CC BY
28
© А.М. Валуев, 2004
УДК 53.072 А.М. Валуев
ПРОГРАММНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕКУЩЕГО УПРАВЛЕНИЯ УГОЛЬНЫМ РАЗРЕЗОМ
Семинар №10
Текущее управление угольным разрезом включает в себя функции текущего планирования, мониторинга производственного процесса и управления в узком смысле, т.е. регулирования (иначе говоря, оперативной коррекции плана, т.е. изменения плановых заданий на ближайший календарный этап или до конца планового периода). Такой состав задачи текущего управления рассматривается давно (см [1, глава 21]), хотя формализации задач регулирования встречаются редко.
Компьютерное исследование эффективности системы управления конкретным производством практически неизбежно требует использования метода имитационного моделирования в том или ином варианте. При отсутствии значимых возмущений внутренних и внешних факторов (а значит, при отсутствии необходимости выполнять регулирование) можно было бы ограничиваться детерминированным вариантом метода, предполагая, что возникающие задачи текущего планирования являются реализациями плана более высокого уровня и, следовательно, их условия предопределены этим планом. В действительности обычно часть информации (в т.ч. геологической), используемой при постановке задачи текущего планирования, неизвестна на момент составления плана следующего уровня, поэтому в таких условиях имитационное моделирование должно иметь стохастические компоненты. Но имитационное моделирование системы текущего управления требуется осуществлять значительно более укрупненно, чем при исследовании оперативно-диспетчерского
управления (преобладающая область применения имитационного моделирования процессов горного производства): возникающие случайные события стоит включать в модель процесса, если только промежутки между двумя однотипными событиями или между событиями, связанными отношениями
непосредственного предшествования, не являются значительно меньшими, чем продолжительность календарного этапа плана.
В модели случайного процесса функционирования угольного разреза во временном масштабе текущего управления:
• есть набор случайных событий и случайных значений параметров производственной ситуации (модель функционирования), которые частично наблюдаемы (возможно, с запозданиями) в рамках определенной системы мониторинга (это модель наблюдения);
• параметры среды, частично известные заранее, частично фиксируемые в системе мониторинга, преобразуются в параметры задач планирования и регулирования (это модели формирования задач управления, которые в известной степени должны выполнять функции прогнозирования);
• для решения задач планирования и регулирования предусмотрены некоторые вычислительные методы (которые могут быть строго обоснованными или чисто эвристическими, но обязательно должны быть формально применимыми к возможным задачам, генерируемыми моделями формирования задач).
В процессе имитационного моделирования поведения управляемой производственной системы с применением моделей четырех перечисленных типов порождается множество величин различного типа, находящихся в разных отношениях ко времени. Плановые решения привязываются к интервалам времени — как правило, к календарным этапам планового периоды (другие варианты рассматриваются ниже) или, реже, к определенным моментам времени (как правило, к начальным или конечным моментам календарных этапов). Вместе с тем, они относятся к моменту принятия (или коррекции) планового решения, и хотя принимает-
№ п/п Элементы структуры ланных Обычные обозначения Объяснения
1 1 уголь
2 2 агг ! марки угля ,=1,...,/ Имеется I марок
3 3 агг ! показатели j=1,...,J- ¡-я марка имеет ^ показателей (компонентов)
4 1 экск блок
5 2 агг k=1,...,K Имеется К экскаваторных блоков
6 3 аг1:уголь.агг ,=1,...,/ В каждом блоке — показатели для каждой марки
7 4 уг извлечение mki Извлечение ¡-ой марки из к-го блока за этап
8 4 аг1:уголь.#2.агг j=1,...,J- Предусмотрен расчет всех показателей марки
9 5 уг содерж_компонента akij Среднее значение к-го показателя в извлеченном объеме
10 1 склад
11 2 аг1:уголь.агг i=1,...,/ Имеется усреднит. склад для каждой марки
12 3 уг отгрузка Ш, Масса угля, отгруженного со склада ¡-й марки
13 3 агг(2) s=1,2 Каждый склад состоит из двух штабелей
14 4 с1 сост отгрузки .. .указывает, разгружается ли штабель
15 4 сг масса угля\0 Ms Масса угля в 5-й секции в начале этапа
16 4 уг масса_угля\ 1 M's Масса угля в 5-й секции в конце этапа
17 5 аг1:оге.#1.агг j=1,...,J Компоненты марки угля в 5-ом штабеле
18 6 сг масса компонента\0 Aisj Масса /го компонента в начале этапа
19 6 сг масса_компонента\1 А'® Масса /го компонента в конце этапа
it VjstHi
1. Задача=? 2. Данные 3. Расчет 4. Рез-ты 0. Выход
' Выбор типа задали
ГГГН1І
8 Минимизация потерь руды при I выборе эксплуатационных § кондиций.
¡Для ^часков заданы I ир.1извиди еньнииь ни руде и | горной массе.
' Ввод, редактирование или подбор данных
О Вводить с начала
©•Взнть из другого экземпляра О Взять из аналогичной задачи
Выберите группу данных
| Kapbep_f у"| Выберите код;
3
Выберите экземпляр задачи 1=
Рис. 1. Облик системы. Определение задачи
ся к исполнению решение, последнее по времени принятия, но и предшествующие необходимо сохранить в информационной системе. Таким образом, в базе данных могут храниться одинаковые по смыслу величины, различаемые только по признаку момента присвоения им значения.
