CC BY
18
2000
ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ АКАДЕМИИ
СЕРИЯ: ГОРНАЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА
Вып.9
АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
УДК 378.6
А.Е.Троп
УРАЛЬСКАЯ НАУЧНАЯ ШКОЛА УПРАВЛЕНИЯ ГОРНОЙ ТЕХНОЛОГИЕЙ И ТЕХНИКОЙ
*Сейчас можно уверенно говорить, что на кафедре сложилась научная школа, исследователи которой занимаются решением теоретических и практических вопросов автоматизации горного производства на стыке науки об управлении и горной науки, рассматривая управление в единстве с технологией горного дела и обогащения полезных ископаемых, изучают технологию горного дела и обогатительных производств, горные машины и механизмы как объекты управления, осуществляют разработки и исследования.обеспечивающие техническую реализацию систем управления, создают математические модели процессов горной тиехнологии. обогащения полезных ископаемых, горных машин и комплексов, систем управления».
«Отечества пользы для ...»: К 75-летию Уральского горного института —Екатеринбург, 1992.
Одним из важнейших итогоз деятельности кафедры автоматизации производственных процессов как учебного, методического и научного коллектива является создание и развитие научной школы управления горной технологией и техникой.
Каждая отрасль знания (отрасль науки) характеризуется по меньшей мере двумя аспектами:
предмет науки; метод (методы) науки.
Можно предложить такое определение научной школы:
Научная школа - это (объектом) науки и базирующих
Объект научных тг т—науки)
Объект исследований научной шкоты до 1»пн бкть «эежтабным, значимым для науки Объект исследований научной школы должен быть езенык (ж в то же время достаточно широким). Мелкое, узкое в научномотношении направление кссэеаошшй не может являться (и никогда не является) основой для создания и развития научной шкоты Определить и вместе с тем ограничить область исследований, найти, как это теперь часто говорят, свою нишу» - в этом одна из задач научной школы.
Кафедры вузов обычно ведут учебный процесс по нескольким, достаточно изолированным дисциплинам. Соответственно профессорами и доцентами (а также аспирантами) ведутся исследования, Поэтому большинство кафедр вузов не образуют научные школы. Только тогда, когда в коллективе кафедры (факультета) выдвигается единый объект исследований, может возникнуть научная школа
Общность предмета исследований является базой научной школы. При этом методы исследования могут быть различными.
Методы исследований
Без опоры на новейшие результаты фундаментальных наук, без современных методов исследования научная школа не может существовать.
Общность методов исследования может явиться базой научной школы при различии объектов изучения.
Коллегиальность. Преемственность научного поиска
Научная школа - коллектив Крупную научную проблему не решают «в одиночку». Научный коллектив (кафедра, лаборатория, факультет) далеко не всегда образует научную школу, но научная школа - всегда творческий коллектив.
Очень часто научную школу отождествляют с могучим древом. Создатель, научный руководитель школы - ствол с ветвями-учениками. Такое представление неприемлемо, так как предполагает вечную принадлежность (вторичность) ветвей-учеников к стволу-учителю. Обречение на вечное ученичество губительно для научной школы. В научной школе не может существовать вечное разделение на учителей и учеников. Творческий коллектив становится научной школой, когда учителя и ученики являются коллегами, когда осуществляется их неразрывное взаимное творческое обогащение.
Характерным для научной школы является постоянный приток творческой молодежи. Научная школа - это всегда сочетание опыта и молодости. Без этого научная школа теряет преемственность и вырождается
Коллегиальность и преемственность - важный принцип существования научной школы.
Результативность
Деятельность научной школы, творческий поиск коллектива должны давать зримый теоретический (а также прикладной - это в первую очередь относится к техническим наукам, в частности к горной науке) результат. Научная школа имеет право на это название только тогда, когда становится подлинным коллективом созидателей.
Результативность - решающий фактор в деятельности каждой научней школы. Не следует при этом сводить результативность к так называемому «внедрению».
