Криворізький технічний університет

ШОЛОХ СЕРГІЙ МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 651.52.681.324

ЗАКОНОМІРНОСТІ УПРАВЛІННЯ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯМ ЯКОСТІ ШИХТИ В ПРОЕКТІ ВИВОЗУ ГОТОВИХ ДО ВИЙМАННЯ ЗАПАСІВ РУДИ З КАР’ЄРУ ЗАЛІЗОРУДНОГО КОМБІНАТУ

Спеціальність 05.13.22. – управління проектами та розвиток виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кривий Ріг – 2004

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Криворізькому технічному університеті Міністерства освіти та науки України

Науковий керівник: - доктор технічних наук, професор Назаренко Володимир Михайлович, Криворізький технічний університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри інформатики, автоматики та систем управління

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор Білоконь Анатолій Іванович, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України, м.Дніпропетровськ, декан будівельного факультету;

- доктор технічних наук, професор Темченко Анатолій Георгійович, Криворізький технічний університет Міністерства освіти і науки України, проректор з навчальної роботи, завідувач кафедри економіки, організації та управління підприємствами.

Провідна установа: - Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться „24” лютого 2005 р. о 1000 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 09.052.03 Криворізького технічного університету за адресою: 50002, м.Кривий Ріг, вул.Пушкіна, 37, ауд.300.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Криворізького технічного університету за адресою: 50002, м.Кривий Ріг, вул.Пушкіна, 37.

Автореферат розіслано „19” січня 2005 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради, к.т.н. Тиханський М.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дисертації. Сучасні українські залізорудні кар’єри постачають свою продукцію як вітчизняним, так і закордонним металургійним підприємствам. В умовах ринкової конкуренції питання якості концентрату набуває дуже важливого (якщо не першочергового) значення. Відомо, що коливання якісних компонентів у шихті на збагачувальних фабриках складає 3-5%. І якщо геологічними властивостями родовища людина управляти не в змозі, то забезпечити деякий сприятливий рівень якості концентрату можна, не докладаючи суттєвих грошових витрат.

Найдешевим та водночас ефективним засобом для забезпечення високої якості роботи ГЗК є таке управління його роботою, яке розв’язує на різних часових інтервалах окремі задачі. Аналіз показує, що при цьому пошук рішень, що забезпечує найкращі кінцеві результати, є досить складним завданням. Як правило, розглядається обмежена кількість варіантів, прийняття рішень має іноді вольовий характер. Складні, динамічні за своєю природою задачі визначення навантаження на екскаватори та автосамоскиди вирішуються в спрощеній статичній постановці, а післядія прийнятих рішень на найближчі періоди оцінюється досить наближено. Відомі методики планування гірничих робіт із застосуванням економіко-математичних методів та ЕОМ також не дозволяють ефективно вирішувати названі задачі в динамічній постановці за адекватного врахування основних вимог гірничого виробництва. Чистого часу диспетчеру для обмірковування та прийняття рішення залишається, за різними оцінками, за зміну від 40 до 60 хвилин.

На рівні оперативного планування відбувається управління роботою кар’єру на тижнево-добово-змінному інтервалі. Саме в цей період відбувається безпосереднє формування руди, що надходить на переробку фабрик гірничо-збагачувального комбінату. Тому дуже важливо забезпечити належні якісні характеристики руди на цьому часовому інтервалі.

Отже, як показує проведений аналіз, завданням управління вивозом руди з кар’єру дослідники займаються вже досить тривалий час. Системи управління процесом постійно покращуються. Із бурхливим розвитком обчислювальної техніки та удосконаленням методів розв’язання математичних моделей виробничих ситуацій з’являється можливість реалізації складніших і вимогливих процесів управління таким складним процесом, як вивіз руди із кар’єру ГЗК. Зокрема, розглянуті можливість та ефективність застосування багатокритеріальних алгоритмів, аналізу моделей на чутливість, алгоритмів динамічного програмування, нейромережевий підхід, кореляційний та дисперсійний аналіз до опису та управління стратегією проекту вивозу руди з кар’єру.

Зв’язок роботи з державними і науковими програмами, планами, темами. В основу дисертації покладено матеріали, які узагальнюють дослідження автора в межах реалізації науково-дослідних та інженірінгових робіт, державних і галузевих програм та бізнес-проектів, що виконуються в Криворізькому технічному університеті та на Інгулецькому гірничо-збагачувальному комбінаті у відповідності з Законом України №2623-14 від 11.07.2001 „Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки”; Постановами Кабінету Міністрів України „Про заходи щодо розвитку гірничо-металургійного комплексу”; „Про хід виконання Програми розвитку залізорудної промисловості України”; Державною комплексною програмою розвитку гірничо-металургійного комплексу України, затвердженою Постановою Кабінету Міністрів України.

Мета і завдання дослідження. Метою даного дослідження є розроблення інформаційно-аналітичної системи забезпечення якості сировини на гірничо-збагачувальних комбінатах на основі багатокритеріальних адаптивних моделей формування вантажопотоків та визначення термінів проведення технічного обслуговування і ремонтів екскаваторів.

