Розробка комплексної підсистеми організації та планування гірничо-транспортних процесів в залізорудних кар’єрах

Размещено на http://www.allbest.ru/

МIНIСТЕРСТВО ОСВIТИ УКРАЇНИ

НАЦIОНАЛЬНА ГIРНИЧА АКАДЕМIЯ УКРАЇНИ

УДК 65.014.1

Розробка комплексної підсистеми організації та планування гірничо-транспортних процесів в залізорудних кар'єрах

Спецiальнiсть 08.06.01 - "Економіка підприємства і організація виробництва"

Автореферат

дисертацiї на здобуття наукового ступеня

кандидата технiчних наук

Різун Ніна Олегівна

Днiпропетровськ 1999

Дисертацiєю є рукопис.

Робота виконана на кафедрі менеджменту Національної гірничої академії України Мiнiстерства освіти України (м. Дніпропетровськ)

Захист вiдбудеться " 13 " липня 1999 р. о 14-00 годинi на засiданнi спецiалiзованої вченої ради Д 08.080.03 при Нацiональнiй гiрничiй академiї України (320027, м. Днiпропетровськ - 27, пр. К.Маркса, 19).

З дисертацiєю можна ознайомитись в бiблiотецi Нацiональної гiрничої академiї України за адресою: 320027, м. Днiпропетровськ - 27, пр. К. Маркса, 19.

Автореферат розiсланий " 13 " червня 1999 р.

Вчений секретар спецiалiзованої вченої ради, канд. техн. наук, доцент Харченко В.В.

декомпозиція гірничий кар'єр залізорудний

АННОТАЦИЯ

Ризун Н.О. Разработка комплексной подсистемы организации и планирования горно-транспортных процессов в железорудных карьерах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 08.06.01 - "Экономика предприятия и организация производства". Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 1999.

Впервые с системных позиций обосновано полное множество факторов и усовершенствована методика формализации процедуры эвристической декомпозиции общей задачи организации и планирования горно-транспортных процессов в железорудных карьерах. Структурирован алгоритм системного синтеза, позволяющий обосновать рациональный состав и структуру функциональной части комплексной подсистемы.

Разработан алгоритм выбора рационального размещения перегрузочных пунктов в рабочей зоне карьера. Установлено, что рациональные способы организации работы карьерного автотранспорта в пределах отдельного горизонта определяются с учетом соотношения числа экскаваторов и автосамосвалов, а также диапазона расстояний перевозок. Сформулирован алгоритм определения последовательности отработки экскаваторных блоков, предполагающий минимизацию издержек на перемещение экскаваторов при соблюдении условия соотношения объемов добычи различных типов руд. Комплексный характер разработанной подсистемы в математических моделях технико-экономического и оперативного планирования обеспечивается путем одновременной минимизации затрат на внутрикарьерный и внешний транспорт горной массы на дробильно-обогатительную фабрику и отвалы. Установлено, что формирование оперативных планов горно-транспортных работ целесообразно выполнять по алгоритму последовательной оптимизации, который включает процедуру корректировки допустимых решений и позволяет минимизировать суммарные транспортные затраты и увеличить коэффициент использования пропускной способности перегрузочных пунктов.

Разработано программно-методическое обеспечение пускового комплекса, подтвердившее свою работоспособность и эффективность в условиях промышленной апробации.

Ключевые слова: железорудный карьер, горно-транспортный комплекс, организация и планирование, системный подход, декомпозиция, синтез, функциональная часть, комплексная подсистема

АНОТАЦІЯ

Різун Н.О. Розробка комплексної підсистеми організації та планування гірничо-транспортних процесів в залізорудних кар'єрах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 08.06.01 - "Економіка підприємства і організація виробництва". Національна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 1999.

Вдосконалено методику формалізації евристичної декомпозиції загальної задачі організації та планування гірничо-транспортних процесів в залізорудних кар'єрах, а також структуровано алгоритм системного синтезу, які дозволили отримати раціональний склад і структуру функціональної частини комплексної підсистеми. Розроблено математичні моделі організаційної підготовки виробництва, техніко-економічного та оперативного планування гірничо-транспортних робіт. Створено програмно-методичне забезпечення пускового комплексу, яке підтвердило свою ефективність в умовах промислової апробації.

Ключові слова: залізорудний кар'єр, гірничо-транспортний комплекс, організація та планування, системний підхід, декомпозиція, синтез, функціональна частина, комплексна підсистема.

ANNOTATION

Rizun Nina О. The development of a complex subsystem of the mining-transport processes in iron ore open-cast mines organization and planing. - Typescript.

Thesis for a candidate of technical sciences' degree in speciality 08.06.01 - "Economics and management of Mining Enterprise". - National Mining University of Ukraine, Dniеpropetrovsk, 1999.

Тhe technique of formalization of the heuristic decomposition procedure of the general task of the organization and planning of a mining-transport complex work is improved. The system synthesis algorithm is also structured. All this above-mentioned allowed to receive the rational composition and structure of the functional part of the complex subsystem. The mathematical models of organizational preparation of production, technical-economic and short-term mining-transport works planning are worked out. The program-methodical maintenance of the starting complex, which has confirmed its efficiency during industrial approbation.