Коммуникабельность
Научная школа не может существовать и развиваться без постоянного интенсивного общения с другими научными коллективами (изучение литературы, совместные конференции, семинары, личное общение). Важной стороной деятельности коллектива научной шкапы является пропаганда результатов творчества, влияние на другие научные коллективы путем восприятия этими коллективами научных достижений, методов исследований. Одним из самых эффективных способов научного общения является кадровое сопровождение методов и результатов деятельности научной школы (передача высококвалифицированных работников, целевая магистратура и аспирантура, докторантура). Большое место в этой работе принадлежит научным публикациям.
Научный руководитель
Научному руководителю в становлении и деятельности научной школы принадлежит решающее значение. Требования, которые наука и жизнь предъявляют главе научной школы, непростые. Руководитель - это генератор научных идей (прежде всего главной идеи - объекта и методов исследований). Подлинный научный руководитель - это всегда катализатор научных исследований своих коллег и учеников. Он должен уметь находить в каждом элементе научного творчества членов коллектива ростки новых идей, помогать их выявлению и развитию, укреплять уверенность каждого работника, не подгребать все «под себя».
Научный руководитель должен быть и формальным (что обычно бывает), и неформальным лидером коллектива. Вместе с тем в каждой научной школе всегда имеются неформальные (локальные) лидеры, которые в силу своего научного (и часто организаторского потенциала возглавляют отдельные направления в единой системе исследований. Только там развивается научная школа, где научный руководитель помогает становлению таких неформальных лидеров, помогает им в творческом росте, укрепляет их научный авторитет как внутри коллектива, так и вне его.
Таким образом, по нашим представлениям, признаками, которыми характеризуется научная школа, являются:
научный руководитель - лидер, неформальные (локальные) лидеры -руководители
отдельных научных направлений, объект научных исследований, методы исследований;
коллегиальность, преемственность научного поиска; результативность;
коммуникабельность, пропаганда достижений, кадровое сопровождение результатов и методов исследований.
Возникновение и деятельность нучных школ, равно как и их структуры, никогда не формализуются. Научные школы не являются структурными подразделениями факультета, института и др. Никто не назначает и не может назначать организатора научной школы.
Таковы (хотя и не очень строго сформулированные) основы определения творческого коллектива в качестве научной школы.
В Уральской государственной горно-геологической академии плодотворно действуют такие научные школы.
Успешно действует и развивается в Свердловском (Уральском) горном институте - ныне Уральской государственной горно-геологической академии - научная школа «Моделирование и исследование технологических процессов горного производства и обогащения полезных ископаемых как управляемых объектов, научное обоснование систем управления», базой которой является кафедра автоматизации производственных процессов УГГТА (завкафедрой проф. Э.С.Лапин).
Научная школа автоматизации горной промышленности возникла в СГИ (УГИ-УГТГА) не случайно. Еще в 20-х годах горный механик, один из выдающихся ученых Уральского горного института, проф А И Веселое обосновал необходимость автоматизации шахтного водоотлива. Он
разработал новую систему водоотлива с погруженными на уровень водосборников насосными установками, которая позволила упростить и практически реализовать автоматизацию этого важного горного комплекса. Пэд руководством проф. А.И Веселова студенты разрабатывали вопросы автоматизации шахтных стационарных установок в дипломных проектах еще в 30-х годах.
Работниками института изданы первые учебники и монографии по автоматизации горной промышленности:
С.А.Волотковский и др. Основы электропривода и автоматики. 1951;
А.Е.Троп. Автоматическое управление и контроль на обогатительных фабриках, 1953;
А.Т.Блажкин. Электромашинная автоматика в горном Электроприводе, 1953;
А. Е. Троп. Автоматическое управление электроприводами и механизмами на углеобогатительных фабриках, 1953. И др.
В конце 50-х годов в СГИ была создана проблемная лаборатория автоматизации горной промышленности (научные руководители проф. С.А.Волотковский, проф. А.Е.Троп), одним из первых сотрудников которой бып выпускник института, а теперь профессор В.А.Лукас.
