Эта проблема достаточно успешно решается средствами информационных технологий (ИТ), но, по сравнению с другими отраслями, в горной промышленности они пока еще слабо развиты и недостаточно инвестируются. Даже в США и Канаде только 1,1 % бюджета горных компаний идет на развитие ИТ. Основная часть инвестиций расходуется на покупку средств автоматизации отдельных производственных процессов либо на программные пакеты для конкретных подразделений предприятия [13]. В то же время, вопросы анализа накопленного опыта, знаний, механизма принятия решений в сложных производственных ситуациях для конкретного предприятия остаются «за кадром».
Другими словами, в угольной промышленности наблюдается значительный разрыв между ростом технического
уровня производства и совершенствованием методов управления. Его наличие объясняется тем, что техника и технология ушли далеко вперед, а принципы планирования и управления горными работами остались практически без изменения. Между тем, в современных условиях «цена» ошибок от необоснованных и неквалифицированных решений управленческого характера оборачивается гораздо большими потерями для производства, чем ранее, в связи с успешным внедрением в горнодобывающих отраслях современных дорогостоящих технологий практически в каждом направлении их деятельности.
В целях устранения подобного разрыва в середине 70-х годов был предложен комплексный метод управ-ления очистными работами, регламентирующим документом которого явились технологические карты (картограммы). Они были направлены на геологическое, инженерное и организационное обеспечение высокопроизводительного и безопасного ведения очистных работ в пределах выемочного участка с учетом изменяющихся условий отработки его запасов и надежности функциональных элементов оборудования [1].
Однако вопрос составления технологических карт (картограмм) до настоящего времени остаётся пока недостаточно разработанным. Это происходит из-за того, что имеющиеся методические руководства и указания носят чисто директивный характер и не позволяют обеспечить принятие объективных управляющих решений по устранению или локализации негативных проявлений горно-геологичес-ких условий отработки запасов, а также воспроизводству ресурса оборудования на стадии составления карт. Следовательно, разработка действенного методического обеспечения процессов принятия реше-
ний при выборе оптимального комплекса технологических и ремонтно-
профилак-тических мероприятий в условиях высокопроизводительной отработки запасов выемочных участков является серьезной научной проблемой.
Можно выделить следующие векторы управления, присутствующие в технологической карте:
• обоснование вариантов структуры механизации очистных работ;
• управление режимами эксплуатации оборудования;
• оптимизация комплекса технологических и ремонтно-профилактических мероприятий;
• установление «плавающих» значений нагрузки на очистной забой в зависимости от условий отработки запасов выемочных участков.
Комплексная механизация и автоматизация процесса добычи угля на шахтах тесно связана с необходимостью обеспечения надежной работы очистного оборудования. В процессе эксплуатации оборудование изнашивается под воздействием различных постоянно и периодически действующих факторов, повреждаются отдельные узлы и детали. В результате этого снижаются ритмичность работы и производительность очистного забоя, качество выполняемых оборудованием функций, что приводит к необходимости восстановления работоспособности машин и механизмов в процессе отработки запасов путем замены исчерпавших ресурс наработки деталей и функциональных элементов.
В настоящее время на шахтах отрасли основными документами по планированию мероприятий по замене элементов оборудования являются графики планово-предупредительного ремонта,
охватывающие не только замену, но и техническое обслуживание и ремонт комплекса оборудования (графики
ППР), технологические карты по безопасному техническому обслуживанию и текущему ремонту оборудования шахт, журналы нарядов.
Применяемым в отрасли регламентирующим документам по организации ремонтно-профилактических работ присущ общий недостаток - они не учитывают разнообразие и изменчивость горно-геологических условий, в которых происходит работа очистного оборудования. Составленные при пуске в эксплуатацию механизированных комплексов графики планово-
предупредительных ремонтов не подлежат корректировке при появлении локальных зон геологических осложнений, в значительной степени влияющих на ресурс работоспособности функциональных элементов оборудования. Нормы плановых замен узлов и деталей оборудования устанавливаются с учётом только лишь статистических значений наработки до отказа или интуиции персонала.
Согласно методическому руководству [9] основные данные по ресурсам и срокам службы добычного оборудования принимаются на основании нормативов сроков службы элементов оборудования и норм расхода запасных частей, технологических карт по техническому обслуживанию и графиков ППР. Кроме того, данные могут быть получены по результатам эксплуатации оборудования в аналогичных горногеологических условиях на основании информации, содержащейся в нарядах-рапортах и материалах наблюдений за работой комплексов оборудования. Такой подход к оценке ресурса работоспособности элементов оборудования и сроков их службы для составления картограмм (карт) не позволяет объективно выявить необходимость и определить
срок плановой замены функциональных элементов оборудования.
Отсутствие единого подхода к определению срока плановой замены элементов оборудования указывает на необходимость разработки методических принципов расчёта научно обоснованных регламентных работ по замене основных деталей и узлов очистного оборудования.
