Модель определения конкурентоспособности очистных механизированных комплексов на основе теории нечетких множеств. . . . Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

© А. А. Григорьева, П. В. Бурков, А.А. Захарова, В.П.Бурков,

2009

УДК 622.333

A.А. Григорьева, П.В. Бурков, А.А. Захарова,

B.П. Бурков

МОДЕЛЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ОЧИСТНЫХ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВ

Создание машиностроительного комплекса по производству угледобывающего оборудования и внедрение его на шахтах Кузбасса

В настоящее время топливноэнергетический комплекс РФ является важнейшей основой экономической и социальной стабилизации государства. В соответствии с проектом «Основных положений энергетической стратегии России» предусматривается последовательное увеличение доли угля в топливноэнергетическом балансе, что в свою очередь потребует увеличения объёмов его добычи до 380-450 млн т к 2020 году.

Основным угледобывающим регионом является Кузбасс. Кемеровская область обеспечивает свыше половины всей добыче каменных углей России и 84 % всей добычи углей коксующихся марок. Добыча подземным способом составляет около 50 % от общего объёма добычи угля. Для наращивания объёмов добычи угля и роста производительности труда необходимо применение на шахтах современных высокотехнологичных механизированных комплексов очистного оборудования, которые были бы конкурентоспособными с лучшими зарубежными аналогами.

Анализ уровня очистной техники, применяемой на шахтах США и дру-

гих основных угледобывающих стран [1-5], позволяет сформулировать основные направления работ по созданию новой очистной техники на ближайшее будущее, а именно:

1. Создание семейства современных механизированных крепей с шагом установки до 2,0 м, обеспечивающих скорость крепления до 15 м/мин, в любых условиях по устойчивости кровли и по тяжести проявления горного давления, со сроком службы не менее 10 лет без капитального ремонта.

2. Создание семейства современных выемочных комбайнов на базе приводов резания с электродвигателями мощностью до 500 кВт, скоростью подачи до 15 м/мин, с системами управления, включающими диагностику, ресурсом 10 тыс. т/кВт установленной мощности двигателей приводов резания.

3. Создание комплексов современного транспортного оборудования,

включая забойные конвейера для лав длиной до 250-350 м, перегружатели, дробилки и перегрузочные средства типа «Матильда», с производительностью до 1800 и 2500 т/час, с приводами мощностью до 500 кВт.

4. Разработка технологии и создание монтажно-доставочных средств для очистного оборудования.

Сегодня можно с уверенностью сказать, что опыт реформирования и реструктуризации угольной отрасли Кузбасса дал положительные результаты - в Кузбассе появилась и получила развитие собственная промышленная база по производству ГШО, в первую очередь за счёт перепрофилирования заводов ВПК в связи с конверсией, а на базе Юргинского машиностроительного завода (Юрмаша) по инициативе губернатора А. Г. Тулеева создан центр угольного машиностроения.

Для очистных механизированных комплексов завод выпускает полный набор оборудования, это: механизированные крепи, конвейеры лавные скребковые, перегружатели, дробилки, ленточные конвейеры, комбайны очистные «Кузбасс 500» с радиоуправлением, ка-белеукладчики, силовое гидрооборудование любых типов, управляющую гидравлику, мягкую гидравлику и присоединительную арматуру.

Заводом изготовлено и успешно эксплуатируется угледобывающими предприятиями Кузбасса, Инты, Воркуты, Якутии, Сахалина, Дальнего Востока и других регионов России более 50 крепей, порядка 40 очистных комбайнов, более 40 конвейеров и перегружателей. Угледобыча на этом оборудовании составила более 200 млн. тонн угля.

Кроме того, Юргинский машиностроительный завод изготавливает: оборудование для открытых горных работ, (ковши для шагающих экскаваторов объемом 10, 11, 13, 15, 20 куб.м., гидромониторы и др.), а также оборудование для обогатительных фабрик (грохоты, отсадочные машины, питатели и др.).

В 2006 году общее количество бригад - миллионеров в Кузбассе составило 30, из них:

• 12 бригад, работающих на оборудовании производства Юргинского машиностроительного завода;

• 5 бригад на оборудовании

«ДБТ»;

• 3 бригады на оборудовании

«Джой»;

• 2 бригады на оборудовании

«Глиник»;

• 2 бригады на оборудовании

«Фазос»;

• 6 бригад на оборудовании других производителей.

