автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Методы и алгоритмы планирования, разработки и внедрения автоматизированных технологических комплексов

На правах рукописи

Грачев Виталий Викторович

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ, РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ (НА ПРИМЕРЕ УГЛЕОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК)

Специальность 05.13.06 «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк - 2009

003472848

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет» (ГОУ ВПО «СибГИУ») и ООО «Научно -исследовательский центр систем управления» (ООО «НИЦ СУ»), г. Новокузнецк

Научный руководитель:

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Мышляев Леонид Павлович

доктор технических наук Ивушкин Анатолий Алексеевич

доктор технических наук, профессор Пугачев Емельян Васильевич

кандидат технических наук, доцент Зельцср Самоил Рафаилович

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Кузбасский государственный технический университет», г. Кемерово

Защита состоится 23 июня 2009 года в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.252.02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет» по адресу: 654007, г. Новокузнецк, Кемеровской обл., ул. Кирова, д. 42, СибГИУ, ауд. ЗП. Факс: (3843) 46-57-92 E-mail: sec_nr@sibsiu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «СибГИУ».

Автореферат разослан 2,0 мая 2009 года.

' /

Ученый секретарь

диссертационного совета //У /'^У / Евтушенко В.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Существенное, в три-четыре раза, сокращение сроков создания крупных промышленных комплексов и повышение требований к их технико-экономическим показателям побудило к поиску новых подходов к планированию, разработке и внедрению этих комплексов. В такой ситуации меняется и роль автоматизации управления, переходя от второстепенного значения к одному из ведущих факторов повышения эффективности выполнения всего проекта, включая этапы проектирования всех видов обеспечения, проведение монтажных и пуско-наладочных работ, а также эксплуатацию и развитие промышленных комплексов.

Сокращение сроков создания промышленных комплексов достигается за счет параллельного, одновременного выполнения таких работ как проектирование, заказ и поставка оборудования, строительство, монтаж оборудования, его пуско-наладка. А это требует четкого планирования временных и финансовых ресурсов, а также их динамической корректировки с ориентацией на конечные показатели реализации проекта. Существующие методы планирования не в полной мере учитывают особенности создания каждого комплекса и, как правило, не используют влияние стимулирования на длительность и эффективности выполнения отдельных операций и видов работ.

Увеличивающаяся сложность систем автоматизации, повышение требований к их эффективности, необходимость их включения в работу с момента начала пуско-наладки технологического оборудования, то есть еще до пуска промышленного комплекса в эксплуатацию, вызывает необходимость разработки автоматизированных испытательно-наладочных полигонов для средств и систем автоматизации.

Решение указанных задач возможно по пути развития и практического использования современных методов имитационного моделирования, представлений теории активных систем, поисковых оптимизационных процедур, планирования эксперимента.

Опыт разработки и внедрения систем автоматизации управления такими крупными промышленными комплексами как углеобогатительные фабрики и технологические объекты угольных шахт подтверждает актуальность охарактеризованной проблемы.

Диссертация выполнена в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ: Федеральной целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России» (2002-2006г., Государственный контракт № Ц 0109); задания Министерства образования РФ на проведение фундаментальных научных исследований в области систем автоматизации и информатизации по тематике «Развитие теории и методов управления на основе натурно-модельного подхода» (2005-2006 г.г., № ГР 01200510529); проекта Российского фонда фундаментальных исследований «Комплексные системы автоматизации управления на основе натурно-модельного подхода» (2006-2008 г.г., № 06-07-89042); программ проектирования и строительства углеобогатительных фабрик «Спутник» (г. Полысаево), «Междуреченская»

(г. Междуреченск), «Березовская» (г. Березовский), «Северная» (г. Березовский), «Листвяжная» (г. Белово), «Печорская» (г. Воркута), угольных шахт «Колмогоровская-2» (г. Белово), «Южная» (г. Кемерово), «Алардинская» (г. Осинники), «Северная» (г. Ургал).

Цель и задачи диссертации. Развитие методов, алгоритмов и систем автоматизации управления для ускорения создания промышленных комплексов. В рамках этой цели выделены конкретные задачи. 1. Разработка методов и алгоритмов выработки план-графиков создания промышленных комплексов. 2. Исследование влияния законов стимулирования на сроки и эффективность выполнения проектов. 3. Развитие методов и алгоритмов испытания и пуско-наладки средств и систем автоматизации. 4. Разработка план-графиков освоения средств строящихся углеобогатительных фабрик. 5. Испытания и выполнение пуско-наладочных работ при внедрении систем автоматизации управления углеобогатительными фабриками и наземными комплексами угольных шахт.

Методы выполнения работы. Обобщение практического опыта, методы сетевого планирования, комплексного имитационного моделирования, теории активных систем, поисковой оптимизации, идентификации объектов.

Научная новизна. Комплекс методов, алгоритмов и систем планирования, испытания и пуско-наладки средств и систем автоматизации, позволяющих ускорить создание крупных промышленных комплексов и повысить эффективность их функционирования:

1. Методы и алгоритмы выработки план-графиков выполнения проектов на основе имитационного натурно-математического моделирования с максимальным использованием данных предшествующих и условий создания новых проектов.

2. Зависимости влияния видов стимулирующих функций на сроки выполнения отдельных работ и в целом проектов создания промышленных комплексов: наиболее эффективны кусочно-линейная и квадратичная функции стимулирования, позволяющие уменьшить сроки создания комплексов на 1520 % и затраты на 5-10 %, по сравнению с другими видами функций.

3. Набор типопредставительных ситуаций выполнения проектов создания углеобогатительных фабрик как основы выработки план-графиков и включающих динамику освоения средств, план-графики выполненных проектов; функции стимулирования и пересчетные математические модели влияния вариаций определяющих факторов на длительность выполнения проекта.

4. Методы, алгоритмы и программы для обеспечения функций испытания и наладки средств и систем автоматизации управления, позволяющие выявить и "устранить до 75 % ошибок разрабатываемых систем автоматизации управления на этапе предшествующем пуско-наладочным работам на объекте. |

5. Эмпирический принцип, полученный на основе анализа результатов выполнения пуско-наладочных работ и внедрения промышленных комплексов, устанавливающий необходимость опережающей реализации системы автоматизации управления в части выполнения информационных функций и

технологических блокировок. Выполнение этого принципа сокращает сроки проведения пуско-наладочных работ на 15-20 %, обеспечивает сохранность технологического и вспомогательного оборудования и безопасность проведения пуско-наладочных работ.

Практическая значимость работы. Результаты диссертационной работы могут быть использованы

— при планировании создания промышленных комплексов с опережающей реализацией систем автоматизации управления;

— при разработке информационного, алгоритмического и программного обеспечения полигонов для испытания и наладки средств и систем автоматизации;

— для обучения студентов и повышения квалификации специалистов в области разработки, внедрения и эксплуатации средств и систем автоматизации.

Реализация результатов. Результаты работы внедрены на углеобогатительных фабриках: «Заречная», г. Полысаево; «Междуреченская», г. Междуреченск; «Березовская», г. Березовский; на угольных шахтах «Колмогоровская-2», г. Белово; «Южная», г. Кемерово; использованы при проектировании систем автоматизации управления обогатительными фабриками «Северная», г. Березовский; «Листвяжная», г. Белово; «Печорская», г. Воркута; угольными шахтами «Алардинская», г. Осинники; «Северная», г. Ургал.

Программное обеспечение испытания и наладки средств и систем автоматизации реализовано на испытательно-наладочном полигоне СибГИУ и Объединенной компании «Сибшахтострой» (г. Новокузнецк).

Результаты исследований используются при проведении практических и лабораторных занятий по дисциплинам «Основы разработки, испытания и развития систем управления», «Вычислительные комплексы, системы и сети», «Проектирование систем управления».