Key words: iron ore quarry, mining-transport complex, organization and planning, composite approach, decomposition, synthesis, functional part, complex subsystem.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Провідне місце в гірничодобувній промисловості України займає відкритий спосіб видобутку корисних копалин як найпродуктивніший, економічний і безпечний. Функціонування залізорудних кар'єрів в ринкових умовах характеризується значним зниженням рівня бюджетного фінансування, перевищенням пропозиції металургійної сировини над попитом і підсиленням конкурентної боротьби на ринку збуту. Тому актуальними є питання, пов'язані зі зниженням витрат виробництва, і, як наслідок, підвищенням рентабельності роботи кар'єрів гірничо-збагачувальних комбінатів (ГЗК). Як показав аналіз структури собівартості залізної руди, найвагоміші витрати (майже 75%) припадають на виїмково-навантажувальні та транспортні роботи. Тому найважливішим напрямком підвищення ефективності роботи залізорудних кар'єрів є удосконалення системи організації, планування і управління гірничо-транспортним комплексом (ГТК).

Дослідженнями проблем організації, планування і управління ГТК залізорудних кар'єрів в оптимальному режимі інтенсивно займалися з початку 60-х рр. вчені Дніпропетровського, Ленінградського, Московського, Свердловського гірничих інститутів, Криворізького гірничорудного інституту, ІГС ім.Скочинського та ін. Значний внесок в опрацювання цих питань зробили академік АН СРСР В.В.Ржевський, професори, доктори технічних наук Ю.П.Астаф'єв, В.Г.Близнюков, В.Ф.Бизов, В.І.Ганицький, І.Л.Гуменик, А.Ю.Дриженко, М.Г.Новожилов, В.І. Прокопенко та ін.

Сьогодні головною вимогою до систем управління складними виробничими об'єктами є забезпечення їх комплексного характеру, що передбачає обгрунтування складу, погодження критеріїв і обмежень, розробку і програмну реалізацію функціональних задач всіх ієрархічних рівнів з повним урахуванням виробничих, організаційних та інформаційних зв'язків. З цієї точки зору в більшості наукових робіт, що аналізуються, не знайшов належного відображення системний підхід до вирішення питань організації і оптимізації гірничо-транспортних процесів залізорудних кар'єрів на підставі інформаційних технологій - один з основних напрямків створення сучасних систем управління підприємством.

У дисертаційній роботі на підставі системного підходу сформульоване і розв'язане актуальне науково-практичне завдання, яке полягає в обгрунтуванні і розробці складу функціональної частини комплексної підсистеми організації та планування роботи гірничо-транспортних комплексів залізорудних кар'єрів.

Дисертацію виконано в рамках наукових досліджень по вдосконаленню організації, планування і управління гірничим виробництвом, які виконувались на кафедрі менеджменту Національної гірничої академії України відповідно до плану держбюджетних робіт Міністерства освіти України і протоколу № 4 від 17.02.99 р. про науково-технічне співробітництво з ВАТ "Полтавський ГЗК".

Мета дисертаційної роботи полягає у створенні на підставі системного підходу комплексної підсистеми управління, що забезпечує організацію та планування гірничо-транспортних процесів залізорудних кар'єрів в оптимальному режимі.

Досягнення поставленої мети визначило необхідність вирішення наступних наукових завдань:

- вдосконалити методику декомпозиції загальної задачі організації та планування роботи гірничо-транспортних комплексів залізорудних кар'єрів, що дозволить отримати повну множину можливих функціональних задач комплексної підсистеми;

- обгрунтувати методичні принципи системного синтезу комплексної підсистеми організації та планування гірничо-транспортних робіт в залізорудних кар'єрах, які дозволять обгрунтувати раціональний склад і структуру її функціональної частини;

- розробити математичне забезпечення функціональних задач підготовки виробництва, техніко-економічного планування і оперативного управління гірничо-транспортними процесами, що забезпечить раціональну організацію вантажопотоків і мінімізацію транспортних витрат;

- створити інформаційне і програмне забезпечення комплексної підсистеми організації та планування гірничо-транспортних робіт, яке враховує специфіку ведення цих робіт на кар'єрі ВАТ "Полтавський ГЗК" і призначене для функціонування у складі АСУ ПГЗК.

Предметом досліджень є параметри і закономірності гірничо-транспортних процесів, що обумовлюють ефективне функціонування залізорудних кар'єрів. Дослідження виконано відповідно до умов гірничо-транспортного комплексу кар'єру ВАТ "Полтавський ГЗК".

Методологія і методика досліджень включає в себе: аналіз і узагальнення досягнень теорії і практики організації та планування роботи ГТК; системний аналіз об'єктів і процесів організації та планування роботи складних організаційно-технологічних систем; системний синтез складу і структури складних систем; економіко-математичне моделювання технологічних процесів відкритих гірничих робіт.

Наукові положення, що захищаються в дисертації:

1. Необхідною умовою ефективності комплексної підсистеми організації та планування гірничо-транспортних процесів є системна повнота множини функціональних задач, яка забезпечується формалізованою процедурою декомпозиції загальної задачі і методикою евристичного синтезу функціональної частини.

2. Раціональні способи організації роботи автотранспорту в межах окремого горизонту визначаються співвідношенням числа екскаваторів і автосамоскидів, а також діапазоном відстаней транспортування. Якщо різниця у відстанях транспортування перевищує встановлене граничне значення, то ефективним стає жорсткий спосіб закріплення автосамоскидів за вибоями.

