Общие принципы построения сложных систем автоматизации производственных процессов при комбинированной разработке месторождений Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Таблица 1

Использование современных компьютерных методов при решении задач проектирования объектов с комбинированной технологией

Задача, требующая решения Метод решения задачи Реализация метода в виде прикладных программ

Выделение технологических участков Кластеризация на основе нечеткой логики Кластеризация на основе аппарата нейронных сетей Matlab 6.xx Fuzzy Toolbox SNNS v 4.2 Matlab 6.xx Neural Toolbox

Оценка техникоэкономических показателей отработки каждой группы технологических участков Использование статистических моделей Использование моделей на основе нейронных сетей нечеткой логики гибридных сетей Statistica 5.xx R-base 1.9 Matlab 6.xx Fuzzy Toolbox SNNS v 4.2 Matlab 6.xx Neural Toolbox ANFIS

Синтез и оптимизация технологической схемы горного предприятия с комбинированной технологией Метод вариантов Метод конгруэнтности оптимальных путей послойных изоморфных графов Анализ динамических систем Методы теории игр Выбор элементов технологической схемы из параметрических баз данных на основе SQL-запросов Эволюционные алгоритмы GPSS Wordl goblin 2.6 (2.7) CONTENT DynamicsSolver Oracle, DB2, VisualFoxPro, Dbase III, Paradox 7, MySQL, Access

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

Домрачев А.Н. - доктор технических наук, профессор,

Лукин К.Д. - кандидат технических наук, доцент,

кафедра «Разработка месторождений полезных ископаемых», Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк.

© К.Д. Лукин, 2005

УДК б22.272.013.3 К.Д. Лукин

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

✓"\дним из направлений совершенст-

ч^вования способов угледобычи является дальнейшее развитие комбинированной отработки угольных пластов путем расширения области применения наиболее эффективных технологических схем.

Обязательным условием эффективного использования технологических схем ведения очистных и подготовительных работ является сбалансированность и соответствие ее параметров горно-геоло-гическим условиям залегания разрабатываемого пласта. Для обеспечения высоких технико-

экономических показателей необходимо обосновать выбор системы разработки и ее конструктивных элементов, а также выбор типа механизмов для конкретных горногеологических условий на основе системного подхода,

С целью эффективного использования горной техники в основу обоснованного выбора параметров технологических схем ведения горных работ положены следующие принципы [1-3]:

1. Достижение максимальной суточной добычи на выемочные машины и оборудование.

2. Максимально возможное извлечение угля путем установления рациональных размеров очистных забоев из выявленных закономерностей проявления обрушаемости кровли и прочностных свойств угольных целиков.

3. Воссоздание очистного фронта и резервирование очистных забоев.

Практика проектирования технологических схем показывает, что при проектировании и реконструкции горнодобывающего предприятия для любого класса горногеологических условий, возникает значительное число вариантов технологических схем. В то же время, технология ведения горных работ, в силу сложности выбора, ог-

раничивается двумя-тремя вариантами. 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 [2].

Специфика угольного месторождения, уровень развития технологии горной техники и организации производства допускают значительную свободу выбора параметров предприятия, на согласованное сочетание которых оказывают влияние многочисленные факторы (горно-геологические, горнотехнические, технико-экономические и др.).

Основным нормативным документом, которым руководствуется при проектировании угольных шахт и выборе технологических схем, являются нормы технологического проектирования угольных шахт, разрезов и обогатительных фабрик и прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах [4].

Нормирующими документами предусматриваются: анализ комплекса исходных 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 варьируются 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, 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 из оптимизации. Следует подчеркнуть, что на первом этапе проектирования, когда исходное число возможных вариантов технологических схем очень велико, а исходная достоверная информация, необходимая для принятия обоснованных решений. отсутствует, весьма целесообразным, а, возможно, и единственным путем определения рационального варианта является использование экспертных оценок [2].

Проведенный анализ программных средств автоматизации проектных работ, описание которых дается в каталогах показывает, что большинство разработчиков идут по пути создания средств проектирования отдельной тех-нологической функции предприятия. При этом большей частью автоматизируются трудоемкие расчеты, что в конечном итоге не может привести к коренным изменениям в области проектирования, так как противоречит принципу сформулированному академиком В.М. Глушковым «Принцип новых задач». Небольшая часть исследователей делает попытку проведения оптимизации параметров в рамках технологических функций.

Проектирование технологических функций угольных предприятий осуществляется с помощью экономико-мате-матических моделей, что вызывает существенное снижение трудоемкости. Создание, внедрение и дальнейшее использование экономикоматематических моделей носит многоаспектный характер и решение проблемы невозможно без системного анализа, который

находит в последнее время большое применение [1, 2]. 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, натурного и математического моделирования.

Особо важное значение приобретают методы оптимизации, которые позволяют выявлять экономически обоснованные решения, и адаптации моделей.

Системный анализ и синтез систем как способ и научная дисциплина предназначен для преодоления все возрастающей сложности проектирования горных объектов и прогнозирования нежелательных явлений. Переход к исследованиям объектов проектирования 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.

На внешних уровнях этой системы находятся наиболее абстрактные модели систем, с помощью которых вводится понятие «целое», «элемент», «связь» («отношение»), «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 наводятся понятия «проблема», «решение» (альтернатива), «цель», «критерий», «функция», «метод» и устанавливается номенклатура

функций, необходимых для решения проблемы.

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 осуществляются процессы и операции;

1. Бурчаков А.С., Харченко В.А., Кафорин Л.А. Выбор технологических схем угольных шахт .М.: Недра, 1975. - 272 с.

2. Бурчаков А.С., Малкин А.С., Устинов М.И. Проектирование шахт. - М.: Недра, 1985. - 246 с.

3. Бурчаков А.С., Кафорин Л.А., ХарченкоВ.А. Совершенствование методов выбора технологи-

«внешняя среда» - условия, в которых протекают процессы, операции.

Классифицируя элементы "нагрузки" можно выделить два основных информационных потока:

поток, направленный на совершенствование (поддержание в заданном состоянии) «оборудования» 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-экономичес-кими

отношениями и внешними горногеологическими, техническими и технологическими ограничениями.

Дальнейшая детализация этой модели позволяет выяснить основные особенности модели и подойти к обоснованному ее синтезу.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ческих схем и их оптимальных параметров при проектировании высокопроизводительных угольных шахт. - М.: ЦНИЭИуголь, 1971. - 29 с.

4. Технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах. - М.: МУП СССР, 1991. -607 с.

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

Лукин К.Д. - кандидат технических наук, доцент кафедры «Разработка пластовых

месторождений» Сибирского государственного индустриального университета, г. Ново-кузнецк.