CC BY
34
© К.Д. Лукин, 2002
УДК 622.234.5:622.794
К.Д. Лукин
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
О
дним из направлений совершенствования способов угледобычи является дальнейшее развитие поземной угледобычи путем расширения области применения наиболее эффективных технологических схем выемки. Обязательным условием эффективного использования технологических схем ведения очистных и подготовительных работ является сбалансированность и соответствие ее параметров горно-геологическим условиям залегания разрабатываемого угольного месторождения. Для обеспечения высоких технико-экономических показателей необходимо обосновать выбор системы разработки и ее конструктивных элементов, а также выбор типа механизмов для конкретных горно-геологи-ческих условий на основе системного подхода.
С целью эффективного использования горной техники в основу обоснованного выбора параметров технологических схем ведения горных работ положены следующие принципы [1]:
1. Достижение максимальной суточной добычи на выемочные машины и оборудование;
2. Максимально возможное извлечение угля путем установления рациональных размеров очистных забоев в зависимости от основных физико-механичес-ких свойств углевмещающего массива.
3. Воссоздание очистного фронта и резервирование очистных забоев.
Практика проектирования технологических схем показывает, что при проектировании и реконструкции угледобывающих предприятий для любого класса горно-геологических условий возникает значительное число вариантов технологических схем, а технологии в силу сложности ограничиваются двумя-тремя вариантами
исходя из субъективного опыта и интуиции, применяя различные критерии и по-разному используя их важность. С другой стороны, при создании технологической схемы из наилучших элементов необходимо установить к каким элементам следует ослаблять или повышать требования и в какой степени они приобретают актуальность [1].
Специфика угольного месторождения, уровень развития технологии, техники и организации производства допускают значительную свободу выбора параметров угледобывающих предприятий, на согласованное сочетаний которых оказывают существенное влияние многочисленные факторы.
Действующие регламентирующие документы предусматривают анализ комплекса горно-геологических и топографических данных; выбор основных технологических решений будущей шахты, подлежащих исследованию, установление диапазона изменений количественных параметров отдельных решений; составление схемы расчетных вариантов. При этом на качественные характеристики технологических схем накладываются жесткие ограничения по числу как самого их выбора, так и взаимных их сочетаний, а количественные параметры варьируют практически в любом диапазоне. Ограничение количества качественных характеристик вызвано тем, что при большом их изменении значительно увеличивается трудоемкость проектирования.
Следует отметить, что до настоящего времени для выбора качественных характеристик не разработаны детерминированные методы [4], не формализованы алгоритмы поиска оптимальных параметров технологических схем.
При существующих методах проектирования угольных шахт весь объем работ может быть разделен по
степени их научной обоснованности на две части: назначение технологических решений - качественных характеристик шахты и выбор на их базе рациональных количественных параметров.
Априорное назначение определенных схем и способов вскрытия, подготовки, транспорта и т.д. в условиях большого разнообразия возможных их решений и сочетаний приводит к неоправданному исключению экономически эффективных вариантов их оптимизации. Следует подчеркнуть, что на первом этапе проектирования, когда исходное число возможных вариантов технологических схем очень велико, а исходная информация, необходимая для принятия обоснованных решений, отсутствует, весьма целесообразным, а. возможно, и единственным путем определения рационального варианта является использование экспертных оценок.
В настоящее время проектирование технологических функций угольных предприятий осуществляется с помощью экономико-математических моделей, что вызывает снижение трудоемкости. Создание, внедрение и дальнейшее использование экономико-математических моделей носит многоаспектный характер, и решение данной проблемы невозможно без системного анализа, который находит в последнее время большое применение [4]. При системном анализе изучение задачи ведется на основе количественной оценки сложного взаимодействия ее составных частей. Влияние параметров учитывается с помощью разработанных методов статистики, многофакторного анализа, обработки информации и выделения информационных признаков на действующих и проектируемых предприятиях. Не остаются без внимания методы прогнозирования тенденций параметров, шахтных исследований, натурно математического моделирования [4].
Особо важное значение приобретают методы оптимизации, которые позволяют выявлять экономически обоснованные решения, и адаптации моделей.
