автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Моделирование и оптимизация организационно-технологических процессов и систем предприятий строительного комплекса

□□3058430

На правах рукописи

ГОРЮНОВ ИГОРЬ ИВАНОВИЧ

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ ПРЕДПРИЯТИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

Специачьность:

05.13.06. - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (строительство)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2007

003058430

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный строительный университет ( ГОУ ВПО МГСУ)

Научный консультант

засл\ женный деятель науки РФ доктор технических наук, профессор Р\ льнов Анатолий Анатольевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Барский Родион Георгиевич

доктор технических наук, профессор Доценко Анатолий Иванович

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Марсова Екатерина Вадимовна

Всероссийский институт по проектированию организации энергетического строительства-«Оргэнергострой»

Защита состоится » ^ 2007 г в « ¿г? часов на

заседании диссертационного совета Д 212 138 01 при ГОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (МГСУ) по адресу 115114, г Москва, Шлюзовая набережная, д 8, ауд ^

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу 129337, Ярославское шоссе, д 26

Автореферат разослан

2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета Куликова Е Н

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации В современных условиях углубления финансовых отношений, \ силения экономических стимулов реализации многочисленных различных строительных программ резко возрастает роль качественных показателей проектирования и эксплуатации строительных объектов Важным направлением улучшения качества проектных и управленческих решений по организации и технологии строительства является широкое использование современных методов системотехнического подхода и средств вычислительной техники

В последние годы и на предприятиях строительного комплекса при производстве различных строительных изделий, материалов и смесей быстро осваиваются системы автоматизированного управления контроллеры реализуют функции оперативного управления, пульты с цветными мониторами представляют информацию технологическому персоналу всех уровней иерархии, заменяя прежние носители информации Специальные пакеты инженерного проектирования (конфигураторы) позволяют за несколько месяцев (против нескольких лет раньше) создавать математическое и информационное обеспечение сложных организационно-технологических систем (ОТС) Быстро развивающиеся системы с искусственным интеллектом (в том числе экспертные) позволяют автоматизировать трудно формализуемые операции проектирования ОТС, диагностики производственных ситуаций и ситуационного управления Однако, узким местом, препятствующим успешному освоению экспертных систем, являются процедуры получения исходных знаний (моделей представления знаний)

Таким образом, современные технические и программные средства резко расширили границы автоматизации управления производством строительных изделий и материалов, вовлекли в эту сферу все иерархические уровни человеко-машинного управления созданием АСОУ во всем спектре их функций В то же время, законы развития сложных производственных систем требуют синхронного перевода на качественно более высокий уровень не только степени контактности с внешней средой (что особенно важно в условиях рыночной экономики) и степени управляемости, но и сложности и степени понимания специфики ОТС в стройиндустрии, т е требуют новых моделей представления знаний о управляемых объектах и алгоритмах их расчета Большая формализация и материализация этих знаний позволит уменьшить долю интуитивных решений при разработке ачгоритмического и информационного обеспечения, снизить число итераций, обеспечить высокую скорость проектирования автоматизированных ОТС, их высокую эффективность и надежность

В связи с этим исследование и разработка структур, моделей и алгоритмов управления, учитывающих основные особенности конкретных

производственных операций и ориентированных на современные средства вычислительной техники, с целью создания подсистем управления, обеспечивающих высокую эффективность проектной и оперативной оптимизации ОТС, определяет актуальность избранной темы Результаты, полученные в ходе выполнения этих исследований лично автором или под его руководством и непосредственном участии, обобщены в защищаемой диссертации

Диссертация выполнялась в соответствии с индивидуальным планом работы соискателя в докторантуре МГСУ и планами научно-исследовательских работ в рамках межвузовской научно-технической программы «Строительство»

Научно-техническая гипотеза В качестве гипотезы положены теоретические разработки автора и сформулировано предположение о возможности построения автоматизированных ОТС на основе принципов адаптивности и оперативных оценок их экономической эффективности, в соответствии с которыми повышение качества готовой продукции и снижение эксплуатационных затрат может быть достигнуто за счет изменения структуры и режимов работы объекта

Цель исследований Цель работы - разработка структур, моделей и алгоритмов оперативного управления производственных операций и получение научных и методических результатов, дающих конструкторам и проектировщикам современных ОТС совокупность новых знаний, представлений и навыков, позволяющих создавать системы с более высокими потребительскими свойствами в более короткое время Для достижения поставленной цели

• выполнен анализ характеристик, сгруктур и специфических особенностей построения и функционирования ОТС на предприятиях строительного комплекса,

• выявлены недостатки существующих способов организации и управления рассматриваемыми объектами, дана их характеристика как автоматизированных систем оперативного управления, сформулирована задача исследований,

• исследованы основные закономерности подсистемы управления О'1С в условиях рыночной экономики и разработаны модель и структура подсистемы оперативного управления производством и сбытом готовой продукции,

• сформулирована целевая функция (критерий оптимальности) управления производством строительных изделий, материалов и смесей, позволяющая решать задачи оперативной оптимизации по технико-экономическим показателям,

• разработаны алгоритмы расчета организационно-технологических и технико-экономических показателей для автоматизированного оперативного управления 07С,

• исследованы системы производства строительных изделий в индукционных камерах, сыпучих материалов во вращающихся агрегатах, сухих смесей в смесителях циклического действия, изучены их тепло- и физико-технические характеристики, построены математические модели и разработаны алгоритмы оптимизации, на основе которых спроектированы структуры подсистем управления О ТС

Методология и методика исследований. Научно-методологической основой исследований и разработки новых методов оперативной оптимизации ОТС является системотехнический подход Методологически осуществление этого подхода выражается в создании автоматизированных ОТС производства строительных материалов и изделий построение которых состоит из анализа теоретических и информационных аспектов проектирования и управления, учитывающих специфику конкретных объектов В работе использованы следующие системотехнические и математические методы системного анализа, математического моделирования, теории систем, теории автоматического управления, теории вероятностей и математической статистики, а также методы организации и технологии строительства

Объект исследования организация технологии производства товарной продукции на предприятиях строительного комплекса, включая аппа-ратурно-технологические схемы, режимы их работы, контроль и оперативное управление

Предмет исследования закономерности процессов автоматизированного оперативного управления на стадии разработки новых и модернизации действующих ОТС, структуры, модели и алгоритмы их расчета для целей оптимизации объектов

Научная новизна результатов выполненных исследований заключается в том, что впервые

• проведен системный анализ информационных аспектов автоматизированного оперативного управления ОТС,

• установлена и исследована связь подсистем производства строительных материалов и изделий с директивным органом, определяющим объем выпуска целевых продуктов, с подсистемой распределения с директивным органом, определяющим цену при их реализации,

• разработана и научно обоснована структура удобная для проектирования и эксплуатации современных интегрированных ОТС, учитывающая специфику рыночных отношений,,

• выявленные, с использованием представлений теории систем, общие условия оптимизации ОТС позволили теоретически обосновать и разработать научно-методические основы построения математических моделей конкретных производственных операций,

• при разработке алгоритмов оперативного управления ОТС использованы не только технико-экономические показатели, но и их динамические связи с управляемыми параметрами, учитывающими автоматический сдвиг информации во времени и ее усреднение интегрированием до использования в расчетах критерия оптимальности,

« построены математические модели, разработаны алгортмы расчета и решены задачи оптимизации ОТС при производстве изделий в индукционных камерах, сыпучих материалов во вращающихся агрегатах и сухих строительных смесей в смесителях циклического действия

Практическая значимость Значимость перечисленных выше результатов исследований для оптимизации ОТС состоит в том, что они являются теоретической базой для научно обоснованного выбора структур, моделей и алгоритмов на стадии проектирования новых и модернизации действующих систем Предварительные ориентировочные расчеты показывают, что использование полученных результатов позволит не только повысить технико-экономические показатели работы предприятий но и существенно сократить сроки создания и стоимость АСОУ

Реализация результатов исследований На основе полученных практических результатов для ряда строительных проектно-конструк-торских институтов, научно-технических центров и фирм подготовлены рекомендации по автоматизации управления ОТС, влючающие выбор структур, моделей и алгоритмов их расчета Эти же результаты используются в учебном процессе при подготовке инженеров в МГСУ, а также бакалавров и магистров на строительном факультете университета г Бу-мердесса (Республика Алжир)

Достоверность результатов Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов, предложенных в работе, подтверждены всесторонними исследованиями, выполненными с применением современных методов и средств, а также отмеченными выше результа-

тами внедрения основных теоретических положений и научно-технических разработок в практику работы предприятий строительного комплекса