3. Комплексне урахування технологічних і економічних факторів в математичних моделях техніко-економічного і оперативного планування гірничо-транспортних робіт забезпечується одночасною мінімізацією витрат на внутрішньокар'єрний і зовнішній транспорт на дробильно-збагачувальну фабрику і відвали.

Основний науковий результат дисертаційної роботи полягає в розробці і реалізації методики створення функціональної частини комплексної підсистеми організації та планування гірничо-транспортних процесів в залізорудних кар'єрах, в рамках якої:

- вперше зі системних позицій обгрунтовано множину факторів і вдосконалено методику формалізації процедури евристичної декомпозиції загальної задачі організації та планування роботи ГТК, що грунтується на структурно-організаційному, структурно-технологічному і часовому факторах, забезпечуючи одержання на етапі системного аналізу повної множини функціональних задач комплексної підсистеми;

- вперше для неформалізованої загальної задачі організації та планування роботи ГТК запропоновано формулювання на концептуальному рівні алгоритму системного синтезу на підставі принципу максимальної агрегації математичних моделей функціональних задач, що дозволяє обрати раціональний склад і структуру функціональної частини комплексної підсистеми;

- вперше отримано аналітичну модель гірничо-транспортних робіт, що дозволяє визначити область раціонального застосування різних способів закріплення автосамоскидів за видобувними вибоями в межах окремого горизонту;

- запропоновано алгоритм визначення послідовності відпрацювання блоків, який забезпечує мінімізацію відстаней перегонів екскаваторів з урахуванням вимоги до співвідношення об'ємів видобутку різних типів руд;

- реалізовано ідею послідовної оптимізації оперативних планів гірничо-транспортних робіт у вигляді алгоритму, який, на відміну від відомих, включає коригування допустимих рішень, що дозволяє мінімізувати сумарні транспортні витрати і збільшити коефіцієнт використання пропускної спроможності пунктів перевантаження.

Наукове значення отриманих результатів полягає в розробці методик організації та планування гірничо-транспортних процесів залізорудних кар'єрів в оптимальному режимі на основі системного підходу до створення комплексної підсистеми управління роботою ГТК.

Практичне значення отриманих результатів роботи полягає в розробленому програмно-методичному забезпеченні комплексної підсистеми організації та планування роботи ГТК, яке пройшло апробацію у промислових умовах Дніпровського рудоуправління ВАТ "Полтавський ГЗК" і включає:

- програмно реалізовані алгоритми: визначення оптимального розміщення пунктів перевантаження у залізорудному кар'єрі; вибору раціонального способу закріплення автосамоскидів за вибоями; формування раціональних схем вантажопотоків гірської маси на річному, квартальному і місячному рівнях планування; оперативного планування гірничо-транспортних робіт;

- інформаційну базу даних комплексної підсистеми організації та планування роботи ГТК;

- інтерфейси "користувач - база даних" і "база даних - функціональні задачі".

Особистий внесок здобувача полягає: у розвитку формального апарату декомпозиції загальної задачі організації та планування роботи ГТК залізорудного кар'єру; вдосконаленні процедури евристичного синтезу складу і структури функціональної частини комплексної підсистеми; аналітичному визначенні області раціонального застосування жорсткого закріплення автосамоскидів за вибоями; розробці алгоритмів визначення послідовності відпрацювання екскаваторних блоків і послідовної оптимізації оперативного плану гірничо-транспортних робіт; програмній реалізації бази даних і пускового комплексу функціональних задач.

Обгрунтованість і вірогідність наукових висновків та рекомендацій забезпечено: використанням апробованих положень і методів теорії та практики відкритої розробки родовищ корисних копалин; системним підходом до дослідження ГТК залізорудних кар'єрів як об'єкта організації та планування; позитивним результатом апробації у виробничих умовах розробленого програмно-методичного забезпечення комплексної підсистеми організації та планування роботи ГТК.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися і були схвалені на міжнародних конференціях "Теорія і практика рішень екологічних проблем в гірничодобувній і металургійній промисловості" (Дніпропетровськ, 1995) і "Проблеми комплексного освоєння надр" (Дніпропетровськ, 1998); на науково-методичній конференції "Економіка, управління та інформатика" (Дніпропетровськ, 1995); на науковому семінарі кафедри менеджменту Національної гірничої академії України (1996 - 1999 рр.).

Публікації. Основний зміст і висновки дисертації опубліковано у двох наукових журналах, одному збірнику наукових праць і двох збірниках тез доповідей на конференціях.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 4 розділів, висновків, списку використаної літератури з 126 найменувань на 13 сторінках, 7 додатків; містить 128 сторінок друкованого тексту, 23 рисунки на 24 сторінках, 12 таблиць, з них 8 на окремих сторінках, додатки на 16 сторінках. Загальний обсяг роботи - 189 сторінок.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Розділ 1. Стан питання і постановка завдань дослідження

Як показав аналіз технологічних схем ГТК залізорудних кар'єрів, більше 70% гірничої маси, що видобувається на потужних вітчизняних ГЗК, перевозиться автомобільним транспортом. Він найповніше відповідає технологічним вимогам розробки залізорудних родовищ при великій інтенсивності заглиблення і просування гірничих робіт, проте характеризується високими енергомісткістю і експлуатаційними витратами. У зв'язку з цим зроблено висновок про те, що головним напрямком підвищення ефективності роботи сучасних залізорудних кар'єрів є зниження сумарних транспортних витрат шляхом розробки підсистем організації, техніко-економічного і оперативного планування роботи ГТК.

