CC BY
51
One of the possible approaches to universal conceptual design of intelligent subsystems, unmanned vehicles - decomposition method for dual pairs. This approach is able to analyze and control the object needs in the operation. Considered in its own security needs. A scheme of the model subsystem kontseptulnoy preservation of the object as well as monitoring the boundaries of dual parameter pairs as out and inside the object.
Key words: dual pair, decomposition by dual pairs, stand-alone machines, self-preservation.
Semenchev Evgeniy Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, s1e2m3@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 69.002.5
СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ПРИВОДОВ ЦЕМЕНТНЫХ МЕЛЬНИЦ
А.Г. Трошина
Изучен процесс модернизации приводов горизонтальных цементных мельниц, выделены этапы, требующие формализации процесса принятия решения, представлен морфологический анализ проектов приводов. Разработана принципиальная схема системы поддержки принятия решений для проектирования приводов цементных мельниц.
Ключевые слова: цементная мельница, проектирование, морфологический анализ, оптимизация, система поддержки принятия решений.
Цемент является базовым строительным материалом, используемым как самостоятельный продукт, так и как компонент для производства других строительных материалов. Процесс производства цемента требует объедения в одной линии множества машин и агрегатов. На последнем этапе производства происходит помол клинкера с добавками в цементных мельницах.
Основные фонды цементной промышленности России характеризуются высоким прогрессирующим износом. Очевидно, что для поддержания цементного производства на актуальном техническом уровне необходимы ремонт и модернизация многих цементных мельниц и их приводов.
Около 90 % эксплуатируемых в России цементных мельниц имеют горизонтальную компоновку с мелющими телами в форме стальных шаров. Главный привод такой мельницы содержит электродвигатель, редуктор, соединительные муфты. При этом возможно использование различных компоновок приводов в зависимости от расположения компонентов привода относительно цементных мельниц и с различным исполнением редукторов. Наиболее сложным в организации ремонтных работ, наиболее дорогостоящим и критическим с точки зрения работоспособности всей линии является редуктор главного привода [5].
277
Схема компоновки привода горизонтальной цементной мельницы представлена на рис. 1.
В процессе модернизации цементный завод сталкивается с множеством проблем, начиная с определения целей модернизации производства и принятием решений относительно способов их достижения. Поскольку редукторы цементных мельниц относятся к сложной технической продукции, то цементному заводу необходимы услуги сторонней организации по производству и поставке редукторов и других компонентов привода цементной мельницы. Модель процесса модернизации привода цементной мельницы с использованием нотации ГОЕРО представлена на рис. 2.
Рис. 1. Схема компоновки привода цементной мельницы горизонтального типа
Законодательные акты
Финансовые возможности Клиента
Характеристики имеющегося оборудования ^
Состояние имеющегося оборудование
Условия работы
ПожеланияКлиента
Возмож ности производителя
[У
Технические возможности Клиента
Модернизация привода мельницы
АО
J L J
Фирма-
Клиент произво-
дитель
Новый привод
Техническая документация
Рис. 2. Функциональная схема процесса модернизации привода
цементной мельницы
Рассмотрим процесс модернизации более подробно, выполнив дкомпозицию контекстной диаграммы (рис. 3).
После принятия цементным заводом (Клиентом) решения о проведении модернизации объявляется тендер и принимаются заявки от производителей, содержащие технико-коммерческие предложения. Наиболее ответственным этапом этого процесса является оценка альтернативных решений по модернизации привода, включающих оценку соответствия предложения установленным требованиям, техническое, экономическое сравнение предложений и оценку надежности производителя. Более подробно процесс сравнения альтернатив и выбор подходящего решения представлены на рис. 4. После принятия решения о победителе тендера заключается договор на поставку оборудования и проводится модернизация привода.