Апробация работы Основные положения и результаты всех этапов работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на II-IX научно-практических конференциях МГСУ «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» (1998-2006), X-XIY международном (польско-российско-словацком) симпозиуме «Теоретические основы строительства» (2002-2006), XIII-XY международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (1999-2001), международной конференции «Интерстроймех» (2000-2005), а также на заседаниях Ученого Совета ф-та «Механизация и автоматизация строительства», совещаниях и заседаниях научно-технических советов ряда заинтересованных организаций и предприятий Госстроя и Минпромэнерго РФ

Публикации По теме диссертации опубликованы 62 работы, в том числе 11 книг и брошюр, 34 статьи в журналах и научных сборниках, доклады на 17 научно-технических конференциях, семинарах и симпозиумах

Структура работы Диссертация состоит из введения, 8 глав основного текста, 52 рисунков, общего заключения и библиографического списка литературы, насчитывающего 236 наименований

Основные положения Результаты, полученные в процессе проведенных теоретических и экспериментальных исследований, позволили сформулировать следующие основные положения, выносимые на защиту

• комплекс теоретических и практических методов построения моделей ОТС, представляющий собой синтез структур организации и технологии, аппаратурного оформления, контроля и управления,

• автоматизированное оперативное управление, реализованное в виде

моделей, алгоритмов, структур и технических средств различного конструктивного исполнения с многоуровневыми иерархическими связями,

• модели, структуры и характеристики автоматизированного проектирования подсистем оперативного управления производством изделий, сыпучих материалов и сухих строительных смесей, отражающие смену целей функционирования ОТС предприятий

Sil * Я:

Автор приносит благодарность научному консультанту, заслуженному деятелю науки Российской Федерации, доктору технических наук, профессору А А Рульнову, работы которого оказали решающее влияние на формирование основных положений данной диссертации

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении проанализировано значение проведенных исследований и достигнутых результатов в ряду других работ, посвященных решению задач моделирования и оптимизации ОТС на предприятиях строительного комплекса Обоснованы актуальность, научная и практическая значимость диссертации, сформулирована цель исследований и изложены методы ее достижения, приведены основные положения, выносимые на защиту

Здесь же изчожены результаты анализа традиционных методов управления ОТС на базе строительно-производственных АСУ, их информационных, управляющих и вспомогательных функций, технического и математического обеспечения, достоинств и недостатков централизованной и распределенной структур управления, показателей технико-экономической эффективности оперативной оптимизации

Оценка основных функций, технологических и организационных структур, экономической эффективности действующих в строительстве ОТС позволила выявить следующие недостатки применяемых методов

• действующими государственными и отрастевыми методиками рекомендованы лишь формулы расчета экономической эффективности автоматизированных ОТС, но не рассмотрены вопросы получения исходных данных для их проектирования и оперативного управления и фактически отсутствуют методы учета таких важных показателей, как производительность технологических линий, себестоимость и качество готовой продукции, в то же время эти показатели необходимо прогнозировать уже на предпроектном этапе, оценивать на этапе технического проектирования и определять на этапах внедрения и эксплуатации системы,

• при создании ОТС для управления технологическим комплексом или производственным цехом возникает также вопрос о связи изменений показателя отдельной производственной операции с конечным показателем работы всего производства, поскольку из-за отсутствия цены на промежуточные продукты (полуфабрикаты) ряд показателей управляемых участков в большинстве случаев нельзя перевести в стоимостные показатели Этот вопрос практически не освещен в научной и методической литературе, а необходимость учета таких показателей для разработки ОТС предприятий строительного комплекса требует постановки и проведения специальных научных исследований

• при анализе эффективности автоматизированных ОТС в зависимости от цели функционирования конкретного объекта можно применять различные критерии как абсолютной, так и относительной эффективности единовременных и регулярных затрат Для предприятий строительного комплекса соответствующий выбор критериев определяет политику про-

ведения работ по компьютеризации производства, однако выбору критериев оптимальности в различных ситуациях принятия решений в методических руководствах до сих пор также не уделяется должного внимания Выявленные особенности задач моделирования и оптимизации ОТС позволили сформировать общую методологическую схему исследований (рис 1)

Первая глава диссертации посвящена предпроектной разработке структуры подсистемы оперативного управчения ОТС производства строительных изделий по технико-экономическим показателям

В ней изложены результаты исследования основных характеристик организационной подсистемы управления производством и реализацией готовой продукции в условиях рыночной экономики Анализ полученных результатов показал, что отличительной особенностью работы предприятий строительного комплекса в современных условиях хозяйствования является быстрая смена ситуаций, требующая принятия оперативных управленческих решений Это связано с тем, что при существенных коте-баниях спроса на конкретный вид строительной продукции подсистема производства не может раз и навсегда устанавливать для себя оптимальный объем выпуска, который, таким образом, должен постоянно корректироваться в зависимости от пост) пающих в систему внешних и внутренних возмущающих воздействий

В качестве основной цели управления организацией совокупности подсистем производства и реализации на строительном рынке готовой продукции было принято равенство их спроса и предложения, а в качестве показателя степени приближения к этой цели - величина прибыли получаемой в единицу времени В разработанной модели структуры организационно-оперативного управления (рис 2) использован известный принцип обратной связи, единственным сигналом которой является рассогласование между спросом и предложением, причем, в зависимости от этого рассогласования директивным органом К7( (ППР - коммерческий директор) устанавливается цена изделий, а директивным органом ТД (ЛПР - технический директор) - объем их производства

Для уменьшения амплитуды колебаний цены решение о изменении цены предложено принимать исходя из суммы двух сигналов - сигнала рассогласования между спросом и предложением и сигнала о скорости изменения спроса

В разработанной модели ОТС сигналом, дающим рекомендацию на увеличение или уменьшение объема производства изделий, должна быть величина получаемой прибыли Знание цены и количества реализованных изделий позволило определить зависимость прибыли от количества производимых изделий, которая носит экстремальный характер (рис 3)

Рис 1 Общая методотогическая скема выполнения работы

Для изучения колебаний прибыли в разработанной структуре ОТС предусмотрено подразделение оптимизации, цель работы которого - определение по какую сторону от экстремума находится текущий выпуск продукции и выдача рекомендаций ЛПР о расширении или сворачивании производства При этом обязательным должно являться выполнение ограничений наложенных как сверху (обусловленных возможностями рынка), так и снизу (связанных с рентабельностью производства)

Появление на строительном рынке нового вида изделий немедленно скажется на характеристиках спроса на другие изделия и приведет к изменению прибыли В диссертации показано, что появление нового вида изделий может изменить характеристику прибыли кривой вида 3-3 на кривую вида 4-4 (см рис 2) и производитель старых изделий вместо прибыли Р;, которую он получал от их реализации, начнет нести убытки Р? В этом случае следует немедленно перейти к выпуску других изделий, так как для

Нзхгашыс расхода н тд

Себестоимость)

1Ш

Прибыль В ГЛ РрСАЧ'НИ

Повдадоенж Подразделение

ПриСьЮШ оптимизации

Рпажседшнн орсзвитин производства

Рис 2 Структура организационно-технологической системы управления производством строительных изделий

характеристики 4-4 теперь уже не существует значения количества изделий, способного приносить прибыль Время Т., в течение которого можно выпускать старые изделия, следует определять по отношению запаса наличного капитала I) к величине убытка в единицу времени Ро 7' - [) / Р2 Если за время Т производитель не успеет организовать выпуск изделий нового вида, он будет вынужден сворачивать производство и увольнять рабочих, что отразится на характеристиках спроса на другие строительные материалы и изделия и приведет к появлению безработных В теории ав-

тематического управления такое явление называется потерей устойчивости системы Чтобы избавиться от этого неприятного явления, нами предложен другой способ соединения подсистем 0!С„ сущность которого заключается в построении и развитии новых моделей последующих уровней иерархии п-1, п-2, , 1 подсистемы управления

Задача выбора рациональной структурной схемы моделей ОТС и схемы соединения моделей чрезвычайно сложна, что и послужило предметом наших исследований, основные результаты которых изложены ниже В данной же главе лишь отмечено, что в структурной схеме подсистемы производства изделий могут использоваться обратные связи по прибыли, выполнению плана, цене, себестоимости и др В зависимости от вида обратной связи (У 1С и ее руководитель (ЛПР) будут функционировать по-разному Так, если в подсистеме производства имеется обратная связь по прибыли, ЛПР вынужден максимально использовать производственные резервы и стремиться к непрерывному обновлению номенклатуры выпускаемых изделий Если в структуре 01С предусмотрена обратная связь по выполнению плана, ЛПР должен увеличивать производственные ресурсы на случай непредвиденного изменения плана и стремиться к сохранению существующей номенклатуры Поэтому выбор типа модели и обоснование критерия, в соответствии с которым выбирается вид обратной связи, является очень важной задачей автоматизированного оперативного управления Ее успешное решение во многом зависит от полноты и качества математических моделей отдельных производственных операций

