Ю.А. Шпургалов, 2004 УДК 622.254. Ю.А. Шпургалов К ВОПРОСУ О СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ МЕТОДОВ ОПТИМАЛЬНОЕО УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ КАЛИЙНЫХ РУДНИКОВ f T изкий коэффициент использования Л л . производственного оборудования, как правило, следствие недостаточной органи­ зации производства. Недостаточный уровень организации работ на руднике наглядно демонстрирует представ­ ленная на рисунке 1 зависимость количества ру­ ды, добытой со второго горизонта одним из руд­ ников ПО «Беларуськалий». Статистическая обработка данных, пред­ ставленных на рис. 1 и аналогичных данных по другим рудникам РУН ПО «Беларуськалий» позволяет заключить, что среднемесячная про­ изводительность комплексов, а также количе­ ства руды, добытой по месяцам на рудниках, имеет равномерный характер распределения. Для них характерно значительное изменение во времени. Одним из критериев современных методов правления предприятием является стабильность его технико-экономических пока­ зателей, либо изменение последних по закону, определенному в период планирования его производственной деятельности. Из выше из­ ложенного следует, что система управления горным предприятием будет более совершен­ ной, если она будет базироваться на совмест­ ном решении задач планирования показателей производства, организации работ очистных и проходческих комплексов, выбора технологии ведения горных работ, проектирования разви­ тия горных работ. Такой подход принято назы­ вать системным. Другими словами, системный подход в управлении предприятием означает, что одновременно определяются и плановые показатели производства и пути их достиже­ ния. Однако задачи оптимального управления горным производством на базе системного подхода являются той областью исследований, для которой можно эффективно применять да­ леко не все известные научные подходы. Без преувеличения можно заключить, что на со­ временном этапе развития производства единст­ венным эффективным способом решения выше обозначенных задач является метод математиче­ ского моделирования и моделирования на ЭВМ. Для исследования и совершенствования методов оптимального управления производст­ венной деятельностью калийных рудников предпринята попытка разработки соответст­ вующих математических моделей, по мнению автора, наиболее полно удовлетворяющих со­ временным требованиям производства и впол­ не реализуемых на практике в силу сущест­ вующего положения дел на рудниках с обеспече­ нием средствами вычислительной техники и на­ личием подготовленного инженерно- технического персонала. Разработанные математические модели по­ лучили название «интеграционные», что озна­ чает, что при их создании ставилась задача объединить (интегрировать) в них преимуще­ ство интуитивных, имитационных и аналити­ ческих моделей. В сокращенном виде форму­ лировка задачи оптимального управления про­ изводственной деятельностью рудника для достаточно общего случая выглядит следую­ щим образом. Пусть предварительно выбрана некоторая система вскрытия шахтного поля и определен способ его подготовки (стволы, их положение, положение и характеристики главных выработок определены). На плане горных работ определены границы шахтного поля и положение фронтов очистных и подготовительных работ на некото­ рый момент . Существует возможность полу­ чения дополнительного оборудования и ис­ ключения из процесса добычи руды дейст­ вующего оборудования в любой момент вре­ мени . Необходимо установить оптимальные значения технико-экономических показателей производственной деятельности калийного рудника (ТЭП ПДКР) в процессе планирования и проектировании развития горных работ, организации работ очистных и проходческих комплексов, выбора технологии ведения горных работ в зависимости от горно-геологических характеристик месторо­ ждения, физических и организационно- технологичес-ких характеристик процессов до­ бычи руды, основных технических решений и управляющих воздействий на систему. Задача должна удовлетворять следующим основным ограничениям: правилам ведения горных работ и техники безопасности; пропу­ скным способностям конвейеров главного на­ правления и стволов; системе ограничений по объему и качеству добываемой руды; ограни­ чениям по среднемесячным нагрузкам на за­ бой; ограничениям по затратам на амортиза­ цию оборудования от его простоев; ограниче­ ниям по последовательности отрабатываемых панелейСформулированная прикладная задача формализована в виде аналитической (матема­ тической) задачи, представляющей собой не­ линейную экономико-математическую модель с вышеназванными нелинейными ограниче­ ниями и представлена в [1]. В качестве крите­ рия оптимальности выбрана прибыль от про­ мышленного использования 1 т балансовых за­ пасов руды. В качестве неизвестных величин выбраны: бинарная величина ^ равная 1, если панель с номером к обрабатывается по т - й технологической схеме, укомплектованной п-ным типом оборудования, а подготовитель­ ные работы выполнены р-тым типом проход­ ческого оборудования; , и F " соответ­ ственно, среднемесячную производительность очистных проходческих комплексов за месяц с номером t\ fk fk У к 7к - соответственно вре- 1’ 2’ 1 ’ 2 мя начала и окончания очистных и подготови­ тельных работ на панели с номером к. Разработанная аналитическая модель явля­ ется нелинейной относительно неизвестных и не может быть решена известными классиче­ скими методами. Однако, формализованная та­ ким образом задача, имеет ряд преимуществ - прежде всего она позволяет установить анали­ тическую зависимость ТЭП от ряда параметров Вёп. 1. Ёгёё-^апдаг доай й іапўдаі шайдіё iii 2-аг аідёдпда ВО И тем самым дает возможность наити опти­ мальные или квазиоптимальные значения по­ казателей и соответствующих им параметров. Для численного решения этой задачи предпо­ ложен подход, основанный на использовании интеграционных имитационных моделей, раз­ работанный в [1]. Суть подхода поясняется блок-схемой, представленной на рис. 2. Используем подход динамического про­ граммирования и весь временной интервал ра­ зобьем на отрезки времени к [to,t"i],[t^t"2]....