Для досягнення цієї мети в дисертації були сформульовані та вирішені такі задачі:

1. Проведено аналіз сучасного стану питання планування роботи кар’єрів на тижнево-добово-змінному інтервалі та перспектив його вдосконалення в зв’язку з швидким розвитком комп’ютеризації в умовах гірничорудних підприємств; проведено аналіз формування геометричних параметрів робочої зони кар’єру для визначення об’ємних показників роботи вантажного обладнання.

2. Сформовано алгоритм та побудовано систему управління роботою кар’єру на тижнево-добово-змінному часовому інтервалі на основі багатокритеріальної моделі, що враховує технологічні, технічні та вартісні показники роботи кар’єру; запропоновано модель усунення несумісності обмежень, яка надає рекомендації по коректуванню вантажопотоків на кар’єрі в разі неможливості виконати планові показники роботи наявними засобами.

3. Узагальнено статистичний матеріал роботи вантажного обладнання кар’єру і запропоновано структуру нейронної мережі для ефективного прогнозування параметрів роботи обладнання в залежності від реальних виробничих умов та надійності; розроблено динамічну систему управління роботою кар’єру, що враховує збурюючі впливи, які виникають при непідтвердженні об’ємних та якісних параметрів роботи вантажно-транспортного комплексу.

4. Розроблено систему формування плану роботи залізорудного кар’єру для визначення раціональних термінів проведення технічного обслуговування і ремонтів обладнання та інших допоміжних робіт, що грунтується на застосуванні алгоритмів динамічного програмування та враховує виробничу ситуацію з метою забезпечення стабільної якості руди на вході збагачувальної фабрики.

5. Впроваджено результати дослідження у формі розроблення автоматизованих робочих місць робітників виробничого відділу кар’єру та диспетчера залізорудного комбінату.

Основна ідея роботи полягає у використанні оптимізаційних методів для управління роботою вантажно-транспортного комплексу кар’єру на тижнево-добово-змінному інтервалі.

Об’єктом дослідження є процес складання графіку роботи вантажно-транспортного комплексу залізорудного кар’єру на тижнево-добово-змінному часовому інтервалі.

Предметом дослідження є розроблення моделей аналізу та управління складними аспектами роботи залізорудного кар’єру при вивозі руди на внутрішньомісячному часовому інтервалі.

Методи дослідження:

- при аналізі впливу різних факторів на параметри продуктивності та надійності вантажного обладнання кар’єру (розділи 2 та 3) використовувались статистичні методи та кореляційний аналіз;

- при визначенні структури та параметрів нейронної мережі (розділ 3) для прогнозування можливої виробничої продуктивності роботи вантажного обладнання кар’єру використовувались методи структурного системного аналізу і методи теорії складних систем;

- при формуванні математичної моделі для вантажопотоків руди на кар’єрі (розділ 2) використовувались гірничо-геометричне моделювання та методи структурного системного аналізу, методи лінійного та дробово-лінійного програмування;

- при формуванні рекомендацій щодо застосування результатів роботи моделі вантажопотоків руди (розділ 2) використовувались методи аналізу на чутливість розв’язків задач лінійного та дробово-лінійного програмування;

- при складанні графіка роботи кар’єру на базі динамічної моделі розвитку гірничих робіт (розділ 3) використовувались методи системного аналізу та теорії складних систем;

- при визначенні термінів планово-попереджувальних ремонтів, узгоджених з динамічним формуванням вантажопотоків у кар’єрі (розділ 4), використані методи динамічного програмування та теорія класифікацій багаторівневих системних об’єктів.

Наукові положення, які захищаються в дисертації:

1. Математична модель управління сировинними ресурсами в проекті розроблення інформаційно-аналітичної системи забезпечення якості сировини в кар’єрі, яка відрізняється тим, що системно враховані технологічний, економічний та технічний критерії роботи його вантажно-транспортного комплексу.

2. Закономірності управління часовими параметрами в проекті розроблення інформаційно-аналітичної системи забезпечення якості сировини в кар’єрі, які відрізняються тим, що адаптивно враховуються зміни його параметрів за наявності збурювальних впливів при переформуванні вантажопотоків у динаміці гірничого виробництва.

3. Закономірності визначення термінів технічного обслуговування і ремонтів вантажного обладнання, які відрізняються тим, що параметри їх формуються з урахуванням технологічних критеріїв та експлуатаційної надійності кар’єрного обладнання із застосуванням методів динамічного програмування.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

1.Удосконалені критерії формування вантажопотоків руди на кар’єрі, системне врахування яких з обмеженнями за кількісними показниками роботи вантажно-транспортного комплексу дозволить сформувати ефективну інформаційно-аналітичну систему забезпечення якості сировини при вивезенні руди з кар’єру на тижнево-добово-змінному інтервалі; вперше розроблена багатокритеріальна модель формування вантажопотоків руди в кар’єрі, що враховує технологічні, гірничо-геометричні та економічні аспекти його роботи.

2. На основі отриманих закономірностей були уточнені та запропоновані моделі для коректування графіків роботи вантажно-транспортного комплексу кар’єру при недотриманні планових показників роботи, що дозволяє адаптивно враховувати виробничу ситуацію на підприємстві.