«■оамцг

Рис 3 Зависимость величины прибыли от количества производимых изделий в единицу времени

Вторая глава посвящена вопросам построения математических моделей производственных операций и решению задач оперативной оптимизации ОТС В ней изложены результаты анализа современного состояния и перспектив развития приемов и методов моделирования, показано, что модели ОТС имеют иерархическую структуру и что наиболее перспективным способом описания таких структур является стратифицированное описание, в котором под стратой нами понимается уровень описания, характеризующий признаки объекта исследования

Показано, что задач}' оптимизации производственных операций в ОТС можно считать поставленной, если сформулирована не только ее цель, но и определен показатель степени достижения этой цели (критерий оптимальности), указаны и количественно описаны ограничения, которые нельзя нарушать при движении к цели, определены возможные управления и допустимые диапазоны их изменения, выявлены основные возмущающие воздействия, препятствующие достижению цепи оптимизации и даны их численные характеристики

На основе сформулированной задачи, изучения и обобщения опубликованных работ предложена новая рациональная процедура построения математических моделей и решения с их помощью задач проектирования подсистем оперативной оптимизации как отдельных производственных операций, так и их совокупности в составе сложных производственных участков предприятий строительного комплексов При этом научно обоснована целесообразность при решении задач оптимизации ОТС применения упрощенных (идеализированных) моделей в виде систем обыкновенных дифференциальных уравнений материальных балансов типа

£ 0> си-с>£ 0, = 1 = 1,2, ,ш (1)

ИЛИ

£ О, С„-С,£ 0,+ V/, (Сь С2, , С» , Ст) = Гс^С,/^, (2)

где - поток /-того компонента на входе в объект (п - число входных потоков), С, - содержание /-того компонента в смеси на выходе объекта (т -число компонентов), С, 1 - содержание /-того компонента в /-том входном потоке, Г-рабочий объем применяемого агрегата,/ - кинетическая функция

Система уравнений (1) справедлива для чисто физических технологических процессов, а система (2) - для операций в которых имеют место какие либо химические превращения сырья

Для конкретных технологических процессов, наряду с максимизацией прибыли возможно использование и других, но обязательно взаимообусловленных, критериев оптимальности, в частности, переменной части се-

бестоимости изделий 5'уа, (например, 1 м3 бетона) Отличие такой формы задания оптимальности от известного критерия «технологическая себестоимость» состоит в том, что в ней вместо общих затрат предложено использовать тотько технологические затраты 3„„ т е затраты на сырье, материалы и энергию (затраты на амортизацию оборудования, накладные расходы и ряд других статей не зависят от качества организации производства и поэтому в число технологических затрат нами не включались)

с,ад

Рис 4 Зависимость технико-эконономических показателей производства изделий от производительности технологического комплекса

Анализ возможных формы зависимости прибыли, себестоимости и цены от производительности показал (см рис 4), что величина Яяг представляет собой сумму тех затрат сырья и энергии, которые наиболее чувствительны к качеству организации производства

■Я,, = ± Ц, ) С, (г) <к/ / Рпр (I) ¿1, (3)

Сп-Г 1р-Т

где п - число основных видов сырья и энергии, Ц, - цена единицы г-того вида сырья или энергии, - момент времени, в который происходит расчет величины Буаг за отчетный промежуток времени Т, Р„р - выпуск готовой продукции (массы изделий) в единицу времени г

Таким образом, требуется такое управление потоками в, (v), чтобы достигался минимум величины 5„„., выпуск изделий был не меньше величины Рпр, показатели а} качества изделий соответствовали диапазону допу-

стимых значений и параметры Ьк технологического режима отвечали требованиям безаварийной работы оборудования Иначе говоря, потоки G, (tj необходимо изменять во времени так, чтобы всегда выполнялись условия

Svar = [G, (t) dt ] —> mm, i = 1, 2, , n

(4)

J Pnp(t)dt>P,

m

(5)

tp-T

Qj mm -b a}(t) <a,

*j mcccy

j = 1, 2, , m

(6)

hmm ^ bk(t) < Ъктах, к = 1,2, ,Г

(7)

Поскольку, производство строительных изделий и материалов постоянно подвергается воздействию случайных возмущений ( колебаний качества вяжущих материалов, добавок, крупного и мелкого заполнителей, характеристик оборудования) практически решить многомерную вариационную задачу отыскания таких законов изменения потоков О, (у, которые обеспечили бы минимум критерия (4) при соблюдении наложенных ограничений (5)-(7), невозможно В качестве выхода из сложившейся ситуации в диссертации предложено использовать метод частотной декомпозиции по возмущающим воздействиям на основе иерархического управления

В третьей главе приведены результаты исследования и разработки алгоритмов управления ОТС производства строительных изделий Здесь, на примере технологии сборного железобетона, доказана необходимость непрерывного контроля технико-экономических показателей (ТЭП) производственных операций Однако, на предприятиях стройиндустрии, расчет этих показателей до сих пор не автоматизирован, выполняется не чаще одного раза в месяц, что не позволяет своевременно вмешиваться в производство в случае снижения его экономических показателей При этом одним из наиболее трудно вычисляемых ТЭП является себестоимость изделий, что связано с большим временем нахождения сырья и полуфабрикатов в процессе их обработки, которое составляет от 6-8 до 14-16 часов и зависит от принятой конкретной технологии производства (агрегатно-поточной, конвейерной, стендовой), типа изделий, марки бетона и др

Анализ особенностей алгоритмизации управления технологией производства железобетонных изделий (ЖБИ) по ТЭП выявил необходимость автоматического сдвига и интегрирования информации, поступающей от измерителей параметров, во времени, до ее использования в расчетах Схема сдвигов информации во времени приведена на рис 5

Для расчета значений необходимых сдвигов информации был разработан специальный алгоритм, который учитывает нагрузки основных уча-

стков производства и переключения технологической схемы В нем, для повышения достоверности расчетных данных предложено усреднение информации интегрированием производить за скользящий интервал времени длительностью Ти от (I - Т^ до г, что позволяет компьютеру выдавать результаты расчета по уравнению (3) с частотой, ограничиваемой только частотой ввода информации

цемент, щебень, песок, вода, добавки

11111

I базирование 1 компонентов приготовление * бетонной смесь рормование и утотнение тетовая * обработке дозревание * изделий

Т1 тз г- 14 -

Рис 5 Упрощенная схема сдвигов информации во времени

Т: - сдвиг информации о затратах на операцию дозирования компонентов бетонной с меси, 12- сдвиг информации о затратах на операцию пригогов тения (перемешивания) бетонной смеси, тз - сдвиг информации о затратах на операцию формования и уплотнения, т^ - сдвиг информации о затратах на операцию тепловлажностной обработки

Поскольку в ОТС предприятий стройицдустрии реализация алгоритмов управления связана со спецификой используемых производственных операций была разработана группа алгоритмов оперативного контроля основных технологических параметров В этих алгоритмах относительные величины Т7 преобразуются в единицы давления, объема, расхода и температуры по формуле

Р(0 = Ртах (8)

где Р(1) - текущее значение параметра, Ртах - максимальное значение шкалы прибора для измерения соответствующего параметра

Для автоматического ввода получаемой информации в компьютер и обеспечения максимальной точности и достоверности вычислений предложены уравнения связи перечисленных технологических параметров с ТЭП, которые учитывают специфику их изменений, тип используемого датчика и измерительного прибора, способ производства изделий и особенности организации отдельных производственных операций (обработки насыщенным паром, продуктами сгорания природного газа, токами промышленной частоты в индукционном поле)

Для проектирования подсистемы оперативного управления ОТС, при котором необходимо контролировать не только ТЭП, но и вырабатывать управляющие воздейсгвия разработан алгоритм расчета совокупности составляющих себестоимости, в соответствии с которым определяются составляющие как по отдельным производственным операциям, так и по производственному комплексу в целом Это дает возможность отслеживать изменения величины себестоимости, определять их причины и оперативно корректировать параметры конкретных производственных операций

С учетом полученных алгоритмов контроля и принятого критерия оптимальности была разработана структура управления О ТС (рис 6), состоящая из управляемой и управляющей подсистем, обеспечивающих поддержание оптимальных значений технологических параметров на основных участках производства ЖБИ (приготовления бетонной смеси, уплотнения, формования и тепловой обработки) Сущность решаемой этой системой оптимизационной задачи организации производства состоит в следующем при заданных технологическим регламентом уравнениях связи и наложенных ограничениях осуществить поиск и установку значений управляющих воздействий, обеспечивающих минимальное значение себестоимости 1 м3 бетона

