CC BY
29
Характеристики нагревательной печи до и после рекуперации
Наименование показателя Единица измерения До реконструкции После реконструкции
Стоимость топлива р./кг 2,25 2,25
Время работы печи ч/г. 3100 3100
Температура уходящих газов на выходе из печи С 1160 1160
Температура подогрева воздуха С - 425
Степень рекуперации теплоты уходящих газов - 0,239
Термический КПД печи % 7,8 28,6
Удельный расход топлива (с учетом пусков печи в работу из холодного состояния после простоев) кг/т 245 193
Список литературы
1. Батищев, Д. И. Методы оптимального проектирования [Текст]: Учеб. пособие для вузов / Д. И. Батищев. - М.: Радио и связь, 1984. - 248 с.: ил. - Библиогр.: с. 243, 244. - Предм. указ.: с. 246-247. - (в пер.).
2. Тебеньков, Б. П. Рекуператоры для промышленных печей [Текст]: / Б. П. Тебеньков. -4-е изд., испр. и доп. - М.: Металлургия, 1975. - 294 с.: ил. - Библиогр.: С. 286 - 290. -Предм. указ.: с. 291 - 294 - (в пер.).
3. Тебеньков, Б. П. Экономия топлива при нагреве металла в кузнечных печах / Б. П. Тебеньков, Е. С. Раменская // Прогрессивная технология и оборудование для нагрева под штамповку. - М.: Машиностроение, 1976. - С. 19 - 32.
УДК 658.26:656.2:519:673
А. В. Пономарев
МЕТОД АПРИОРНОЙ ОЦЕНКИ РАСХОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ РЕМОНТА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
В статье рассматриваются возможности повышения эффективности использования электрической энергии. Показаны способы совершенствования существующего подхода к определению расхода электрической энергии на квазидетерминированные технологические процессы ремонта подвижного состава путем выявления отклонений в процессе электропотребления. Представлен также разработанный метод технологически обоснованного определения расхода электрической энергии с использованием имитационного моделирования технологических процессов.
В соответствии с «Энергетической стратегией ОАО «РЖД» на период до 2010 г. и на перспективу до 2030 г.» одним из основных ориентиров инвестиционного и инновационного развития ОАО «РЖД» в области стационарной энергетики является снижение энергоемкости основных технологических процессов до 2015 г. на 10 - 15 %. Для достижения поставленных целей активно внедряются организационно-технические мероприятия, направленные на снижение объемов потребления электрической энергии или на повышение показателей производства.
Действующие по сети железных дорог методы планирования и нормирования расхода топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) не позволяют получить достоверной априорной оценки изменения расхода ТЭР при модернизации технологических процессов ремонта подвижного состава. Причиной этого являются две основные проблемы, которые вытекают из
того факта, что существующие методы опираются на данные об электропотреблении предыдущего периода без соответствующей обработки:
в процессе потребления электрической энергии за прошедший период могут иметь место случаи нерационального использования электрической энергии, которые вместо того, чтобы быть выявленными, закладываются в планируемый расход электроэнергии на предстоящий период или учитываются в нормах электропотребления;
недостаточно точно учитываются возможные изменения внутренних и внешних параметров электропотребления, обусловленные реструктуризацией действующих технологических процессов.
Для решения первой проблемы с целью получения возможности выявления отклонений в процессе электропотребления квазидетерминированных технологических процессов разработан программный модуль анализа данных об электропотреблении в условиях использования микропроцессорных счетчиков электрической энергии [1].
В основе программного модуля лежит разработанный метод статистической обработки данных, основа которого заключается в построении среднестатистического графика потребления электрической энергии с учетом исключения грубых отклонений путем посуточного и поинтервального выявления промахов статистическими методами.
Алгоритм поиска статистических промахов программным модулем представлен на рисунке 1. Апробация разработанного программного модуля проведена в локомотивном ремонтном депо на технологическом процессе заливки баббитом вкладышей моторно-осевых подшипников.
В результате обработки данных об электропотреблении отделения баббитозаливки локомотивного депо за 26 суток с помощью разработанного программного модуля в пяти из них зафиксировано существенное отклонение среднего значения мощности контролируемого потребителя. Причиной отклонений явилось преднамеренное сокращение или увеличение продолжительности рабочей смены в эти дни, что повлияло на режим работы электрооборудования.
Среди остальных 21 суток выявлено множество отклонений в процессе электропотребления, большая часть из которых связана с включенной в ночное время вентиляцией, что не
предусмотрено действующим технологическим Рисунок 1 - Графическая схема алгоритма процессом. Пример графика электропотребления
поиска промахов г
* с явно выраженными отклонениями, обусловлен-
ными включенной в ночное время вентиляцией, построенный для пятиминутных интервалов, представлен на рисунке 2. На основании выявленных отклонений строится среднестатистический график электропотребления, пример которого для 30-минутных интервалов изображен на рисунке 3.