Предмет защиты. На защиту выносятся

— постановки задач, методы и алгоритмы выработки план-графиков создания промышленных комплексов;

— зависимости влияния законов стимулирования на сроки и эффективность выполнения проектов;

— методы и алгоритмы испытания и наладки средств и систем автоматизации;

— план-графики освоения средств строящихся обогатительных фабрик;

— результаты испытаний и пуско-наладочных работ систем автоматизации управления углеобогатительными фабриками и наземными комплексами угольных шахт.

Личный вклад автора заключается в разработке методов и алгоритмов составления план-графиков создания промышленных комплексов, испытания и наладки средств и систем автоматизации, построении зависимости влияния стимулирующих функций на сроки и эффективность выполнения проектов, проведении испытаний и пуско-наладочных работ для систем автоматизации

углеобогатительных фабрик и наземных комплексов угольных шахт, сборе и обработке исходных данных для решения поставленных задач.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на 8-и конференциях, в том числе: IV и VI Всероссийских научно-практических конференциях «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (Новокузнецк, 2003 г., 2007 г.), IV Всероссийской научно-практической конференции «Информационные недра Кузбасса» (Кемерово, 20Ó5 г.), III Всероссийской научно-практической конференции «Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях» (Новокузнецк, 2006 г.), Международных научно-практических конференциях «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2006 г., 2007 г., 2008 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: новые технологии, управление, инновации и качество» (Новокузнецк, 2006 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 12 статей в научно-технических сборниках, 1 статья в периодическом издании, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка, приложения и содержит 145 страниц основного текста, в том числе 49 рисунков и 16 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы создания методов и алгоритмов планирования, разработки и внедрения автоматизированных технологических комплексов в современных условиях, дана краткая характеристика работы.

В первой главе диссертации «Основы создания систем автоматизации управления промышленными комплексами на основе натурно-модельного подхода» проведен анализ предшествующих исследований.

Вопросам планирования создания промышленных комплексов посвящены работы отечественных (Л.И. Абрамов, В.Н. Бурков, Д.А. Новиков и др.) и зарубежных (Г.С. Тейман, Дж. Модер, С. Филлипс и др.) ученых. Разработанные методы можно объединить в три группы: нормативные, эмпирические и смешанные. Они имеют такие достоинства как простота и низкая трудоемкость расчетов - для группы нормативных методов; высокая точность расчетов при совпадении характеристик предстоящего и выполненного проектов, возможность учета индивидуальных особенностей проектных и строительных организаций - для группы эмпирических методов; достоинства эмпирических и нормативных методов - для группы смешанных методов. Присущи им и недостатки. Это неудовлетворительная точность из-за относительно слабой обновляемое™ нормативной базы и сложности в нахождении очень близких аналогов уже выполненных проектов.

Вопросам испытания и внедрения систем автоматизации управления посвящено большое количество работ, из числа которых можно отметить труды В.О. Липаева, Е.П. Стефани и др. Большинство из них сводятся к модельным испытаниям на стадии проектирования и к последующим пуско-наладочным работам по системам автоматизации управления при уже подготовленных к работе и функционирующих объектах. И только небольшая часть работ связана с комплексными натурно-модельными испытаниями. В последних используется имитационное натурно-математическое моделирование, объединяющее в той или иной компоновке натурные и модельные элементы системы (И.Д. Кочубиевский, В.П. Авдеев, С.Р. Зельцер и др.).

В современных условиях, выдвигающих жесткие требования на сроки создания крупных промышленных комплексов и на технико-экономические показатели, необходимо развитие методов и средств автоматизации на всех стадиях создания промышленных комплексов. При достаточно хорошо разработанных методах синтеза различного вида обеспечений систем автоматизации непосредственно рабочего управления технологическими объектами и предприятиями основное внимание необходимо уделить

- разработке методов и алгоритмов выработки план-графиков создания промышленных комплексов с уделением серьезного внимания стимулированию человека (коллектива людей);

- разработке методов и алгоритмов испытаний и пуско-наладки средств и систем автоматизации управления;

- практической проверке работоспособности предложенных методов.

В соответствии с этим поставлены задачи исследования, решение которых дано во второй и третьей главах диссертации.

Постановка задачи выработки план-графиков создания промышленных комплексов.

Дано. 1. Фактически реализованные траектории У(?) освоения средств для проектирования и строительства на интервале 1 = ТНГК, где ТН,ТК -время начала и окончания проектирования, строительства и освоения промышленного комплекса до вывода его на проектные показатели.

2. Вектор Ж предстоящих условий проектирования и строительства и возможные диапазоны стимулирования {5/ти1,5'/тах}.

3. Пересчетные зависимости влияния изменений внешних условий А1У = -IV и стимулов Д£/ = 5/-5/ на изменения длительности выполнения отдельных видов работ.

4. Алгоритмы деформации и экстраполяции -Рэ[] динамики многомерных нестационарных временных последовательностей 7.

+ = (1) где в и I - интервалы экстраполяции и памяти.

5. Критерий оптимизации 0(Тн,Тк), характеризующий затраты на проектирование и строительство и доход от реализации продукции.

Требуется. Построить оптимальный план освоения ресурсов, проектирования и строительства промышленного комплекса, а также отдельных видов работ.

Постановка задачи натурно-модельного исследования эффективности стимулирующих функций.

Дано. 1. Набор структур стимулирующих функций St¡J{T) для выполнения операций:

а) линейная функция

(2)

б) кусочно-линейная функция а1.Гу.+г,1,приГут!п<Г;.<Ги; а2-Ъ+Ъ2,првТи*ЪйТ21/, (3)

St2J =

аз 'Tj +b3,при T2j < Tj < TjU,

7, 1 /rri H nn min \ т 2 jj _ min \

и = ~TJ )' T2,j = з^- ~Tj ).

в) квадратичная функция

Si3j=a-Tj2+b-Tj+c, (4)

г) обратно пропорциональная функция

5<4,;=|-> (5)

1

где а, Ъ, с - параметры функции, 7} - длительность выполнения у'-ой операции, 7}шш - минимальное время выполнения у'-ой операции, Т^ - номинальное (в

частности, фактическое) время выполненияу-ой операции.

2. Данные о фактически реализованных проектах, включающие -сетевой график проектирования и строительства; -номинальную стоимость СуЯ и номинальное время выполнения операций;

-базовую структуру функции стимулирования в частности

константу, С-типа*;

-ограничения на длительность выполнения операций

Г™" <Т]<Т]Н-, (6)

-ограничения на величину стимулирования при выполнении операций

О < Л,- < Лутак, (7)

где утах - максимально возможное стимулирование у -ой операции проекта;

-структура функции дохода от функционирования предприятия после его вывода на проектные показатели У.(().

Д А. Новиков. Теория управления организационными системами, М.: Московский психолого-социальный институт, 2005

3. Процедуры пересчетного моделирования, включающие -натурные данные о характеристиках выполненных проектов; -пересчетные модели, позволяющие пересчитывать вариации исходных

данных в изменение выходных целевых переменных;

— операции формирования модельных исходных и расчетных показателей.

4. Критерий эффективности выполнения проекта ()(А1), отражающий затраты и доход от создания промышленного комплекса

е(до=к(дг)-»(до, (8)

где А/ - время изменения длительности выполнения проекта, К(А/) - доход предприятия за время Л/, Л(Д/) - затраты на стимулирование по сокращению длительности проекта на Дf.

Требуется.

1. Разработать алгоритм определения эффективности стимулирующих функций.

2. Исследовать эффективность стимулирующих функций из заданного набора по критерию ).

Постановка задачи испытания и пуско-наладки средств и систем автоматизации.

Дано. 1. Варианты макетов информационного, программного и технического обеспечения управляющей подсистемы управления.

2. Генераторы модельных, натурно-модельных и натурных данных о функционировании действующих аналогов промышленных комплексов.

3. Объекты управления, реализованные в виде:

- физических объектов той же или другой природы, что и натурный объект управления;

- натурно-модельных комплексов, объединяющих натурные компоненты с пересчетными математическими моделями;

- математических моделей объектов управления.