3. Уперше отримані закономірності та запропоновані моделі ефективного управління роботою кар’єру при визначенні термінів планово-попереджувальних ремонтів; сформована динамічна інформаційно-аналітична система забезпечення якості сировини при вивезенні руди з кар’єру, що дозволяє системно узгодити динамічний характер зміни умов його роботи та необхідні планові показники.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій підтверджуються коректністю поставлених завдань, використанням достатньо надійних методів дослідження операцій, кореляційного аналізу, нейромережевого підходу, позитивними результатами впровадження досліджень та розробок у виробництво в умовах кар’єру ВАТ „Інгулецький ГЗК”.

Наукове значення роботи полягає в дослідженні закономірностей управління проектом розробленні інформаційно-аналітичної системи забезпечення якості залізорудної сировини на гірничо-збагачувальному комбінаті.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані в роботі результати дозволили:

· виявити та обґрунтуванти основні складові оптимальної роботи вантажно-транспортного комплексу кар’єру, серед яких принциповими є економічні показники транспортування рудної маси від екскаваторів на пункти розвантаження, середньоквадратичне відхилення отриманих якісних показників від планових та вихід вантажного обладнання на необхідні контури робіт на кінець планового терміну;

· використати отримані статистичні дані щодо структури і параметрів нейронної мережі при прогнозуванні очікуваної виробничої продуктивності роботи вантажного обладнання кар’єру;

· прогнозувати із середньостатичним ризиком 2 та 3,5% продуктивність вантажного обладнання на змінному та добовому інтервалах планування;

· врахувати виявлені складові роботи кар’єру при управлінні його вантажно-транспортним комплексом за розбіжностей фактичних та планових показників;

· згідно визначеної структури системи та динамічного алгоритму управління його роботою проводити формування графіку роботи кар’єру на тижнево-добово-змінному інтервалі;

· динамічно змінювати структуру системи управління роботою вантажно-транспортного комплексу кар’єру при екстремальних збуреннях в умовах його роботи;

· розробляти рекомендації для користувачів системи за отриманими результатами розрахунків для ефективного управління роботою кар’єру;

· розробити програмні продукти для автоматизації роботи виробничого відділу та диспетчерів кар’єру.

Особистий внесок здобувача складають сформульовані та вирішені ним науково-технічні задачі, які включають у себе концептуальний підхід до управління проектом розроблення інформаційно-аналітичної системи забезпечення якості сировини при вивезенні руди вантажно-транспортним комплексом кар’єру; аналіз структури кар’єру для визначення закономірностей коректування управління вивезенням руди при відхиленні фактичних показників роботи від запланованих; розробка динамічної системи формування термінів технічного обслуговування і ремонтів вантажного обладнання кар’єру з метою підтримання стабільності якісних показників отриманої руди; програмна реалізація алгоритмів гірничо-геометричних розрахунків для автоматизації роботи диспетчера кар’єру, виробничого, геологічного та маркшейдерського відділів кар’єру.

Апробація результатів роботи. Основні положення роботи та результати дослідження обговорювались на міжнародній науково-технічній конференції „Форум гірників” (Дніпропетровськ, НГА, 2002-2003 рр.), 7-му міжнародному симпозіумі „Освоєння родовищ мінеральних ресурсів і підземне будівництво в складних гідрогеологічних умовах” (Бєлгород, ВІОГЕМ, 2003 р.), НТК “Сталий розвиток гірничо-металургійного розвитку України” (Кривий Ріг, червень 2004 р.), техрадах Інгулецького, Південного, Центрального, Північного гірничо-збагачувальних комбінатів.

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи опубліковано в 3 статтях у спеціалізованих наукових виданнях Переліку ВАК України, 1 тезах матеріалів конференцій та 1 авторському свідоцтві на твір.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, додатків, списку використаної літератури (85 найменувань). Повний обсяг дисертації – 173 стор., які включають 142 стор. основного тексту.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано вибір теми дисертації, її актуальність, сформульовано мету, завдання дослідження та методи аналізу, визначено об’єкт, новизну, теоретичну та практичну значущість роботи. .

У першому розділі проведено аналіз і огляд проблеми, сформульовані мета і задачі дисертаційного дослідження.

Відомі сформовані оптимізаційні моделі управління роботою кар’єра в дослідженнях Ю.П.Астаф’єва, В.А.Нападайла, О.А.Темченка, Ю.О.Андрусенка, С.Я.Арсен’єва, М.С.Суменкова, Г.К.Котова та багатьох інших вчених. Вони враховують різноманітні аспекти роботи кар’єру: рівномірність посування забоїв; максимум продуктивності кар’єру; рівномірність завантаження екскаваторів; мінімум дисперсії продуктивності окремих екскаваторів; вибір оптимального напрямку відробки кожного екскаваторного блоку; максимальний період часу, протягом якого збагачувальна фабрика буде працювати в режимі мінімальних відхилень якості корисних копалин у потоці від заданих; мінімізація середньоквадратичного відхилення вмісту заліза від заданого тощо.