Аналіз ГТК як складної організаційно-технологічної системи дозволив визначити специфічні особливості, які впливають на організацію і планування його роботи. Головними з них є: висока складність виробничої системи; несталість гірничо-геологічних і технічних умов; територіальна відокремленість і динамічний характер гірничих робіт.

Окрім того, встановлено, що до характерних особливостей загальної задачі організації та планування гірничо-транспортних процесів в залізорудних кар'єрах відносяться: велика інформаційна ємність; багатоцільовий характер; високий ступінь невизначеності інформації, що використовується; труднощі формалізації технологічних вимог і обмежень. Основним способом розв'язання подібного роду задач є реалізація системного підходу до визначення їх раціонального складу і структури, що передбачає виконання двох взаємопов'язаних етапів - системного аналізу і системного синтезу.

Аналіз відомих публікацій з питань організації та планування роботи ГТК залізорудних кар'єрів з погляду системного підходу до створення систем організації і планування, а також рівня опрацювання запропонованих авторами постановок задач, дозволив виявити такі недоліки: більшість наукових розробок носять фрагментарний характер; відсутні обгрунтування і системне погодження критеріїв і обмежень різних ієрархічних рівнів; більшість розглянутих задач подано лише на рівні математичної моделі або алгоритму рішення без програмної реалізації та апробації.

Розділ 2. Методологія синтезу функціональної частини комплексної підсистеми організації та планування гірничо-транспортних процесів

Інструментом системного аналізу є декомпозиція вихідної задачі на сукупність взаємопов'язаних функціональних підзадач меншої складності. Аналіз існуючих методів декомпозиції стосовно загальної задачі організації та планування гірничо-транспортних процесів дозволив зробити висновок про доцільність застосування методів, побудованих на евристичних принципах. Ключовими аспектами виконання евристичної декомпозиції вихідної задачі є вибір множини факторів, за якими виділяються окремі функціональні задачі, а також визначення кількості кроків декомпозиції.

При обгрунтуванні схем декомпозиції функціональної частини комплексної підсистеми організації та планування роботи ГТК вихідною була передумова виділення двох груп факторів: факторів, пов'язаних зі структуризацією ГТК як об'єкта управління, та факторів, обумовлених структуризацією керуючої частини. Крім того, було виділено групу факторів декомпозиції, що грунтуються на структуризації процесу прийняття рішень.

У розроблених схемах декомпозиції в якості базових обгрунтовано структурно-організаційний і структурно-технологічний фактори. Установлено, що структуризацію процесу прийняття рішення доцільно здійснювати з урахуванням часового фактору. При виконанні структурно-технологічної декомпозиції ГТК введено поняття основного технологічного процесу та процесів, що його забезпечують. Структура будь-якого технологічного процесу (матеріального або інформаційного) розглядається у двох аспектах: динамічному, який відображає концепцію потоку (сукупність окремих підпроцесів), і статичному, який відображає концепцію складу (сукупність елементних складових).

З метою підвищення ступеня формалізації процедури одержання повної множини можливих задач був удосконалений і застосований формалізований апарат евристичної декомпозиції, в межах якого введено умовні позначення:

- можливих видів декомпозиції за структурно-технологічним фактором - d1 (динамічної), d2 (статичної) і d3 (тотожної);

- технологічного процесу та процесу, що його забезпечує (результатів декомпозиції на (k-1)-му кроці);

- результатів можливих декомпозицій вихідних процесів і , а також підпроцесів і елементів, виділених на i-х (i=k-1, k, k+1 і т.д.) кроках декомпозиції.

Кожна із складових, отриманих на i-му кроці декомпозиції за структурно-технологічним або структурно-організаційним фактором, може бути об'єктом управління комплексної підсистеми організації та планування роботи ГТК.

Управління (результат k-го кроку динамічної декомпозиції d1 забезпечуючого процесу за структурно-технологічним фактором), може піддаватися структуризації в інформаційно-змістовному аспекті, внаслідок чого розглядаються процеси перетворення інформації і прийняття рішення , кожний з яких також може бути підданий декомпозиції за переліченими вище базовими факторами. Структурні складові, одержані в результаті виконання цих кроків декомпозиції, є не об'єктами управління, а самостійними підсистемами.

Крім того, підсистеми обліку , контролю , аналізу , прогнозу і вироблення керуючої дії (результати структурно-технологічної декомпозиції процесу прийняття рішення в динамічному аспекті) на (k+3)-м кроці можуть бути піддані декомпозиції за часовим фактором, що дозволяє отримати множину підсистем, які виконують основні функції щодо прийняття рішень відповідно на річному, квартальному, місячному, тижневому, добовому і внутрішньозмінному рівні.

Повна множина можливих забезпечуючих структурних складових задається символьною формулою, яка будується за наступним принципом: умовне позначення структурної складової, для формування якої використовується знак *, утворюється послідовним записом зліва направо умовних позначень засобів і об'єктів забезпечення. При цьому послідовність умовних позначень у формулі визначає формулювання назви одержаної структурної складової:

(1)

де - i-й і j-й підпроцеси основного технологічного процесу, що виділяються на k-му кроці декомпозиції;

- предмети праці, засоби праці, технологія, організація і персонал основного технологічного процесу;

- підпроцеси підготовки, забезпечення, реалізації, розвитку і управління забезпечуючим процесом;

- предмети праці, засоби праці, технологія, організація і персонал забезпечуючого процесу.

