Научная статья на тему 'Концепция проектирования и управления отработкой запасов выемочных участков на базе информационных технологий'

Концепция проектирования и управления отработкой запасов выемочных участков на базе информационных технологий Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
152
39
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Кузнецов Ю. Н., Стадник Д. А.

Предложена система технологического картографирования высокопроизводительной отработки запасов выемочных участков в угледобывающей отрасли на базе современных вычислительных комплексов, математического и программного обеспечения горных задач.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Кузнецов Ю. Н., Стадник Д. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

A CONCEPTION OF DESIGNING AND MANAGING OF DEPOSIT DEVELOPING OF WORKING AREAS ON THE BASE OF INFORMATIONAL TECHNOLOGIES

A system of technological mapping of highly performed developing of working areas in the coal mining industry on the base of a modern computer complexes, mathematical and software ones for solving mining tasks is proposed.

Текст научной работы на тему «Концепция проектирования и управления отработкой запасов выемочных участков на базе информационных технологий»

© 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;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

• 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:

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.)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.