Организация инновационной технологии для промышленного внедрения Текст научной статьи по специальности «Математика»

УДК 622.2.622.7 В.А. Клюев

ОРГАНИЗАЦИЯ ИННОВАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО ВНЕДРЕНИЯ

Семинар № 17

При оценке производственных процессов, связанных с использованием минерального сырья, целесообразен морфологический подход, при котором разведка, добыча, переработка в промежуточный или конечный продукт, а также использование минерального сырья рассматриваются в рамках единой системы. Актуальность такого подхода зависит от масштабов комплексного использования невозобновляемых ресурсов в условиях изменения экономической ситуации в мире. Системный подход к планированию и реструктуризации производства должен предусматривать совместный учет процессов разведки месторождений, их разработки и переработки сырья. Весь комплекс минеральных запасов и связанная с ним добывающая и перерабатывающая промышленность объединяется в систему [1] . Становление электронной технологии и прозрачного рынка сырья, материалов, комплектующих, техники и услуг должны допускать возможность мгновенного доступа к информации о наличие товаров и ресурсов. [2]

Сегодня конкурентная борьба идет не между фирмами, а цепочками поставок, сетями и различными логистическими системами, с помощью которых обеспечивается постоянное перераспределение финансовых, материальных и информационных ресурсов [3]. За этим объемом информации трудно различить актуальную инфор-

мацию для изменений процессов и стратегий бизнеса.

Детерминированное предприятие с традиционными функциональными зонами производства, обеспечения ресурсами, сбыта и транспортировки продукции перестало удовлетворять требованиям времени. В эпоху информатики и электронного бизнеса предприятия разбросаны по всему миру и управляются быстродействующими технологиями.

Произошел переход от инженернотехнологического осмысления моделей процессов к многоуровневой иерархической структуре сложного бизнеса с возможными синергетическими результатами. Современные модели процесса должны содержать эффективные и формализованные варианты решения проблем с рисками и адаптироваться к экономическим факторам влияния внешней рыночной среды [4].

Системный подход в диагностировании и оценке процессов интегрированного производства позволяет лучше планировать нововведения для повышения качества и производительности фирм. В логистическом измерении системный подход основан на динамической и иерархически сложной структурной перестройки исходной архитектуры.

Усложнение горно-геологического процесса и совершенствование вычислительной техники позволяют ставить вопрос создания комплекса мо-

делей для проектных разработок. Модель с помощью логических и математических представлений на основе теоретико-системных принципов может успешно решать задачу качественных (структурных) изменений [5]. Гибкость моделей определяется, с одной стороны, функциональными возможностями системы, а с другой - инструментально-техническими средствами самой модели. Эффективность моделей во многом определяется универсальностью их применения.

Данные исследования описывают условия синтеза моделей технологии горно-геологического и металлургического производства при реализации упорядоченной последовательности действий системы и состояний универсальных структур сопряженных отраслей [6]. Для решения вопросов синтеза требуется в качестве универсальных составляющих технологического процесса взять определяющие состояние системы множества функций - ориентирования, движения, контактов, проведения и преобразований и применить их к описанию составляющих многоуровневой структуры на основе общих в сопряжениях элементарных конечных элементов (узловая точка, образующая линия, плоскость, объем). Можно проследить варианты детализации конкретных технологий, выполнение которых необходимо для достижения вполне определенных целей и подцелей на уровне качественного рассмотрения.

Оптимальная конфигурация технологического процесса имеет структуру, описываемую многоуровневым графом, путь в котором из вершины X0 к вершине Xk можно пройти в реальной технологии с минимальными затратами:

minF (Z,), Zi еR,

где ^ - качество У-й технологии; -технологический процесс, г = 1,М; К

- множество технологий.

Для технологического процесса имеется

2 = {21, — , ,■■■, 1п} и

7 ={^,■■■,7/,■■■,} ,

Ъ - ]-я технологическая операция, ] = 1, п ; Ъ - 1-й технологический переход в ]-й операции, г = 1, т ; т -число переходов в ]-й операции; п -общее число операций в данном процессе.