Четвертая глава посвящена разработке подсистемы оперативного управления ОТС производства строительных изделий Здесь приведены результаты применения предложенной методики исследований на примере процесса тепловой обработки изделий в индукционных камерах тупикового типа С учетом специфических особенностей данного процесса проведены дополнительные исследования позволившие сформулировать уточненную задачу управления, которая была выражена взаимообусловленным локальным критерием не противоречащим глобальной целевой функции (4) и условиям ее реализации (5)-(7) В общем случае для одной индукционной камеры и изделий с одномерными полями (например, железобетонных стоек и свай, центрифугированных ЖБИ) этот критерий был представлен функционалом вида

/="Ч Шг, Т)Л*(г, Т)Ыг + Ъ2) Шйт + Ъ3) Ыг(г, т)]йт (9)

О 0 0

0 <т<Т, 0 <г <И ,

где 1(г, Т) - температура в 2-й точке изделия в момент I, г*(г,Т) - заданное на конец обработки температурное поле изделия, г - пространственная координата изделия, г- время,/ - заданные функции (г - 7, 2, 3), /;, - весовые коэффициенты (г - 1, 2, 3), и - управление, К - диаметр изделия, Т - продолжительность тепловой обработки

часть ПОУ

О

*/

Се. а? сметами

(ппр(ГНУ]

Вычислительная часть АСОУ

Анализ Д и самонастройка системы &

Дц

I Вычисление А«Со-Сг * ■ ■

_1_ ' Алтедяпкы —К____ Ноясль улршиной 2 Аптерит

' опт»........ •

Аижпаа ф! цшифп—копии

упршябиой ЧКТИ

«

Система авода-выаояа информации

Вход

УП=Г | Тсакапогичасстя линия (объект управления) |

Рис 6 Структура организации оперативного управления технологией производства строительных изделий

Первая составляющая критерия (9) отражает прочностные требования к изделию и поэтом} является величиной, косвенно определяющей степень завершенности операции тепловой обработки Исходя также из условий обеспечения безаварийной работы камеры, эта составляющая не должна превышать некоторого заданного допустимого значения Вторая составляющая этого критерия характеризует затраты электроэнергии на операцию тепловой обработки, а третья - определяет ущерб из-за возможных деструктивных процессов или других эффектов, связанных с нарушением теплового режима операции

В связи с отсутствием возможности оперативного получения всей необходимой информации о протекании и завершенности операции (автоматически измеряется лишь величина потребляемой электроэнергии) для оценки дефектов, температурного и теплового полей в системе организации управлением использована теоретическая модель проф А А Рульнова, позволяющая оценивать эффективность назначенных управлений Созданная на ее базе адекватная математическая модель, учитывающая взаимосвязь тепловой нагрузки, внешнего теплообмена и внутренней теплопередачи, представляет собой уравнение теплопроводности, включающее суммарное количество тепла выделяемого в единицу времени в единице объема изделия в результате действия вихревых токов и экзотермической реакции гидратации цемента

В результате проведенных исследований была сформулирована задача наискорейшей приближенной тепловой обработки ЖБИ., решение которой на примере обработки в индукционных камерах центрифугированных опор ЛЭП показало, что применение трехинтервального управления позволяет сократить общее время нагрева на 33 минуты, и тем самым снизить стоимость процесса на 24 % , обеспечивая при этом точность не более 4 % от заданного значения температуры

Для практической реализации предложенной структуры организации производства рекомендовано использование гибридного (аналого-дискрет-ного) вычислительного комплекса

Пятая глава посвящена исследованию общих характеристик и особенностей организации производства сыпучих строительных материалов во вращающихся агрегатах Здесь, в частности, подтверждена, установленная ранее для ЖБИ, целесообразность построения О ТС по иерархическому принципу На нижней ступени управления вращающимся агрегатом обеспечивается стабилизация всех поступающих материальных потоков, на средней ступени рассчитываются задания стабилизирующим устройствам, а на верхней ступени должен выполняться расчет оптимального распределения нагрузок между параллельно работающими агрегатами и программный перевод каждого из них в заданный режим работы

При этом отмечено, что нижняя и средняя ступени могут быть реализованы как с помощью аналоговых устройств, так и с помощью УВМ,

использование которых в качестве цифровых управляющих устройств более предпочтительно, поскольку' позволяет реализовать практически любой закон управления, который требуется для поддержания качества целевого продукта с заданной точностью Показано также, что при использовании принципа цифрового управления с помощью УДА/ период опроса установленных на агрегатах измерительных приборов должен составлять 1-2 минуты Увеличение периода опроса увеличивает запаздывание объекта и, как правило, приводит к появлению незатухающих автоколебаний при любых параметрах настройки цифровых управляющих устройств

Кроме того, выявлено, что в ОТС обработки во вращающихся агрегатах любого из сыпучих строительных материалов может быть использована статистическая математическая модель, основанная на непрерывном измерении температуры на границах двух зон, лимитирующих суммарную скорость процесса В предложенной нами модели зависимость показателя качества обрабатываемого сырья 3 от температур Т\ и Тг была представлена в виде уравнения линейной регрессии

/ = ¿0 + 6; Т1+Ь2Т2, (Ю)

где Ьд - коэффициент, величина которого зависит от состояния теплотехнических устройств конкретного агрегата и потерь тепла в окружающую среду, ¿2, ¿2 - постоянные коэффициенты, учитывающие время пребывания материала в зоне действия соответствующих температур и степень влияния этих температур на формирование качества получаемых продуктов

Полученные результаты показали гакже, что вопросы построения ОТС для верхней ступени управления, решающей задачи согласования или координации работы технологического комплекса, состоящего из группы параллельно работающих агрегатов, представляют сложную самостоятельную задачу исследований, решение которой изложено в двух последующих главах диссертации

Здесь же показано, что поскольку целью работы такой ОТС является минимизация суммарного расхода топлива при обеспечении заданных количества и качества цетевого продукта, при ее проектировании задача оптимизации должна быть разбита на подзадачи, каждая из которых решается независимо от других Вначале была разработана структура организации нижней ступени управления, которая предназначается для оперативного управления режимом работы каждого агрегата Эта нижняя ступень ОТС нами была представлена в виде трех аналоговых управляющих устройств, хотя, в принципе, они могут быть и цифровыми и реализовываться программой той же УВМ, которая служит для реализации алгоритмов верхней ступени управления

Первое устройство предназначено для стабилизации заданной величины качества продукта Оно управляет подачей сырья по величине п п п (потерь массы материала при прокаливании) и содержит два задания, одно из которых определяет ту величину п п п , которая должна быть стабилизирована, а второе - положение управляющего органа, в котором этот орган должен находиться при отсутствии рассогласования между заданным и фактическим значениями п п п

Предложенная структура управления ОТС объясняется тем, что на предприятиях строительного комплекса часто отсутствуют весоизмерители сырья Если бы расход сырья, поступающего на обработку, контролировался, как это делается на большинстве горно-обогатительных предприятий, величину расхода можно было бы стабилизировать на заданном значении, а затем изменять в некоторой функции от величины показателя качества целевого продукта Второе управляющее устройство нижней ступени воздействует на измените расхода топлива в зависимости от температуры отходящих газов, а третье - предназначено для стабилизации величины разряжения в «холодном» конце агрегата

УВМ управляет заданиями для всех трех управляющих устройств (в случае п п п - начальным положением управляющего органа) и одновременно контролирует выполнение команд на изменение их положения Поскольку управление скоростью вращения агрегата конструктивно обычно выполняется вместе с электроприводом, команды на изменение этого параметра УВМ передает на тиристорный преобразователь, а его контроль осуществляется с помощью тахогенератора

Для оперативного управления на нижней ступени ОТС разработана статистическая модель, которая реализуется программой УВМ с высокой частотой опроса двух измерителей температуры материала (в рабочей зоне и выходе из агрегата) и позволяет непрерывно определять качество продукта по уравнению (10) Это уравнение может быть реализовано также посредством аналоговых устройств, но в обоих случаях результаты расчета величины 3 поступают в устройство управления качеством продукта Однако, уравнение (10) справедливо лишь в узких диапазонах изменения производительности агрегата б, скорости его вращения п и крупности сырья р Поэтому нами предложено после расчета заданий всем управляющим устройствам производить коррекцию моделей каждого агрегата по формуле

Ъ о, = Ь о(1-1) + т^в, - О и) + т2(п, - п ,+ т3(р, - р,_,), (11)

