автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.01, диссертация на тему:Информационная база для создания автоматизированной системы маркшейдерско-геологического обеспечения подземной разработки полиметаллических месторождений

РГ6 од

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московский государственный горный университет

На правах рукописи ПАРФЕНОВ Андрей Анатольевич

УДК 622.1 :,528.7:622.3 : 658.012.011.56

ИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА ДЛЯ СОЗДАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ МАРКШЕЙДЕРСК9-ГЕ0 ЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 05.15.01 — «Маркшейдерия»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени калдидата тех-.шческнх наук

/

Москва 1993

Работа выполнена в Московском государственном горном университете на кафедре маркшейдерского дела и геодезии.

Научный руководитель

/

докт. техн. наук, проф. БУКРИНСКИЙ В. А.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. СТРЕЛЬЦОВ В. И., канд. техн. наук СТОЛЧНЕВ В. Г.

Ведущее предприятие — Институт проблем комплексного освоения недр Российской Академии наук. .

Защита диссертации состоится '«""Г^. » г.

в час. на заседании специализированного совета К.-053.12.05 в Московском государственном горном университете по адресу: 117935, ГСП-:1, Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке универ-

ситета.

Автореферат разослан « . » . , 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

докт. техн. наук, проф. КРЮКОВ Г. М

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Основным источником информации о состоянии горных работ, динамике их развития, геологической ситуации в пределах горнах отводов, морфологии и качественном составе рудник залеяей являются маркшейдерские и геологические отделы горных предприятий. При создании и Функционировании АСУ ТП на горных предприятиях эти подразделения лэлг;ш зкстрать 2 качгстзг иксориаааоннога базиса, оссспечйзаазего исойходиж данными зсо службы горного предприятия, осуиествляпаие планирование и проектные работы.

Создание АС МГО ( автоматизированной системы маркией-дерско-геологического обеспечения ) на действувцих предприятиях сопрянено с рядом трудное й, обусловленных слояив-вимися на протяхении продолжительного периода информационны-ни и административными структурами, игнорирование которых может привести к необс чованным дополнительным затратам.

Изменение слояиваихся традиционных информационных структур вызывает нарушение нормального функционирования горного предприятия. Чтобы избрать этого, при разработке АС МГО необходимо пров сти тщательное обследование маркшейдерского и геологического подразделение горних предприятий. Полные и достоверные сведения о дзнненчи потоков документированной информации, административном и методическом подчинении работников маркшейдерских и геологических отделов, их Функциональных обязанностях, .видах полевых и камеральных работ, задачах, решаемых в процессе работы, слуяат основой для принятия решений при создании АС МГО.

В процессе деятельности горного предприятия информация о состоянии горных работ и горно-геологической ситуации предоставляется заинтересованным подразделениям ь виде показателей, характеризуиних ту или иную сторону Фактов, процессов или явлений. Количество показателей, форнируеных в маркоейдерско-геологическом подразделении, достигает нескольких тысяч. Автоматизированная обработка такого количества данных сопрязена с рядом практических трудностей. Для успезного их разрешения необходима разработка системы классификации и кодирования информации, получаемой и хранимой в марквейдерско-геологических подразделениях рудников и вахт.

Таким образом, решение вопросов информационного обеспечения- ЙС МГО является актуальной научно-технической задачей.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является разработка методов создания информационной основы автоматизированных систем маркиейдерско-геологического обеспечения, разработка новых методов построения информационной базы, обоснование выбора оптимальной методики каркшейдерско-геологического обследования, методов классификации и кодирования маркшейдерской и геологической информации.

ОСНОВНАЯ ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в использовании производственной Функции для создания оптимальных методов информационного обеспечения АС МГО и методов построения информационной базы системы маркшейдерско-геологического обеспечения. При этом в качестве продукта, производимого маркшейдерским и геологическим подразделениями, рассматривается информация.

НАУЧНЫЕ ПСЛ01ЕНИЯ, РАЗРАБОТАННОЕ ЛИЧНО СОИСКАТЕЛЕМ.

1. Разработаны принципы постгоения информационного обеспечения АС МГО действующих горных предприятий, отличаюииеся тем, что в их основе лежит анализ производственной Функции.

2. Разработана система классификации марквейдерско-ге-ологической информации, в основе которой лемит фасетный метод классификации, позволяющий все исходное мноиество показателей независимо делить на классификационные группировки каядый раз с использованием одного из выбранных признаков.

3. Разработана система кодирования ааркмейдерско-гео-логической информации, основанная на параллельном методе, при котором для обозначения кэядого отдельна о признака показателя независимо используется один или несколько разрядов кода.