4. Технические и математические модули интеграции объекта управления и управляющей подсистемы.

5. Модуль управления испытанием и оптимизацией систем управления, обеспечивающий планирование экспериментов, имитационное натурно-математическое моделирование, расчет показателей эффективности, реализацию поисковых процедур, формирование отчетных документов.

Требуется.

1. Оценить показатели эффективности вариантов информационного, программного и технического обеспечения управляющих подсистем.

2. Выявить и устранить недостатки вариантов в обеспечении управляющих подсистем.

3. Провести структурную и параметрическую оптимизацию системы управления.

Во второй главе «Планирование освоения средств на создание автоматизированных технологических комплексов» решена задача выработки планов-1рафиков создания промышленных комплексов на примере углеобогатительных фабрик и исследованы функции стимулирования с целью их использования для составления план-графиков.

Для решения задачи выработки план-графиков создания промышленных комплексов разработан метод, сущность которого состоит в формировании эталонных траекторий по результатам уже выполненных проектов, их приведении к базовым условиям с экстраполяцией базовых траекторий, пересчете экстраполированных базовых эталонных траекторий на условия предстоящего проекта.

Реализация метода заключается в выполнении следующих операций.

На первом шаге осуществляется построение эталонных траекторий, в частности, на основе экспертных оценок и пересчетного математического моделирования.

На следующем шаге выявляются условия проектирования и строительства, которые наиболее значимо влияют на нормативы, и для каждого конкретного промышленного комплекса определяются их численные значения. К наиболее значимым отнесены условия: проектная мощность объекта, технические и технологические решения, географические и климатические условия, наличие строительно-монтажных организаций в регионе.

Далее осуществляется расчетное приведение эталонных траекторий к базовым условиям - получение базовых эталонных траекторий; эталонная траектория подвергается масштабирующим деформациям, и в результате эталонные нормативы принимают конкретные значения для проекта, принятого за базовый.

На третьем шаге базовые эталонные траектории экстраполируются на предстоящий период.

И, наконец, на четвертом шаге экстраполированные траектории пересчитываются на условия предстоящего проекта путем корректировки по отклонениям условий предстоящего проекта от базового.

Точность решения во многом определяется адекватностью используемых моделей. В общем случае модель можно представить в виде

Тн =Р[>Г,\УБ,ТБ], (9)

где Тн, ТБ - нормативы соответственно предстоящего и базового проекта; Р[-]- динамический оператор преобразования вектора условий предстоящего

проекта ЧУ, базового проекта \УЕи базового норматива ТБ.

При практическом применении наиболее приемлема структура так называемой пересчетной модели, которая в одном из вариантов имеет вид

Тн =ТБ + (10)

где Г [■]-оператор пересчета вариаций от базового уровня \УБ.

В частном случае оператор Г[•] может быть представлен в виде линейной модели, в простейшем случае - пересчетным коэффициентом

Тн=ТБ+£кг(^-^Б), (11)

¡=1

где к! - коэффициент пересчета отклонения ього условия проекта AW¡ в изменение норматива ДТ;, п - количество условий создания проекта.

Конкретизация данного метода сделана на примере траекторий освоения финансовых средств при проектировании и строительстве углеобогатительных фабрик. За исходные данные взяты фактические траектории освоения средств при проектировании и строительстве четырех обогатительных фабрик (ОФ), условно ОФ I, ОФ II, ОФ III, ОФ IV (рисунок 1).

100 -1 902 80 -« ?

и & 70 -

& 1 60« й

о. | 50-§ н40-

I й30" о & 10-

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Месяцы с начала проектирования и строительства

Рисунок 1 - Траектории фактического освоения средств при проектировании и строительстве ОФ

При формировании эталонной траектории учитывали равномерность финансирования, наличие кадрового обеспечения организаций исполнителей, форс-мажорные обстоятельства. Таким образом, из множества фактических траекторий выбрана та, которая была наименьшим образом подвергнута искажениям из-за организационных изменений во время проектирования и строительства — траектория ОФ II. В дальнейшем она была "очищена" от различного рода выбросов, нормирована на диапазон 0+1 и принята за эталонную траекторию. "Очищенная" траектория ОФ II послужила одновременно и базовой траекторией, так как именно условия ОФ II приняты за базовые.

Траектории фактического освоения средств (рисунок 1) имеют качественно одинаковую структуру, и количественно они зависят в основном от следующих факторов:

-проектная мощность ОФ;

-сложность технологического процесса (количество технологических стадий и агрегатов);

- геологические и климатические условия места строительства; -степень развитости инфраструктуры в регионе; -функция стимулирования исполнителей.

Для этих факторов был проведен пересчет базовой эталонной траектории на условия предстоящего проекта - планируемой к строительству ОФ V. Структура пересчетной модели взята в виде (11), а численные значения коэффициентов модели представлены в таблице 1.

Пересчетный коэффициент Обозначение Значение

1. Коэффициент пересчета отклонения по проектной мощности ОФ, мес. / млн. тонн в год по рядовому углю к, 5,0

2. Коэффициент пересчета отклонения по сложности технологического процесса, мес. / балл к2 1,8

3. Коэффициент пересчета отклонения по геологическим и климатическим условиям места строительства, мес. / балл к3 1,5

4. Коэффициент пересчета отклонения по степени развитости инфраструктуры в регионе, мес. / балл к4 -2,0

5.Коэффициент пересчета изменений стимулирования на изменение длительности проекта для квадратичной функции, % от базового норматива к5 -10

Условия проектирования и строительства всех ОФ приведены в таблице 2.

Таблица 2 -Условия проектирования и строительства ОФ

Условие проектирования и строительства ОФ Обозначение Диапазон изменения Введенные в эксплуатацию ОФ Планируемая ОФ

I И" III IV V

1. Проектная мощность ОФ, млн. тонн в год по рядовому углю 0-15 3,0 2,5 2,4 1,5 3,0

2. Сложность технологического процесса, в баллах w2 1-10 5 4 5 3 5

3. Геологические и климатические условия места строительства, в баллах 1-5 3 4 4 5 5

4. Степень развитости инфраструктуры в регионе, в баллах 1-5 3 4 5 4 5

5. Функция стимулирования исполнителей Набор функций стимулирования С- тип С-тип С-тип С-тип Квадратичная

" ОФ II - базовая ОФ

В результате получена расчетная траектория освоения финансовых средств предстоящего проекта — ОФ V, которая представлена на рисунке 2.

а

В .

3 ©

О, >s

В 2

И о

в а

5 vo

Я 0

6 Ь

g S

5 о

и м

« а

О ч m о

О

■ Базовая траектория

■ Расчетная траектория ОФ V

н о

О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Месяцы с начала проектирования и строительства

17

Рисунок 2 - Базовая и расчетная траектории предстоящего проекта - ОФ V

Аналогичным образом вырабатывали нормативные траектории и для отдельных видов работ и объектов, в частности, для электромонтажных и пуско-наладочных работ систем автоматизации.

Выработанные нормативные траектории принимались за основу при разработке сетевых графиков проектирования и строительства углеобогатительных фабрик. При этом применяли известные процедуры сетевого планирования в объединении с процедурами симплексного поиска при решении оптимизационных задач.

Задача натурно-модельного исследования эффективности стимулирующих функций.

Одним из важных факторов, определяющим длительность выполнения проекта, является рациональное стимулирование всех видов работ. Как правило, ограничиваются выделением средств на стимулирование выполнения всего проекта без учета динамики его выполнения. Поэтому было проведено исследование эффективности различных функций стимулирования при разработке траекторий выполнения проектов с детализацией его в виде сетевых графиков. Основой расчетов послужили данные реализованных проектов с применением уже описанных процедур пересчетного моделирования и поисковой оптимизации.

Структура алгоритма оценки влияния изменения стимулирующих функций на изменение эффективности выполнения проекта представлена на рисунке 3.

Программная реализация алгоритма осуществлена в среде Microsoft Project 2003 Professional и Microsoft Excel 2003 на языке VBA.