Але більшість сформованих моделей пропонують розв’язувати задачі, ґрунтуючись на одному критерії, або поетапно реалізуючи евристичні процедури планування. Це пояснюється тим, що на час розроблення цих моделей апаратна частина їх реалізації не дозволяла в сприятливі терміни формувати ефективні плани роботи кар’єру. Дослідження показало, що використовуючи багатокритеріальні алгоритми розв’язання подібних задач на ЕОМ, можна врахувати одночасно технологічні, економічні та технічні аспекти роботи обладнання кар’єру при вивезенні руди. Відповідно до цього потрібно досліджувати і моделі формування вантажопотоків, що описують якомога повніше процес формування руди, яка надходить на подальшу переробку на ГЗК.

Закономірності формування тижнево-добових графіків роботи кар’єру висвітлені в роботах Ю.П.Астаф’єва, Є.В.Фрейдіної, В.А.Нападайла та інших вчених, причому в багатьох з них розглянуті питання врахування відхилення реальної виробничої ситуації роботи вантажно-транспортного обладнання кар’єру від запланованих параметрів. Для розв’язання виникаючих проблем пропонується насамперед відносити ситуацію до певного класу з тим, щоб обирати оптимальний розв’язок вже в рамках розгляду моделі, що враховує реальні обставини. Найчастіше вказані моделі лише на концептуальному рівні надають рекомендації з регулювання технологічними процесами і не формують алгоритмів управління роботою кар’єру, або вимагають значного коректування сформованих моделей до реальних ситуацій, які виникають у кар’єрі. Крім того, вірогідність виконання корекційних планів не оцінюється, а це за нестабільної роботи вантажно-транспортного комплексу кар’єру може привести до невиконання і такого плану. Враховуючи надійність роботи обладнання та математичний аналіз процесу знаходження оптимального рішення, можна істотно збільшити вірогідність виконання сформованих планів розподілення вантажопотоків.

Планово-попереджувальні ремонти вантажного та транспортного обладнання кар’єру завжди згадуються при формування тижнево-добово-змінних планів роботи (наприклад, у роботах Ю.П.Астаф’єва, Є.В.Фрейдіної, Ю.О.Андрусенка та багатьох інших вчених). У дослідженнях проводяться докладні аналізи роботи окремих механізмів обладнання з метою визначення оптимальних термінів його роботи. Але при формуванні графіків роботи кар’єру відбувається лише врахування термінів ремонтів, визначених директивно у відділах головного механіка та енергетика. Хоча можна достатньо ефективно вписувати ці дати в плани роботи, беручи до уваги технологічні, технічні та економічні аспекти роботи кар’єру.

Аналіз теоретичних розробок вчених, більшість з яких знайшли практичне застосування, дозволяє зробити висновок про те, що до сьогоднішнього дня не вирішені деякі окремі аспекти оперативного планування на залізорудному кар’єрі. Не піддана розробці в достатньому ступені задача формалізації вивезення руди з кар’єру, яка б вивчала його роботу та дозволяла б ефективно формувати рудні потоки, що надходять на подальшу переробку на гірничо-збагачувальному комбінаті. Отже, є потреба в подальшому удосконаленні системи оперативного планування гірничих робіт у кар’єрі та розробленні інформаційно-аналітичної системи забезпечення якості сировини, що дозволить здійснити безперервність процесу складання планів, обліку, аналізу та коректування планових завдань на внутрішньомісячному інтервалі з метою покращення показників вивезення руди з кар’єру.

У другому розділі розглядається кар’єр як об’єкт управління та математична модель формування вантажопотоків при вивезенні руди з кар’єру.

Проект – розробка інформаційно-аналітичної системи забезпечення якості сировини на залізорудному комбінаті:

-

-

-

Розроблення інформаційно-аналітичної системи забезпечення якості сировини є одноразовою нециклічною діяльністю. Головним чином це обумовлено різноманітністю умов, в яких працюють гірничо-збагачувальні комбінати: умови залягання рудних покладів; система розробки родовища корисних копалин; геологічна будова родовища; обладнання, яке використовується на кар’єрі; інформаційні зв’язки між службами ГЗК тощо. Крім того, майже завжди існує декілька варіантів отримання кінцевої продукції кар’єру – руди на пунктах розвантаження. Ці фактори обумовлюють необхідність у розробленні та впровадженні такого проекту, як інформаційно-аналітичної системи забезпечення якості залізорудної сировини, що надходить на подальшу переробку з кар’єру на фабрики гірничо-збагачувального комбінату.

Проект як система діяльності існує стільки часу, скільки його потрібно для отримання кінцевого результату – стабільної роботи інформаційно-аналітичної системи для забезпечення руди на пунктах розвантаження кар’єру ГЗК певної кількості та якості.

З точки зору системного підходу проект по розробленню інформаційно-аналітичної системи забезпечення якості рудної сировини розглядається як процес переходу від сучасного стану процесу формування руди на окремих пунктах розвантаження відомої якості та кількості (початковий стан) до автоматизованої системи управління роботою вантажно-транспортного комплексу кар’єру при врахуванні низки обмежень (співвідношення руди за збагачуваністю, вміст шкідливих домішок тощо) та параметрів різноманітних механізмів (продуктивність екскаватора, загальна вантажопідйомність автосамоскидів).