Виконуючи перелічені види декомпозиції і підставляючи замість відповідні підпроцеси і елементи у формулу (1), можна визначити повну множину можливих функціональних підсистем (задач) організації та планування роботи ГТК, що виділяються за один або декілька кроків декомпозиції. Наприклад, підсистема управління підготовкою технології видобутку руди (підпроцес 2) позначається ; підсистема управління підготовкою персоналу - ; підсистема планування транспортних робіт (підпроцес 3) на місячному рівні - .

Кількість кроків декомпозиції визначається правилом зупинки, згідно з яким виконання декомпозиції пропонується припиняти при досягненні елементарного рівня формального опису функціональних задач, подальша деталізація якого не має сенсу. Верифікація методики формалізації процедури евристичної декомпозиції на відповідність типовим функціональним підсистемам АСУВ підтвердила її коректність.

Специфіка ГТК як складного організаційно-технологічного об'єкту визначила вибір на етапі системного синтезу неформалізованого підходу. У зв'язку з цим, необхідність розв'язання задачі синтезу як керуючої частини, так і об'єкту управління, з одного боку, і складність вихідної задачі - з іншого, зумовили необхідність проведення роздільного послідовного синтезу ГТК і підсистеми організації та планування гірничо-транспортних процесів.

Обгрунтований принцип максимальної агрегації математичних моделей функціональних задач дозволив структурувати алгоритм системного синтезу функціональної частини комплексної підсистеми організації та планування роботи ГТК і сформулювати зміст основних його етапів.

У зв'язку з тим, що ГТК кар'єру ВАТ "Полтавський ГЗК" вже функціонує, і етап його параметричного і структурного синтезу був виконаний на стадії проектування кар'єру (визначено тип і кількість видобувного, транспортного обладнання і обладнання приймальної ланки; погоджено основні технологічні і просторово-часові параметри обладнання; задано структуру технологічних зв'язків), задача синтезу ГТК як об'єкту управління в даній роботі розглядалася в аспекті коригуючого (доповнюючого) синтезу. З цієї причини на етапі структурного синтезу задавалися варіанти технологічних схем ГТК глибоких кар'єрів. На етапі параметричного синтезу здійснювалося погодження параметрів технологічних ланок гірничо-транспортних комплексів. Вибір раціонального складу і структури об'єкта управління відбувався шляхом експертної оцінки ефективності його функціонування.

Задача синтезу комплексної підсистеми організації та планування гірничо-транспортних процесів в залізорудних кар'єрах розглядалася як подальший розвиток існуючої автоматизованої системи управління ВАТ "Полтавський ГЗК". Виконання етапу структурного синтезу грунтувалося на математичних моделях можливих функціональних задач, отриманих за різними схемами декомпозиції. На їх основі для кожної схеми задавалися варіанти складу задач, а також структури інформаційних, організаційних та ієрархічних зв'язків між ними. На етапі параметричного синтезу здійснювалося погодження параметрів між функціональними задачами, склад і структура яких були обгрунтовані на етапі структурного синтезу. На основі отриманих результатів виконувався аналіз ефективності функціонування керуючої частини при різних варіантах складу і структури та обирався раціональний варіант.

Результатом реалізації методології системного синтезу є отриманий раціональний склад і структура комплексної підсистеми організації та планування гірничо-транспортних процесів в залізорудних кар'єрах (рис. 1).

Розділ 3. Розробка математичного забезпечення комплексної підсистеми організації та планування гірничо-транспортних процесів

Виходячи з конкретних гірничо-технологічних умов залізорудного кар'єру ВАТ "Полтавський ГЗК", а також актуальності і доцільності практичної реалізації задач функціональної частини комплексної підсистеми організації та планування роботи ГТК, визначено склад пускового комплексу (задачі, що входять до пускового комплексу, на рис. 1 відмічено знаком v).

Враховуючи динамізм гірничих робіт, на етапі підготовки виробництва необхідно в першу чергу вирішувати питання розміщення перевантажувальних пунктів (ПП) в залізорудному кар'єрі. Відповідно до умов кар'єру ВАТ "Полтавський ГЗК" постановка даної задачі формулюється таким чином. Технологами пропонується S можливих варіантів розміщення на території кар'єру m ПП з пропускною спроможністю Pj (j=1,m) з жорстко встановленою схемою транспортних зв'язків з екскаваторними блоками. У кар'єрі є n екскаваторних блоків, з них: r блоків з рудою і скельними розкривними породами (n1 - з рудою типу і (r-n1) - з рудою типу ); (n-r) - тільки зі скельними розкривними породами (r<=n). На деякий плановий період Тпл встановлено завдання по видобутку руди Qi (i=1,r) і скельних розкривних порід Qсi (i=1,n) з кожного блоку, причому при розробці планів повинна виконуватися вимога до співвідношення об'ємів видобутку типів руд і -- 3/2:

. (2)

Для кожного з S можливих варіантів розміщення перевантажувальних пунктів вирішується задача транспортного типу, що мінімізує сумарні витрати на перевезення гірської маси від екскаваторних блоків до ПП з урахуванням обмежень за об'ємами видобутку руди і пропускною спроможністю ПП. На підставі S отриманих результатів вибирається варіант з найменшими витратами.