Рисунок 3 - Алгоритм определения эффективности стимулирующих функций

Результаты расчетов для выбранного набора стимулирующих функций представлены на рисунке 4, откуда следует вывод, что наилучшими являются квадратичная и кусочно-линейная функции стимулирования.

Для кусочно-линейной функции стимулирования для конкретной ОФ V получили оптимальное сокращение длительности А1ор1 на 57 дней при значении <2 равном 12459,12 тыс. руб., а для квадратичной - М ор' =54 дня, <3 =12134,47 тыс. руб.

При изменении суточных доходов предприятия квадратичная и кусочно-линейная функции стимулирования также остаются предпочтительными и превосходят другие функции стимулирования по критерию эффективности (2 не менее чем на 50%.

-Квадратичная — Обратно пропорциональная

Рисунок 4 — Критерий эффективности при различных структурах функции стимулирования при суточном доходе предприятия 400 тыс. руб.

В третьей главе «Испытание и наладка средств и систем автоматизации» показана необходимость проведения полигонных испытаний и наладки средств и систем автоматизации с целью сокращения сроков их отладки на промышленных площадках, уменьшения затрат на корректировку технической структуры смонтированных систем автоматизации и, как результат, уменьшение сроков выполнения всего проекта создания промышленного комплекса. Так как основной объем работ по испытанию и пуско-наладке средств и систем автоматизации необходимо выполнить в период, когда строительство объекта управления еще не закончено и технологические агрегаты еще находятся только в стадии монтажа, то к методам их испытания и наладки предъявляются особые требования по обеспечению адекватности получаемых результатов реальным предстоящим условиям функционирования систем автоматизации управления.

Выполнить такие требования в полной мере можно только на специальных испытательно-наладочных полигонах с применением различных видов имитационного моделирования: математического, физического, комбинированного.

Для этого создан испытательно-наладочный полигон, на котором выполняются следующие виды работ

—тестирование аппаратных средств и базового программного обеспечения, устройств информационной связи компонентов системы автоматизации управления;

— отработка основных технических решений по обмену информацией между компонентами системы автоматизации управления, включая интерфейс с оперативным технологическим персоналом;

-настройка и сравнительная оценка эффективности алгоритмов управления технологическим оборудованием и технологическими процессами;

-испытание, настройка и оптимизация типовых, а также разного рода специализированных алгоритмов управления;

- обучение технологического персонала и отработка навыков взаимодействия с программно-аппаратными средствами системы.

Для адекватного воспроизведения технологических процессов создана физическая (натурная) модель, отражающая практически все особенности производственных объектов. Схема этой модели представлена на рисунке 5.

- исполнительным блок

Вентилятор

U*={w,*, «г*, из*, «4*, «5*, «6*, «7*} - вектор задания управляющих воздействий, N ={ßo, Qu Qb 0з, 04, Tu Тг, Po, Рь Рг, Рг, Р*} - вектор измерений, Q, , Р,- расход, давление воздуха после /-ой заслонки, -температура после /-ого нагревателя, МЭО - механизм электрический однооборотный

Рисунок 5 - Структурная схема физической модели

Физическая модель в общем виде представлена математической зависимостью в пространстве состояний

| Xj(t) = А ДО -Xj(t- rXJ) + Qj(t) ■ \Jj{t -TVJ) +Cy.(f) ■ Wj{t - rWJ); (12) [y;(0 = Dj(t)-Xj(t - tyj); Y(i) = Yj(t), при j =./;

где j = \,J, J— количество относительно автономных модулей установки, A At), Вj(t), Cj-(t), Dj(t) - матрицы соответствующих размерностей; Xy(i), Uj(t), Wj(t), Yj(t) - векторы переменных состояний, управляющих, внешних

и выходных воздействий; т - время чистого запаздывания.

На физической модели можно реализовать следующие частные объекты: - объект с управляемым рециклом (с положительной обратной связью), в который входят нагреватель 2, управляемые заслонки 2, 3;

-объект с пятью распределенными управлениями: щ*\и5 *;

-последовательно соединенные инерционные объекты, включающие вентилятор, нагреватель 1 и нагреватель 2;

— объекты с запаздыванием в управлении и измерении в каждом частном объекте.

Изменением положения заслонок 1, 2, 3,4 моделируются различного рода режимы управления и возмущения.

На основе натурной установки проведены испытания и оптимизация структур и коэффициентов алгоритмов регулирования технологическими процессами

— нагрева воздуха вентилятора главного проветривания угольной шахты;

— обогащения в отсадочных машинах и тяжелосредных сепараторов обогатительной фабрики;

-управления плотностью рабочей суспензии тяжелосредного сепаратора обогатительной фабрики.

За счет оптимизации структуры и параметров алгоритмов повышена точность регулирования на 10-20 % по среднемодульному критерию.

Для исследования и оптимизации в целом промышленных комплексов только таких установок не достаточно. В этом случае необходимо применение имитационного натурно-математического моделирования, сущность которого описана в первой главе. Натурные данные для такого имитационного моделирования и пересчетные математические модели брали с аналогов - уже реализованных промышленных комплексов с выделением типопредставительных (наиболее характерных) участков функционирования этих комплексов.

Физическая модель и натурно-математическое моделирование служат наиболее важными компонентами испытательно-наладочного полигона, на котором реализуется макет промышленного комплекса с элементами информационных связей, технических средств и программного обеспечения.

В процессе испытаний и пуско-наладочных работ выявлялись ошибки и возможные недоработки алгоритмов управления функционированием отдельных агрегатов, системные и случайные ошибки программирования алгоритмов, ошибки в реализации обмена данными между удаленными частями системы автоматизации управления. Последующая наладка систем уже осуществлялась на промышленной площадке после реализации средств и систем автоматизации.

Пример показателей при испытании и пуско-наладке средств и систем автоматизации управления ОФ на полигоне и на промышленной площадке приведен в таблице 3.

Проведение испытаний и наладки средств и систем автоматизации на полигонном комплексе позволило практически на порядок минимизировать трудозатраты и сроки выполнения пуско-наладочных работ на промышленном объекте (на промышленной площадке).

Отладка систем автоматизации на полигоне позволяет осуществить их опережающую реализацию еще до проведения пуско-наладочных работ на технологических агрегатах. Эта опережающая реализация систем, по крайней

Таблица 3 - Временные затраты и статистика обнаруженных ошибок при испытании и пуско-наладке средств и систем автоматизации на полигоне и на промышленной площадке

Показатели при испытании и пуско-наладке на полигоне

Ошибки в локальных системах управления (количество ошибок / количество алгоритмов) 55/324

Ошибки при комплексной пуско-наладке системы автоматизации управления (количество ошибок / количество инструкций) 18/4520

Ошибки при комплексной пуско-наладке диспетчерской системы (количество ошибок / количество точек базы данных) 45/7540

Время испытания и пуско-наладки, час 1000

Количество ошибок, % 75

Показатели при испытании и пуско-наладке на промышленной площадке

Ошибки подключения электрических цепей (количество ошибок / количество сигнальных подключений) 20/2500

Ошибки, выявленные при тестировании программ управления локальных агрегатов (количество ошибок / количество алгоритмов) 10/324

Ошибки, выявленные при проверке работы технологического комплекса (количество ошибок / количество алгоритмов) 9/118

Время испытания и пуско-наладки, час 20

Количество ошибок, % 25

мере, их информационной части с обеспечением основных технологических блокировок, дает возможность уменьшить время наладки основного и вспомогательного технологического оборудования не менее чем на 15-20%. Применение технологических блокировок обеспечивает сохранность оборудования и повышает безопасность выполняемых пуско-наладочных работ.

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно-обоснованные разработки методов, алгоритмов и систем автоматизации для ускоренного создания промышленных комплексов, имеющие существенное значение для экономики страны. Основные выводы, теоретически и практически значимые результаты работы.