Результат проекту – стабільна робота інформаційно-аналітичної системи забезпечення якості руди на пунктах розвантаження, що надходить на подальшу переробку на дробарні, збагачувальні та агломераційні процеси.

Даний проект пов’язується з короткотерміновою метою, але є частиною загального проекту розробки родовища корисних копалин.

На першому етапі роботи інформаційно-аналітичної системи з управління ресурсами розглядається модель родовища, на якій вказуються підготовлені до виймання промислові запаси залізної руди, що можуть відвантажуватись екскаваторами на внутрішньомісячному інтервалі. Проводиться побудова початкових та кінцевих параметрів робочої зони кар’єру, підраховується об’єм готових до виймання запасів.

Багатокритеріальна математична модель (модель 1) формування вантажопотоків на інтервалі оперативного планування складається з таких критеріїв та обмежень:

- Критерії

1. Економічний критерій – мінімум транспортних витрат по перевезенню руди із забоїв до пунктів розвантаження:

, (1)

де cij – вартість транспортування 1 т руди від і-го екскаватора до j-го пункту розвантаження, грн.;

с – питома вартість транспортування 1 т руди на 1 км, грн./т км;

lij – відстань від і-го екскаватора до j-го пункту розвантаження;

Pij – керована величина – обсяг руди, який перевозиться від і-го екскаватора до j-го пункту розвантаження.

2. Технологічний критерій – мінімум середньоквадратичного відхилення показника якості корисного компонента в шихті, яка надходить на збагачувальну фабрику.

? min, (2)

де і – вміст корисного компонента в руді, що відвантажує і-й екскаватор;

плj – потрібна якість шихти, що сформується на j-й збагачувальній фабриці.

3. Технічний критерій – до закінчення певних часових періодів екскаватори повинні вийти на заплановане положення фронту робіт.

, (3)

де Pijmax – запас руди;

Rj – відпрацьовані запаси на початок планового періоду.

- Обмеження:

1. За обсягом шихти, що надходить на збагачувальну фабрику

, (4)

де Апл j – обсяг гірської маси, що надходить на j-у збагачувальну фабрику;

ДАj - можливе відхилення об’ємних показників руди, яка повинна надійти на j-й пункт розвантаження

2. За вмістом корисного компонента в шихті. Якість руди може знаходитись у деяких межах пл±

, (5)

де j – припустиме відхилення від плj.

3. За вмістом шкідливого компонента в шихті

, (6)

де Di – середній вміст шкідливих домішок в об’ємі видобутку і-го екскаватора;

Dj – припустиме значення вмісту шкідливих домішок у загальному об’ємі руди, що надходить на збагачувальну фабрику.

4. За співвідношенням у шихті різних сортів руд за збагачуваністю

, (7)

де - відповідно об’єми важко-, середньо- та легкозбагачувальних руд, що підлягають вийманню і-м екскаватором та поставляються на j-у збагачувальну фабрику;

Tj, Sj, Lj – частки важко-, середньо- та легкозбагачуваних руд у процентному відношенні, що відповідають вимогам j-ї збагачувальної фабрики.

5. За обсягом видобутку кожного екскаватора

, (8)

де Qi min, Qi max – відповідно мінімальна та максимальна продуктивність екскаватора в конкретному забої;

Vi – об’єм попутного скельного розкриття, який потрапив у контур видобуткових робіт і-го екскаватора.

6. Об’єм видобутку з кожної виймальної дільниці не перевищує запасу руди на даній дільниці

. (9)

Головний фактор, яким безпосередньо можна керувати процесом формування шихти, як відомо, - навантаження на екскаватор. Іншими словами, змінюючи частину вантажопотоку від конкретного екскаватора в загальному об’ємі руди, що надходить на фабрику, можна певним чином впливати на якість концентрату на пункті розвантаження.

Після математичних перетворень модель задачі має вигляд задачі лінійного програмування і до неї можна застосувати вже розроблені методи розв’язання та аналізу.

Багатокритеріальну задачу можна розв’язати за допомогою методу пріоритетів. При цьому спочатку критерії ранжуються в порядку важливості й задача розв’язується стільки разів, скільки критеріїв є в моделі. Причому кожний наступний розв’язок не може погіршити значення цільової функції, отримане на попередньому етапі. Це досягається введенням у модель додаткового обмеження.

На кожному етапі задачу лінійного програмування можна розв’язувати одним з відомих методів: симплекс, двоїстий симплекс, М-метод, двохетапний метод тощо.

Аналіз симплекс-таблиці на останній ітерації алгоритму дає можливість провести попередній аналіз розв’язку. Якщо двоїста змінна обмеження дорівнює нулеві та додаткова змінна більша за нуль, то по даному ресурсу наявний резерв. Значення певних двоїстих додаткових змінних vi показують, наскільки зменшиться цільова функція за примусового випуску одиниці даної продукції.

У разі, якщо обмеження моделі несумісні, пропонується модель (модель 2) для усунення несумісності та видачі рекомендації на зміну деяких вантажопотоків, яка відрізняється від моделі 1 цільовою функцією та видозміненим обмеженням (8)

(10)

, (11)

де ti – додатковий ресурс продуктивності екскаватора.