Важная роль в развитии исследований по автоматизации горной промышленности в СГИ принадлежит проф. В Б.Умайскому, под руководством которого были выполнены исследования и защищена первая кандидатская диссертация по автоматизации (А.Е.Троп, 1945).
В 50-х годах в СГИ были выполнены и успешно защищены докторские диссертации по автоматическому управлению (А.Т.Блажкин, 1953; А.Е.Троп, 1955).
В рамках специальности^горный инженер-электромеханик в 1959 г. в СГИ началась подготовка горных инженеров по автоматизации. В 1960 г. в институте была создана кафедра автоматизации производственных процессов. На кафедре открыта аспирантура.
Таким образом, в СГИ (УГИ-УГГГА) были созданы предпосылки для становления научной школы автоматизации горной промышленности. Это становление проходило одновременно, в неразрывной связи с созданием и развитием кафедры автоматизации производственных процессов. Конечно, научная школа никогда организационно не оформлялась. В этом не было и нет необходимости, и практически это невозможно. Научная школа или существует (создается, развивается), или ее нет. Приказом ее не создают.
Изучение состояния исследований по автоматизации горной промышленности и фактического положения дела на горных предприятиях позволило выявить наиболее перспективную область производства, где возможно эффективное осуществление автоматического управления. Такой областью горного производства представилась технология и техника обогащения полезных ископаемых. На горных предприятиях Урала процессам обогащения уделялось большое внимание. Действовали фабрики по обогащению медных руд (Красноуральск, СУМЗ, Кировград), железосодержащих руд (Тагил, Серов, Магнитогорск и др.), асбсста. углеобогатительные фабрики (Копейск, Губаха), дробильные фабрики на предприятиях по добыче строительных материалов и многие другие. Автоматизация на этих предприятиях находилась на низком уровне. Фактически все сводилось к дистанционному включению электроприводов, осуществлению простейших блокировок и защиты приводов. Исследовательских работ по управлению технологическими процессами и механизмами обогащения практически не проводилось. Научный потенциал соответствующих подразделений (если они вообще существовали) был невысок.
Это обусловило решение избрать в качестве одного из основных направлений исследований вновь образованной кафедры автоматизации производственных процессов теорию и технику управления технологическими процессами обогащения.
К этим исследованиям удалось сразу привлечь талантливых молодых специалистов -В.М.Аршинского, В.З.Козина, В.А.Лукаса, Е.В.Прокофьева, Р.Е.Леонова и других. Первые выпускники кафедры АПП в 1961 г. и последующие годы увлеклись этими идеями.
Очень важно, что идеями кафедры АПП по автоматизации обогатительных технологий (дробление, сортировка (грохочение), классификация, разделительные процессы (флотация, сепарация и др.), обезвоживание, сушка и др.] заинтересовались предприятия. Обогатительные фабрики, горно-обогатительные комбинаты обеспечили финансирование этих исследований,
пре -ставили возможность осуществления экспериментов, технической реализации разработок. Эю обеспечило интенсивность работ, привлечение для исследований большого коллектива.
Так определился объект исследований научной школы. В дальнейшем сфера ^ггельности коллектива расширилась, но управление процессами обогащения полезных ■схопаемых длительный период оставалось основным объектом научного исследования кххэектива.
Одновременно определились и методы исследования. Основным методом исследования филось математическое моделирование управляемых технологических процессов. Для -:строения модели применялись аналитические и экспериментальные (пассивный и активный эксперимент) исследования на основе системного анализа.
Модели технологических процессов реализовались и изучались на ЭВМ - первоначально аналоговых, а затем, по мере расширения лабораторной базы, на цифровых. Использовались также 1*о.х>го-цифровые и цифро-аналоговые модели. Значительное место в изучении управляемости :сно-технологичсских процессов принадлежит математико-машинному эксперименту.
В процессе исследования применялись также экспертные методы, методы распознавания гсоазов. экспертно-статистические методы и др. В последние годы по инициативе проф. Б Л Лукаса в исследованиях применяется изучение технологических процессов как объектов управления методами нечетких множеств (лингвистические методы).