1. Эффективным средством выработки план-графиков выполнения проектов по созданию крупных промышленных комплексов может служить имитационное натурно-математическое моделирование с использованием данных предшествующих проектов с выделением типопредставительных ситуаций.

2. К числу определяющих факторов, влияющих на сроки выполнения отдельных работ и проектов в целом, относится стимулирование исполнителей работ. Предпочтительными из числа относительно простых и содержательно понятных функций стимулирования являются квадратичная и кусочно-линейная функция, применение которых дает возможность уменьшить сроки и затраты на выполнение проекта до 10%.

3. Одной из частей информационной основы решения задач выработки план-графиков создания промышленных комплексов, оценки эффективности

стимулирующих функций, испытания и наладки систем автоматизации управления должны служить типопредставительные ситуации выполненных проектов создания промышленных комплексов. Типопредставительные ситуации включают план-графики выполненных проектов, функции стимулирования, натурные данные о работе промышленного комплекса, пересчетные математические модели влияния определяющих факторов на показатели выполнения проекта.

4. Развитые варианты систем испытания и наладки средств автоматизации управления должны объединять физические (натурные), модельные и натурно-модельные объекты исследования и оптимизации, позволяющие проводить все виды комплексного имитационного моделирования.

5. Проведение испытаний и наладочных работ средств и систем автоматизации на специализированных полигонах позволяет устранить до 70% всех видов ошибок разрабатываемых систем, дает возможности опережающей реализации систем автоматизации управления, что сокращает сроки выполнения пуско-наладочных работ на 15-20 %, обеспечивает сохранность технологического и вспомогательного оборудования и безопасность выполнения пуско-наладочных работ.

6. Результаты работы внедрены на грех углеобогатительных фабриках и двух угольных шахтах, а также использованы при проектировании систем автоматизации управления трех углеобогатительных фабрик и двух угольных шахт.

7. Программное обеспечение испытания и наладки средств и систем автоматизации реализовано на испытательно-наладочном полигоне СибГИУ и Объединенной компании «Сибшахтострой» (г. Новокузнецк).

Результаты исследования используются при обучении студентов по специальностям 230201 "Информационные системы и технологии" и 220301 "Автоматизация технологических процессов и производств".

ОСНОВНЫЕ ТРУДЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статья в периодическом издании, рекомендованном ВАК

1. Планирование длительности выполнения проекта на основе ретроспективного анализа / Л.П. Мьппляев, В.В. Грачев, A.A. Ивушкин, А.П. Бражников // Системы управления и информационные технологии. - 2007. - № 2.2(28).-С. 273-276.

Труды научно-практических конференций и сборников

2. Грачев В.В. Оптимизация пуска-останова технологического комплекса на примере главного корпуса обогатительной фабрики / В.В. Грачев // Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения: Труды Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Ч. II. Технические науки. - Новокузнецк: СибГИУ, 2003. - С. 274 - 276.

3. Грачев В.В. К постановке задачи выбора программного и технического обеспечения систем автоматизации производственных объектов /В.В. Грачев, Д.Б. Сидоренко // Системы автоматизации в образовании, науке и производстве: Труды IV Всероссийской научно-практической конференции. -Новокузнецк: СибГИУ, 2003. - С. 442 - 443:

4. Отображение информации в САУ ОФ "Междуреченская" / В.А. Горячкин, И.В. Шефер, М.В. Шипунов, В.В. Грачев и др. // Информационные недра Кузбасса: Труды IV Всероссийской научно-практической конференции. -Кемерово: ИНТ, 2005. - С. 55 - 56.

5. Шипунов М.В. Оценивание эффективности и выбор программно-аппаратных средств систем автоматизации управления технологическими объектами / М.В. Шипунов, В.В. Грачев, С.Ф. Киселев // Информационные недра Кузбасса: Труды IV Всероссийской научно-практической конференции. -Кемерово: ИНТ, 2005. - С. 83 - 84.

6. Развитие автоматизированной системы контроля и управления установкой главного проветривания шахты / A.A. Ивушкин, С.Ф. Киселев, В.В. Грачев, М.В. Шипунов и др. // Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях: Труды Третьей Всероссийской научно-практической конференции. -Новокузнецк: СибГИУ, 2006. - С. 278 - 282.

7. Интегрированная система автоматизации управления угольной шахтой / Л.П. Мышляев, A.A. Ивушкин, П.И. Белокопытов, В.В. Грачев и др. // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Материалы Международной научно-практической конференции: сборник научных статей. - Новокузнецк: СибГИУ, 2006. - С. 74 - 77.

8. Особенности создания системы автоматизации управления обогатительной фабрикой «Междуреченская» / A.A. Ивушкин, С.Ф. Киселев, В.В. Грачев, М.В. Шипунов и др. // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Материалы Международной научно-практической конференции: сборник научных статей. — Новокузнецк: СибГИУ, 2006.-С. 78-80.

9. Шипунов М.В. Методы проектирования программного обеспечения систем автоматизации управления промышленными комплексами / М.В. Шипунов, В.В. Грачев, A.B. Клочков //Металлургия: новые технологии, управление, инновации и качество: Труды Всероссийской научно-практической конференции. - Новокузнецк: СибГИУ, 2006. - С. 251 - 253.

10. Ивушкин A.A. Выработка нормативов на создание промышленных комплексов / A.A. Ивушкин, В.В. Грачев, А.Ю. Андреев // Системы автоматизации в образовании, науке и производстве: Труды VI Всероссийской научно-практической конференции. - Новокузнецк: СибГИУ, 2007. - С. 68 - 73.

11. Ивушкин A.A. Выработка программ проектирования и строительства промышленных комплексов /A.A. Ивушкин, В.В. Грачев, Л.П. Мышляев // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Материалы Международной научно-практической конференции: сборник научных статей. - Новокузнецк: СибГИУ, 2007. - С. 247 - 252.

12. Ивушкин A.A. Исследование влияния функций стимулирования на эффективность выполнения проектов / A.A. Ивушкин, В.В. Грачев, Л.П. Мышляев, К.Г. Венгер // Вестник РАЕН (ЗСО). 2008. №10. - С. 129-133.

13. Грачев В.В. Методы планирования длительности выполнения проекта/ В.В. Грачев, A.A. Ивушкин, К.Г. Венгер, Л.П. Мышляев // Наукоемкие технологии. разработки и использования минеральных ресурсов: Материалы Международной научно-практической конференции: сборник научных статей. - Новокузнецк: СибГИУ, 2008. - С. 225 - 230.

Грачев Виталий Викторович

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ, РАЗРАБОТКИ И ВНЕДРЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ (НА ПРИМЕРЕ УГЛЕОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Изд. лиц. ИД №01439 от 05.04.2000 Бумага писчая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,1

Формат бумаги 60x84 1/16 Тираж 100 экз. Заказ № Зб'З . Подписано в печать {6.05. 09.

ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» 654007, Новокузнецк, ул. Кирова, 42 Издательский центр ГОУ ВПО «СибГИУ»

Основные понятия, обозначения и сокращения.

Глава 1. Основы создания систем автоматизации управления промышленными комплексами на основе натурно-модельного подхода.

1.1. Анализ предшествующих исследований.

1.1.1. Планирование создания промышленных комплексов.

1.1.2. Испытание и внедрение автоматизированных технологических комплексов (АТК).

1.1.3 Методы стимулирования при выполнении операций проекта.

1.1.4. Имитационное натурно-математическое моделирование.

1.1.4.1. Использование комбинированного моделирования при исследовании систем.

1.1.4.2. Натурно-модельный подход. Формирование натурно-модельных блоков.

1.1.4.3. Испытательно-наладочные комплексы на основе натурно-модельного подхода.

1.1.5. Автоматизация управления углеобогатительными фабриками.

1.2. Постановки задач исследования.

1.2.1. Постановка задачи выработки план-графиков создания промышленных комплексов.

1.2.2. Постановка задачи натурно-модельного исследования эффективности стимулирующих функций.

1.2.3. Постановка задачи испытания и пуско-наладки средств и систем автоматизации.