У третьому розділі розглядається складання тижнево-добових графіків роботи кар’єру як єдиної системи формування та коректування розподілення вантажопотоків при вивезенні руди з кар’єру.

На першому етапі корекції пропонується оцінити діапазони зміни параметрів якості сировини та продуктивності екскаваторів, за яких структура вантажопотоків залишається незмінною та перерахувати значення вантажопотоків за допомогою моделей 1 та 2.

Якщо вказані величини вийшли за межі діапазону, потрібно повністю повторити обчислення вантажопотоків, але при цьому ступінь вірогідності виконання отриманого плану перевезень повинна бути не меншою за необхідний.

У систему вводиться обмеження з ймовірності (надійності) виконання продуктивності екскаватора

. (12)

Це обмеження має детермінований еквівалент

(13)

, (14)

при застосуванні якого система знову стає лінійною.

Введені позначення:

і – заданий рівень ймовірності, з якою повинне виконатися обмеження;

t(i) – нормалізоване значення випадкової величини, що відповідає появі її з ймовірністю, більшою за і;

M[Qi] та ?[Qi] – відповідно математичне сподівання та середньоквадратичне відхилення продуктивності екскаватора.

Розглянуте питання прогнозування можливої продуктивності екскаватора на змінному та добовому інтервалах за допомогою кореляційного аналізу та нейронної мережі. Визначено, що кращі результати прогнозування спостерігаються при застосуванні нейронної мережі прямого розповсюдження з навчанням за алгоритмом зворотного розповсюдження помилки. При цьому аналізувались такі параметри:

х1 – міцність гірничих порід (за шкалою проф. М.М.Протод’яконова);

х2 – максимальний розмір середнього куска в забої, мм;

х3 – кут падіння гірничих порід, град;

х4 – ширина заходки, м;

х5 – висота забоя, м;

х6 – конструктивні особливості екскаватора;

х7 – термін експлуатації екскаватора, років;

х8 – кваліфікація машиніста;

х9 – погодні умови;

х10 – коефіцієнт відповідності вантажних та транспортних засобів;

х11 – вихідна величина – продуктивність екскаватора.

Найкращі результати прогнозування показала нейронна мережа з 3 нейронами в одному прихованому шарі: середня помилка склала 2% для змінної продуктивності та 3,5% для добової.

Надійність вузлів екскаваторів (під якою в даному випадку розуміємо ймовірність безвідмовної роботи) для усталених потоків визначається як

P(t)=exp(-лiti).

Модель 3 за певних обставин може бути несумісною, тому необхідно іншим чином узгодити показники продуктивності та надійності. Коефіцієнти при змінних величинах напряму впливатимуть на значення Pij: чим більше значення коефіцієнта, тим менше значення змінної сформує розв’язок задачі. Отже, застосування коефіцієнта при Pij, який зворотній до ймовірності безвідмовної роботи, забезпечить у деякій мірі пропорційний зв’язок між значенням вантажопотоку та ймовірністю.

У такому випадку обмеження з продуктивності пунктів призначення матиме такий вигляд

, (15)

де рі – ймовірність, з якою екскаватор і виконає заплановані об’єми.

Включення його до моделі 1 замість обмеження (4) сформує модель 4.

Розділ 4 присвячений закономірностям формування оптимальних термінів технічного обслуговування і ремонтів вантажного обладнання кар’єру.

Оптимальний розвиток гірничих робіт у кар’єрі за m термінів забезпечує підприємству максимальне зведене (до теперішнього моменту часу) значення показника ефективності П у розмірі

(16)

або

, (17)

де qi – вибране рішення на і-ому етапі;

Si – сукупність властивостей системи, що характеризують її стан;

Ui – управлінський вплив на систему.

Рекурентне співвідношення (17) у найзагальнішому вигляді відображує задачу складання термінів ТОіР гірничого обладнання.

Алгоритм функціонування моделі працює таким чином. Планування розпочинається на першу добу періоду. Спочатку підраховуються ймовірності виконання екскаваторами планових навантажень. Якщо отримане значення ймовірності для якогось екскаватора більше від критичного не більше, ніж на 10%, цей день для екскаватора відзначається як такий, для якого потрібно підрахувати доцільність початку проведення ТОіР. Другим та третім такими днями будуть два наступні дні. Формується план перевезень руди згідно моделей 3 та 4 на можливі дні початку та проведення ТОіР у декількох варіантах. При цьому за кожним разом визначається комплексний показник ефективності за умови роботи екскаватора і без нього з урахуванням можливих варіантів розвитку ситуації.

Він може мати такий вигляд

КРЕj = u1 F1 + u2 F2 + u3 F3, (18)

де ui – вагові коефіцієнти; можуть визначатися за методом експертних оцінок.

За результатами моделювання складається масив значень показників ефективності КРЕt, в якому вказуються значення КРЕ для екскаватору на кожну t-у добу інтервалу планування.

Проводиться процедура динамічного програмування для кожного екскаватора, якому потрібно буде виконувати ТОіР на інтервалі планування. За оцінку служить значення показника КРЕ для екскаватора. Результатом роботи процедури динамічного програмування буде обрана для даного екскаватора дата початку проведення ТОіР. Процедура повторюється n разів: по одному разу для кожного екскаватора.