где индекс (1-1) относится к результатам измерения соответствующего параметра за последюю смену, предшествующую расчету, а индекс / - к ре-

зудьтатам расчета ( для текущих значений б и п) или к результатам последнего анализа крупности сырья, т¡, т?, пи - постоянные коэффициенты Скорректированные значения коэффициентов модели Ь0, передаются на нижнюю ступень управления ОТС одновременно с расчетными значениями заданий локальных управляющих устройств

В шестой главе рассмотрены вопросы организации управления технологическим комплексом параллельно включенных агрегатов Учитывая влияние производительности агрегата в и коэффициента продольного перемешивания И на расход топлива О, а также принимая, что все агрегаты имеют одинаковые характеристики, функция цели была первоначально определена как

тт^ = тт£ /(О/, О^ , (12)

где I - количество работающих агрегатов, I - номер агрегата

Результаты статистической обработки экспериментальных зависимостей расхода топлива от производительностей агрегатов при различных скоростях их вращения показала, что функция (12) с удовлетворительной точностью описывается полиномом второго порядка

/(вь 0^=00 + а^! + а20! - а3С/ (13)

и возрастает на сечении этой функции

Задача минимизации суммарного расхода топлива при заданной производительности всех агрегатов была решена в соответствии с принципом сечений последовательным поиском оптимума методом множителей Лагранжа Из полученных расчетных соотношений было установлено, что если производительность каждого отдельного агрегата может быть меньше оптимальной, заданная суммарная производительность должна распределяться поровну между всеми агрегатами При увеличении заданной суммарной производительности и, соответственно, необходимости увеличения производительности каждого агрегата, (г-Щ агрегатов должны работать с оптимальной производительностью, а N агрегатов - с производительностью большей, чем оптимальная

При отсутствии на агрегатах стабилизации расхода потребляемого сырья найденные в результате расчета значения производительности каждого агрегата должны быть пересчитаны в проценты открытия ножа питателя сырья Для этой цели нами рекомендовано использование уравнения регрессии (с эмпирическими коэффициентами), в котором положение ножа определяется как линейная комбинация производительности агрегата, влажности и крупности сырья

В тех случаях, когда агрегаты имеют малый диаметр (и малую производительность), зависимость расхода топлива от нагрузки бтизка к линейной и с достаточной для практических расчетов точностью может быть найдена по уравнению

В этом случае для оптимального распределения нагрузки между агрегатами необходимо максимально загружать те агрегаты, у которых наклон характеристик мал и снижать загрузку сырья на тех агрегатах, у которых наклон характеристик велик (коэффициент сь,)

Кроме приведенных алгоритмов для обеспечения заданного качества целевого продукта на основе материального и энергетического балансов разработан алгоритм расчета теплового режима, позволяющий оперативно определять количество тепла, которое необходимо вводить в агрегат при заданной производительности

При разработке ОТС вращающиеся агрегаты могут рассматриваться как стационарные линейные объекты только в сравнительно узких диапазонах изменения управляющих воздействий Выход из этих диапазонов приводит к нарушению необходимого запаса тепла в футеровке и, как следствие, к браку готового продукта на несколько часов При этом ни одна из известных автоматизированных ОТС не в состоянии вновь ввести агрегат в заданный режим Наиболее серьезные трудности получения заданной точности поддержания качества целевого продукту обусловлены распределенностью параметров теплового режима и запаздыванием информации, поступающей в подсистему управления ОТС

В диссертации показано, что устранение отмеченных недостатков возможно с помощью специального динамического алгоритма изменения режима работы агрегатов, сущность которого заключается в определении из множества допустимых управлений таких, которые способны переводить управляемый объект из начального состояния х(0) в конечное х(г) (т е при ? — т х = 0), обеспечивая минимум функционала .7*

где У7, Г - матрицы коэффициентов, определяющие цены отклонения выходных координат объекта и управлений соответственно

Таким образом, функционально разработанная подсистема оперативного управления ОТС параллельно работающих агрегатов состоит из четырех основных элементов блока статического расчета, вычисляющего параметры теплового режима каждого из агрегатов, цифрового управляющего устройства, реализующего динамический алгоритм перевода каждого

О, = О], + ¿12,0,

(14)

(15)

агрегата в новый режим работы, блоков управления тепловыми режимами агрегатов, блока распределения сырья по бункерам агрегатов

Предложенная структура 0'1С содержит обратные связи по расходу сырья и качеству целевого продукта, что позволяет своевременно получать информацию о выполнении плана, качеству продукта и идентифицировать математические модели, использующиеся при управлении объектом

В седьмой главе рассмотрены вопросы дальнейшего повышения экономической эффективности технологии и организации производства строительных изделий и сыпучих материалов Анализ результатов работы таких ОТС показал, что хотя получаемый при этом экономический эффект и несколько ниже, чем при модернизации и реконструкции основного оборудования, на их внедрение требуются во много раз меньшие капитальные вложения и срок окупаемости, как правило, не превышает полутора лет

Как известно, прибыль предприятия Пр зависит от соотношения цены единицы продукции Ц, ее себестоимости 5 и объема производства Р и определяется выражением Пр - (Ц - 8) Р При внедрении данного класса ОТС существует возможность увеличения прибыли в результате изменения каждой из этих составляющих, однако эффективность их использования будет определяться особенностями конкретных технологических процессов Так, снижение себестоимости за счет сокращения расходов энергии и изменения цен в результате повышения качества продукции являются лишь потенциальными источниками повышения прибыли Реальная же прибыль определяется тем, насколько точно будут измеряться технологические параметры и поддерживаться их значения вблизи оптимальных

В диссертации, в качестве примера, приведена зависимость прибыли от температуры обработки исходного сырья (рис 7) Показано, что при производстве искусственных пористых заполнителей для легких бетонов эта зависимость носит экстремальный характер (кривая 1), что объясняется обеспечением оптимального качества при оптимальном значении температуры Отклонения ее от оптимального значения всегда вызывает ухудшение качества продукции Отсюда следует, что прибыль падает не только в случае неоптимального среднего значения, но и при колебаниях температуры вокруг заданного значения, поскольку при этом неизбежно снижение качества

Ломаный вид зависимости прибыли от температуры при производстве вяжущих материалов (кривая 2) объясняется дискретностью изменения отпускной цены готового продукта Это связано с тем, что функциональная связь цены вяжущих с их качеством отсутствует, а имеет место лишь дифференциация стоимости продуктов по их сортности (например строительная известь подразделяется на три сорта 1, 2 и 3-й) Поэтому при достижении некоторой температуры г,, обеспечивающей определенное качество материала за счет разности между ценой и себестоимостью, получают прибыль Пр] При повышен™ температуры путем увеличения рас-

хода топлива качество продукции улучшается, но цена при этом не изменяется и прибыль естественно падает Когда температура возрастает до ^, обеспечивая получение продукции более высокого сорта, цена увеличивается и прибыль повышается до значения Пр2 Хотя дальнейшее повышение температуры ведет к увеличению глубины обработки сырья за счет повышения расхода топлива, цена при этом не изменяется и прибыль вновь начинает падать Причем падает не только при неоптимальном заданном значении температуры, но и при ее колебаниях под воздействием внешних и внутренних возмущений

Рис 7 Зависимость прибыли предприятия от температуры

производства сыпучих строительных материалов 1 - искусственные пористые заполнители, 2 - вяжущие материалы

Как видно из кривой 2, при производстве вяжущих любое отклонение значения ведет к снижению прибыли А поскольку на выходе из агрегата материал практически не перемешивается и нельзя компенсировать ухудшение качества за какое-то время увеличением глубины обработки сырья в последующий промежуток времени, приходится поддерживать задание по температуре не Ь, а ^ = ^ + 4 где Л - динамическая погрешность управления Чем выше погрешность, тем более высокое значение температуры приходится задавать, а поскольку 0 > 6, то Пр3 < Прь т е прибыль уменьшается

Таким образом, в производстве сыпучих строительных материалов существует связь между экономическим ущербом от несоблюдения заданного оптимального режима и средним квадратичным отклонением управляемого параметра Исследование этой связи показало, что в тех случаях, когда расход топлива нелинейно зависит от температуры, удельный расход топлива можно выразить в виде

д=с ты + 0,5[с2К(!н) /с г] (1/Т)\ [Л((т)]7с1т}, (16)

где с - коэффициент пропорциональности, равный отношению теплотворной способности топлива к производительности агрегата, - номинальное значение стабилизируемой температуры, Л1(т) - отклонение стабилизируемой температуры от заданного значения , Т - время, за которое производится вычисление удельного расхода топлива

Первое слагаемое правой части выражения (16) определяет затраты тепла в установившемся режиме, второе - затраты тепла, связанные с колебательностью температурного режима Так как