Пятерка лучших бригад выглядит следующим образом:

• В шахтоуправлении «Котин-ское» на оборудовании ДБТ на 5 метровом пласту добыто 4098,4 тыс. т угля;

• На шахте им. Кирова на пласту 3,5 м добыто 2713,3 тыс. т угля;

• На шахте «Есаульская» на оборудовании Юрмаша на пласте мощностью 2,5 добыто 2321 тыс. т угля;

• На шахте «Распадская» на оборудовании Крангормаш и Юрмаша на 4-х метровом пласту добыто 2007,6 тыс. т угля

• На шахте «Ульяновская» на оборудовании Юрмаша на пласте 2,7 метров добыто 1940 тыс. т угля.

Исходя из вынимаемой мощности 2,5-2,7 м (на оборудовании производства Юрмаш) в сравнении с 5 метровым пластом (на оборудовании ДБТ) видно, что показатели добычи на оборудовании ДБТ, Джой и Юрмаша соизмеримы.

Переход угледобывающих предприятий на работу по принципу «шахта-лава» и необходимость обеспечения среднесуточной добычи не менее 10-15 тыс. т угля, и ряд других факторов требуют выпуска и применения горношахтного оборудования (ГШО) нового технического уровня, обладающего как высокой производи-

тельностью, так и, в первую очередь, высокой надёжностью и безопасностью.

Исходя из этих задач, на заводе проводится глубокая модернизация выпускаемого оборудования, и, начиная, с 2006 года завод перешёл на выпуск изделий ГШО нового поколения, соответствующего мировому уровню.

Предпосылки к разработке системы поддержки принятия решений о конкурентоспособности горношахт-

ного оборудования

Для того чтобы выйти на рынок с изделиями высокого качества машиностроительным предприятиям необходимо оценивать конкурентоспособность продукции на всех этапах ее жизненного цикла. Задача определения конкурентоспособности является многокритериальной и относится к классу слабоструктурированных задач, которые содержат как количественные, так и качественные элементы, причем малоизвестные и неопределенные стороны задачи имеют тенденцию доминировать. Модель данной задачи может быть построена на основе дополнительной информации, получаемой от лица, принимающего решение. При этом исключается возможность построения объективных моделей. В связи с этим можно сказать, что это будет не одна, а система моделей. Этот же вывод следует из динамической сущности задачи, т.к. разные модели будут применяться для получения оценок конкурентоспособности на всех этапах жизненного цикла изделий.

Актуальна задача создания системы поддержки принятия решений, позволяющей проводить оценку возможных альтернатив на основе знаний экспертов на любом этапе определения конкурентоспособности. Разрабатываемую систему следует рассматривать только как генератор списка возможных действий в процессе реализации маркетинговой и

инновационной стратегии, т.е. как систему подсказок для лиц, принимающих решения.

Математическая модель на основе теории нечетких множеств

В связи с тем, что на практике очень трудно получить полную и достоверную информацию от заказчика и зачастую сложно уяснить, что следует понимать под наилучшей альтернативой в конкретной задаче принятия решения о конкурентоспособности продукции, то можно использовать нечеткую математику и, следовательно, строить нечеткие модели. С помощью таких моделей, более близких к реальному состоянию, лицо ответственное за принятие решений, сможет прийти к выбору и решениям, более точно отвечающим его собственным намерениям. Кроме того, использование теории нечетких множеств позволяет обеспечивать общение с пользователем с помощью вербальных категорий.

Для оценки конкурентоспособности семи видов очистных механизированных комплексов используется лингвистическая переменная Р-«конку-

рентоспособность» с множеством базовых значений Т={«низкая», «средняя», «высокая»}; базовое множество Х= {К К2 ,К3, К7} , где К - модель механи-

зированного комплекса. Исследуются очистные механизированные комплексы, выпускаемые Юргинским машиностроительным заводом и их зарубежные аналоги:

К1 - ДБТ; К2 - Джой; К3 - Джой-1; К4

- Джой-2; К5 - КМ138/2; К6 - 3КМ138; К7 - К-500Ю (ЮМЗ). Терм «низкая» характеризуется нечеткой переменной

(низкая, Х, C ).

