автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Научные основы управления надежностью и эффективностью комплексов горных машин и оборудования

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ОРДЕНА ЛЕНИНА СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

Институт горного дела

На правах рукописи

Куков Анатолий Васильевич

УДК 622.232.6.8

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ НАДЕВЕОСТЬЮ И ЭФФШИВНОСТЫ) КОМПЛЕКСОВ ГОРНЫХ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.05.06 - "Горные машины"

08.00.28 - "Органпьашя производства (горная промышленность)"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новосибирск 1990

А/ б?6^2>

Работа выполнена в Дальневосточном ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте им. В.В.Куйбышева и институте горного дела ДВО АН СССР.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профэссор, лауреат

Государственной премии СССР

Бреннер Владимир Александрович;

доктор технических наук, профессор Гетопанов Владимир Николаевич;

доктор технических наук, профессор Чайковский Эрнест Гшшриевич

Ведущее предприятие - ДальвостНИИпроект (Минуглепром СССР)

Защита диссертации состоится "_" . 1990 г.

в_часов на заседании специализированного совета

Д 003.17.01. при институте горного дела СО АН СССР (630091, г.Новосибирск, Красный проспект, 54)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института горного дела СО АН СССР.

Автореферат разослан "__ 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

доктор физико-математических наук А.Ф.Ревуженко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш исследования. В "Основных направлениях экономического и'социального развития СССР на I93S-I9C0 гг. и на период до 2000 г." предусматривается дальнейшее интенсивное развитие горно-добывающих отраслей промышленности. Для современного периода характерны все возрастающие масштабы добычи минеральных ресурсов, особенно в районах Севера, Сибири, Дальнего Востока, и связанные с ними концентрация и ¡штенсифзасшуга процессов добычи полезных ископаемых, реконструкция и модернизация существующих предприятий, применение прогрессивных технологий горных работ и техники, совершенствование организационной структуры отраслей и предприятий, средств и методов управления.

В горно-добнвагацих отраслях проведены многочислеите исследования отдельных производственно-технических систем (ПТС) и подсистем, связанные с оценкой надежности, эффективности, качества горных машин и определением оптимальных решэлов их работы, изучением влияния различных горно-геологических, горно-технических и климатических факторов на эффективность горного производства. Однако отсутствие системного подхода к повышению эффективности горного производства, изучений и контролю парат,ют-ров функционирования ПТС и оптимизации отдельных процессов при недостаточной общей сбалансированности незначительно улучшает технико-экономические показатели работы горного предприятия б целом. 3 горно-добывавдих отраслях по-преянему очень низок коэффициент использования календарного фонда времени. Так, для карьерных одноковшовых экскаваторов он равен 0,3-0,65; длительность простоев экскаваторов в плановых ремонтах и из-за отказов в работе механизмов составляет 15-35%. lía шахтах Минуглепрома СССР коэффициент технического использования-комбайнов - 0,250,3, а длительность простоев из-за отказов - 16-22?. За период полного использования ресурсов горных машин затраты на поддержание работоспособного состояния в 4-6 раз вше затрат на юс создание. На горно-добЫЕамщих предприятиях Северо-Востока и . Дальнего Востока СССР эти затраты в некоторых случаях еще более высокие.

Данное обстоятельство предопределило необходимость выполнения настоящей работы, которая посвящена теоретическом,/ обобщению и решению крупной научной проблемы - комплексной (илтег-

ральной и дийфзре1Щиальыой) оценке эффективности горного производства на основе учета надех-шостнкх характеристик, эффективности и сбалансированности функциональных параметров ГТГС в конкретные горно-геологических условиях.

Под прокзводстве1шо-твхннческиш сисгелши ПТС современных горных предприятий в настоящей работе понимаются сиотеш механизации и автоматизации, вдшечаыцие комплексы горных машин и оборудования, сродства электроснабжения и безопасного ведения горных работ на основных г. вспомогательны:; процессах, функционирующие в автоматическом иди управляемом релтаах.

Лель работа - установление закономерностей изменения зке-плуэтационЕой надежности и эффективности комплексов горных ыа-шш под влиянием Барьирусгшх технологических, технических и горно-геологических параметров для разработки принципов к основ алгоритмизация процессов управления к повшенин сбалансированности ПТС.

Основная идея работы закликается в диагностировании и оптимизации функциональных параметров 1ПС для выявления и воздействия на лимитирующие элементы и повышения уровня сбалансированности, как основного критерия управления гффективностью горным производством.

Задачи исследований.

1. Разработать теоретическую модель сбалансированности комплексов горных малин, установить закономерности их функционирования, провести анализ • параметров надежности и эффективности ПТС па горно-добывандих предприятиях.

2. Составить классификации ПТС и комплексов хорных машин на основе принципов их дзкомпозицш, определить характер моделей сбалансированности и критерии управления надежностью и эффективностью.

3. Разработать структуру информационного банка данных для качественного управления кокдлог.оэми горних машин.