Область применения разработанного программного модуля анализа данных об электропотреблении квазидетерминированных технологических процессов в условиях использования микропроцессорных счетчиков электрической энергии не ограничивается обработкой данных об электропотреблении за прошедший период.
Предусмотрена возможность оперативного анализа электропотребления на основании сравнения текущих значений расхода электрической энергии с имеющейся «обучающей» выборкой, составленной на основании прошлого периода. Такой подход позволяет повысить
эффективность использования электрической энергии за счет своевременной выработки управленческих решений.
Рисунок 2 - Фрагмент окна программного модуля с построенным суточным графиком электропотребления, имеющим отклонения по мощности на интервальных участках
Рисунок 3 - Фрагмент окна программного модуля с построенным среднестатистическим графиком
электропотребления отделения баббитозаливки
Однако данный подход применим только для квазидетерминированных технологических процессов, имеющих установленный порядок работ и имеющих относительно постоянную привязку ко времени.
Получение обоснованной оценки расхода электрической энергии, опирающейся не на показания предшествующего периода, а на действительные характеристики технологических
процессов и параметры используемого электрооборудования с учетом стохастичности всех контролируемых параметров, возможно при использовании методов имитационного моделирования.
Применение методов имитационного моделирования позволяет не только определить технологически обоснованные объемы электрической энергии, но и априорно оценить эффективность планируемых к внедрению организационно-технических мероприятий, определить потребности в других видах ТЭР и необходимых затратах (временных, трудозатратах, ресурсах) и в конечном итоге снизить энергоемкость и повысить эффективность управления структурными подразделениями [2].
Разделяют четыре основных вида имитационного моделирования: моделирование динамических систем, дискретно-событийное моделирование, системная динамика и агентное моделирование. Выбор соответствующего подхода осуществляется исходя из поставленных перед исследователем задач [3].
Для моделирования технологических процессов ремонта подвижного состава наилучшим образом подходит дискретно-событийное имитационное моделирование, что обусловлено следующими обстоятельствами:
технологический процесс ремонта подвижного состава имеет жесткую установленную структуру производственного потока;
технологический процесс ремонта подвижного состава можно представить в виде стохастической временной сети Петри, узлами которой являются отдельные технологические операции;
технологические операции могут быть представлены в виде простых систем массового обслуживания с одним или несколькими обслуживающими устройствами;
параметры выполнения технологической операции (продолжительность, относительная частота выполнения, режимы работы оборудования и др.) могут быть описаны с помощью математического аппарата теории вероятностей.
Построение имитационной модели начинается с построения структурно-алгоритмической модели исследуемого технологического процесса ремонта подвижного состава. Разработанный сотрудниками Омского государственного университета путей сообщения программный комплекс «Сетевое планирование при организации ремонта подвижного состава» позволяет в удобном виде представлять сетевые графики исследуемых технологических процессов [4], сокращая время построения структурно-алгоритмической модели, пример которой приведен на рисунке 4.
Рисунок 4 - Структурно-алгоритмическая модель технологического процесса заливки баббитом вкладышей моторно-осевых подшипник О: - позиция выбраковки изделий; П - позиция работы печи; Т - позиция работы тигля; Ч - технологическая операция, в выполнении которой необходимо участие человека
Основным критерием выбора необходимого уровня детализации является поставленная задача моделирования различных составляющих (энергетической, технологической, материально-технической) технологического процесса ремонта подвижного состава.
Структурно-алгоритмическая модель сопровождается пооперационным перечнем работ, в котором указываются технологические операции, соответствующие позициям модели, используемое оборудование, характеристики режимов работы оборудования и параметры вы-
полнения работ. По полученным данным выполняется построение имитационной модели технологического процесса ремонта подвижного состава.
Преимуществом такого подхода к описанию процесса электропотребления является возможность внесения в имитационную модель корректировок, отражающих изменения в структуре электропотребителя без потери физического смысла, что позволяет априорно оценивать эффект от планируемых к внедрению организационно-технических мероприятий, учитывать структурные изменения технологического процесса. При этом все вносимые в модель изменения характеризуются параметрами, имеющими однозначную, интуитивно понятную привязку к физическим параметрам объектов моделируемой системы.
Разработанный метод определения расхода электрической энергии на технологические процессы ремонта подвижного состава основан на обработке полученных от имитационной модели данных - в первую очередь о продолжительности выполнения каждой технологической операции.