Стратегия
Финансовые возможности Клиента
Принятие решения о модернизации А01
Решение о модерни-—зации
Технические возможности Клиента
оборудования
Клиент
Пожелания Клиента
Условия работы
Объявление тендера на закупку нового оборудования А02
Возможности производителя
Условия тендера
СМИО
Сбор заявок на тендер
АОЗ
Фирма-
производитель
Заявки
Оценка альтернативных решений А04
Методики оценки
Проект-победитель тендера
Пожелания Клиента
Законодательные акты
Заключение договора на
поставку оборудования А05
Договор
Государственные и иные стандарты
Реализация проекта модернизации А06
Поставщики
Новый привод
Техническая документация
Рис. 3. Функциональная схема процесса модернизации привода цементной мельницы - декомпозиция блока АО
Очевидно, что в процессе сравнения альтернативных вариантов требуется изучить и проанализировать множество факторов, влияющих на качество процесса модернизации. Различные службы завода имеют различные приоритеты в оценке предложений. Например, финансовая служба заинтересована в минимизации расходов на модернизацию, а техническая служба - в надежности решений. В связи с этим процесс принятия решения оказывается еще сложнее. Для того чтобы сделать процесс принятия решения более прозрачным и избавиться от влияния человеческого фактора на этот процесс, необходимо разработать систему поддержки принятия решений.
Рис. 4. Функциональная схема процесса модернизации привода цементной мельницы - декомпозиция блока А4
Основные факторы оценки качества [3] принимаемого решения по модернизации привода цементной мельницы представлены в табл. 1. На основании опросов различных служб цементных заводов была рассчитана экспертная оценка влияния каждого из факторов (табл. 1).
Таблица 1
Параметры и характеристики приводов цементных мельниц
Характеристика привода Оценка фактора
I Технико-эксплуатационные характеристики 0,370
1. Технические параметры 0,360
1.1. Надежность 0,173
1.2. Ремонтопригодность 0,124
1.3. Срок службы 0,164
1.4. Безопасность для окружающей среды 0,022
1.5. Конструктивные особенности проекта 0,104
1.6. Стандартизация 0,084
1.7. Патенты 0,042
1.8. Документация 0,071
1.9. Эргономичность 0,067
1.10. Гарантии 0,151
2. Экономические параметры (Распределение затрат производителя) 0,310
2.1. Затраты на маркетинг, % 0,500
2.2. Затраты на науку, % 0,283
Окончание таб. 1
Характеристика привода Оценка фактора
2.3. Затраты на проектирование, % 0,217
3. Техническое обслуживание привода 0,220
3.1. Упаковка 0,127
3.2. Монтаж и запуск в эксплуатацию 0,320
3.3. Организация сервисных работ 0,280
3.4. Демонтаж и утилизация 0,080
3.5. Послепродажное обслуживание 0,193
4. Дополнительные услуги при поставке привлда 0,110
4.1. Уникальность 0,167
4.2. Индивидуальные решения для клиента 0,483
4.3. Ассортимент 0,350
II Экономические параметры 0,320
1. Цена для клиента 0,320
2. Скидки 0,193
3. Условия платежа 0,273
4. Эксплуатационные расходы, в т.ч.: 0,147
а) смазочные материалы —
б) обслуживание (включая сервис) —
в) запасные части —
г) электроэнергия —
5. Затраты на демонтаж и утилизацию 0,067
III Характеристики географического расположения 0,130
IV Характеристики надежности поставщика и продвижения на 0,180
рынке
На основе анализа конструктивных особенностей основных технических решений по модернизации цементных приводов была разработана морфологическая таблица [1] со следующими функциями: Т00 - тип существующего привода; Т01 - тип привода после модернизации; Т1 - количество ступеней редуктора; Т2 - тип ступеней редуктора; Т10 - качество зубчатого зацепления; Т11 - тип используемых в редукторе подшипников; Т12 - конструкция корпуса редуктора; Т13 - входная (быстроходная) муфта; Т13.1 - варианты замены входной муфты; Т13.2 - тип входной муфты; Т14 - варианты замены выходной (тихоходной) муфты; Т15 - система смазки редуктора; Т15.1 - наличие нагревателей; Т15.2 - наличие маслоохладителя; Т15.3 - наличие резервного насоса; Т16 - варианты замены вспомогательного привода; Т17 - наличие системы мониторинга; Т18 -местоположение главного электродвигателя.