НОВИЗНА. В результат« проведенных исследований разработана методика маркиейдерско-геологического обследования гор-.-'¿го предприятия и создана система классификации и кодирования маркшейдерско-геологической информации.

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИИ. ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ .эдтверядается успешным применением разработанных методик при создании АС МГО на шахте N 6? НПО "Дяезказганивйтмет" и поломительными результатами промышленной апробации разработанных методик.

НГЧЧНОЕ ЗНАЧЕНИЕ диссертационной работы заключается в разработке новых подходов к решению задач информационного обеспечения АС МГО, основанных на анализе производственной функции марквейдерско-геологического подразделения и обеспечивавших дальнейиее развитие информационного базиса АС ИГО.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ работы заклвчается в разработке методик, основывавшихся на анализе производственной функции. методов создания информационного обеспечения АС МГО. «а основании данных методов разработаны нормативные докуиенты для создания АС МГО на ва ,ах и рудниках НПО "Дгезказган-цветкет". вкявчаваие в себя метс-ику предпроектного иарквейдерско-геологического обсл°дования и обработки результатов обследования, описание автоматизированных функций и системы классификации и кодирования. Пре ¡овенные методики были утверждены руководством НПО "Джезказганиветкет".

РЕ. 'ИЗАЦИЯ ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ РАБОТЫ. Реализация разработанных методик ос(, ствлялась при создании автоматизированной системы марквейдерско-геологического обеспечения на вахте К 6? НПО "Диезказганмветмет". Их использование позволило качественно и в сжатые сроки разработать информационное обеспечение АС М; 1.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссер ации опубликовано 3 печатные работы.

ОБЬЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения. четырех глав, заключения и содержит 123 страницы машинописного текста. 11 рисунков, список литературы из 95 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРВйНИЕ РАБОТЫ

Создание АСУ ТП на действующем предприятии - больиая и сложная научно-техническая проблема, включавшая в сеья ряд крупных задач по техническому, информационному и программному обеспечению проектируемых систем. Важность этих задач определяет значительный обьем информации, посвященной вопросам автоматизации управления, публикуемой ежегодно как в навей стране, так и за рубежом.

Анализ состояния вопроса разработки АС МГО как с. лени, реализуввей основную часть функций маркиейдерско-геологического подразделения, показал, что эта часть задачи соз-

дания автоматизированной системы управления горным предприятием изучена слабо.

Проблемой создания автоматизированных систем управления на действуваих предприятиях занималось значительное количество авторов. Среди сувествущего мновества публикаций, пос-вяценных дойному вопросу, следует отметить работы В.А. Антонова, А. А. Модина. Г. А. Еремеева. А. П. Теремова, А. Г. Ма-миконова. Е. А. Петрова и С. С. йииыана. Однако непосредственно информационному обеспеченно АС МП) посвявена линь диссертационная работа Т. П. Никулиной, вышедпая более двадцати лет назад. Но ни в одной из этих работ не дается теоретического обоснования информационного обеспечения АС КГО.

До настоящего времени не разработано оптимальной методики маркиейдерско-геологического обследования отделов и подразделений горного ;?едприятия, слабо освежены вопросы классификации и кодирования маркшейдерской и геологической информации. Сучествувчие разработки практически не уделяют внимания автоматизации документооборота маркиейдерско-геологического подразделения.

Все это не позволило создать автоматизированной системы марквейдерско-геологического обеспечения ни на одном из горнорудных предприятий страны.

Б связи с излояенным сформулированы основные задачи исследований:

- обоснование новых методов ыаркшейдерско-геологичес-кого обследования деиствуюаих горных предприятий;

- обоснование рационализации системы ь квейдерско-геологического обеспечения подразделений горных предприятий при внедрении АС МГО;

- ^основание рациональной системы классификации и кодирования маркяейдерско-геологической информации;

- разработка методов информационного обеспечения АС ИГО;

- технико-экономическая оценка эффективности автоматизации документооборота на действупвих горных предприятиях.

Решение указанных задач осуществлялось на базе использования аналитических методов исследований и практического апробирования разрабатываемых методик.

Системный анализ оказывается весьма эффективным при исследовании сложных обьектов. поскольку им учитывается неопре-

деленность поведения системы в целом и отдельных ее частей как результат действия случайных факторов и участие в системе людей. Подобный подход позволяет получить хоровие результаты и при определении функций, реализуемых системой при известных здемемах и известной организации системы, и при решении обратной задачи - синтеза системы - определения элементов и организации системы по заданной ее Функции.