Поэтому для Ъ найдется его образ-вектор X в пространстве и, характеризующий определенное состояние технологической системы:

V 2 е М 3 X е и,

Состояние такой технологической системы можно представить как сумму подпространства

и = и 1 + и 2 + и 3 + и 4 + ■■■ ,

где и1 - состояние продукта процесса (размерность, свойства, ...); и2 - состояние рабочего органа технического устройства (свойства, размерность, . ); и3 - состояние конечного элемента рабочего органа (свойства, размерность и пр. элементы рабочего органа); и4 - состояние ходового оборудования мобильной машины или вспомогательных устройств к рабочему органу (свойства, размерность, ...).

Вектор Х=(Х1,..., Х5) характеризует промежуточное состояние рабочей среды после выполнения конкретной операции. Соответствие между элементами {и} и {М}, если X еи., г еЗ ,

имеет в графе вид двух отображений £ : МТ ^ и и <¡£»2: их ^ их

Каждая вершина графа соответствует элементам состояния конкретного технологического процесса, а процесс Ъ, операция Ъ и переход Ъ/ выступают как преобразующий элемент конкретного состояния объекта:

ZX) = xk; 2x0 = ^к; z;.x,0 = xkt

* 3 3 3

Общая модель процесса Мт должна включать несколько составляющих моделей: объекта строительства (или переработки) Мрс, рабочего органа Мро, технологических требований Мтн и структурного набора операций Мсн:

М = М М М М

т ас ро тн сн

Эту модель можно представить как Мт =(,и', У, рр)

где X = иxk; Хк ={x1,...,xk} - множе-

к=1

ство состояний объекта строи-тельства (технологии переработки, основа -элементарные конечные элементы); и' = {ик} - множество воздействий

технологических операций, включающих весь набор известных способов проведения; У = у • У2 • У3 •,■■■, •Уп - множество свойств «продукта» строительства (переработки): р - переходная функция, определяющая новое состояние объекта строительства (переработки) после воздействия способа проведения; ф4 - выходная функция оценки перехода из одного состояния в другое на множестве свойств «продукта», ср4: X •и ^ У . Эти свойства

задаются с помощью функций Р: £ ^ У , где

Р(5) = Р(Р) = Р(/(^ик)=■■■=/(xk-1=ик)) •

Модель объекта горно-геологического процесса состоит из набора

Мос = ((

где А = {а1,а2,,,,,ап} - множество конечных элементов объекта формирования («продукта»); в - функция контакта (сопряжений) между конечными элементами рабочего органа и «продукта»; ю - множество функций проведения; е - множество форм движения конечных элементов (функция движения); ф5 - функция, приписывающая для конкретного контакта (сопряжения) конкретную функцию проведения; ц - функция ориентирования конечного элемента рабочего органа по отношению к конечному элементу продукта. Задача функции заключается в изменении угловых и линейных координат конечного элемента, ортов, осей позиции и перемещения из позиции в позицию.

Модель рабочего органа устройства включает составляющие

Мро =( гте, /РРР ) ,

где г = {21}, 1 = 1, ^ - множество конечных элементов; У - множество свойств рабочего органа (конечных элементов); фб - функция соответствия конечного элемента множеству режимов процесса, рб: г -^т ; ф7 -

функция соответствия видов движения для множества конечных элементов, р : г ^ е ; ф8 - функция определения свойств для множества элементов, р8: г ^ у.

Модель требований к технологической системе состоит из набора

Мтн =(5 У=Р9 = К) ,

где 5 = { 5т }, т = 1, М - генерируемое конечное множество вариантов архитектуры системы; ф9 - функция, определяющая область параметров процесса, р9 : 5 ^ у ; К - правила выбора оптимального решения.

Модель структуры операционного набора имеет вид

Мо, =(1Г, р)

где w = {т} - множество технологических операций процесса; р = {р.} -

последовательность выполнения операций.

Поскольку каждая структура реализует определенный набор функций (также целей, свойств) из множества Р, то их можно представить графом

в = (р , ^ ,и),

где и - множество ребер графа.

Для каждого класса функций (целей, свойств) будет существовать свой вектор функций

Р0 = {/}, 3 = й.

где // = 1 , если / принадлежит

классу п; / = 0 - в противном случае.