4. Определить теоретические и фактические уровни сбалансированности и эффективности комплексов горных машин с учетом структурно-функнионалъной классификации и реялыоз эксплуатации ПТС.

5. Создать на основе разработанной теоретической модели основы практических методов расчета оптимального срока службы горных шшн и оборудования.

6. Обосновать выбор стратегий управления, оптимизации и организации комплексов горных машин на основе реализации экономико-математических моделей и алгоритмов.

Методы исследований. 3 работе использованы: системный анализ, математическая статистика, теории вероятностей, массового обслуживания, надежности и технической диагностики, линейное программирование, булева алгебра, методы экономило-математического моделирования, а такие опытно-промышленная проверка алгоритмов л программ на ВЦ производственных объединений и проектных институтов.

Научные положения. выносимые на защиту:

1. Эффективность горного производства адекватна сбалансированности функциональных паракетроз ПТС, входящих в технологическую цепь. Сбалансированность и надежность ПТС в силу влияния горно-геологических, горнотехнических и эксплуатационных факторов тлеет вероятностную природу.

2. Лкмитирупцие элементы определяются декомпозицией систем механизации и автоматизации в соответствии со структурно-функциональной классификацией ПТС.

3- Качество управления комплексами горных машин определяется уровнем энтропии по отношению к математическому онвдзнию функциональных параметров ПТС, отобралсеггных и систематизированных в информационном банке данных.

4. Стратегия оптимизации срока слуабы горных малин и оборудования определяется уровнями сбалансированности и надежности параметров ПТС и реализуется с помощью методов экономико-математического моделирования.

5. Целевой функцией оптимизации является минимизация полноресурсных потерь на единицу наработки за весь период эксплуатации ПТС.

Достоверность научных полояений. выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечивается использованием и научным обобщением большого объема статистической информации (за 1568-1989 гг.) сб эффективности и надежности работы ПТС по крупнейшим горным предприятиям Севера и Дальнего Востока (Норильский ГМК, производственные объединения "Апатит", "Приморск-уголь", "Дальполиметалл"), а также сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с оценкой точности по критериям математической статистики (планы и методы контроль-

5

1шх и опродолитолышх испытаний и оценка расчетного ресурса по величине односторонней доверительной вероятности - 0,9+0,99, допустимой ошибке, не превышающей 0,25 ¿и? - среднеквадрати-4ecxo.il ошибки; определение точечных оценок показателей надежности ПТС: по величине односторонних доверительных вероятно- ' стей - 0,9-Ю,95, по вычисленной ошибке для критерия X при установлении плотностей теоретических распределений; определение характеристик эффективности функционирования добычных комплексов - 2 ОКГПО по статистическим параметрам исследуемых величин и нормативно-техническим параметрам горных и транспортных машин и оборудования.

• Научная новизна. Впервые исследованы ПТС - средства механи-защгл и автоматизации процессов, горные машины и оборудование, как одгаая многопараметрическая система при комплексном учете технических параметров горной техники, (факторов и всех элементов на уровень сбалансированности производственно-технических систем шахты, карьера; разработан метод многопараметрического диагностирования эффективности комплексов горных машин, являю' щийся развитием раздела теории наДезности восстанавливаемых систем и позволяющий количественно оценивать функциональные параметры ПТС, устанавливать оптимальные уровни эксплуатационной наделщости горных машин, технического ресурса, резерва в звеньях оборудования; разработаны: структура базы данных для различных моделей сбалансированности и требования к информационному обеспечении; экономико-математическая модель оптимального срока слунбы оборудования, позволяющая минимизировать полноресурс-нне потери с учетом режима и интенсивности эксплуатации, а также качества технического обслуживания и ремонта горной техники; аналитические выражения электромеханических характеристик тяговых двигателей электровозов, являющиеся составной частью алгоритмов, позволяющие ввести в расчет и более надеваю определять эксплуатационнне и проектируемые параметры рудничного электровозного транспорта; теоретически обоснованы: ноьнй принцип оценки эффективности использования трудовых ресурсов на основе методологи!, применяемой в теории надежности; принцип оптимизации функциональных параметров ПТС в околоетчольнлх дворах на ногрузочкьсс пунктах с применением одно- к мйогокгналг.кк: систем массового обслуглваяик с•ояиданизм и отказами; прищкп ядамекс-яого обеспечение нздешюоти горного и транспортного

оборудования, рассматривая в единстве процесс его проектирования и эксплуатации.

Научное значение работы состоит в развитии методологии технического и экономического анализа деятельности горных предприятий и статистического диагностирования эффективности ПТС, создании моделей сбалансированности производственных мощностей горных предприятий, системном подходе для изыскания резервов погашения производительности труда; в теоретическом обосновании классов экономико-математических и математических моделзй, используемых для обоснования оптимальной долговечности работы горных машин, при этом ПТС рассматриваются как динамические объекты, свойства которых определяются вероятностными категориями на протяжении всего периода работы горного предприятия или в период между реконструкциями отделышх ПТС; в создашш теории оптимизации формирования качественного и количественного состава погрузочно-транспортных комплексов горных машин к оборудования.