(1/Т)\ (17)

о

то удельный расход д пропорционален дисперсии температуры При этом коэффициент пропорциональности [82 К(1и) /512] зависит от конструкции агрегата и протекающего в нем конкретного технологического процесса

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что при проектировании новых и модернизации действующих О ТС всегда следует стремиться к минимизации дисперсии температуры, поскольку при этом, во-первых улучшается качество целевых продуктов, а во-вторых, сокращается удельный расход топлива И то и другое приводит к увеличению прибыли предприятия

Восьмая глава посвящена решению задач автоматизации управления организацией и технологией приготовления сухих строительных смесей (ССС) Здесь, на базе выявленных и изученных физических, технологических и конструктивных особенностей процесса смешения, разработана экспериментально-аналитическая модель процесса, позволяющая оперативно находить геометрические и режимные параметры смесителя Исследовано влияние этих параметров на характер протекания смешения компонентов ССС в продольном и поперечном направлениях и конечное значение качества получаемой продукции

В качестве критерия оптимальности, как и ранее в предыдущих главах, использовался минимум переменной части затрат на единицу готовой продукции 5 Вариантная оценка этого критерия связана с интегральным критерием качества управления, который для технологии приготовления ССС был представлен в виде

» ЧТ -

М (Р'Р.о) Л, (18)

о

где До- оптимальное значение содержания i-того компонента смеси, Т -интервал времени, обеспечивающий заданную степень усреднения экономических показателей, //, - коэффициент, отражающий ущерб, связанный с отклонением содержания p,(t) от заданного значения

Установлено, что если p/t) - р,ц =г- const описывает оптимальный закон изменения содержания p,(î) в смеси, при котором затраты на единицу готовой продукции минимальны, то наилучшей подсистемой управления ОТС будет та, которая обеспечивает минимум интегральной квадратичной погрешности стабилизации состава ССС, т е минимум функционала S Однако, данный показатель может использоваться лишь для оценки качества простых двухкомпонентных смесей, поскольку в качестве главного параметра он содержит среднеквадратическое отклонение, которое является всего лишь мерой разброса значений содержания (концентрации) С, ( / 1, 2, 3, , п) ключевого компонента в п пробах относительно среднего их значения С* во всех пробах смеси

В диссертации показано, что затруднения в использовании в качестве критерия среднеквадратического отклонения, связанные с отсутствием возможности оценки однородности многокомпонентных смесей, могут быть преодолены путем формулирования задач организации технологии приготовления ССС в терминах упорядоченной данной ОТС, мерой совершенства которой является количественная оценка в форме энтропии

Этот параметр является более удобным для сравнения различных смесей показателем, нежели среднеквадратическое отклонение, т к он не зависит от числа проб и количества смешиваемых компонентов Используя величины истинного значения энтропии идеальной смеси на один признак (один компонент) Я? и ее статистической оценки H lk* , можно установить ряд полезных оценок состояния ССС Величина АН = (Hi - H „*) показывает насколько далека смесь на уровне v от идеальной Учитывая это, в качестве показателя состояния однородности смеси можно принять параметр

n=l-(Hj -H„УH,, (19)

который может быть назван «степенью однородности смеси» Для идеальной в статистическом смысле смеси П - 1 При полной сегрегации компонентов в рабочем объеме смесителя П = 0, т к H „,* - 0 Любое случайное перераспределение частиц в смеси, исходя из принципа возрастания энтропии, приводит к увеличению Я )V* поэтому в процессе смешивания параметр П —> 1, а эффективность способа организации приготовления смесей можно оценивать по соотношению

¿ = 1-(Я/Я„иг) (20)

Чем меньше значение К, тем ближе получаемая смесь по своим свойствам к смеси с максимальной энтропией При Н - Нтах величина Е = 0, а при Н = 0 значение Е -1

Выбор наиболее эффективного способа организации на базе информационного подхода показан на примере трехкомпонентной смеси, содержащей 70 % полуводного гипса (Г), 20 % портландцемента (Ц) и 10 % пуццолановой добавки (Д) Возможные способы ее приготовления приведены в столбце 3 таблицы, где скобками выделены стадии смешивания

Табу ню

№ Кол-во Последовательность Упорядоченность Эффективность

способа стадий ввода компонентов смеси (энтропия) смешивания

1 1 (Д +Ц -г Г) 1,1568 0,266

2 2 (Д + Ц) + Г 1, 2837 0,127

3 2 (Д + Цт0,1Г) + 0,6Г 1,8022 0,094

4 3 [(Д + Ц) + 0,2Г] + 0,5Г 1,8225 0,089

5 3 [(ДТЦ)^0,1Г] + 0,6Г 1,7657 0,117

6 3 [(Д-0,1Г)-гЦ] + 0,6Г 1,8643 0 073

7 2 [(Д + Ц^0,ЗГ) + О,4Г 1,8426 0,079

8 3 [(Д + Ц) + 0,ЗГ] -1- 0,4Г 1,9102 0,054

Например, первый способ отражает результаты приготовления смеси по одностадийной, принятой в строительстве организации данной операций Второй, третий и седьмой способы отражают результаты приготовления по двухстадтйной технологии По второму способу на первой стадии смешиваются добавка и цемент, а на второй стадии к ним примешивается гипс По третьему способу вначале на первой стадии смешиваются добавка, цемент и 10 % гипса, а затем на второй стадии к ним примешиваются остальные 60 % гипса В седьмом способе вначале смешиваются добавка, цемент и 30 % гипса и затем к полученной композиции примешивается 40 % гтпса

Четвертый, пятый, шестой и восьмой способы отражают результаты приготовления рассматриваемой смеси по трехстадийной технологии В четвертом, пятом и восьмом способах на первой стадии смешиваются добавка и цемент, на второй стадии к ним примешивается гипс в количестве, соотвественно 10, 20 и 30 % , а на третьей стадии - оставшееся количество гипса, соответственно, 60, 50 и 40 % Шестой способ отличается от трех предыдущих тем, что в нем на первой стадии добавка смешивается с 10 % гипса, на второй стадии к ним примешивается цемент, а на третьей - оставшиеся 60 % гипса

Из приведенных в табдице результатов видно, что упорядоченность (однородность) смеси и эффективность смешивания по способу № 8 значительно выше тех показателей, которые получены по известному одностадийному способу № 1 Так, эффективность смешивания по способу № 1 равна 0,266, то по способу № 8 - 0,054 Это означает, что однородность смеси в последнем случае выше почти в 5 раз Если при этом учесть, общее время смешивания и производительность смесителя остаются неизменными, то становится очевидным, что получающийся эффект образуется за счет лучшей организации технологии - числа стадий смешивания, последовательности ввода смешиваемых компонентов и их соотношения на каждой стадии приготовления смеси

Результаты анализа эффективности приготовления различных по составу сыпучих смесей с помощью информационной энтропии позволили предложить несколько следующих практических рекомендаций

1 Если необходимо приготовить смесь сыпучих строительных материалов, в которую отдельные компоненты входят в разных пропорциях, то для получения более однородной смеси необходимо предварительно смешать компоненты близкие по своему количественному составу в готовой смеси (В этом случае параметр Е будет иметь меньшее значение, чем при одновременном смешивании всех компонентов)

2 Для повышения качества смеси, в которую один из компонентов входит в весьма незначительных количествах, следует предварительно к этому компоненту примешать такое же количество другого компонента, а затем к получившейся смеси снова добавить сходное количество большего по составу компонента Разбавление молено повторять многократно

3 Так как вероятность нахождения компонента в заданной области рабочего объема смесителя зависит от числа его частиц во всей смеси, то компонент с меньшим содержанием в смеси желательно иметь более тонкодисперсным, чем тот компонент, который входит в смесь в большем количестве (Подобный прием приводит к выравниванию Р, , что снижает параметр Е)

Следует отметить, что перечисленные рекомендации, вытекающие из теоретического анализа энтропии смесей, иногда используются в практике строительства, но без какого-либо научного обоснования

Таким образом, энтропийный критерий оценки качества как на стадии проектирования новых, так и при модернизации действующих производств ССС позволяет выбрать наиболее рациональные способы организацией технологии приготовления смесей Представляется целесообразным дальнейшее развитие исследований в этом перспективном направлении применительно ко всем рассмотренным в предыдущих главах ОТС

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТА ТЫ РАБОТЫ

Диссертация посвящена актуальной научной проблеме - созданию метода решения задач построения организационно-технологических систем проектирования и управления производственными операциями на предприятиях строительной индустрии Работа содержит результаты исследований по теоретическому обобщению и решению важной строительно-экономической задачи - повышению качества и эффективности производства изделий, сыпучих материалов и смесей