Система управління ТОіР кожного разу працює для однакового інтервалу роботи вантажно-транспортного комплексу кар’єру – частіше всього для тижня. Тобто, коли планується робота екскаваторів на другу добу інтервалу, підраховуються оптимальні об’єми та оптимальні терміни ТОіР на наступні 7 діб з тим, щоб прогнозувати роботу кар’єру та обрати найкращі варіанти не тільки з урахуванням теперішньої ситуації, а й можливої.

Розроблені моделі та алгоритми інформаційно-аналітичної системи забезпечення якості сировини впроваджені на Інгулецькому гірничо-збагачувальному комбінаті. Результатом упровадження є зменшення коливання якісних показників шихти на пунктах розвантаження та зменшення вартості транспортування. Економічний ефект, досягнутий лише за рахунок зменшення транспортних витрат, складе 725,7 тис.грн/рік.

ВИСНОВКИ

У роботі вирішена актуальна науково-технічна задача розроблення інформаційно-аналітичної системи забезпечення якості сировини та створені моделі управління роботою залізорудного кар’єру на тижнево-добово-змінному інтервалі, запропоновані закономірності та моделі для коректування роботи вантажно-транспортного комплексу кар’єру при зміні вхідних параметрів, сформована динамічна модель управління проектом для визначення оптимальних вантажопотоків та термінів технічного обслуговування і ремонтів обладнання.

Основні наукові та практичні результати роботи полягають у наступному:

1. Запропоновані удосконалені критерії формування вантажопотоків руди на кар’єрі, системне врахування яких поряд з обмеженнями за кількісними показниками роботи вантажно-транспортного комплексу дозволить сформувати ефективну інформаційно-аналітичну систему забезпечення якості сировини кар’єру на тижнево-добово-змінному інтервалі; розроблена багатокритеріальна модель формування вантажопотоків руди на кар’єрі, що враховує технологічні, гірничо-геометричні та економічні аспекти його роботи.

2. Проаналізовані складові роботи кар’єру з точки зору їхнього впливу на кінцевий результат та розроблена організаційна структура управління проектом створення та впровадження інформаційно-аналітичної системи забезпечення якості сировини; на основі проведеного статистичного аналізу запропонована структура та параметри нейронної мережі для прогнозування виробничої продуктивності вантажного обладнання; на основі отриманих закономірностей запропоновані моделі та алгоритми для коректування графіків роботи вантажно-транспортного комплексу кар’єру при недотриманні планових показників роботи.

3. Сформована динамічна модель управління проектом розроблення інформаційно-аналітичної системи забезпечення якості сировини та запропоновані алгоритми ефективного керування роботою кар’єру при визначенні термінів технічного обслуговування і ремонтів; отримані закономірності управління вантажно-транспортним комплексом кар’єру, що дозволяють системно узгодити динамічний характер зміни умов його роботи та необхідні планові показники при функціонуванні інформаційно-аналітичної системи.

4. Отримані результати дозволять розробляти рекомендації для користувачів системи за отриманими результатами розрахунків щодо ефективного управління роботою кар’єру навіть за наявності деякої несумісності обмежень системи.

5. На підставі результатів досліджень розроблені та впроваджені програмні продукти для автоматизації роботи виробничого відділу та диспетчерів кар’єру, що дозволило стабілізувати значення якісних показників у шихті та зменшити витрати на транспортування руди.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНІ В ПУБЛІКАЦІЯХ:

1. Шолох Н.В., Шолох С.Н. Планирование горных работ как функция устойчивости комплексов оборудования на глубоких железорудных карьерах // Разработка рудных месторождений. – 2001, Вып. 77. – С. 150-154.

2. Шолох Н.В., Шолох С.Н. Система оценки автоматического проектирования пространственной изменчивости показателей железорудных месторождений // Разработка рудных месторождений. – 2002, вып. 79. – С.152-155.

3. Шолох С.М. Математична модель управління якістю руди при її видобутку в кар'єрі // Вісник Криворізького технічного університету.- 2004. - №4. – С.84-86.

4. Геоінформаційна система: свідоцтво на реєстрац. авторськ. права на твір 9805 Україна, комп’ютерна програма/ В.М.Назаренко, М.В.Назаренко, С.М.Шолох, С.А.Хоменко та ін.; дата реєстрації 15.04.2004.

5. Шолох С.М. Автоматизована система підготовки рудної шихти в кар’єрі залізорудного гірничозбагачувального комбіната // Науково-технічна конференція „Проблемы развития Криворожского железорудного бассейна”. Тези доповідей. - Кривий Ріг, 2002. – С. 87-88.

АНОТАЦІЯ

Шолох С.М. Закономірності управління забезпеченням якості шихти в проекті вивозу готових до виймання запасів руди з кар’єру залізорудного комбінату.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.13.22. – управління проектами і розвиток виробництва. – Криворізький технічний університет, Кривий Ріг, 2004.