Для каждой функции были выделены альтернативные варианты и проведена их оценка по соответствующим критериям.
Например, для функции Т11 строка морфологической таблицы выглядит следующим образом (табл. 2).
В результате анализа данной таблицы можно сделать вывод о наиболее перспективных направлениях модернизации приводов в плане выбора конструктивного решения.
Данная таблица может использоваться как для анализа предлагаемых решений как в процессе проведения тендера, так и для определения наиболее подходящего варианта будущей модернизации.
Таблица 2
Пример заполнения таблицы морфологического анализа конструктивных особенностей решений проектов приводов _цементных мельниц_
Вес
Функция Альтернатива (Aij) кри- Критерий
терия
Тип используе- Роликовые Подшипники Используются 0,637 К - долговеч-
мых в редукторе подшипники скольжения оба вида под- ность,
подшипников Т11 A111 Wk 2 ={0,250 Wk 3 ={0,263 Wk 0={0,160 A112 0,637 0,500 0,547 0,600 шипников A113 0,258}T 0,250}T 0,190}T 0,240}T 0,105 0,258 К 2 -простота обслуживания, К3 - экономическая эффективность, Ко - интегральный критерий
Для оценки эффективности модернизации привода цементной мельницы была разработана математическая оптимизационная модель [2]:
n ТС ■ т
z(4P) = (£TXi - w1/ )• w + —• W2 + (IT3 ■ W3. )• W3 + i=1 1C i=1
l
+ (IT4. • w4.)• w4 ® max, (1)
i=l 1 1
где Tii, T3, T4. - значение 1-го технического параметра (признака) привода, параметра местоположения или параметра надежности поставщика; wii, W3i, W4i - весовой коэффициент 1-го параметра (признака) привода в
соответствующей группе; n , т, l - общее число параметров и (или) морфологических признаков привода в соответствующей группе; wi - W4 -весовые коэффициенты групп параметров приводов; TCmjn и ТС - минимальные затраты на покупку и эксплуатацию привода и затраты текущей альтернативы соответственно.
На функцию наложены ограничения по применимости того или иного решения:
g > gci - гарантийный период, предлагаемый производителем не меньше требуемого клиентом;
Снач £ Сначс1 max - размер первоначальных затрат не выше установленного цементным предприятием максимума;
s a i a sp a l = true - производитель предлагает сервис, монтаж и пусконаладку, запасные части, а также не возникает языкового барьера
z1( fw) ® min - объем фундаментных работ стремится к минимуму.
Ограничениями для целевой функции также является набор требований к новому приводу и параметры существующего привода и производственной площадки (размеры фундаментов, расстояние между редуктором и двигателем, между редуктором и мельницей).
Таким образом, проводя оптимизацию по функции z(4 P), получаем решение, оптимально удовлетворяющее потребности цементного предприятия. Кроме того, имея технические данные о необходимых параметрах модернизации привода, возможно, опираясь на представленные данные синтезировать новое решение.
Решение сформулированной задачи оптимизации может находиться следующими способами: сведением многокритериальной задачи к задаче с одним критерием, методом простого или направленного перебора решений. Два последних метода поиска оптимального решения были реализованы в разработанном программном обеспечении.
Для реализации системы поддержки принятия решения в процессе выбора оптимального технического и коммерческого предложения из альтернативных вариантов была разработана лингвистическая система для заполнения данных об альтернативах.