Требуется построить функцию принадлежности Цс нечеткого множества C , описывающего терм «низкая».

Воспользуемся определением нечеткого множества. Пусть X - произвольное непустое множество. Нечетким подмножеством А множества X называется множество пар:

А ={(цА(х)/х)}, где хеХ, /ил(х)е[0;1].

Функция цА X— [0; 1] называется функцией принадлежности нечеткого

множества А , а X - базовым множеством или базовой шкалой. Для каждого конкретного значения хе X величина /лЛ(х) принимает определенное значение из замкнутого интервала [0; 1], которое называется степенью принадлежности

элемента х нечеткому множеству А [6, 8].

Существует два класса методов построения функций принадлежности

множества А : прямые и косвенные.

Прямые методы несмотря на свою простоту имеют существенный недостаток: результаты экспертного опроса имеют некоторый «налет субъективизма». Косвенные методы преодолевают этот недостаток. Для решения нашей задачи воспользуемся методом попарных сравнений. Функция принадлежности /иА определяется по матрице попарных сравнений М= =||Шу||, элементы которой т представляют собой некоторые оценки интенсивности принадлежности элементов хI е X нечеткому множеству А по сравнению с элементами х} е X. Понятия, которыми оперирует эксперт и интерпретация этих понятий значениями т1) приведены в табл. 1.

Как следует из таблицы, для улучшения согласованности оценок пред Таблица 1

Интерпретация значений ту

Смысл тіі

ц(х1) примерно равна ц(х^ 1

ц(х1) намного больше ц(х^ 3

ц(х1) больше ц(х^ 5

ц(х1) заметно больше ц(х^ 7

ц(х1) намного больше ц(х^ 9

Значения, промежуточные 2, 4, 6, 8

по степени между пере-

численными

полагается, что т,} - т^к = т^к , откуда ту=1 для диагональных элементов и тц=1/тр для элементов, симметричных относительно главной диагонали. Значения функции принадлежности цА(х1), Мл(х2), ..., Мл(хп) в точках х1, х2, ..., хп определяются на основе решения задачи

М- Г =Vmax ■ Г , где Г=(ГЬГ2, ..., Гп) - вектор

длиной г; vmax - максимальное собственное число матрицы М. Поскольку матрица М положительна по построению, решение данной задачи существует и является положительным. Оконча-

П

тельно получаем: цА(х^) =1/ I ту

1=1

Для облегчения работы экспертов и получения более точных оценок можно применить многокритериальный подход и оценивать очистные механизированные комплексы не в целом, а покрите-риально с помощью показателя «значимость технического решения» (Зтр) [7]. Очистные механизированные комплексы были оценены следующим образом (табл. 2).

На основе значений Зтр экспертом была составлена матрица попарных сравнений (приведена в табл. 3).

Вычислим значения векторов г1 по

П

формуле: 1/ I т у

1=1

Г1=1/2,37=0,43; Г2=1/4,27=0,23; Гз=1/7,14=0,14; Г4=1/13=0,08; гз=1/19,83=0,05; Гб=1/27,5=0,04;

Таблица 2

Модель очистного механизи- Зтр

рованного комплекса

ДБТ 226,8

Джой 286,2

Джой 1 84,03

Джой 2 156,9

КМ-138/2 25,13

3КМ-138 26,35

К-500 Ю 24,5

Г7=1/36=0,03, т.е.

г1=(0,43; 0,23; 0,14; 0,08; 0,05; 0,04; 0,03).

Оценим точность экспертного опроса. Для этого последовательно умножаем вектор г1 на каждый столбец матрицы парных сравнений М, получим вектор г = М • гі :

Г = (2,73; 1,79; 1,17; 0,70; 0,41; 0,26; 0,16).

Разделим вектор г на вектор г1 поэлементно, получим вектор: утах =(6,35; 7,78; 8,36; 8,75; 8,2; 6,5; 5,33),

среднее значение вектора V тах из 7 полученных значений равно 7,32. Таким образом, отклонение или расчетная точность составляет:

(7,32-7) -100/7 = 4,6 % и является удовлетворительной.

Нормализуем вектор г1. Нормализация производится вычислением отношений между степенями принадлежности элементов ХЄ X и величиной $щ>/иА(х). Для этого разделим его каждое значение на 0,43. Искомые степени принадлежности для 7 кранов составят: ц = (1; 0,53; 0,33; 0,19; 0,12; 0,1; 0,07).