Очистной забой представляет собой сложную динамическую систему, условия функционирования очистных работ постоянно меняются. Забой лавы проходит участки геологических осложнений, и для обеспечения эффективной отработки запасов в этих ситуациях необходимо разрабатывать и осуществлять дополнительные мероприятия. Однако паспорта выемочных участков не могут дать исполнителям работ необходимую информацию для выработки и принятия технологических решений в конкретных условиях ведения очистных работ. Подчас к разработке технологических мероприятий приступают, когда процесс функционирования очистных работ уже нарушен, поэтому изыскание дополнительных людских и материальных ресурсов приводит к значительным потерям времени и, соответственно, добычи угля.
Информация, которая содержится в проектах отработки запасов выемочных участков, не может обеспечить разработку инженерных мероприятий, позволяющих:
• поддерживать оптимальный технологический режим функционирования забоев в конкретных (во времени и пространстве) условиях ведения очистных работ;
• эффективно использовать горнодобывающую технику;
• минимизировать негативное влияние горно-геологических факторов;
• создать наиболее безопасные и комфортные условия труда.
Каждая из задач горного производства, например, управление комплексом рабочих процессов в пределах выемочных участков, разведка месторождений полезных ископаемых и др. относится к классу задач о сложных объектах, которые принято решать с помощью построения систем управления. Центральным компонентом системы управления является модель, которая должна быть адекватна объекту управления.
Система технологического картографирования должна удовлетворять как требованиям отдельных векторов управления, так и оптимальности управления выемочным участком в целом. Структура системы технологического картографирования отработки запасов выемочных участков приведена на рисунке.
На этапе ввода блоков входных параметров в систему технологического картографирования необходимо осуществлять анализ статистических данных отработки запасов «подобных» выемочных участков. Анализ можно осуществить, например, с помощью нейронных сетей, что позволит выявить закономерности в статистических данных [6]. Данные о текущей наработке на отказ механического оборудования достаточно удобно получать из специализированной системы, предназначенной для ведения учета всего оборудования вместе с необходимой эксплуатационной документацией, например, из программы «Ремонт-Эксперт» [11]. В программе «Ремонт-Эксперт» автоматически формируется график планово-
предупредительных ремонтов и обслуживания, а также ведется учет текущего состояния оборудования.
Центральным компонентом системы технологического картографирования яв-
ляется модель, которая должна быть адекватна объекту управления.
В управлении горным производством наблюдается устойчивая тенденция увеличения сложности математических и формальных моделей реальных систем и процессов управления, связанная с желанием повысить их адекватность и учесть все большее число различных факторов, оказывающих влияние на процессы принятия решений.
В то же время, на практике использование известных и ставших уже классическими концепций моделирования и управления в большинстве случаев не приводит к желаемому уровню адекватности моделей горного производства их оригиналам, а, следовательно, существенно снижает их практическую значимость.
С одной стороны, традиционные методы построения моделей не приводят к удовлетворительным результатам, когда исходное описание подлежащей решению проблемы заведомо является неточным или неполным. С другой стороны, стремление получить всю исчерпывающую информацию для построения точной математической модели сколько-нибудь сложной реальной ситуации может привести к потере времени и средств, поскольку это может быть в принципе невозможно. В подобных случаях наиболее целесообразно воспользоваться такими методами, которые специально ориентированы на построение моделей, учитывающих неполноту и неточность исходных данных. Именно в таких ситуациях технология нечеткого моделирования оказывается наиболее конструктивной, поскольку за последнее десятилетие на ее основе были решены сотни практических задач управления и принятия решений [5].
Структура системы технологического картографирования
• •
III
Геологомаркшейдерская ' служба шахты
м
Энергомеханическая служба шахты
Нарушения
(параметры,
место)
Наработка на отказ, текущее состояние
Технический отдел шахты
Блок входных параметров №1: Горно-геологические условия
Блок входных параметров №2: Ремонтномеханические условия
Критерий /оптимальности:' 1. МАХ Осут 2. М1Ы і простоя
ТА
Блок входных параметров № п: Технологические
условия
Модель
технологического
картографи-
рования
Л
1/
Комплекс
технологических
мероприятий:
1. Место 2. Трудоемкость
Л
1/
Комплекс
ремонтно-
механических
мероприятий:
1. Место 2. Трудоемкость
Структура системы технологического картографирования отработки запасов выемочных участков.
Модель технологического картографирования должна обеспечивать:
• возможность постепенной детализации требований, исходных данных, а также уточнения выдаваемых результатов;
• возможность расширения функций без изменения основной структуры системы, например, учета новых массивов исходных данных (в частности, вентиляционных и транспортных систем), получения дополнительных выходных данных (например, нагрузки на забой);
• учет опыта, накопленного в процессе работы конкретного предприятия;
• возможность работы с нечеткой и неполной информацией;
• объяснимость предлагаемого
решения;
• использование нормативной документации при принятии решения;
• учет ограничений, накладываемых на технологию добычи (правила безопасности, проектная документация и др.).