Научный аспект проблемы заключается в разработке теоретико-прикладных основ системно-информационного анализа, построении математических моделей, создании структур и алгоритмов проектной и оперативной оптимизации производственных операций в стройиндустрии

Работа по методологии синтеза осуществлялась с учетом решений директивных органов по вопросам экономики строительства и жилищно-коммунального хозяйства, совместного проектирования производственных систем и подсистем управления, ресурсо- и энергосбережения и проводилась в рамках межвузовской научно-технической программы «Строительство» в соответствии планами научно-исследовательских работ МГСУ, а также индивидуальным планом работы соискателя в докторантуре университета Она выполнялась под руководством и при непосредственном участии автора более 10 лет и носит новаторский характер

Основные научные и практические результаты могут быть сведены к следующему

1 На основе современных требований к структуре и ее функциональному наполнению определены методологические принципы проектирования организации производственных операций на базе единой концепции ее представления в рамках понятий общей теории систем

2 Для анализа и проектирования организационно-технологических систем предприятий стройиндустрии разработана модель структуры иерархического управления, учитывающая взаимосвязь подсистемы производства с подсистемой потребления, характеризующей рыночные отношения «спрос - предложение» Исследованы ее характеристики, на основе свойств которых впервые сформулирована задача проектирования и оперативного управления производственными операциями по технико-экономическим показателям

3 Разработан и научно обоснован новый критерий оптимальности, представляющий технологическую составляющую себестоимости целевых продуктов производства, при определении которой учитывается сдвиг информации по времени и ее усреднение интегрированием, позволяющие получать результаты расчета с частотой, ограничиваемой только частотой ввода информации

4 Результаты систематических исследований, связанных с отработкой методики математического моделирования позволили разработать и сформировать новый поэтапный подход решения задач проектной и оперативной оптимизации, отличительной чертой которого подхода является особый упор на общие свойства организации рассматриваемого класса производственных операций

5 Для организации проектирования и оперативного управления производственным комплексом, включающим группу параллельно работающих агрегатов, сформулированы задачи оптимизации и предложена структура системы управления организацией его работы

6 Исследованы и разработаны алгоритмы распределения нагрузок между агрегатами, алгоритмы оперативного расчета режимов расчета отдельных агрегатов и динамический алгоритм изменения режимов их эксплуатации, для практической реализации которых проведена идентификация математических моделей производства железобетонных изделий, сыпучих материалов и сухих строительных смесей

7 На базе перечисленных выше результатов теоретических и экспериментальных исследований и существующего опыта организации управления производственными цехами на предприятиях стройиндустрии, предложены новые структура соподчиненности цехового сменного персонала и структура связи деятельности технолога и диспетчера в системе оперативного управления цехом

8 Показано, что при проектировании организационной системы управления производственными цехами к ее основным функциям должны быть отнесены централизованный сбор, обработка и представление технологической и диспетчерской информации, оперативный автоматизированный учет, расчет и анализ технико-экономических показателей, определение текущих средни?; технологических и эксплуатационных характеристик оборудования, накопление данных по аварийным ситуациям для определения их причин, улучшение условий организации всех форм деятельности технического персонала и связей между ними,

9 На заключительном этапе работы выявлены перспективные направления дальнейших исследований, в частности, применения системно-информационного подхода для решения на основе энтропийной оценки качества организации производства целевых продуктов На примере приготовления многокомпонентных сухих строительных смесей для ремонтных, кладочных и штукатурных работ доказано, что по величине энтропии, как меры степени организации производства, всегда можно определить необходимое число стадий смешивания и оптимальную последовательность ввода компонентов в смеситель

10 Результаты практически всех проведенных теоретических и экспериментальных исследований широко опубликованы в открытой печати и доложены на многих международных, ведомственных, вузовских и межву-

зовских научных конференциях, симпозиумах, семинарах и заседаниях научно-технических советов ряда заинтересованных строительных организаций, используются в учебном процессе высшего строительного образования, в частности, при подготовке инженеров в Московском государственном строительном университете, а также бакалавров и магистров на строительном факультете Университета г Бумердесса Республики Алжир

Основные содержание диссертации опубликовано в следующих научных и учебно-методических работах

1 Горюнов И И Технологические процессы и оборудование для производства строительных материалов и изделий (учебное пособие) -М МГСУ, 1996, 134 с

2 Горюнов И И. Управление процессами дозирования - В сб науч тр кафедры Автоматизации инженерно-строительных технологий -М МГСУ, 1997, с 34-37

3 Горюнов ПИ, Рульнов А А. Математическое описание процессов получения строительных материалов и изделий -Веб тр Х1-й межд науч конф «Математические модели в технике и технологиях», т 3 (Моделирование и оптимизация процессов) - г Владимир, РАН,, 1997, с 76-77

4 Горюнов И И Определение показателей качества обжига сырья с помощью математической модели вращающейся печи - В сб тр 1-й науч-техн конф МГСУ «Окружающая среда - Развитие - Строительство - Образование» - М МГСУ, 1998, с 92-93

5 Горюнов И И. Автоматическое непрерывное весовое дозирование влажных плохо-сыпучих строительных материалов - В сб тр 2-й науч-техн конф МГСУ «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» - М МГСУ, 1999, с 39-41

*6 Горюнов И И, Рульнов А А. Управления сжиганием топлива в производстве строительных материалов - Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 1999, Ла 5, с 11-13

7 Горюнов П И, Рульнов A.A. Повышение качества работы тарельчатых питателей - В сб науч тр кафедры Автоматизации инженерно-строительных технологий -М МГСУ, 1999, с 19-22

8 Горюнов И И, Гонтарь А Г, Углицкий В Н. К управлению загрузкой сырья в печи для обжига вяжущих материалов - В сб науч тр кафедры Автоматизации инженерно-строительных технологий -М МГСУ, 1999, с 23-25

*9 Горюнов И П, Рульнов А А Системы стабилизации материальных потоков в тепловых процессах производства строительных материалов и изделий - Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 1999, № 6, с 30-31

10 Величкин В.А., Горюнов И.И., Тихонов А Ф. Микропроцессоры в системах управления (учкбное пособие) - М МГСУ, 2000, 10 с

11 Горюнов И Н, Новиков В Ю, Белоусов A.A. Математические модели тепловых процессов обработки строительных материалов и изделий - В сб тр 3-й науч-техн конф МГСУ «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» -М МГСУ, 2000, с 41-44

12 Горюнов П И , Рульнов А.А., Белоусов А А Задачи управления комплексом вращающихся агрегатов - В сб науч тр кафедры Автоматизации инженерно-строительных технологий - М МГСУ 2000, с 20-24

"13 Горюнов И.И., Рульнов А.А, Бабаджанова-Амрани Г.С. Оперативное управление технологическим комплексом производства сыпучих строительных материалов - Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2000, № 12, с 30-31

14 Горюнов ПН., Бабаджанова-Амрани ГС, Белоусов А А Математическая модель процесса производства строительного гипса - В сб тр 4-й науч-техн конф МГСУ «Строительство — Формирование среды жизнедеятельности» - М МГСУ, 2001, с 43-44

15 Величкин В А, Горюнов И.Н, Завьялов В А. Теория информации, ч 1 (учебное пособие) - М МГСУ, 2001, 64 с

16 Горюнов ПИ, Шилкина С В Технико-экономическое обоснование диагностирования строительного оборудования - В сб науч тр кафедры Автоматизации инженерно-строительных технологий - М МГСУ, 2001, с 59-66

17 Горюнов И.П, Рулыюв А А , Бабаджанова-Амрани Г.С Система регулирования распределения сырья по бункерам агрегатов обжига сыпучих строительных материалов - В сб науч тр кафедры Автоматизации инженерно-строительных технологий -М МГСУ, 2001, с 22-25

18 Величкин В А , Горюнов П И, Завьялов В А Теория информации, ч 2(учебное пособие) - М МГСУ, 2002, 58 с

19 Рульнов А А., Горюнов П.П., Евстафьев К.Ю. Автоматизация и управление инженерными системами и сооружениями (учебное пособие) -М МГСУ, 2002,182 с

20 Горюнов ИII, Захаров Я В Повышение эффективности приготовления сухих строительных смесей - В сб тр 6-й Московской межвуз науч-техн конф «Подъемно-транспортные и строительные машины» - М МГАВТ, 2002, с 89-90

21 Горюнов П И, Бабаджани Г.С Критерий оптимизации управления процессом обжига вяжущих материалов - В сб тр 5-й науч-техн конф МГСУ «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» - М МГСУ, 2002, с 179-180