Этот граф также имеет матрицу связей структур (целей, свойств) ц {а..},

где а. = 1, если функция /., . = 1,J

реализуется в структуре 5г, г = 1,3 ; а. = 0 - в противном случае.

Процедура классификации выполняет подсчет для каждой пары векторов величины

С = ! /П-г,

3=1

где у - вес неравнозначных структур (свойств), 0 < у. < 1 . Из полученного

набора величин Сп, п = 1, # находится максимальное значение. Индекс п определяет класс структур (целей, свойств).

Возможность применения определенного класса конечного элемента определяется с помощью отношений вида

/ е 2 • В

где (, Ь )е/, если функция применима к классу Ь конечного элемента 2.

Условие соответствия конкретной функции для конкретного класса элементов можно выполнить по функции

Ро : 21 •В ^ В ,

где р10 (Ь) = (Ь, если

(г,,Ь)е/; Vг е г ^Рп (г,)п^(/) 0; О

- в противном случае).

Состояние среды рабочего органа можно описать через структуру

8, 5 е 8 , а с е 8 - множество

свойств, Ь е В - множество типов рабочих органов. Эти множества можно выразить через наборы признаков

С = ( C1,■■■, сп ) и 8 = ( а1 — ат ) ,

тогда можно записать

Р = / ( C1,■■■, сп , al,■■■, ап ) ,

0 0 0

где р = р1 • р2, в котором р1 - соответствие определения допустимого подмножества решений

вг сВ;Р10 = у(сп);Р10с = Д.;рг0

- соответствие (закон выделения) из допустимого Bi конкретного решения

Ь]:

Р2 = у (al, а2 , ■■■, ат ) ,

Каждое соответствие можно представить в виде подмножеств соответствий и предусмотреть постепенное уточнение результата с появлением обновленных факторов:

Р20 =ГР201 • Р22 •Р203 • Сг = Ьг ,

где у - критерий (вес) сопоставления альтернатив решения Ь]; с - свойство ].

Когда известен список физикомеханических свойств рабочей среды, можно найти соответствие между

элементом объекта А = {а.} и мно-

жеством конструктивно-технологических ограничений Т = {Т-}, 5 = 1,8 для множества наборов классов рабочих органов В = {Ь}, г = 1, К .

Для этого функция р12 : А ^ Т ставит в соответствие каждому элементу объекта аг е А множество ограничений. р12 (а. )е Т

Таким образом, представлена система теоретических моделей техно-

1. Капольи Л. Системный и функциональный анализ использования минеральных ресурсов. - М.: Наука, 1985.- 304 с.

2. Клюев В.А., Клюев A.B. Формиро-

вание системы логистических потоков в расчетах параметров горного проекта/ Г орный информационно-аналитический

бюллетень, МГГУ, 2005,10. - С.209-214.

3. Клюев В.А. Метод морфологического описания альтернативных состояний технологического комплекса месторожде-ния//Добыча и переработка минерального сырья Дальнего Востока. Владивосток: Дальнаука, 2002.- 244 с.

4. Клюев В.А. Морфология системы для формирования технологий комплекса

логического процесса в уравнениях алгебры множеств на глобальном или локальном иерархических уровнях. Все операции преобразования и упорядочивания структурных элементов системы выражается, как обычно, используют матричную и табличную формы выражения состояний и являются наиболее универсальным средством анализа и синтеза подобных структур и функций горно-производственных систем.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

горных работ на месторождениях. - М.: МГГУ, Горный информационно-аналитический бюллетень, 2004, 12. - С. 136140.

5. Корчак A.B. Ёогико-информацион-ный подход к проектированию строительства подземных сооружений в сложных горногеологических условиях// МГГУ, Г орный информационно-аналитический бюллетень, 1996, 3. - С.6-11.

6. Клюев B.A., Клюев A.B. Метод узловых сечений для оценки концептуальных вариантов горной технологии / Горный информационно-аналитический бюллетень, МГГУ, 2005. Региональное приложение Дальний Восток. - С.495-502. ШИН

— Коротко об авторе ---------------------------------------------------------------

Клюев В.А. - доцент, кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительные и дорожные машины», Тихоокеанский государственный университет.

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 17 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Е.В. Кузьмин.