Задача выбора рационального комплекса технологических и ремонтнопрофилактических мероприятий при управлении выемочным участком угольной шахты, в основном является эвристической, так как требуемый эффект при отработке запасов (нагрузка на забой, экономическая эффективность использования оборудования, снижение времени простоев) может достигаться множеством наборов технологических и ремонтно-профилактических мероприятий, при постоянно изменяющихся во времени условиях ведения очистных работ. Следовательно, необходим выбор из множества вариантов решений в условиях нечеткой информации. Как показал анализ существующих методов решения подобных задач, наиболее пер-
спективным является применение аппарата нечеткого моделирования [2, 8].
Решение проблемы технологического картографирования выемочного участка угольной шахты с помощью построения системы управления на базе нечеткой модели позволит:
• построить информационнологическую модель технологического картографирования выемочного участка. Модель будет реализовывать зависимость комплекса технологических и ре-монтно-профилакти-ческих мероприятий от изменяющихся во времени условий отработки запасов выемочного участка;
• настраиваться на специфику очистных работ конкретной шахты путем корректной обработки статистики работы выемочных участков;
• корректировать параметрь модели с помощью введения дополнительных правил в процессе функционирования системы, так как объект управления существенно нестационарен, а для эффективного управления технологическим картографированием модель должна быть постоянно адекватна объекту;
• обеспечит возможность работать с неполной или нечеткой информацией, так как в производственных условиях не всегда удается получить точный прогноз условий работы выемочного участка на длительный период;
• сократить размерность моде-
ли за счет исключения из рассмотрения параметров, изменение которых слабо влияет на комплекс технологических и ремонтно-профилакти-ческих меро-
приятий;
• учитывать опыт и знания персонала при выработке оптимального управляющего решения за счет включения отдельного блока в базу правил;
• получить объяснимое решение
при выработке комплекса технологических и ремонтно-профилактических мероприятий;
• улучшить экономические показатели работы добычного участка за счет увеличения и стабилизации нагрузки на забой, снижению времени простоев оборудования, повышению уровня управляемости технологических процессов.
1. Кузнецов Ю.Н., Некрасов В.В., Постников В. И. Технологическое картографирование отработки запасов выемочных участков. -М.: МГГУ, 1993.
2. Рассел С., Норвиг П. Искусственный интеллект: современный подход, 2-е издание. М.: Издательский дом “Вильямс”, 2006.
3. Нейлор К. Как построить свою экспертную систему. - М.: Энергоатомиздат, 1991.
4. Методические документы по определению нагрузки на очистные забои угольных шахт. - М.: ИГД им. А. А. Скочинского, 1980.
5. Леоненков А. В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzy TECH. - СПб.: БХВ Петербург, 2005.
6. Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. - М.: Горячая линия -Телеком, 2001.
7. Стадник Д.А. Прогнозирование и управление электропотреблением угольных
Реализация системы технологического картографирования высокопроизводительной отработки запасов выемочных участков может быть поставлена на промышленную основу уже на данном этапе развития научно-технического
прогресса в угледобывающей отрасли в связи с наличием в угольных компаниях современных вычислительных комплексов, математического и программного обеспечения горных задач.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
шахт. - Сб. науч. трудов студентов магистратуры МГГУ Выпуск 4. - М.: МГГУ, 2004.
В. Куприянов В.В., Фомичева О.Е. Интеллектуализация технологий автоматизированных систем. - М.: МГГУ, 1994.
9. Методическое руководство по совершенствованию производства на шахтах отрасли на основе разработки и внедрения технологических картограмм и карт организации труда. - М.: ЦНИЭИуголь, 1977.
10. Методические указания по прогнозированию горно-геологических условий на участках высокопроизводительных лав. - Гуково.: Гуковуголь, 1977.
11. Сайт http://remontexpert.ru.
12. Сайт http://www.edinros.ru.
13. Капутин Ю.Е., Доклад на семинаре, http://www.geocad-it.ru/403/403r.html. ЕШ
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------
Кузнецов Ю.Н. - профессор, доктор технических наук,
Стадник Д.А. - аспирант,
Московский государственный горный университет.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 13 симпозиума «Неделя горняка-2008». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.В. Мельник.
А
Файл:
Каталог:
Шаблон:
1т
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания: Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
9_Кузнецов, Стадник13
Н:\Новое по работе в универе\ГИАБ-2009\ГИАБ-4\08-д С:\и8ег8\Таня\АррБа1а\Коатіп§\Місго80й\Шаблоньі\Когта1.до
26
Беп
18.02.2009 12:00:00 3
19.02.2009 17:25:00 Пользователь
Полное время правки: 6 мин.
Дата печати: 24.03.2009 0:04:00
При последней печати страниц: 7
слов: 2 526 (прибл.)
знаков: 14 400 (прибл.)