где t"i- время вывода из работы очистного или про­ ходческого комплекса с номером „., вре­ мя ввода в работу очистного или проходческо­ го комплекса с номером П|_.|. Определенные изначально исходные дан­ ные (блок 1) обеспечивают исходной информа­ цией информационные имитационные модели (И. И. М.), (бл.7,бл.8, бл.9, бл.10, бл.П); анали­ тическую линейную модель по определению нагрузок на забой (бл.б) и нелинейную анали­ тическую модель оптимального управления рудником (бл.4), интуитивную модель (бл.14). Для каждого определенного с помощью ин­ формационных имитационных моделей отрезка времени к в течение которого количество очи­ стных и проходческих комплексов постоянно, определяется необходимая информация для формирования линейной модели по определе­ нию нагрузок на забой. Тем самым определя­ ются неизвестные величины tk tkTk7k,v , f . Затем готовится вся необходимая ин- k,m,p,t формация для принятия интуитивного реше­ ния, обеспечивающего определение величины k^,m,n,p- Таким образом, последовательно формирует­ ся один вариант решения задачи (бл.17). Анало­ гичным образом формируется конечное число ва­ риантов решения (бл.20), из которых по заданно­ му критерию выбирается лучший. Онет. Ед./мес 6.50 6,00 5.50 5.00 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1-ГОД 2-й год 3-й год 4-й год 5-й год б-й год 7-й год О - факттесхие значения Т(годы) Рис. 2. Блок-схема алгоритма управления производственной деятельностью калийных рудников с помощью ин­ теграционных математических моделей о нет, ,ед/мес 1-ый год 2-ой [Од 3-ий год т (годы) найденные величины, fk -j^ k удовлетворяют Таким образом, исследуемой оптимизационной задаче форма­ лизованной в аналитическом виде в виде нели­ нейной экономико-математической модели. По­ лученное решение квазиоптимально, т.к. при его определении рассматривается конечное количе­ ство возможных решений. На основании разработанной интеграцион­ ной имитационной модели предназначенной для оптимального управления производствен­ ной деятельностью калийных рудников была построена автоматизированная система плани­ рования очистных и проходческих работ на пе­ риод от года до пяти лет, условно названная АСППОР. С ее помощью по исходным данным известным на момент времени to равное перво­ му месяцу года разработан вариант перспек­ тивного плана на 3 года и соответствующий ему вариант организации работ очистных и про­ ходческих комплексов для второго горизонта то­ го же, второго РУ, что и на рис. 1. На рис. 3 пред­ ставлен расчетный с использованием АСППОР один из технико-экономических показателей данного варианта развития горных работ - коли­ чество руды, предполагаемой к добыче по меся­ цам за 3 года. Анализ показателей вариантов развития горных работ, полученных с использованием АСППОР, в том числе, и представленных на рис. 3; позволяет заключить, что показатели работы рудника при условии управления им с Вёп. 3. 1ёш аёё-^апдаа доай, гдааиёааааиё ё шай-^а iii 2- ш шдёдида ВО й іапўдаі, птдааёаийё я ёпйёйдіаМёаі ёгдаададёи-йё иааёё использованием математических моделей бо­ лее стабильны, количество руды не носит та­ кой изменчивый характер во времени, как в случае, представленным на рис. 1. Подсистема АСППОР адекватно моделирует производст­ венные процессы и позволяет составить пер­ спективные планы отличающиеся более высо­ кими показателями, нежели планы разрабаты­ ваемые традиционными методами. На основании исследований вышеизложен­ ных в данной работе можно сделать следую­ щие выводы: 1. Сформулирована и формализована, ис­ ходя из представлений системного подхода, наиболее общая задача оптимального управле­ ния производственными процессами отличаю­ щаяся от известных тем, что предполагает со­ вместные решения задач планирования разви­ тия горных работ, организации работ очистных и проходческих комплексов, выбора техноло­ гий очистных и подготовительных работ, при­ годная для большинства этапов жизнедеятель­ ности рудников. 2. Численное квазиоптимальное решение формализованной задачи получено с помощью специально разработанных имитационных ин­ теграционных математических моделей, отли­ чающихся от известных тем, что содержат в себе преимущества интуитивных имитацион­ ных и аналитических моделей. 3. На базе персональной ЭВМ построена интеграционная имитационная математическая модель оптимального управления производст­ венной деятельностью калийных рудников, по­ зволяющая улучшить технико-экономические показатели производства. СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ 1. Богатов Б.А., Шпургалое Ю.А. Математическое моделирование и обоснование решений в горном произ­ водстве. - Минск: Белорусская горная академия,2002 - 367 с. — Коротко об авторах Шпургалое Ю.А. — кандидат технических наук, доцент Белорусского НТУ, г. Минск.