Аналіз технологічних схем ГТК дозволив виконати їх систематизацію, а також оцінити ефективність цих схем з використанням апарату теорії масового обслуговування.

У більшості розробок, що інтерпретують ГТК як систему масового обслуговування (СМО), відстані від всіх вибоїв до ПП звичайно приймалися рівними. Це припущення не відповідає умовам функціонування глибоких кар'єрів, у зв'язку з чим було розроблено модель багатоканальної замкнутої СМО з різнорідними за відстанями перевезення каналами (вибоями), які розташовані в межах окремого горизонту. Основною відмінністю даної моделі від відомих є те, що при визначенні інтенсивності обслуговування i-го вибою мi (i=1,n), що характеризує різнорідність каналів, враховується не тільки час завантаження tзав, але й час руху автосамоскида на відстань 2ДLi:

, (3)

де ?Li= Li - Lбаз - різниця між відстанями транспортування гірської маси з i-го вибою до пункту перевантаження Li і найменшою серед них відстанню Lбаз (Lбаз =MIN (), i=1, n);

V - нормативна швидкість руху автосамоскида.

Отримані в результаті досліджень даної моделі залежності середнього часу перебування автосамоскидів у черзі від їх числа у кар'єрі, а також від значення ДLi при різних базових відстанях транспортування Lбаз дозволили встановити наступне: 1) середній час перебування автосамоскидів в черзі при збільшенні різниці ?Li зростає більш інтенсивно при меншій базовій відстані; 2) середній час перебування автосамоскидів в черзі за інших рівних умов збільшується із зростанням числа автосамоскидів у кар'єрі.

Аналіз одержаних залежностей і порівняння їх з характеристиками одноканальних моделей СМО дозволив зробити висновок про існування границі раціонального застосування схем групового закріплення автосамоскидів за вибоями в межах окремого горизонту. Такою границею є різниця у відстанях транспортування гірської маси від вибоїв до ПП ?Lгр, при перевищенні якої доцільним стає жорстке закріплення автосамоскидів за вибоями. На підставі одержаних в результаті моделювання даних було встановлено регресійну залежність граничної різниці ?Lгр від кількості автосамоскидів C у кар'єрі і базової відстані транспортування Lбаз:

Lгр (C, Lбаз)=0,125 - 0,086 C+0,756 Lбаз . (4)

Апробація даної залежності для умов групи екскаваторних блоків (гор.-90м) ВАТ "Полтавський ГЗК" підтвердила її ефективність. За рахунок переходу до організаційної схеми з жорстким закріпленням автосамоскидів за вибоями в межах окремого горизонту одержано скорочення об'єму робіт в розмірі 0,147 машино-зміни.

Відправним пунктом поточного планування роботи ГТК є визначення послідовності відпрацювання екскаваторних блоків. Для виконання річного плану видобутку гірської маси Qг виділяється Z екскаваторів з базовою місячною продуктивністю qміс (Qг/12=(qмісq)*Z) і пропонується схема початкової розстановки екскаваторів. Кількість екскаваторів Z1 і Z2 (Z1+Z2=Z), що виділяються на блоки з рудою типу і , розраховується з урахуванням необхідного співвідношення об'ємів видобутку різних типів руд (3/2) і допустимого відхилення від місячної продуктивності екскаватора в межах q.

На підставі даних про наявність транспортних комунікацій і відстаней між екскаваторними блоками кар'єру необхідно визначити послідовність відпрацювання блоків так, щоб виконання плану по видобутку гірської маси на рік і дотримання об'ємів різних типів руд, що надходять на дробильно-збагачувальну фабрику (ДЗФ), забезпечувалося з мінімальними витратами на переміщення екскаваторів. Алгоритм розв'язання даної задачі такий:

На основі технологічної карти розташування екскаваторних блоків в кар'єрі формується матриця відстаней між блоками R (n*n).

Для блоків, що відпрацьовуються в першу чергу, будується часова діаграма шляхом визначення моментів початку tiпоч і завершення їх відпрацювання tiзв (часовий інтервал - 1 місяць), на основі якої формується вектор Т, що містить результати ранжування моментів завершення відпрацювання блоків за ознакою від більш раннього до більш пізнього. Якщо моменти завершення відпрацювання блоків tiзв менше tk (tk=1,12 міс), відбувається пошук подальших маршрутів переміщення екскаваторів за правилами п. 3,4.

Якщо два суміжних елементи вектора T відповідають блокам з гірською масою одного типу, то для першого з них визначаємо маршрут переміщення до блоку з гірською масою того ж типу за принципом мінімальної відстані між блоками.

Якщо два суміжних елементи вектора T відповідають блокам з гірською масою різних типів, то можливий альтернативний вибір подальшого маршруту переміщення екскаватора, який полягає у наступному: якщо різниця в моментах завершення відпрацювання блоків і , відповідних суміжним елементам вектора T така, що

, (5)

то вибрані альтернативні варіанти маршрутів руху аналізуються на предмет доцільності взаємозаміни типів гірської маси кінцевих блоків за критерієм мінімальної відстані переміщення екскаватора, інакше вибір маршруту виконується відповідно до п.3.

Повторюючи пункти 2-4 для кожних двох суміжних елементів вектора T в усіх планових періодах tk, що відповідають місяцям року, формується загальна схема послідовності відпрацювання екскаваторних блоків на залізорудному кар'єрі.