Таким образом, ваннейиии этапом при создании ЙС МГО шляется анализ производственной Функции каркиейдерско-геологиче-ского обеспечения. Причина неудач при создании автоматизированных систем иаркиейиерско-геологического обеспеченна - игнорирование гтого Фактора.

Процесс маркиейдерско-.-еологического обеспечения следует рассматривать как многополюсную систему, имевшую разнообразные входы: А - технологические и геологические, представ ляющие собой объекты деятельности системы; В-*ивой труд, т.е. лиди. участвуют!"5 в производстве работ; С - средства производства (приборы и инструменты, вычислительная и оргтехника).

Виходом и процесса ¡аркиейдерско-геологического обеспечения является выпуск готовой продукции (документированная инфорнация. варианты реаения гг^нотехнологических вопросов).

Завискаость выхода от входив называют производственной функцией и в общем виде оча будет иметь вид:

и = р С Й. В, С >. (1)

При зтои следует учитывать, что каадая группа входов, так не как и выход, будет представлять собой многокомпонентные величины:

А!

В! I

С1

А *

В

! . I С - ! . 1 и ,

Вг,

Сп

У1

Уп

(2)

I

I

I «п !

I '

Таким образом, для разработка М'Эркз^йдярско'Г^слогич^'.чог^ оберем ¿ниа необходимо знать сосгав ка*дий из матриц (2). С цель я выявления ка«дого из

] I I

рациональной

л

г

1

г

г

параметров перед созданием АСУ на каждой горном предприятии должно производиться предпроектное обследование.

Производственная Функция (1) системы маркаейдерско-геологического обеспечения определяет порядок и обьем работ по предпроектному обследовании.

Предла- -емая методика предлагает порядок работ, вытекающий из анализа производственной функции (1):

- сбор сведений о горном предприятии Гй);

- определение целей и структуры марквейдерско-геоло-гического обеспечения и должностных обязанностей персонала [В];

- определение Функций, задач маркиейдерско-геологичес-кого обеспечения и работ, направленных на реализации функций [С);

- изучение документооборота и потоков информации марк-вейдерско-геологического г<еспечения ПЛ.

Целью рационализации системы маркмейдерско-геологичес-кого обеспечения является повывение достоверности информации о ходе производственного процесса и оперативности ее получения. переработки и передачи пользователе.

Для того чтобы наметить основные пути рационализации системы марквейдерско-геологического обеспечения, рассмотрим еще раз производственна«) функцию Ш и введем коэффициенты, определяющие отновение 1-го показателя А. В и С к. количеству информации, описывающей состояние системы горного предприятия и внешней среды (1^).

ХП = А1/и1:' УМ = В1/и]; Щ = С1/1Л. (3)

При этом линейная производственная Функция апишется в виде трех матричных отно«ений:

X г Аи: У = ви; г си. <4)

Нетрудна заметить, что коэффициенты X. У и являются "затратами" показателя Й.В и С на единицу информации.

Поскольку показатель А. характеризующий технологические и горно-геологические обьекты. не моиет быть изменен, так как обьемы работ зависят от обьемов запланированного к добыче полезного ископаемого, остановимся более подробно на оставмихся трех показателях.

Анализ формулы ¿4) показывает, что повывение экономичной эффективности маркшейдерско-геологического обеспече-

ния иоает идти по трем направле. иям:

- сокраденйе численности персонала маркиейдерско-геологического подразделения и тем самим увеличение обьенов информации, перерабатываемых каждым из сотрудников;

- совервенствование приборного парка маркиейдерско-геологического подразделения, создание автоматизированных систем сбора и обработки информации:

- рационализация документооборота и унификация форм документов.

Поскольку увеличение обьеиов информации на каядого из сотрудников никак не способствует повышении достоверности и оперативности получения данных, этот путь стоит признать бесперспективным.

Таким образом, рационализация системы маркоейдерско-ге-ологического обеспечения при создании АС МГО заключается в совершенствовании системы документооборота и приборного парка.

Рациональная схема документооборота предусматривает представление информации в виде документов, унифицированных как по Ферме, так и по содеряанив. Количество документов при рационализации документооборота соответствует условию необходимого минимума.

Выбирая метод классификации маркмейдерско-геологичес-кой информации в АС МГО. следует рассмотреть признаки, по которым мояет осуществляться ее группировка. Поскольку элементарной единицей инфопкации является показатель, то в качестве группировочных признаков доланн выступать его реквизиты, притом количественные признаки определяет реквизит-основание, а качестве, ¡ые - реквизит-признаки. Наиболее целесообразным является подразделение всего массива признаков на пять групп, которые условно моано обозначить как административные, пространственные, горно-геологические, качественные и временные.