Таким образом, основой исследований коллектива уже на первых этапах становления аляются методы моделирования управляемых объектов.
Широкому использованию математического моделирования управляемых горно--.чнологических процессов способствовало развитие материальной базы кафедры АПП, которая свилась основой научной Школы. Лаборатории кафедры были оснащены аналоговыми и цифровыми ЭВМ, на базе проблемной лаборатории автоматизации горной промышленности был создан институтский вычислительный центр. Значительную помощь в развитии материальной 5азы кафедры, равно как и общему росту объема и уровня научных исследований коллектива, оказывал проректор института по научной работе проф А.Т.К.митовенко.
Развитие научных связей с горными предприятиями, научно-исследовательскими и проектными институтами потребовало расширения направленности исследований коллектива • см.схему).
Уже с самого зарождения научной школы начались и успешно развивались исследования автоматического управления технологическими процессами и механизмами разработки россыпных месторождений драгами. Свердловский горный институт был одним из немногих в>-зов. где проводились исследования и готовились инженеры для дражной разработки на приисках. Естественно было включить в эти исследования и вопросы автоматического .правления. В стране этими вопросами занимались только работники НИИ-1 (Магадан). На кафедре АПП работы по исследованию проблемы управления драгами, где сочетаются процессы добычи (многочерпаковая экскавация} и обогащения, начал аспирант (а затем кандидат и доктор технических наук, профессор) Г.А.Багаутинов.
Другим направлением научных исследований коллектива явился автоматизированный электропривод горных машин. Работы по автоматизированному приводу экскаваторов проводил ученик проф. А.Т.Блажкина, зав.кафедрой электротехники доц. И.Н Голомидов. Ему удалось создать коллектив исследователей, куда входили: М.Г.Пирушко, Ю.М.Иржак, В.С.Головин и многие другие. К сожалению, безвременная кончина Ильи Николаевича прервала его деятельность Однако в рамках научной школы творчество этой группы успешно развивалось. На разных этапах эти исследования возглавлялись доц. М.Г.Пирушко, проф. М.Б.Носырсвым. В настоящее время эти работы успешно продолжают доц. А.Л.Карякин, доц. А.Г.Бабснко и др.
Большое внимание коллектив уделял исследованию управляемого процесса бурения. Инициатором этих работ явился аспирант (теперь доктор технических наук, профессор, зав кафедрой Челябинского государственного политехнического университета) Р.Х.Гафиятуллин. В группу исследователей входили аспиранты А.А.Жуковский (теперь доктор технических наук), А.Д.Хмелсвцев и др. Другая группа, возглавляемая доц. Ю.П Марасановым (бывшим аспирантом кафедры), проводила эти исследования на карьерах "Ураласбсста".
Моделирование и исследование технологических процессов горного производства и обогащения полезных ископаемых как управляемых объектов, научное обоснование систем
проф. А. Е. Троп. проф. Э. С. Лапин
Управление технологическими процессами дражной разработки месторождений полезных ископаемых
Управление технологическими процессами обогащения медных и
полнметаллнч. _—"С«ФП.—
проф В. 3. Козин, проф Е. В. Прокофьев
Управление технологическими процессами подземной разработки месторождений полезных ис- 4-копаемых и техногенных обра-
_аованнй_
проф. Э С Лапин
Управление технологическими процессами открытой разработки месторождений полезных ископаемых
проф. М. Б Носырев. дои. А. Л. Каоякнн
проф. Г. А. Багаутино». проф. А Е Троп
Управление техноло! и чески ми процессами обогащения железосодержащих руд и нерудных ископаемых
Информационное обеспечение прогнозирования и предупреждения геодинамическнх процессов
доа Р. Е. Леонов, проф Ь. Б. Зобннн
проф Э. С. Лапин
Моделирование управляемых технологических процессов и технических \ систем у
■"Эксперименталк-ное исследование объектов управлсд \ ни»
Информационное обеспечение процессов управления
Техническая реализация систем ^ управления ..