Согласно разработанному методу обоснованный расход электрической энергии на моделируемый технологический процесс ремонта подвижного состава определяется по формуле:
п т
Ж = .интк.. /мтК!"Р.НОМГ0, (1)
г=1 ]=1 , ,
где ^ ]и нт и к1 уим т - коэффициенты использования нагрузки и мощности г-го электрооборудования (ЭО) у-й технологической операции;
К и - коэффициент использования обслуживающего устройства, имитирующего выполнение у-й технологической операции;
ррном - номинальная мощность г-го ЭО;
Т0 - общее время моделирования.
При построении имитационных моделей крупных технологических процессов имеет смысл разбить структурно-алгоритмическую модель на блоки и выполнять моделирование каждого блока по отдельности. Степень разбиения имитационной модели определяется принятым агрегатным описанием технологических процессов.
В этом случае формула (1) принимает вид:
п т
Ж = Цк уинт к, уимт К/р, 5 = / (]), (2)
г=1 у=1
где Т5 - общее время моделирования 5-го блока;
5 - номер блока, содержащего описание выполнения у-й технологической операции.
Коэффициенты использования обслуживающих устройств и общее время моделирования определяются на основании обработки результатов имитационного эксперимента с помощью операционного анализа. Вычисленные значения этих параметров отображаются в программных отчетах, выдаваемых системой имитационного моделирования.
Коэффициент использования нагрузки г-го ЭО у-й технологической операции характеризует отличие продолжительности выполнения технологической операции и нахождения ЭО во включенном состоянии и определяется по формуле:
- об
к инт = -Ы-, (3)
г - оп ' у 7
}
где -"б - время работы г-го ЭО при выполненииу-й технологической операции;
-гоп - продолжительностьу-й операции.
Коэффициент использования мощности /-го ЭО у-й технологической операции характеризует неполную нагрузку ЭО при выполнении рассматриваемой технологической операции, его можно определить по выражению:
—факт
к имт = , (4)
г ,] рном ' у у
—факт 1 %
где Р/,у =-] р1 у (£)& - среднее фактическое значение мощности /-го ЭО при соверше-
^2 - А
нии у-й технологической операции;
^ и ¿2 - начало и конец рабочего интервала;
р1 у (£) - мгновенное значение активной мощности /-го ЭО.
Экспериментально среднее фактическое значение мощности /-го ЭО при совершенииу-й технологической операции определяется по формуле:
ТТГ факт —факт УУ
Рф = , (5)
Ь,
где уфакт - фактическое значение потребленной электроэнергии /-м ЭО при выполнении
-й технологической операции;
- продолжительность у-й технологической операции.
Выражения (4) и (5) используются для определения коэффициента использования мощности технологической операции на основе статистической обработки данных о потребленной электроэнергии, полученных от счетчика электрической энергии. При отсутствии статистических данных о потреблении электрической энергии каждым исследуемым ЭО значение коэффициента использования мощности технологической операции допускается принять равным единице.
Подтверждение адекватности полученных имитационных моделей необходимо выполнять на основании сравнения выборок их откликов с выборками откликов исследуемой системы. При подтверждении адекватности отображения имитационной моделью процесса электропотребления откликами будут являться значения расхода электрической энергии.
Сравнение двух выборок может быть осуществлено любым статистическим критерием при условии выполнения всех достаточных условий возможности их применения.
Параметрические статистические критерии основываются на предположении, что сравниваемые выборки принадлежат определенному параметрическому семейству. Например, наиболее распространенным критерием для подтверждения равенства генеральных средних двух выборок является критерий Стьюдента, предполагающий, что значения сравниваемых выборок распределены по нормальному закону распределения. Однако проверка закона распределения значений выборки требует достаточно большого ее объема, что, как правило, сложно обеспечить для исследуемой системы, так как связано с невозможностью осуществления экспериментов на действующих технологических процессах ремонта подвижного состава.
Поэтому предпочтительным является использование непараметрических статистических критериев [5]. Проверка адекватности имитационной модели предполагает проверку гипотезы об однородности выборок откликов модели и исследуемой системы.
Состоятельными непараметрическими критериями однородности сравниваемых выборок являются критерии Смирнова и типа ю2 Лемана-Розенблатта, единственным ограничением которых является необходимость непрерывности функций распределения Б(х) и О(х).
Так как при использовании критерия Смирнова реальный уровень значимости может в несколько раз отличаться от номинального (того, при котором определялось критическое значение критерия), для подтверждения адекватности имитационных моделей предпочти-
тельней использовать критерий однородности типа ю2 Лемана-Розенблатта, расчетное значение которого определяется по формуле:
т£ (Г - г)2 + пЁ (5, - у )2
А =
г=1
}=1
тп(т + п)
4тп -1 6(т + п)'
(6)
где т и п - объем выборок откликов соответственно исследуемой системы и имитационной модели;
Г и 5у - ранги г-го и у-го элементов выборок откликов модели и системы в общем вариационном ряду.