До настоякего времени для классификации маркмейдерско-геологической информации использовался иерархический отод. На тУ.'знй взгляд, это вполне логично, поскольку в массиве показателей достаточно явно прослемивается цепочка:

Комбинат - Рудник - Шахта - Горизонт - Панель - Камера

Цепная адресация, поименяекая в иерархическом методе, обеспечивает воэмомность внесения как горизонтальных изменений в

группировках того или иного уровня, так и вертикальных, путем замены адреса связи. В обдем случае каждая группировка может делиться на группировки следующего уровня с использованием своего признака. Глубина классификации в каждой ветви иерархической структуры монет быть разной.

Все это делает иерархическую классификации весьма привлекательной для группировки маркиейдерско-геологической информации. Пока обьем запоминающих устройств компьютеров был невелик, а быстродействие мало, это был единственно возможный способ классификации данных. Поиск обьектов при этом осумест-влялся путем просмотра группировок первого уровня и отбора в нем по заданным признакам групировок второго уровня, затеи вел просмотр отобранных группировок второго уровня и отбор в нем уме по другим признакам группировок третьего уровня и т.д., до тех пор, пока не будут исчерпаны либо все уровни структуры, либо заданный набор поисковых признаков.

При всех положительных качествах иерархический кетод классификации имеет один очень важный недостаток - он позволяет подразделять исходное множество показателей на классификационные группировки, только используя жесткую, заранее заданную структуру группировочных признаков. Это значительно со- < крачает количество задач, которые могут быть решены с исполь-зоглнием этого метода, и делает автоматизированную систему менее гибкой, ограничивая возможности е« дальнейиего развития.

Использование фасетного метода кл ссификации позволяет устранить этот недостаток. Хранение информации в базах данных на жестких носителях дает возможность существенно сократить время на поиск дачных и тем самым дает возможность ооущест-влять поиск по совокупности любых признаков.

Поскольку для решения той или иной задачи группировка показателей может быть осуществлена по любому из возможных признаков, для марквейдерско-геологической информации должен использоваться фасетный метод классификации.

Каждый признак фасетной классификации соответствует фасет". который представляет собой список значений поименованного признака классификации. Количество фзсетмых формул определяется возможными сочетаниями признаков. Для каждой фасетной формулы может быть образована иерархическая классификация, в которой на каждом уровне деления используется один

признак, соответствувций отдельному Фасету, а последовательность признаков определяется фасетной Формулой.

При кодировании аарквейдерско-геологической информации в качестве заданного множества выступает совокупность показателей. используемых для отображения горно-геологической ситуации. В процессе копирования долины бить решены две основные проблему - обеспечение эффективности и надежности обработки информации.

В настоящее зремя существует несколько отличных друг от друга методов кодирования технической и технико-зксноничес-кой информации:

1. Порядковый метод кодирования.

2. Серийно-порядковый метод кодирования.

3. Последовательный метод кодирования.

4. Параллельный метод кодирования.

5. Смеианный метод кодирования.

Преимуществом порядкового метода кодирования является простота. При его использовании все показатели независимо от классификяципннкх группировок :¡ произвольной последовательности номеруются от 1 до N. где К - общее число показателей. Добавление кодов при появлении новых показателей осуществляется в конец числового ряда. Главный недостаток подобного метода - однотипнее показатели имеют совервенно различное кодовое обозначение. Это не позволяет вести поиск информации г. использованием системы кодов и тем самым делает подобнуи систему кодирования вообще ненужной. , Серийно-порядковий метод кодирования более гибок, пос-

; кольку исх. ..toe мнохестпо показг.гслзй разбивается на ряд подмножеств в соответствии с их признаиаии. Показатели кодируются порядковыми номерами в пределах подмножества, а для идентификации каждого подмножества выделяются первые разряды кодов. При относительной простоте этот метод позволяет осуцествлять поиск информации по классификационному признаку, определяющему серии показателя. Основной недостаток этого метода заключается в том, что в коде показателя заложен ливь один из его признаков. Внутри серии подобный метод сохраняет все недостатки передового метода. Анализ серийно-порядкового метода показывает, что его использование сделает автоматизированную систему малоэффективной и весьма ограни-

ченной в дальнейшей развитии.