Сформульовану задачу було вирішено стосовно умов ВАТ "Полтавський ГЗК" для визначення послідовності відпрацювання екскаваторних блоків в північній зоні кар'єру (Лавриковська дільниця).

Наступною задачею поточного планування гірничо-транспортних робіт є задача формування оптимальних вантажопотоків гірської маси на заданий плановий період (рік, квартал, місяць), що полягає в наступному: необхідно встановити маршрути і об'єми транспортування руди і скельної розкривної породи з кожного блоку через дробильно-перевантажувальний пункт (ДПП) та ПП так, щоб сумарні транспортні витрати на внутрішьокар'єрний та зовнішній транспорт були мінімальними, а також витримувалося планове співвідношення між об'ємами видобутку різних типів руд (2).

На першому етапі розв'язання задачі формується план оптимальних вантажопотоків руди, на базі якого на другому етапі встановлюється план оптимальних вантажопотоків скельної розкривної породи. У ролі технологічних обмежень виступають:

об'єм видобутку гірської маси в кожному екскаваторному блоці:

, (6)

де Хij - кількість руди, відвантаженої з i-го рудного блоку на j-й ПП;

необхідне співвідношення об'ємів різних типів руд, що транспортуються через ДПП:

; (7)

об'єм перевезень через кожний ПП:

. (8)

Цільова функція мінімізує сумарні витрати на доставку руди з екскаваторних блоків на ДЗФ (перший етап), а також скельної розкривної породи - у відвали (другий етап) через ДПП або ПП. Внаслідок обмеження на виконання співвідношення між об'ємами різних типів руд, що надходять на ДПП, дана задача не є класичною розімкненою задачею транспортного типу з перевалочними базами.

Рішення цієї задачі на етапі техніко-економічного планування дозволяє визначити загальну структуру вантажопотоків гірської маси на заданий плановий період. На етапі оперативного планування задача формування оптимальних оперативних (тижнево-добових) планів гірничо-транспортних робіт формулюється таким чином: необхідно встановити маршрути і об'єми транспортування руди і скельної розкривної породи через ДПП та ПП так, щоб з урахуванням дотримання планового співвідношення між об'ємами видобутку різних типів руд (2) сумарні транспортні витрати були мінімальними, а через кожний перевантажувальний пункт транспортувалася гірська маса одного й того ж типу.

Задача оперативного планування гірничо-транспортних робіт вирішується в три етапи - для руди типу , руди типу і скельної розкривної породи. Враховуючи багатокритеріальний характер даної задачі, застосовується методика послідовної оптимізації. У зв'язку з цим на кожному з перерахованих етапів визначається початковий оптимальний план перевезень гірської маси за критерієм мінімальних сумарних витрат на внутрішньокар'єрний та зовнішній транспорт відповідно до обмежень, аналогічних (6-8). Коригування області допустимих рішень за критерієм максимального значення коефіцієнта використання пропускної спроможності ПП, вибраних у початковому плані, відбувається згідно з розробленим алгоритмом (рис. 2).

Таким чином, створене математичне забезпечення функціональних задач пускового комплексу підсистеми організації та планування роботи ГТК спрямоване на удосконалення організації гірничо-транспортних робіт і мінімізацію сумарних витрат на їх виконання, враховує специфіку проведення цих робіт у кар'єрі ВАТ "Полтавський ГЗК" і призначене для функціонування у складі АСУВ.

Розділ 4. Програмно-методичне забезпечення комплексної підсистеми організації та планування гірничо-транспортних процесів

Концепція створення програмно-методичного забезпечення передбачає: базу даних; інтерфейси "користувач - база даних" і "база даних - програма"; програми комплексів функціональних задач. Структура інформаційних зв'язків автоматизованої підсистеми організації та планування гірничо-транспортних процесів передбачає інформаційний обмін зі структурними підрозділами рудоуправління (технічним, виробничим, маркшейдерським, геологічним відділами), а також підсистемами АСУ.

Встановлено, що доцільною моделлю даних щодо ГТК кар'єру ВАТ "Полтавський ГЗК" є модель з комбінованою структурою: ієрархічною (верхні рівні) і реляційною (нижні рівні), що поєднує простоту реляційної форми даних з можливістю відображення структури функціональної частини за допомогою ієрархічної форми даних.

Обгрунтовано склад і структуру бази даних як інформаційного ядра автоматизованої підсистеми організації та планування гірничо-транспортних процесів. В основу структуризації реляційної ієрархічної бази даних покладено запропоновані в дисертації класифікаційні ознаки за складом вхідної і вихідної інформації комплексу організації і планування гірничо-транспортних процесів. Розроблено схему технологічного процесу обробки інформації підсистеми, а також склад і структуру файлової системи бази даних.

Структурні схеми діалогу комплексної підсистеми з користувачем, запропоновані у дисертації, дозволили при програмній реалізації системи створити гнучкий інтерфейс, що забезпечує наочне введення вихідної інформації, логічний контроль вихідних даних і можливість їх оперативного коригування.

У результаті апробації пускового комплексу програм (табл. 1) підсистеми організації і планування гірничо-транспортних процесів в умовах ВАТ "Полтавський ГЗК" підтверджено його дієздатність і ефективність. Очікуваний економічний ефект від його впровадження складає 17000 гривень на рік.