Аналогично находим функции принадлежности термов «высокая конкурентоспособность», «средняя конкурентоспособность».

В итоге имеем нечеткое множест-

во С «низкая конкурентоспособность»: С ={(1/24,5), (0,53/25,125),

(0,33/26,35), (0,19/84,025),

(0,12/156,9), (0,1/226,8),

(0,07/286,2)}. В более наглядной форме это представимо следующим образом:

С ={(1/К-500Ю (ЮМЗ)),

(0,53/3 КМ 138), (0,33/КМ138/2), (0,19/Джой-1), (0,12/Джой-2),

(0,1/ДБТ), (0,07/Джой}, т.е. 1 соответствует очистному механизированному комплексу с наименьшей конкурентоспособностью.

На базе данной модели была разработана компьютерная программа «Универсал», которая выполняет следующие функции:

- ввод альтернатив;

- ввод экспертных оценок критериев или альтернатив;

- расчет функции принадлежности;

- создание нечеткого множества.

Программа «Универсал» является

составной частью программного обеспечения системы поддержки принятия решения о конкурентоспособности наукоемкой продукции и предназначена для сравнения альтернатив при многокритериальном подходе и в условиях неполноты и неточности информации.

В заключении следует отметить, что данная модель применялись не только для оценки конкурентоспособности очистных механизированных комплексов, но и стреловых самоходных кранов, выпускаемых на Юргин-

Таблица 3

Зтр 24,5 25,13 26,35 84,03 156,9 226,8 286,2 2шіі

24,5 1 1/2 1/3 1/6 1/7 1/8 1/9 2,37

25,13 2 1 1/2 1/3 1/6 1/7 1/8 4,27

26,35 3 2 1 1/2 1/3 1/6 1/7 7,14

84,03 6 3 2 1 1/2 1/3 1/6 13,0

156,9 7 6 3 2 1 1/2 1/3 19,8

226,8 8 7 6 3 2 1 1/2 27,5

286,2 9 8 7 6 3 2 1 36,0

ском машиностроительном заводе. Бы- шающие технико-эконо-мические ха-ли предложены рекомендации, улуч- рактеристики продукции.

1. Мышляев Б.К. Перспективные направления создания новой техники/ Б.К. Мышляев// Горный журнал. - 2003. - № 3. - С. 60-66.

2. Сысоев Н.И. Обоснование и выбор рациональных параметров механизмов связи щитовых механизированных крепей для тонких пластов/ Н.И. Сысоев, А.А. Аверкин// Горное оборудование и электромеханика. -2007. - № 8. - С. 5-9.

3. Мышляев Б.К. Производство современной очистной техники - основа развития подземной добычи угля в РФ/ Б.К. Мышляев, С.В. Титов, И.В. Титов// Уголь. - 2007. - №1. -С. 11-15.

4. Таразанов И.В. Итоги работы угольной промышленности России за январь-март 2007 года/ И.В.Таразанов//Уголь. - 2007. - № 6 - С. 37-43.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

5. Малышев Ю.Н. Развитие горнодобывающей индустрии - залог успешной работы экономики России/ Ю.Р.Малышев // Горная промышленность.- № 1. - С. 70-75.

6. Григорьева А.А., Осипов Ю.М. Математические модели задачи определения конкурентоспособностью продукции. // "Автоматизация и современные технологии". М., 1999, №

4, С. 36-39.

7. Осипов Ю.М. Показатель "значимость технического решения" имитационной модели АСУ конкурентоспособностью продукции. // Автоматизация и современные технологии. М., 1994, №3, С.33 - 35.

8. Мелихов А.Н., Бернштейн Л.С., Коровин С.Я. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой. М.: Наука, 1990, С. 77-85.1ТШ

— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------------

Григорьева А.А. - кандидат технических наук, доцент по кафедре Информационных систем, Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехническго университета,

Бурков П. В. - кандидат технических наук, доцент, Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета, заведующий кафедрой горношахтного оборудования,

Захарова А.А. - зав.кафедрой информационных систем, Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехническго университета,

Бурков В.П. - студент, Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета.

Рецензент д-р техн. наук, проф. В.Л. Петров.