Глава 2. Планирование освоения средств на создание автоматизированных технологических комплексов.

2.1. Метод планирования на основе натурно-модельного подхода.

2.2. Пример выработки траекторий при создании АТК углеобогатительных фабрик.

2.3. Исследование функций стимулирования.

2.3.1. Содержательная сущность задачи.

2.3.2. Алгоритм определения эффективности стимулирующих функций.

2.3.3. Исследование эффективности стимулирующих функций.

Глава 3. Испытание и наладка средств и систем автоматизации.

3.1. Испытательно-наладочный полигон для средств и систем автоматизации.

3.1.1. Общая характеристика испытательно-наладочного полигона.

3.1.2. Техническое, программное, информационное и алгоритмическое обеспечение испытательно-наладочного полигона.

3.1.3. Натурная и модельная часть испытательно-наладочного полигона.

3.2. Испытания локальных контуров и алгоритмов на испытательно-наладочном полигоне.ЮЗ

3.2.1. Локальный контур с распределенными управлениями.

3.2.2. Локальный контур с рециклом.

3.2.3. Локальный контур элементов с запаздыванием.

3.3. Статические и комплексные динамические испытания АТК углеобогатительных фабрик.

3.3.1. Особенности испытания и наладки современных средств и систем автоматизации. Содержательная постановка задачи

3.3.2. Испытания и наладка средств и систем автоматизации на полигоне.

3.3.3. Испытания и наладка средств и систем автоматизации на промышленной площадке.

3.3.4 Результаты испытаний и наладки средств и систем автоматизации

Актуальность проблемы. Существенное, в три-четыре раза, сокращение сроков создания крупных промышленных комплексов и повышение требований к их технико-экономическим показателям побудило к поиску новых подходов к планированию, разработке и внедрению этих комплексов. В такой ситуации меняется и роль автоматизации управления, переходя от второстепенного значения к одному из ведущих факторов повышения эффективности выполнения всего проекта, включая этапы проектирования всех видов обеспечения, проведение монтажных и пуско-наладочных работ, а также эксплуатацию и развитие промышленных комплексов.

Сокращение сроков создания промышленных комплексов достигается за счет параллельного, одновременного выполнения таких работ как проектирование, заказ и поставка оборудования, строительство, монтаж оборудования, его пуско-наладка. А это требует четкого планирования временных и финансовых ресурсов, а также их динамической корректировки с ориентацией на конечные показатели реализации проекта. Существующие методы планирования не в полной мере учитывают особенности создания каждого комплекса и, как правило, не используют влияние стимулирования на длительность и эффективности выполнения отдельных операций и видов работ.

Увеличивающаяся сложность систем автоматизации, повышение требований к их эффективности, необходимость их включения в работу с момента пуско-наладки технологического оборудования, то есть еще до пуска промышленного комплекса в эксплуатацию, вызывает необходимость разработки автоматизированных испытательно-наладочных полигонов для средств и систем автоматизации.

Решение указанных задач возможно по пути развития и практического использования современных методов имитационного моделирования, представлений теории активных систем, поисковых оптимизационных процедур, планирования эксперимента.

Опыт разработки и внедрения систем автоматизации управления такими крупными промышленными комплексами как углеобогатительные фабрики и технологические объекты угольных шахт подтверждает актуальность охарактеризованной проблемы.

Диссертация выполнена в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ: Федеральной целевой программы «Интеграция науки и высшего образования России» (2002~2006г., Государственный контракт № Ц 0109); задания Министерства образования РФ на проведение фундаментальных научных исследований в области систем автоматизации и информатизации по тематике «Развитие теории и методов управления на основе натурно-модельного подхода» (2005-2006 г.г., № ГР 01200510529); проекта Российского фонда фундаментальных исследований «Комплексные системы автоматизации управления на основе натурно-модельного подхода» (2006-2008 г.г., № 06-07-89042); программ проектирования и строительства углеобогатительных фабрик «Спутник» (г. Полысаево), «Междуреченская» (г. Междуреченск), «Березовская» (г. Березовский), «Северная» (г. Березовский), «Листвяжная» (г. Белово), «Печорская» (г. Воркута), угольных шахт «Колмогоровская-2» (г. Белово), «Южная» (г. Кемерово), «Алардинская» (г. Осинники), «Северная» (г. Ургал).

Цель и задачи диссертации. Развитие методов, алгоритмов и систем автоматизации управления для ускорения создания промышленных комплексов. В рамках этой цели выделены конкретные задачи. 1. Разработка методов и алгоритмов выработки план-графиков создания промышленных комплексов. 2. Исследование влияния законов стимулирования на сроки и эффективность выполнения проектов. 3. Развитие методов и алгоритмов испытания и пуско-наладки средств и систем автоматизации. 4. Разработка план-графиков освоения средств строящихся углеобогатительных фабрик. 5. Испытания и выполнение пуско-наладочных работ при внедрении систем автоматизации управления углеобогатительными фабриками и наземными комплексами угольных шахт.

Методы выполнения работы. Обобщение практического опыта, методы сетевого планирования, комплексного имитационного моделирования, теории активных систем, поисковой оптимизации, идентификации объектов.

Научная новизна. Комплекс методов, алгоритмов и систем планирования, испытания и пуско-наладки средств и систем автоматизации, позволяющих ускорить создание крупных промышленных комплексов и повысить эффективность их функционирования:

1. Методы и алгоритмы выработки план-графиков выполнения проектов на основе имитационного натурно-математического моделирования с максимальным использованием данных предшествующих и условий создания новых проектов.

2. Зависимости влияния видов стимулирующих функций на сроки выполнения отдельных работ и в целом проектов создания промышленных комплексов: наиболее эффективны кусочно-линейная и квадратичная функции стимулирования, позволяющие уменьшить сроки создания комплексов на 1520 % и затраты на 5-10 %, по сравнению с другими видами функций.

3. Набор типопредставительных ситуаций выполнения проектов создания углеобогатительных фабрик как основы выработки план-графиков и включающих динамику освоения средств, план-графики выполненных проектов, функции стимулирования и пересчетные математические модели влияния вариаций определяющих факторов на длительность выполнения проекта.

4. Методы, алгоритмы и программы для обеспечения функций испытания и наладки средств и систем автоматизации управления, позволяющие выявить и устранить до 75 % ошибок разрабатываемых систем автоматизации управления на этапе предшествующем пуско-наладочным работам на объекте.

5. Эмпирический принцип, полученный на основе анализа результатов выполнения пуско-наладочных работ и внедрения промышленных комплексов, устанавливающий необходимость опережающей реализации системы автоматизации управления в части выполнения информационных функций и технологических блокировок. Выполнение этого принципа сокращает сроки проведения пуско-наладочных работ на 15-20 %, обеспечивает сохранность технологического и вспомогательного оборудования и безопасность проведения пуско-наладочных работ.

Практическая значимость работы. Результаты диссертационной работы могут быть использованы

- при планировании создания промышленных комплексов с опережающей реализацией систем автоматизации управления;

- при разработке информационного, алгоритмического и программного обеспечения полигонов для испытания и наладки средств и систем автоматизации;

- для обучения студентов и повышения квалификации специалистов в области разработки, внедрения и эксплуатации средств и систем автоматизации.

Реализация результатов. Результаты работы внедрены на углеобогатительных фабриках: «Заречная», г. Полысаево; «Междуреченская», г. Междуреченск; «Березовская», г. Березовский; на угольных шахтах «Колмогоровская-2», г. Белово; «Южная», г. Кемерово; использованы при проектировании систем автоматизации управления обогатительными фабриками «Северная», г. Березовский; «Листвяжная», г. Белово; «Печорская», г. Воркута.

Программное обеспечение испытания и наладки средств и систем автоматизации реализовано на испытательно-наладочном полигоне СибГИУ и Объединенной компании «Сибшахтострой» (г. Новокузнецк).