Оптимизация про-цсссовуправления
Лингвистические
системы V управления ✓
Разработка технических средств \ управления/'
Сне темы поддерж ки принятия решечу ний /
Схема научной школы управления горно-технологическими процессами Уральской государственной горно-геологической академии
Интересные исследования управления шахтными подъемными установками выполнены вечно Э.С.Лапиным и возглавляемым им коллективом (В.А.Макаров, В.Н.Курдин, А.В.Соломахин ■ ДР.)
Основным принципом деятельности коллектива научной школы является коллегиальность, преемственность научного поиска. В коллективе детально обсуждались каждое травление исследований, отдельные этапы работ, методы исследования. Трудоемкие >*спериментальные исследования осуществлялись большими группами аспирантов, научных сотрудников и инженеров, а также студентами Характерным примером преемственности объектов и методов исследования является, например, цепочка - В.М.Аршинский -£ В Прокофьев - В.В.Тимухина - И.Ф.Ольховский. Таких "цепочек" в коллективе много. Характерным является широкое участие студентов в исследованиях.
Уходили (или теряли позиции) одни неформальные лидеры. На их место жизнь выдвигала других. Их никто не назначал - они становились лидерами в силу своего творческого потенциала. Некоторые направления вообще не получали развития в коллективе (например,применение радиоизотопов для контроля технологических процессов). Другие развивались слабо. Зато развивались и крепли направления, составляющие основу научного творчсстза коллектива
Научный коллектив, деятельность которого основана на коллегиальности, на преемственности творческого поиска, не может не развиваться.
В последние годы по инициативе и под руководством проф. Э.С.Лапина осуществляются исследования по проблеме "Идентификация опасных явлений на горных предприятиях, их прогнозирование и создание интегрированных информационных управляющих систем". Внезапные выбросы газов и угля, взрывы и эндогенные пожары представляют чрезвычайную опасность при подземной разработке месторождений. Выявлять степень опасности, прогнозировать ее и предотвращать эти явления до сих пор в полной мерс не удастся, что, в частности, связано с недостаточной информационной обеспеченностью. Горная промышленность, в частности угольная, крайне заинтересована в изучении этой проблемы. Эти работы выполняются коллективом в составе проф. Э.С.Лапина, доцентов А.Г Бабснко, Р.Е.Леонова, А Л.Карякина. И Ф Ольховского, к.т.н. В.В Матвеева и других.
Результаты научных исследований коллектива достаточно известны Поскольку работы финансировались горными предприятиями - горно-обогатительными комбинатами, карьерами,обогатительными фабриками, приисками - они оценивали полученные технические результаты. Научные результаты представлялись на суд общественности в виде публикации, докладов на конференциях и семинарах и, конечно, в виде выполненных и представленных к защите диссертационных работ. Около 150 кандидатских диссертаций защитили аспиранты и соискатели, 10 из них в последующем защитили докторские диссертации. Эти цифры говорят сами за себя
Большое внимание коллектив уделяет пропаганде научных и технических разработок и методов исследования. Систематически издаются сборники научных трудов по проблеме управления в горной промышленности, проводятся научные конференции и семинары. Представительная научная конференция проведена на Качканарском ГОКе. Совместно с НИИтяжмаш УЗТМ проведена конференция по теоретическим вопросам горного электропривода. В 1992 г. по поручению интернационального Комитета по автоматизации в горном деле ICAMS проведена 11-я Международная конференция. На конференции представлены доклады научных работников Англии, Китая, Франции, Польши, ЮАР, Болгарии, Швеции, Чехии, Словакии, Казахстана, Украины, Азербайджана, Белоруссии, Узбекистана, Киргизии. Наиболее широко на конференции были представлены работы российских специалистов: С-Петербургского государственного горного института (технического университета), Московского ГГУ, УГГГА, Иркутского ГТУ, институтов РАН, НИИ "Цветметавтоматика", ВНИИгалургии, Гипроуглсавтоматизация, НПО ЦНИИКА, УЗТМ, "Севуралбокситруда", "Уралэнсргоцветмст" и др С докладами от УГГГА выступили Э.С.Лапин, М.Б.Носырсв, В.А.Лукас, А.Г.Бабенко, В П Барановский и другие.