Таблиця 1. Склад пакету прикладних програм пускового комплексу

Функціональна задача	Програмний модуль
Управління підготовкою виробництва ГТК
Визначення місця розташування перевантажувальних пунктів	Peregr_Opt
Організація роботи навантажувально-транспортного обладнання	Org_Opt
Техніко-економічне управління ГТК
Формування графіка послідовності відпрацювання видобувних блоків	Posled_Opt
Розрахунок річного плану транспортування гірської маси	God_Opt
Розрахунок квартального плану транспортування гірської маси	Kvart_Opt
Розрахунок місячного плану транспортування гірської маси	Mes_Opt
Оперативне управління ГТК
Розрахунок плану транспортування гірської маси на тижнево-добовому рівні	Oper_Opt

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі одержано науково-практичні результати в галузі оптимізації гірничо-транспортних процесів в залізорудних кар'єрах шляхом розробки методики системного підходу і створення функціональної частини комплексної підсистеми організації та планування роботи гірничо-транспортного комплексу.

Найважливіші наукові і практичні результати, висновки і рекомендації полягають в наступному:

1. Множина функціональних задач комплексної підсистеми організації та планування роботи ГТК визначається прийнятою схемою декомпозиції загальної задачі і методикою синтезу функціональної частини. Зокрема, достатня системна повнота множини функціональних задач забезпечується при декомпозиції загальної задачі за структурно-технологічним і часовим факторами у статичному і динамічному аспектах.

2. Обгрунтований у роботі принцип максимальної агрегації математичних моделей функціональних задач дозволив структурувати алгоритм системного синтезу функціональної частини комплексної підсистеми організації та планування роботи ГТК, за допомогою якого отримано її раціональний склад і структуру.

3. Раціональне розміщення перевантажувальних пунктів в робочій зоні кар'єру можна визначати за допомогою алгоритму, що реалізує поєднання методу перебирання варіантів з мінімізацією кожного варіанта за витратами на транспортування гірської маси.

4. Жорсткий спосіб закріплення автосамоскидів за вибоями в межах одного горизонту є ефективним, якщо різниця у відстанях транспортування перевищує встановлене граничне значення, яке залежить від співвідношення числа екскаваторів і автосамоскидів, а також від діапазону відстаней транспортування.

5. Формування графіка послідовності відпрацювання екскаваторних блоків повинно виконуватися за алгоритмом, що дозволяє мінімізувати витрати на переміщення екскаваторів з урахуванням дотримання умови до співвідношення об'ємів видобутку різних типів руд.

6. Математичні моделі оптимізації гірничо-транспортних процесів на річному, квартальному і місячному рівнях повинні враховувати вимоги до співвідношення об'ємів видобутку різних типів руд і забезпечувати одночасну мінімізацію витрат на внутрішньокар'єрне і зовнішнє транспортування гірської маси на ДЗФ і відвали.

7. Розрахунок оперативних планів гірничо-транспортних робіт доцільно виконувати за алгоритмом послідовної оптимізації, що включає процедуру коригування допустимих рішень і дозволяє не тільки мінімізувати сумарні транспортні витрати, але й збільшити коефіцієнт використання пропускної спроможності перевантажувальних пунктів.

8. Концепція створення програмно-методичного забезпечення комплексної підсистеми повинна передбачати такий склад: базу даних; інтерфейси "користувач - база даних" і "база даних - програма"; програми комплексів функціональних задач. Структура інформаційних зв'язків автоматизованої підсистеми організації та планування роботи ГТК має забезпечувати ефективний інформаційний обмін зі структурними підрозділами підприємства - технічним, виробничим, маркшейдерським, геологічним відділами, а також відповідними підсистемами АСУ.

Розроблене в рамках цієї концепції програмно-методичне забезпечення пускового комплексу підсистеми організації та планування роботи ГТК підтвердило свою працездатність і ефективність в умовах апробації на ВАТ "Полтавський ГЗК". Очікуваний економічний ефект від його впровадження складає 17 тис.грн./рік.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО В НАСТУПНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ РОБОТАХ

1. Ризун Н.О., Эрперт А.М., Крикун Е.Д. Оптимизация плана перевозок горной массы на Полтавском ГОКе // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1995. - № 4. - С.64-66.

2. Ризун Н.О., Эрперт А.М., Крикун Е.Д. Автоматизация планирования порядка отработки блоков на железорудном карьере Полтавского ГОКа // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1996. - № 2. - С.73-75.

3. Ризун Н.О., Эрперт А.М., Гонцул В.А. Моделирование структурных схем организации работы автотранспорта железорудного карьера на примере АСУ Полтавского ГОКа // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1997. - № 1. - С.82-84.

4. Ризун Н.О. Применение экономико-математических методов в управлении предприятием // Академічний огляд / Дніпропетровська академія управління, бізнесу та права. - 1998. - № 1. - С.98-102.

5. Ризун Н.О. Система факторов эвристической декомпозиции задачи организации и планирования работы горно-транспортного комплекса // 1- я Международная научно-техническая конференция. Проблемы комплексного освоения недр: Сборник научных трудов НГА Украины № 2. - Днепропетровск: РИК НГА Украины. - 1998. - С.148-152.

6. Ризун Н.О. Методика формализации эвристической декомпозиции задач организации и планирования работы горно-транспортного комплекса // 1-я Международная научно-техническая конференция. Проблемы комплексного освоения недр: Сборник научных трудов НГА Украины № 2. - Днепропетровск: РИК НГА Украины. - 1998. - С.152-157.

Размещено на Allbest.ru