Результаты исследований используются при проведении практических и лабораторных занятий по дисциплинам «Основы разработки, испытания и развития систем управления», «Вычислительные комплексы, системы и сети», «Проектирование систем управления».

Предмет защиты. На защиту выносятся

- постановки задач, методы и алгоритмы выработки план-графиков создания промышленных комплексов;

- зависимости влияния законов стимулирования на сроки и эффективность выполнения проектов;

- методы и алгоритмы испытания и наладки средств и систем автоматизации;

- план-графики освоения средств строящихся обогатительных фабрик;

- результаты испытаний и пуско-наладочных работ систем автоматизации управления углеобогатительными фабриками и наземными комплексами угольных шахт.

Личный вклад автора заключается в разработке методов и алгоритмов составления план-графиков создания промышленных комплексов, испытания и наладки средств и систем автоматизации, построении зависимости влияния стимулирующих функций на сроки и эффективность выполнения проектов, проведении испытаний и пуско-наладочных работ для систем автоматизации углеобогатительных фабрик и наземных комплексов угольных шахт, сборе и обработке исходных данных для решения поставленных задач.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на 8-и конференциях, в том числе: IV и VI Всероссийских научно-практических конференциях «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (Новокузнецк, 2003 г., 2007 г.), IV Всероссийской научно-практической конференции «Информационные недра Кузбасса» (Кемерово, 2005 г.), III Всероссийской научно-практической конференции «Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях» (Новокузнецк, 2006 г.), Международных научно-практических конференциях «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2006 г., 2007 г., 2008 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: новые технологии, управление, инновации и качество» (Новокузнецк, 2006 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 12 статей в научно-технических сборниках, 1 статья в периодическом издании, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка, приложения и содержит 145 страниц основного текста, в том числе 49 рисунков и 16 таблиц.

Результаты исследования используются при обучении студентов по специальностям 230201 "Информационные системы и технологии" и 220301 "Автоматизация технологических процессов и производств".

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой решена актуальная научная задача разработки методов, алгоритмов и систем автоматизации для ускоренного создания промышленных комплексов. Основные выводы, теоретически и практически значимые результаты работы.

1. Эффективным средством выработки план-графиков выполнения проектов по созданию крупных промышленных комплексов может служить имитационное натурно-математическое моделирование с использованием данных предшествующих проектов с выделением типопредставительных ситуаций.

2. К числу определяющих факторов, влияющих на сроки выполнения отдельных работ и проектов в целом, относится стимулирование исполнителей работ. Предпочтительными из числа относительно простых и содержательно понятных функций стимулирования являются квадратичная и кусочно-линейная функция, применение которых дает возможность уменьшить сроки и затраты на выполнение проекта до 10%.

3. Одной из частей информационной основы решения задач выработки план-графиков создания промышленных комплексов, оценки эффективности стимулирующих функций, испытания и наладки систем автоматизации управления должны служить типопредставительные ситуации выполненных проектов создания промышленных комплексов. Типопредставительные ситуации включают план-графики выполненных проектов, функции стимулирования, натурные данные о работе промышленного комплекса, пересчетные математические модели влияния определяющих факторов на показатели выполнения проекта.

4. Развитые варианты систем испытания и наладки средств автоматизации управления должны объединять физические (натурные), модельные и натурно-модельные объекты исследования и оптимизации, позволяющие проводить все виды комплексного имитационного моделирования.

5. Проведение испытаний и наладочных работ средств и систем автоматизации на специализированных полигонах позволяют устранить до 70% всех видов ошибок разрабатываемых систем, дает возможности опережающей реализации систем автоматизации управления, что сокращает сроки выполнения пуско-наладочных работ на 15-20 %, обеспечивает сохранность технологического и вспомогательного оборудования и безопасность выполнения пуско-наладочных работ.

1. Дикман Л.Г. Организация строительного производства: учебник для строительных вузов / Л.Г. Дикман. 5-е издание. - М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. - 608 с.

2. Управление в строительстве: учебник для вузов / В.М. Васильев, Ю.П. Панибратов, С. Д. Резник, В.А. Хитров. М.: Издательство АСВ; СПб.: СПбГАСУ, 2001.-352 с.

3. Галкин И.Г. Совершенствование планирования строительного производства / И.Г. Галкин, Э.И. Сафонова, Е.М. Шабалин; Под ред. И.Г. Галкина-М.: Стройиздат, 1986. 168 с.

4. Организация строительного производства: учебник для вузов / Т.Н. Цай, П.Г. Грабовый, В.А. Большаков, С.М. Яровенко и др. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 1999. - 432 с.

5. Организация и планирование строительного производства: учебное пособие для вузов / А.К. Шрейбер, Л.И. Абрамов, А.А. Гусаков, Р.А. Волчанский и др. М.: Высшая школа, 1987. - 368 с.

6. Абрамов Л.И. Организация и планирование строительного производства. Управление строительной организацией: учебник для вузов / Л.И. Абрамов, Э.А. Манаенкова М.: Стройиздат, 1990. - 400 с.

7. Строительство горных выработок в сложных горнотехнических условиях: справочник / Б.А. Картозия, В.А. Пшеничный, И.Г. Косков, А.В. Корчак и др. М.: Недра, 1992.-320 с.

8. Шестаков В.А. Проектирование горных предприятий: учебник для вузов / В.А. Шестаков М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. - 795 с.

9. Белецкий Б.Ф. Технология строительного производства: учебник для вузов /Б.Ф. Белецкий. -М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2001. -416 с.

10. Сметное дело в строительстве: Учебное пособие / Г.М. Хайкин, А.Е. Лейбман, Л.И. Мазурин и др.; Под ред. Г.М. Хайкина М.: Стройиздат, 1991.-336 с.

11. Системы сетевого планирования и управления: пер. с англ. / Г.С. Тейман Г.С. М.: Наука, 1965. - 164 с.

12. Модер Дж. Метод сетевого планирования в организации работ: пер. с англ. / Дж. Модер, С. Филлипс. Л.: Издат, 1966.

13. СП 81-01-94. Свод правил по определению стоимости строительства в составе предпроектной и проектно-сметной документации. М.: Госстрой РФ, 1995.-104 с.

14. МДС 81-16.2000. Методические рекомендации по формированию и использованию укрупненных показателей базовой стоимости (УПБС) строительства зданий и сооружений производственного назначения. Утв. Госстроем России 29.12.1993 г.

15. Побожий В.А. Расчет и оптимизация сетевых графиков строительства. Учебное пособие для вузов / В.А. Побожий, С.И. Павленко, М.В. Побожия, В.В. Ткаченко. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2001. -240 с.

16. Гультяев А. К. MS Project Professional 2003. Управление проектами. Практическое пособие / А. К. Гультяев. М.: СПб.: Корона принт, 2004. -512 с.

17. Алиев B.C. Практикум по бизнес-планированию с использованием программы Project Expert / B.C. Алиев. М.: Инфра-М, 2007. - 272 с.

18. Отладка управляющих алгоритмов ЦВМ реального времени / под ред. В.О. Липаева. М.: Сов. радио, 1974. - 432 с.

19. Стефани Е.П. Основы построения автоматизированных систем управления технологическими процессами: учеб. пособие для вузов / Е.П. Стефании. -М.: Энергоиздат, 1982. 352 с.

20. Советов Б.Я. Моделирование систем: Учеб. для вузов / Б.Я. Советов. М.: Высшая школа, 1985. - 271 с.

21. Веников В.А. Теория подобия и моделирования: Учеб. пособие для вузов / В.А. Советов. М.: Высшая школа, 1976. - 479 с.

22. Динамическое моделирование и испытание технических систем / И.Д. Кочубиевский, В.А. Стражмейстер, Л.В. Калиновская, П.А. Матвеев. М.: Энергия, 1978.-303 с.

23. Кочубиевский И.Д. Динамическое моделирование нагрузок при испытаниях автоматических систем / И. Д. Кочубиевский, В.А. Стражмейстер. -М.: Энергия, 1965. 144 с.