Опираясь на опыт разработанных в ВЦ РАН диалоговой системы оптимизации (ДИ-СО) и пакета SOLVEX, автор положил в основу представления задач планирования не программное, а "языковое" их описание. Такое описание основано на специально введенном для этих целей языке описания
Рис. 2. Просмотр данных модели
моделей, которые преобразуются специальными программными компонентами во внутреннее представление данных, с одной стороны, и в последовательность выполнения элементарных операций при вычислении соотношений модели — с другой. В настоящее время такие языки моделирования и средства их реализации поддерживаются рядом пакетов программ оптимизации, таких, как LINGO 8.0, ASCEND IV, General Algebraic Modeling System (GAMS), MINOPT и AMPL. В зависимости от решаемого круга задач в них применяется различная форма описания моделей; характерной чертой является разделение описания на секцию структуры данных модели и секцию соотношений между величинами. В настоящей работе описание ориентировано на дискретно-непрерывные модели процессов с иерархической структурой данных и сравнительно простыми взаимосвязями между величинами. В таблице показан фрагмент описания структуры данных для разработанной автором программной системы.
Соотношения между величинами в модели могут быть как единичными, так и образовывать группы однотипных соотношений, как в следующем примере (ниже дается формальное описание этих соотношений).
Г a
к+х
t=í если s — й штабель загружается A¡sj M¡¡/ M'¡s в противном случае
склад.#1.#2.#3.масса_компонента\1: =
¡!_гуа1(склад.#1.состояние_отгрузки,
склад#1.#2.#3,
складмасса_компонента\0+
БС_рго4(экск_блок.#1.агг.извлечение,
экск_блок.ап\#1.#2.содерж_компонента),
склад.#1.#2.#3.масса_компонента\0 * склад
.#1.#2.масса_угля\0/
склад.#1.#2.масса_угля\1)
Расчет модели определенного типа (для задачи планирования, имитационного моделирования условий или реализации плана или его коррекции) производится неоднократно, и в базе данных должны храниться многие экземпляры расчетов. Внутреннее представление данных экземпляров модели, используемое при ее расчете, естественным образом преобразуется в реляционную модель. В последней каждый агрегат данных отдельной сущности определенного уровня представляется двумя таблицами — одной для статических величин и второй для величин, представляющих собой временные ряды (переменных состояния и управления). Агрегаты данных одной сущности второго и последующих уровней относятся к различным однотипным объектам различаются между собой именем (или последовательностью имен) объектов, к которым они относятся. Так в рассмотренном примере для сущности "уголь" Имя1 может быть, например, "СС" (слабоспекающийся энергетический уголь) и "К9" (коксующийся уголь с толщиной пластического слоя не менее
9 мм), а Имя2 — "зольность", "теплотворная способность", а при Имя1="К9" также "толщина пластического слоя", "индекс свободного вспучивания", "выход летучих продуктов".
Формальные описания моделей используются в описываемой программной системе не только для внутреннего представления данных и соотношений модели в расчетной программе, соответствующей типу модели. Они служат и для порождения структуры базы данных модели (или группе родственных моделей) стандартным способом без участия пользователя. Характеристики наборов таблиц баз данных отдельных моделей и полей этих таблиц для всех введенных в информационную систему моделей хранятся в системной базе данных и используются для экспорта данных из базы данных модели во входные текстовые файлы рас-
1. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. Изд. 3-е. — М.: Недра, 1978. — 541 с.
2. Валуев А. М. О взаимосвязи функций текущего управления производством на угольных раз-
четных программ и для импорта данных из выходных файлов. Более того, они используются также для настройки пользовательского интерфейса информационной системы на работу с определенной моделью.
Ввод модели в систему сопровождается вводом ее описания (используемого далее для выбора задачи) и проверкой ее корректности, выполняемой с помощью специальной программы, дающей необходимую диагностику в случае выявленных ошибок (рис. 1). Ввод новых данных и просмотр результатов выполняется с помощью взаимосвязанных экранных форм, отображающих смежные уровни структуры данных (рис. 2). Эти формы как таковые не привязаны к определенной структуре данных и лишь при загрузке настраиваются на нее.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
резах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2003. — Вып. 9. — С. 18-21.
Коротко об авторах
Валуев Андрей Михайлович — доцент, кандидат физико-математических наук, кафедра «Организации и управления в горной промышленности», Московский государственный горный университет.
------------------------------------------- © И.В. Бар анникова,
В.И. Белопушкин, 2004
УДК 53.072
И.В. Баранникова, В.И. Белопушкин
АНАЛИЗ КРИТЕРИЕВ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ
Семинар №10
Реализация идей автоматизации управления процессом бурения современными буровыми станками, эксплуатирующимися в изменяющихся случайным образом условиях, является совокупностью
сложных задач анализа, синтеза, оптимизации, которые можно решить лишь на основе современных средств, методов автоматизации и компьютерной техники.