Основными элементами разработанной грамматики являются альтернативные варианты на каждый из критериев качества. Для критериев, численно выразимых, был выбран соответствующий тип числовых данных (целый или вещественный в зависимости от критерия качества). Также в программном обеспечении предложена система численного ранжирования критериев качества в виде дополнительного варианта работы системы.
Таким образом для осуществления поддержки принятия решения в процессе выбора оптимального технического и коммерческого предложения из альтернативных вариантов, предлагаемых в процессе проведения тендера цементным предприятием необходима разработка соответствующего программного обеспечения. Структура программного обеспечения такой компьютерной системы содержит следующие компоненты [4]:
- банк данных возможных вариантов компоновок приводов;
- лингвистический модуль:
- блок преобразования лингвистических данных;
- транслирующий блок, т.е. блок соотнесения лингвистических данных со значением критериев качества;
- блок формирования числовых значений;
- модуль редактирования экспертной системы;
- расчетный модуль:
- блок расчета эффективности замены привода;
- блок определения типа модификации фундаментов;
- блок определения уровня качества решения;
- подсистема объяснений;
- модуль формирования рекомендаций;
- модуль интерфейса пользователя.
На рис. 5 представлена схема взаимосвязей представленных модулей.
Рис. 5. Архитектура системы поддержки принятия решений
Банк данных возможных вариантов компоновок приводов содержит данные о типах приводов цементных мельниц (согласно разработанной классификации), о компоновочных схемах редукторов (количество ступеней, тип ступеней редуктора, вариант подшипниковых узлов, передаточные отношения, области применения такого решения, типы используемых муфт), о характеристиках качества приводов (КПД, диапазон мощности, применяемый для конструктивного решения, срок службы, особенности обслуживания привода и т.д.).
Лингвистический модуль предназначен для облегчения общения пользователя с системой. Набор возможных альтернатив для параметров качества решения являются лингвистическими константами. Между лингвистическими константами и числовыми значениями критериев качества устанавливается взаимнооднозначное соответствие. Таким образом, в блоке преобразования лингвистических данных происходит проверка корректности введенных пользователем данных (числовые или строковые, удовлетворяют ли они условиям ввода данных). Транслирующий блок устанавливает соответствие между лингвистическими данными со значениями критериев качества. В блоке формирования числовых значений проводится присвоение конкретных числовых значений для рассматриваемого варианта модернизации привода.
С работой транслирующего блока и блока преобразования лингвистических данных связан модуль редактирования экспертной системы. С его помощью можно изменить весовые коэффициенты критериев качества, ввести новые лингвистические константы, применяемые для описания проекта модернизации привода цементной мельницы, изменить соотношение значений уровней качества альтернативных вариантов проектов модернизации приводов.
В расчетном модуле производится расчет эффективности замены привода, учитывая существующие производственно-технические условия, дается оценка необходимых работ по проведению модификации фундаментов компонентов привода, а также определяется общий уровень качества решения. Для варианта сравнительного анализа проектов модернизации приводов цементных мельниц на основании технических предложений производителей привода, наилучшее решение определяется путем расчета уровня качества для каждого из конкурентных решений и выбирается решение с наивысшим значением уровня качества. Для варианта использования системы для синтеза проекта модернизации привода цементной мельницы используется метод перебора вариантов, удовлетворяющих заданным ограничениям, при этом в первую очередь проверяется возможность использования решения с максимальными значениями уровня качества. Поиск проводится до тех пор, пока следующее проверяемое решении не окажется обладающим более низким уровнем качества по сравнению с уже подвергнутыми оценке альтернативами. Подсистема объяснений запоминает проводимые сравнения и выдает сравнительный анализ альтернативных вариантов модернизации приводов цементных мельниц. Кроме того, имеется возможность графического отображения эскизного проекта, рекомендуемого системой в САПР.
Модуль формирования рекомендаций отвечает за выдачу пользователю решения в удобном для него виде. В разработанном программном обеспечении таким видом является отчет в текстовом виде.