Дисертація присвячена розгляду процесу оперативного планування роботою кар’єру гірничозбагачувального комбінату як проекту зі створення та впровадження інформаційно-аналітичної системи забезпечення якості рудної сировини на внутрішньомісячному інтервалі. Сформовано багатокритеріальну модель визначення вантажопотоків руди, проведено аналіз її розв’язку, запропоновані підходи для усунення її несумісності. Проаналізовано можливі відхилення при роботі кар’єру від намічених значень вантажопотоків та сформовано моделі коректування планових завдань з перевезення руди, що враховують ймовірнісний характер параметрів системи оперативного планування на кар’єрі; при цьому пропонується визначати продуктивність екскаватора на змінному та добовому інтервалах за допомогою нейронної мережі прямого розповсюдження. Визначено закономірності та структура моделі, що дозволяють підраховувати дати проведення технічного обслуговування і ремонтів обладнання в динаміці розвитку гірничої ситуації на кар’єрі з урахуванням комплексного показника ефективності.

Результати дисертації впроваджено на Інгулецькому гірничо-збагачувальному комбінаті у вигляді розробленого програмного забезпечення для автоматизації роботи працівників виробничого відділу та диспетчера рудника.

Ключові слова: кар’єр, гірничо-збагачувальний комбінат, управління проектами, вантажно-транспортний комплекс, критерії ефективності, аналіз чутливості моделі, коректування планових показників, технічне обслуговування і ремонти.

АННОТАЦИЯ

Шолох С.Н. Закономерности управления обеспечением качества шихты в проекте вывоза готовых к выемке запасов руды из карьера железорудного комбината.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.22. – управление проектами и развитие производства. – Криворожский технический университет, Кривой Рог, 2004.

Диссертация посвящена рассмотрению процесса оперативного планирования работы карьера горно-обогатительного комбината как проектом по созданию и внедрению информационно-аналитической системы обеспечения качества рудного сырья на внутримесячном интервале. Проведен анализ современного состояния вопроса планирования работы карьера на недельно-суточно-сменном интервале и перспектив его развития в связи с бурным развитием компьютеризации горнорудных предприятий; проведен анализ формирования геометрических параметров рабочей зоны карьера для определения объемных показателей работы погрузочного оборудования. Предлагается внедрить информационно-аналитическую систему обеспечения качества сырья как одноразовый проект, в ходе которого необходимо адаптировать разработанные закономерности управления к условиям определенного железорудного предприятия. Рассматриваемый проект является частью большого проекта разработки месторождения полезных ископаемых. Проблема проекта – получение шихты нужного качества и количества – решается распределением грузопотоков между экскаваторами и транспортированием руды от забоев на пункты разгрузки. Сформирована многокритериальная модель формирования грузопотоков руды, проведен анализ ее решения, предложены подходы для устранения ее несовместности. Проанализированы возможные отклонения в работе карьера от намеченных значений грузопотоков и сформированы модели корректирования плановых заданий по перевозке руды, которые учитывают вероятностный характер параметров системы оперативного планирования на карьере; при этом предлагается определять производительность экскаватора на сменном и суточном интервалах с помощью нейронной сети прямого распространения. Определены закономерности и структура модели, которые позволяют рассчитывать даты проведения технического обслуживания и ремонтов оборудования в динамике развития горной ситуации на карьере с учетом комплексного показателя эффективности.

Результаты диссертации внедрены на Ингулецком горно-обогатительном комбинате в виде спроектированного программного обеспечения для автоматизации работы сотрудников производственного отдела и диспетчера рудника. Рассчитанный экономический эффект от внедрения разработанных моделей управления составляет 725,7 тыс.грн.

Ключевые слова: карьер, горно-обогатительный комбинат, управление проектами, погрузочно-транспортный комплекс, критерии эффективности, анализ чувствительности модели, корректирование плановых показателей, техническое обслуживание и ремонты.

ABSTRACT

Sholokh S.M. Project Management optimum export of ore from career ore mining and processing enterprise on intramonth interval. The Thesis is a manuscript, submitted for reception scientific degree candidate of the technical sciences on profession 05.13.22 - management project and development proizvodstva. - Kryvorizkiy technical university, Кryvyj Rih, 2004. Thesis are dedicated to consideration of the process of the operative planning by work career ore mining and processing enterprise of the combine as project of the optimum export of ore on intramonth interval. It Is Formed multyobjective model of the shaping traffic ore, is organized analysis of her decision, is offered model for eliminating her incompatibility. The possible deflections will Analysed in work career from marked importances traffic and is formed models correction planned tasks on transportation of ore, which take into account the probabilistic nature a parameter systems of the operative planning on quarry; is it herewith offered define capacity of the excavator on removable and dayly interval by means of neural network of the direct spreading. The Certain regularities and structure to models, which allow to calculate the date of the undertaking planned-preventive repair of the equipment in speaker of the development to mountain situation on quarry with provision for complex factor of efficiency.

The Results to thesises are introduced on ore mining Ingulec and processing enterprise combine in the manner of designed software for automation of the work employee production department and traffic manager of the mine.

The Keywords: quarry, ore mining and processing enterprise, management project, loading-transport complex, criteria to efficiency, analysis to sensitivity to models, correction planned factors, planned-preventive repairs.