22 Горюнов И И, Захаров Я.В. Повышение эффективности производства сыпучих строительных материалов - Материалы науч-техн конф по итогам работ МГСУ в 2001/2002 уч году -М 2002, с 12

23 Горюнов И И., Рульнов А.А. Тарельчатый питатель для влажных плохосыпучих материалов - В сб тр межд конф «Интерсгроймех-2002» - г Могилев, МГСУ, 2002, с 183-186

24 Беркут А.И, Горюнов И И , Захаров Я В , Энтропийные оценки качества произ-

водства сухих строительных смесей - В сб тр 5-й науч-техн конф МГСУ «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» - М МГСУ, 2002, с 230-231

25 Рульнов А А., Беркут А.П., Горюнов ИИ. Критерии качества управления производству строительных материалов и изделий - В сб тр XI Польско-Российского симпозиума «Теоретические основы строительства»,Варшава -АСВ, 2003, с 321-328

26 Горюнов П.И., Бабаджанова-Ачранн Г С Управление технологическими процессами на предприятиях стройиндустрии республики Алжир - В сб науч тр кафедры Автоматизации инженерно-строитечьных технологий - М МГСУ, 2002, №1 ,с 59-66

27 Горюнов IIИ, Захаров Я В Исследование процесса приготовления сухих строительных смесей для целей его оптимизации - В сб науч тр кафедры Автоматизации инженерно-строительных технологий -М МГСУ, 2002, \sl, с 53-54

28 Горюнов И И, Бабаджани Г С О связи колебательности температурных режимов производства строительных материалов с прибылью предприятия - В сб науч тр кафедры Автоматизации инженерно-строительных технологий - М МГСУ, 2002, №2, с 13-16

29 Беркут А.И, Горюнов П И, Захаров Я.В. Определение оптимальной плотности распредетения времени пребывания частиц сухих строительных смесей в смесителях непрерывного действия - В сб науч тр кафедры Автоматизации инженерно-строительных технологий - М МГСУ, 2002, Л°2, с 16-18

30 Горюнов И И , Бабаджани Г.С, Горулев А.А Оценка точности математических

моделей строительно-технологических процессов - В сб тр 6-й (1-й международной) науч-техн конф МГСУ «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности»-М МГСУ, 2003, кн 1, с 208-209

31 Горюнов И И, Рульнов А А. Математические модета для определения показате лей качества продуктов обжига вяжущих материалов. - В сб тр ХП Польско-Российского симпозиума «Теоретические основы строительства» - Н Новгород, АСВ, 2003, с 321-328

32 Беркут А И, Горюнов И И, Цнцкиев Ю.П. Экспресс-контроль фракционного состава мелкого започнителя бетона - В сб тр межд конф «Интерстроймех-2003» - г Волгоград, 2003, с 13-15

33 Горюнов И И., Бабаджани Г.С К выбору критерия оптимального управления обжигом строительных материалов во вращающихся агрегатах - В сб науч тр кафедры Автоматизации инженерно-строительных технологий - М МГСУ, 2003, с 28-31

*34 Горюнов H.U. Распределение нагрузок между агрегатами обжига сыпучих строительных материалов - Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2004, № 6, с 68

35 Горюнов И И, Горулев A.A., Чеботаева Е М Управление распределением нагрузок в системах параллельно работающих агрегатов -В сб «Механизация и автоматизация строительства и строительной индустрии» - М АПК, 2004, Л»1, с 107-113

36 Рульнов A.A., Горюнов И И, Евстафьев К.Ю. Управление инженерными систе мами зданий и сооружений (учебное пособие) - М МГСУ, 2004, 210 с

37 Беркут А.П, Горюнов И И , Цицкиев Ю И Инженерно-строительные техноло-

гические процессы и оборудование (учебное пособие) - М МГСУ, 2004, 64 с

3 8 Рульнов А А , Горюнов П П , Евстафьев К Ю Основные принципы разработки систем управления строительно-технологическими процессами - В сб тр XIII -Российско-Польско-Словацкого симпозиума «Теоретические основы строительства»,Жилина, Словакия - АСВ 2004, с 251-254

39 Горюнов И И, Косьяненко О И Оперативное определение фракционного состава мелкого заполнителя бетона - В сб тр 7-й (2-й международной) науч-техн конф МГСУ «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» - М МГСУ, 2004, кн 2, с 409-411

40 Беркут А.И., Горюнов П.П., Косьяненко О.Н. Устройство для управления дози-

рованием компонентов бетонных смесей - В сб тр межд конф «Интерстрой-мех-2004» - г Воронеж, 2004, с 128-130

41 Рульнов А.А, Горюнов ИЛ , Евстафьев К.Ю Автоматическое регулирование (учебник) -М Инфра-М, 2005, 218с

42 Беркут А И , Горюнов И И , Цицкиев ГОЛ Автоматизация процессов приготовления бетонных смесей и применяемого оборудования- М уч пособие -МГСУ, 2005, 40 с

*43 Горюнов ИЛ, Горулев А.А. Физико-математическая модель процесса производства строительной извести - Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2005, X» 1, с 81-82

44 Горюнов ИЛ, Горулев А.А Алгоритм управления транспортной системой питания бункеров сыпучих материалов - В сб «Механизация и автоматизация строительства и строитечьной индустрии»-М АПК, 2005, №2 с 117-119

♦45 Горюнов ИЛ, Горулев А А. Устройства для контроля температуры обжига вяжущих строительных материалов - Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2005, № 9, с 49

*46 Горюнов И И , Горулев А.А. К управлению технологическим комплексом производства сыпучих строительных материалов - Изв вузов «Строительством, 2005, №8, с 49-52

*47 Горюнов П.И., Горулев А А Распределение нагрузок между агрегатами при производстве вяжущих -Изв вузов «Строшечьство», 2005, №10, с 53-57_

48 Горюнов И И., Горулев А.А Расчет качества продукции в АСУ ТП обжига вяжущих материалов - В сб науч тр кафедры Автоматизации инженерно-строитетьных технологий -М МГСУ, 2005, с 26-31

49 Горюнов И И., Горулев А А., Шнлкина С В Учет социального эффекта автоматизации технологических процессов - В сб науч тр кафедры Автоматизации инженерно-строительных технологий - М МГСУ, 2005, с 108-112

50 Горюнов ИЛ Основные технологические процессы и аппараты в производстве строительных материалов (уч пособие) - М МГСУ, 2005, 80 с

51 Горюнов ИЛ., Горулев А А Алгоритм управления транспортной системой питания бункеров сыпучих материалов - В сб «Механизация и автоматизация строительства и строительной индустрии» - М АПК, 2005, №2, с 77-81

52 Горюнов ИЛ, Горулев А А. Оценка эффективности автоматизации управления строительно-технологическах процессов - В сб «Механизация и автоматизация строительства и строительной индустрии» - М АПК, 2005, № 2, с 83-88

53 Горюнов И И, Горулев А А , Цицкиев ЮЛ Управление транспортной системой питания бункеров сырьевых материалов - Технология бетонов 2006, Ма 2, с 42-43

*54 Горюнов ИИ. Оперативное определение качества готового продукта обжига вяжущих материалов - Изв вузов «Строительство», 2006, № 3-4 , с 84-88

*55 Горюнов ИЛ О содержании математической модели приготовления строительных смесей в одном смесителе - Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2006, № 7, с 16

56 Горюнов И.И., Ермолаев А.В Технологическая система пылеулавливания на предприятиях стройиндустрии как объект автоматизированного управления - В сб тр 9-й (4-й ме/кд) научно-практ конф «Строительство - Формирование среды жизнедеятельности» - М MTCV, 2006, с 84

*57 Горюнов И И., Рульнов A.A. Модель управления типовой организационно-технологической системой производства строительных материалов и изделий -Изв вузов «Строительство», 2006, № 9, с 74-78

*58 Горюнов ИИ К расчету экономического эффекта автоматизации строительно-технологических процессов - Стро1гтельные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2006, № 8, с 46-47

59 Горюнов И.И Автоматизация управления организационно-технологическими процессами и системами предприятий строительного комплекса (монография) -М МГСУ, 2006, 208 с

60 Горюнов И.И., Рульнов A.A. Управление организацией технологии производства сыпучих строительных материалов В сб тр В сб тр XV -Российско-Польско-Словацкого симпозиума «Теоретические основы строительства», Варшава, -АСВ, 2006, с 246-252

работы автора опубликованные в научно-темшческич журналах, в которых по решению ВАК РФ должны публиковаться основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора наук

КОПИ-ЦЕНТРсв 7 07 10429 Тираж 100 экз Тел 185-79-54 г Москва, ул Ешкеискаяд 36