285
Модуль интерфейса пользователя служит для ввода данных в систему.
Применение разработанной методики позволяет повысить эффективность модернизации приводов эксплуатируемых горизонтальных цементных мельниц за счет выбора оптимального как по техническим, так и по экономическим критериям привода. Использование системы поддержки принятия решений позволяет обосновывать принимаемые решения и избегать субъективности восприятия того или иного решения по модернизации. Кроме того, экономическая оценка представляет более глубокий анализ затрат на модернизацию, включающий не только первоначальные затраты на покупку и монтаж оборудования, но и затраты на эксплуатацию, зависящие в том числе от технических решений (надежности, энергоэффективности и т.д.).
Список литературы
1. Андрейчиков А.В., Андрейчикова О.Н. Анализ, синтез, планирование решений в экономике. М.: Финансы и статистика, 2000. 205 с.
2. Трошина А.Г. Автоматизированная система выбора оптимального варианта модернизации привода цементной мельницы // Всероссийский конкурс научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области технических наук: материалы работ победителей и лауреатов конкурса. СПб.: Изд-во политехн. ун-та, 2012. С. 82-84.
3. Трошина А.Г. Выявление основных показателей качества редукторов для цементной промышленности // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. №2/2 (286). С. 109-114.
4. Трошина А.Г., Трушин Н.Н. Модернизация привода горизонтальной цементной мельницы: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 137 с.
5. Трошина А.Г., Трушин Н.Н. Оценка надежности приводов машин сверхбольшой мощности // Машиностроение - основа технологического развития России ТМ-2013: сб. науч. ст. V Междунар. науч.-техн. конф.; редкол.: Е.И. Яцун [и др.] / Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2013. С. 143147.
Трошина Анна Геннадьевна, канд. техн. наук, доц., atroshina@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DECISION SUPPORT SYSTEM FOR DESIGN OF THE CEMENT MILL DRIVES
A.G. Troshina
It was studied the process of modernization of horizontal cement mill drives, the stages to be formalized were distinguished and morphological analysis of drives design was presented. It was developed the principal scheme of decision support system for design of cement mill drives.
Key words: cement mill, design, morphological analysis, optimization, decision support system.
Troshina Anna Gennad'evna, сandidate of technical sciences, docent, atroshi-na@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 62-1/-9
РАЗРАБОТКА ИНТЕРФЕЙСА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ
Р.С. Федечкин, Ю.В. Французова
Рассмотрены основные моменты по разработке пользовательского интерфейса прикладной программы и эффективного программного инструментария. В основу методики положены простота разработки, легкость сопровождения и удобство работы с программой.
Ключевые слова: интерфейс, прикладная программа, классификация интерфейса, спецификация интерфейса.
В современном мире огромное число вычислительных устройств. Всё больше и больше программ разрабатываются для них. И у каждой особый интерфейс, представляющий «рычаги» взаимодействия между пользователем (лицом, принимающем решение) и программой. Не удивительно, что чем продуманней интерфейс, тем эффективнее взаимодействие.
Интерфейс имеет огромное значение для произвольной программной системы и является обязательной ее составляющей, направленной, прежде всего, на конечного пользователя. Как раз по интерфейсу пользователь судит о программе в целом; к тому же, часто заключение об использовании программного обеспечения пользователь воспринимает по тому, в какой степени ему комфортен и ясен интерфейс. Вместе с тем, трудоза-тратность проектирования и разрабатывания интерфейса довольно немала.
Не бывает единственной общепризнанной классификации средств разработки пользовательского интерфейса. Так, в [1] программное обеспечение для разрабатывания интерфейса подразделяется на две ключевые категории - инструмент интерфейса (toolkits) и высокоуровневые средства разработки (higher-level development tools). Инструмент пользовательского интерфейса чаще всего содержит библиотеку элементов (меню, кнопки, полосы прокрутки и др.) и нужен для применения программистами.
287