В 1995 г. по поручению Российского национального комитета по автоматизации в горной промышленности, Государственного комитета по высшему образованию РФ, Уральской государственной горно-геологической академии проведена научно-техническая конференция
"Системы и средства контроля состояния шахтной атмосферы*'. На конференции представлены доклады научных работников России, Украины, Узбекистана, Польши, Франции. Проведение этой конференции в УГТГА - свидетельство признания высокого уровня исследований коллектива по идентификации геодинамических процессов и созданию интегрированных информационно-управляющих систем.'
Эффективным средством распространения результатов и методов исследования являются кадры. Воспитанники коллектива работают в НИИ "Уралцветметавтоматика", НИИПросктасбест, НИИтяжмаш УЗТМ, Сибцветметавтоматика, ПО "Цветмстналадка", НИИОГР, на кафедрах Свердловского государственного инженерно-педагогического университета (СИПУ), Уральского государственного экономического университета (УрГЭУ), Красноярского государственного технического университета и др. вузов. В Уральской государственной горно-геологической академии нашими выпускниками укомплектованы кафедры информатики, электротехники; они трудятся в коллективах кафедр электрификации горной промышленности, обогащения полезных ископаемых и др.
Научный потенциал творческого коллектива создан трудами профессоров Э.С.Лапина, В А.Лукаса, Е В Прокофьева, А.Е.Тропа, воспитанников аспирантуры и докторантуры Г А Багаутинова (ныне кафедра ЭГП УГТГА), Р.Х.Гафиятуллина (ныне ЧГТУ, г.Чслябинск), Б Б Зобнина (кафедра информатики УГТГА), В.З.Козина (кафедра ОПИ УГГТА), М.Б.Носырсва (кафедра информатики УГГГА), Б.Н Кравца (кафедра ОПИ УГГГА), доцентов, кандидатов технических наук А.Л.Карякика, Р.Е.Леонова, В Н.Ефремова, А.Я Комарова, В.П Барановского, С.Н Скобцова, А Г.Бабенко, В.И.Белокрылецкого, И Ф Ольховскогэ, В М.Марасанова, В В Матвеева, М.Г.Пирушко, В.М.Аршинского, Ю.П.Марасанова, М.Г.Фналко, трудами бывших аспирантов и сотрудников: Ю.С.Петрова. В.В.Тимухиной, И П.Буняк, С.Н.Чумака, Н Б Онучина, А В.Соломахина, М.Н.Поршнева, В.А Боровкова, К.М.Абубакирова, Е.Е.Блинова, Ю М Хахина, Н.В Старцева, Ю А Тренина, В.М.Белуженко и др.
Общим направлением научных исследований коллектива в настоящее время является управление технологическими процессами и техникой, идентификация гсодинамичсских процессов, их прогнозирование и предупреждение, научное обоснование интегрированных' информационно-управляющих систем в горной промышленности.
В рамках этой проблемы работы ведутся по следующим направлениям:
- математическое моделирование гсодинамичсских процессов как объектов управления (информационное обеспечение прогнозирования и предупреждения);
- информацииеюе обеспечение и управление технологическими процессами обогащения
полезных ископаемых;
- математическое моделирование и управление процессами, реализуемыми горными
машинами с электрическими приводами.
Научная школа не фиксирует даты своего зарождения Незаметно она завершает свой путь, исчерпав научный потенциал. Поэтому научные школы не отмечают свои "круглые" даты. Сорокалетие кафедры автоматизации технологических процессов - это каша общая памятная дата.
Коллектив научной школы, базой которой является кафедра автоматизации производственных процессов Уральской государственной горно-геологической академии, продолжает поиск.