При последовательном методе кодирования какая группировка системы кодов определяется некоторой совокупность» значений рекзизитов показателей. Код кашдой следувэдей группировки образуется путем добэиления разрядов к группировке предыдущего уровня. Этот метод наиел аирокое распространение при кодировании информации для автоматизированных систем. Его использование позволяет вести поиск информации внутри всего массива информации по одному или нескольким признакам определенным иерархичоским методом классификации. Б результате ему присучи все недостатки, определенные иерарх, .еской классификацией. то есть поиск информации ведется лишь по жестко заданной схеме, в заранее предопределенной последовательности.

Параллельный метод кодирования интересен тем, что для обозначения ка»?,ого атд°.яь"пго признака показателя применяется чгсть кодового обозначения, ссстояшая из одного или нескольких разрядов, Поиск информации. Енутри всего мношества показателей мохет вестись по любому из признаков (или ряду признак«?), вне ??рисимости от иу последовательности. Все это делает параллельный метод коди.ппрдния наиболее универсальны«.

Оценка экономической эффективности от автоматизации документооборота производилась путем сравнения стоимости вычисления одного показателя ручным и машинным м«тгдами. Произведенный расчет показывает, что услоп..ая стоимость одного показателя при машинном счете уменьшается более чем на 70%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи - разработки информационного обеспечения автоматизированных систем млркшейдергко-гяологкчргкого обеспечения, позволявшее значительно сократить затраты на подготовительной (предпроектной) стадии создания АС МГУ, снизить труоемкость работ по создании информационного обеспечения и повысить надешность функционирования автоматизированного комплекса.

Основные выводы и полошения диссертационной работы:

I. Анализ состояния вопроса показал, что задача разра-

ботки информационного обеспечения АС МГО действующего горного предприятия является актуальной. До настоящего времени не существует ни одной отечественной автоматизированной система маркиейдерско-геологического обеспечения подземной разработки местороздений полезных ископаемых.

2. В результате обобщений и исследований, осуществленных в диссертационной работе, установлено, что последовательность работ по иаркшейдерско-геологическому обследовании наиболее полно отображается производственной функцией подразделения. При это« кнфорнация, полученная в отделе, впервые рассматривается как продукция, им произведенная. Направления работ описываются входными и выходными составляющими функции и включают в себя:

- обьекты. деятельность которых отображает маркиейдерс-ко-геологическои обеспечение:

- трудовые ресурсы (состав маркшейдерского и геологического подразделений): >

- средства и методы маркиейдерско-геологического обеспечения;

- продукцию системы маркиейдерско-геологического обеспечения в виде документированной информации и решений по регулированию производственного процесса.

3. Классификация наркшейдерско-геологической информации доляна осуществляться на основании фасетного метода, который характеризуется тем, что исходное множество обьектов мозет независимо делиться на классификационные группировки, каждый раз с использованием одного (или нескольких) из выбранных признаков. Ранее применяемый иерархический метод не позволяет осуществлять группировку совокупности показателей по произвольно выбранному реквизит-признаку (группе реквизит-признаков).

4. Предложенная в работе система кодирования маркией-дерско-геологической информации охватывает всю совокупность показателей, имеющих хождение в данных подразделениях0и, в отличи*1 от используемых оанее, в случае изменения условий деятельности горного предприятия может быть легко адаптирована в соответствии со складывающейся ситуацией.

5. Определение стоимости ручного и маиинного вычисления отдельного показателя, сформированного в маркжейдерско-гео-

- А1 -

логическом подразделении, позволило установить, что стоимость ручного вычисления более чем на 7ОХ выие.

Результаты исследований, приведенные в данной диссертационной работе, были использованы при разработке автоматизированной системы маркиейдерско-геологического обеспечения С АС ИГО) на шахтах НПО "Дяезказганцветиет". Марквейдерско-геологическое обследование горных предприятий, проведенное по предлохенной метода.;е. показало ее высокую эффективность. Разработанную методику классификации и кодирования маркшей-дерско-геологической информации ревено использовать для информационного об' печения создаваемой АС ИГО.

Основные половения диссертации опубликованы в следув-вих работах:

1. Г'ченко В.Н., Парфенов А.А. Выбор метода прогнозирования геоло! ческих показателей / В сб.: Проектирование и эксплуатация рудников в слоеных горно-геологических условиях - М.: ЫГИ. 1988.

2. Парфенов А.А. Геолого-марквейдерское обследование горных предприятий с целью создания АСУ ТП / Тезисы докладов II семинара "Информатика недр" (банки данных, базы знаний, компьютерные технологии).- Кемерово, 1989.

3. Парфенов А.А. Систематизация показателей геолого-маркеейдерского отдела рудника / В сб.: Теория и практика проектирования, строительства и эксплуатации высокопроизводительных подземных рудников. - М.: НГИ. 1990.