Задача обоснования характеристик технологических схем и выбор их оптимальных параметров с применением системного подхода обуславливается большой сложностью и значимостью объекта исследований, отсутствием ана-
логов систем автоматизированного расчета количественных характеристик параметров.
Системный анализ и синтез систем как способ и научная дисциплина предназначены для преодоления все возрастающей сложности объектов и явлений. Переход к исследованиям объектов как системам выражает одну из главных особенностей современного научного познания.
Методология системного исследования и построения реальных объектов основана на использовании теоретических конструкций, называемых «моделями систем». Модель системы представляет многоуровневую схему, включающую разнообразные модели систем, которым придаются различные формы от описательной до формальной [2].
На высших уровнях этой системы находятся наиболее абстрактные модели систем, с помощью которых вводится понятие «целое», «элемент», «связь» («отно-шение») «структура».
Более частная, но весьма важная модель системы строится вокруг специального вида отношений - процесса. В этой модели вводятся понятия «вход» и «выход» (состояние), а также понятия «нагрузка входа», «процессор», «среда», «обратимая связь».
Дальнейшая конкретизация приводит к модели целенаправленной системы, в которой вводятся понятия «проблема», «реше-ние» (альтернати-
ва), «цель», «критерий», «функция», «метод» и устанавливается номенклатура функций, необходимых для решения проблемы.
В настоящее время известны три уровня описания системы: уровень черного ящика; уровень состава; уровень структуры.
Неограниченная возможность детализации на каждом из уровней описаний обуславливает потенциальную бесконечность моделей для одной системы. Конечность моделей в конкретном исследовании определяется его целью, а компромисс между требованиями полноты и простоты реализуется тем, что в полной завершенной модели рассматриваются только те ее элементы, которые являются существенными с точки зрения исследования. Описание системы осуществляется в порядке возрастания степени ее детализации и путем применения итерационных процедур.
Составными частями модели являются «вход», «процесс», «выход». Элементами входа являются:
«нагрузка системы» - над чем осуществляется в системе некоторый процесс;
«оборудование системы» - с помощью чего осуществляется некоторый процесс;
«внешняя среда» - условия, в которых протекают процессы, операции;
Классифицируя элементы «нагруз-
ки» можно выделить два основных информационных потока: поток, направленный на совершенствование (поддержание в заданном состоянии) «оборудо-ва-ния» системы, где под оборудованием подразумевается совокупность технических средств, технологических способов, материалы, оборудование, здания и др.; поток, направленный на выбор оптимального варианта оборудования и технологических способов в условиях «внешней среды».
«Внешняя среда» представлена внутрисистемными социально-
экономическими отношениями и внешними горно-геологи-ческими, техническими и технологическими ограничениями. Дальнейшая детализация этой модели позволяет выяснить основные особенностями модели и подойти к обоснованному ее синтезу.
Существует множество определений понятия «система», каждое из которых позволяет изучить определенную часть существенных объекта исследований
[3].
Понятие системы как целенаправленно функционирующей системы, способствует выделению важнейших функций системы и конкретизации предметов деятельности [2].
Известно, что исходной характеристикой системы является ее противопоставление среде, что позволяет исследовать ее отдельные аспекты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бурчаков А.С., Малкин А.С., Устинов М.И. Проектирование шахт. - М.: Недра, 1985. - 246 с.
2. Энциклопедия кибернетики/Под. ред. Глушкова В.М. Т. 1-2 - Киев: Главная редакция Украинской советской энциклопедии, 1975. - 938 с.
3. Перегудов Ф.И. Введение в системный анализ. - М.: Недра,
1989. - 367 с.
4. Бурчаков А.С., Кафорин ЛА., Харченко ВА. Совершенствование методов выбора технологических схем и их оптимальных параметров при проекторовании высокопроизводительных угольных шахт.: ЦНИИЭУголь /Серия «Проектирование и строительство угольных предприятий». - М., 1971. - 26 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Лукин Константин Дмитриевич — доцент кафедры «Разработка пластовых месторождений» Сибирского государственного индустриального университета, г. Новокузнецк.