Расчетное значение критерия юрасч, полученное по формуле (6), сравнивается с критическим значением ю^р, полученным для классического критерия ю2 Крамера-Мизеса-
Смирнова, которое при уровне значимости 0,05 составляет 0,461 и не зависит от других параметров.
В результате проведенной апробации разработанного метода на структурных подразделениях Западно-Сибирской железной дороги выполнено моделирование технологических процессов заливки баббитом вкладышей моторно-осевых подшипников и среднего ремонта электровозов ВЛ10 в локомотивном ремонтном депо, а также ремонта тележки грузового вагона в вагонном ремонтном депо. Адекватность созданных имитационных моделей была подтверждена на уровне значимости 0,05.
Сравнение результатов определения расхода электрической энергии на технологические процессы ремонта подвижного состава, полученных на основании разработанного и действующего метода определения расхода электрической энергии, показало существенное повышение точности оценки расхода электрической энергии при использовании методов имитационного моделирования. Результаты сравнения отображены на рисунке 5.
Рисунок 5 - Сравнение результатов оценки расхода электрической энергии на технологические процессы
с помощью действующего и предлагаемого методов
Информационные технологии, автоматика, связь, телекоммуникации
Таким образом, использование имитационного моделирования в совокупности с разработанным методом позволяет априорно определять расход электрической энергии на технологические процессы ремонта подвижного состава, повышая эффективность использования электрической энергии. Полученное таким способом значение расхода электрической энергии является технологически обоснованным, имеет слабую привязку к предыстории потребления и учитывает действительные характеристики исследуемого технологического процесса, режимы использования технологического оборудования.
Список литературы
1. Пашков, Д. В. Выявление отклонений параметров электропотребления в рамках исследуемого технологического процесса от оптимальных значений [Текст] / Д. В. Пашков, А. В. Пономарев // Обеспечение экономически целесообразных условий работы железных дорог на основе оптимизации режимов работы электротехнических комплексов: Межвуз. те-мат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2008. - С. 55 - 58.
2. Пашков, Д. В. Повышение эффективности планирования и нормирования расхода электрической энергии на технологические нужды с применением имитационного моделирования [Текст] / Д. В. Пашков, А. В. Пономарев // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2009. - №№ 2. - С. 261 - 263.
3. Борщев, А. В. Применение имитационного моделирования в России - состояние на 2007 г. [Текст] / А. В. Борщев // Материалы 3-й всерос. науч.-практ. конф. по имитационному моделированию ИММОД 2007 / Центральный научно-исследовательский институт технологии судостроения. - СПб, 2007. - С. 11 - 16.
4. Сетевое планирование ремонта подвижного состава [Текст] / С. Г. Шантаренко, М. Ф. Капустьян и др. // Железнодорожный транспорт. - 2009. - N° 2. - С. 48, 49.
5. Орлов, А. И. Прикладная статистика [Текст] / А. И. Орлов. - М.: Экзамен, 2006. -672 с.
УДК 004.62:517.98
С. С. Грицутенко
ВВЕДЕНИЕ ПОНЯТИЯ «ДЕЛЬТА-ВЕКТОР» В ПРОСТРАНСТВЕ ГИЛЬБЕРТА ДЛЯ КОРРЕКТНОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
В статье вводится понятие дельта-вектора в пространстве Гильберта. Доказывается теорема, что таких векторов в каждом конкретном пространстве не может быть больше одного. Приводится формула для вычисления данного вектора в том случае, если он существует. Доказывается теорема о разложении остальных векторов пространства в ряд смещенных дельта-векторов и показывается взаимосвязь этой теоремы с теоремой Котельникова.
Железнодорожный транспорт является потребителем новейших достижений в фундаментальной науке, которая уделяет большое внимание общетехническим дисциплинам: связи, измерениям, системам управления и контроля. В настоящее время в перечисленных областях науки идет ревизия используемого математического аппарата, так как существующие методики уже не обеспечивают необходимой точности обработки сигналов. В данной статье рассматриваются новые математические подходы к представлению сигналов, позволяющие более адекватно строить алгоритмы связи и измерения.
В математике и физике используется понятие дельта-функции. Это очень удобный математический объект, позволяющий эффективно решать многие научные задачи. К сожалению, при работе с дельта-функцией возникают и серьезные проблемы. Например, нельзя пе-
жмт
Ш20Т0