24. Натурно-математическое моделирование в системах управления: Учеб. пособие / В.П. Авдеев, С.Р. Зельцер, В.Я. Карташов, С.Ф. Киселев. -Кемерово: КемГУ, 1987. 84 с.

25. Авдеев В.П. Производственно-исследовательские системы с многовариантной структурой / В.П. Авдеев, Б.А. Кустов, Л.П. Мышляев. -Новокузнецк: Кузбасский филиал Инж. Академии, 1992. 188 с.

26. Системы автоматизации на основе натурно-модельного подхода: Монография в 3-х т. Т.2: Системы автоматизации производственного назначения / Л.П. Мышляев, А.А. Ивушкин, Е.И. Львова и др.; Под ред. Л.П. Мышляева. Новосибирск: Наука, 2006. - 483 с.

27. Организация, планирование и управление строительным производством: учебник / Под ред. И.Г. Галкина. М.: Высшая школа, 1978 - 496 с.

28. Дикман Л.Г. Организация, планирование и управление строительным производством: учебник для строительных вузов и факультетов. 2-е издание. - М.: Высшая школа, 1982. - 480 с.

29. О'Брайен Д. Применение метода критического пути в строительстве. / Д. О'Брайен. -М.: Издательство литературы по строительству, 1971. 168 с.

30. Рыбальский В.И. Автоматизированные системы управления производством. / В.И. Рыбальский. Киев: Издательское объединение "Вища школа", 1974. - 480 с.

31. Комаров И.К. Совершенствование строительного производства. / И.К. Комаров. М.: Стройиздат, 1979. - 208 с.

32. Казанский Ю.Н. Опыт организации и управления строительными фирмами в США. / Ю.Н. Казанский. М.: Стройиздат, 1985. - 269 с.

33. Ушацкий С.А. Выбор оптимальных решений в управлении строительным производством. / С.А. Ушацкий. Киев: Издательство "Бущвельник", 1974. - 168 с.

34. Бурков В.Н. Как управлять проектами. / В.Н. Бурков, Д.А. Новиков. М.: Синтег, 1997.- 188 с.

35. Кочиева Т.Б. Базовые системы стимулирования. / Т.Б. Кочиева, Новиков Д.А. М.: Апостроф, 2000. - 108 с.

36. Новиков Д.А. Стимулирование в социально-экономических системах (базовые математические модели). / Д.А. Новиков. М.: ИЛУ РАН, 1998. -216 с.

37. Новиков Д.А. Механизмы стимулирования в многоэлементных организационных системах. / Д.А. Новиков, А.В. Цветков. М.: Апостроф, 2000.- 184 с.

38. Цветков А.В. Стимулирование в управлении проектами. / А.В. Цветков М.: Апостроф, 2001. 144 с.

39. Бурков В.Н. Теория графов в управлении организационными системами. / В.Н. Бурков, А.Ю. Заложнев, Д.А. Новиков М.: Синтег, 2001. - 124 с.

40. Новиков Д.А. Механизмы стимулирования в организационных системах. / Д.А. Новиков. М.: ИЛУ РАН (научное издание), 2003. - 147 с.

41. Новиков Д.А. Теория управления организационными системами. / Д.А. Новиков. М.: Московский психолого-социальный институт, 2005. - 584 с.

42. Райзберг Б.А. Современный экономический словарь / Б.А. Райзберг, Е.Б. Стародубцева, Л.Ш. Лозовский. М.: ИНФРА-М, 1999. - 479 с.

43. Автоматизация управления углеобогатительными фабриками / Л.П, Мышляев, С.Ф. Киселев, А.А. Ивушкин, Г.П. Сазыкин и др. -Новокузнецк: СибГИУ, 2003. 304 с.

44. Методы идентификации промышленных объектов в системах управления / С.В. Емельянов, С.К. Коровин, А.С. Рыков, Л.П. Мышляев. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2007. - 307 с.

45. Сазыкин Г.П. Проектирование и строительство фабрик нового поколения / Г.П. Сазыкин, Б.А. Синеокий, Л.П. Мышляев Новокузнецк: СибГИУ, 2003. - 126 с.

46. Ивушкин А.А. Системы автоматизации углеобогатительных фабрик: Монография / А.А. Ивушкин, С.Ф. Киселев, Л.П. Мышляев. Новокузнецк: СибГИУ, 2004. - 232 с.

47. Киселев С.Ф. Системы автоматизации управления промышленными объектами / С.Ф. Киселев, Л.П. Мышляев, А.А. Ивушкин // Перспективные промышленные технологии и материалы: Сборник научных трудов СибГИУ. Новосибирск: Наука, 2004.- С. 589 - 603.

48. Глинков Г.М. Контроль и автоматизация металлургических процессов / Г.М. Глинков, А.И. Косырев, Е.К. Шевцов. М.: Металлургия, 1989. - 352 с.

49. Разумов К.А. Проектирование обогатительных фабрик / К.А. Разумов. -М.: Недра, 1970.-592 с.

50. Тихонов О.Н. Автоматизация производственных процессов на обогатительных фабриках: учебник для вузов / О.Н. Тихонов М.: Недра, 1985.-272 с.

51. Троп А.Е. Автоматизация обогатительных фабрик / А.Е. Троп, В.З. Козин, В.М. Аршинский -М.: Недра, 1970. 320 с.

52. Скалка Б. Автоматизация шахт и обогатительных фабрик перевод с чешского / Б. Скалка М.: Недра, 1973. - 280 с.

53. Козин В.З. Автоматизация производственных процессов на обогатительных фабриках: учебник для вузов / В.З. Козин, А.Е. Троп, А .Я. Комаров М.: Недра, 1980. - 363 с.

54. Сигуа Р.И. Автоматизированное управление процессами обогащения иагломерации железных руд и концентратов / Р.И. Сигуа М.: Недра, 1989. - 192 е.: ил.

55. Козин В.З. Опробование, контроль и автоматизация обогатительныхпроцессов: учебник для вузов / В.З. Козин, О.Н. Тихонов М.: Недра, 1990. -343 с.

56. Троп А.Е. Автоматическое управление технологическими процессами обогатительных фабрик / А.Е. Троп, В.З. Козин, Е.В. Прокофьев М.: Недра, 1986.-303 с.

57. Андреев Е.Б. SCADA-системы: взгляд изнутри / Е.Б. Андреев, Н.А. Куцевич, О.В. Синенко. М.: РТСофт, 2004. - 176 с.

58. Матвейкин В.Г. Применение SCAD А систем при автоматизации технологических процессов: учеб. пособие для вузов / В.Г. Матвейкин, С.В. Фролов, М.Б. Шехтман М. Машиностроение, 2000. - 176 с.

59. ФедерЕ. Фракталы: пер. с англ. /Е. Федер. -М.: Мир, 1991.-254с.

60. Баренблатт Г.И. Подобие, автомодельность, промежуточная асимптотика. Теория и приложения к геофизической гидродинамике / Г.И. Баренблатт. -Л. Гидрометеоиздат, 1978г. 207с.

61. Фельдбаум А.А. Основы теории оптимальных автоматических систем /

62. A.А. Фельдбаум М: Физматгиз, 1963. - 552 с.

63. Дамбраускас А.П. Симплексный поиск / А.П. Дамбраускас М.: Энергия, 1979.- 175 с.

64. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А.А Красовского. М.: Наука, 1987. - 712 с.

65. Восстановительно-прогнозирующие системы управления / В.П. Авдеев,

66. B.Я. Карташов, Л.П. Мышляев, А.А. Ершов. Кемерово: КемГУ, 1984. - 89 с.

67. Круг Е. К. Цифровые регуляторы / Е.К. Круг, Т.М. Александриди, С.Н. Дилигенский. М.: «Энергия», 1966. - 504 с.

68. Ищенко А. Д. Статистические и динамические свойства агломерационного процесса/ А.Д. Ищенко. -М.: «Металлургия», 1972. 320 с.