Практическое значение работы состоит в следующем: .разработанный комплекс экономико-математических моделей (алгоритмы, программы, модели диагностирования эффективности ПТС, информационные базы данных) является основой информационного и программно-математического обеспечения подсистем оперативного управления производством в АСУ горных предприятий;

предлагаемые методы диагностирования и оптимизации позволяют разрабатывать мероприятия по повышению уровня использования производственных мощностей горшее предприятий на 15-ЗС5» без дополнительных капитальных вложений, научно обосновывать направления и объемы работ при реконструкции со значительным повышением уровня производственных мощностей и минимальными капитальными затратами;

блок-схемы алгоритмов и программы расчета на ЭВ1.1 проектируемых и эксплуатационных параметров электровозного транспорта к транспортных коммуникаций являются частью системы автоматизированного проектирования (САПР) средств рудничного транспорта на угольных и горно-рудных предприятиях-;

. алгоритм и программа оценки эффективности использования трудовых ресурсов является основой программно-математического обеспечения подсистемы управления кадрами горного предприятия, который позволяет р-ассчитывать оптимальный уровень оснащенности

7

трудовыми ресурсами, планомерно перераспределять рабочую силу и ИГР могду участками, звеньями и бригадами;

глторис ш диссертации ягляотся основанием для переработки некоторых разделов существующих учебников и учобных пособий по курсам: ЛСУТ1, "Математические метода исследования операций в горном дело", "Транспортные машины и комплексы", "Ремонт и техническое обслуживание горних машин".

Реализация работы. В основу диссертации положены материалы комплексных исследований, проведенных лично автором и под его непосредственным руководством в' течение 19С0-1989 гг., выполняемых по планам и программам работы Института горного дела ДВО ЛИ СССР, тематических планов Минтяжмаша СССР, Минуглепрома СССР, ДВПИ и МВ и ССО РС2СР, института ШМИПТМАШ, производственных объединений "Приморскуголь", "Дальполиметалл" и др. организаций.

Данные этих исследовании явились основой для разработки и широкого внедрения ряда новых действующих документов для инновационного и программно-математического обеспечения подсистемы оперативного управления сбалансированностью и эффективностью ПТС, составляющих структуру производственных мощностей горных предприятий в системе Минуглепрома и Минцветмета СССР, включая стандарты предприятий, отраслевые руководящие технические материалы, технические задания па систему автоматизированного планирования ремонтов и технического обслуживания, состав нового и восстановление изношенного горпошахтного оборудования.

Результаты исследований использованы при написании нескольких учебных пособии: "Математические методы исследования операций при решении транспортных задач", "Статистическая диагностика эффективности производственных комплексов" и др., а также в практике института ВШШТМАЫ и Минтяжмаша СССР в качестве програ;.г.!но-матедатическ'ого обеспечения автоматизированной системы обработки статистической информации п при оптимизации норы надежности; расхода и номенклатуры запасных частей, оборудования.

Алгоритмы и программы расчета электровозного транспорта используются институтом "ДальвостШМпроект" Минуглепрома СССР; метода планирования, организации и проведения полигонных и стендовых испытаний на надежность новых образцов оборудования

отдельных подсистем и элементов с использованием математической теории эксперимента внедрены в Дальневосточном филиале ВНЖШТ-МАШ.

Апробация работы. Основные полояония диссертации и ео отдельные результаты дол ежены, обсуадонн и одобрены на научно-технических советах Дальневосточного филиала и института ВШППГШАШ (1976-1979 гг.), на научном семинаро кафедры "Технология машиностроения и ремонта горных машин" ЮТ (Москва, 1979 г., 1909 г.), на научном семинаро кафодрц "Тохнология машипостроо-ния и ремонта горных машин" МГИ (Москва, 1979 г., 1989 г.), на Всесоюзном научно-техничоском соминаро "Статистические методы исследования функционирования слогашх технических систем" (Москва, 1903 г.), научно-тохлических конференции ДВПИ (19711984 гг.), Второй республиканской научно-технической конфорен-ции "Повышение надежности и долговечности машин и сооружений" (г.Днепропетровск, 1905 г.). Втором Всесоюзном совещании горняков Минстройматериалов СССГ "Совершенствование техники и технологии добычи полезных ископаемых открытым и подземным способами" (г.Кишипов, 1906 г.), I Международной конференции "Надежность и долговечность машин и комплексных систем в горной промышленности" (НИР, г.Глшзица, 1986 г.), на совместном заседают секции горнодобывающей техники и научного совета ГКНТ СССР по вопросу "Обеспечение горнодобывающей техникой предприятий Мшшветмета СССР в зоне с холодным климатом" (г.Москва, 1907 г.), на Всесоюзном научно-техническом совещании "Разработка и прш.!снсние систем автоматизированного проектирования и АСУ горного производства" (Алма-Ата, 1907 г.), на Международной конференции "Динамика гор1Шх машин" (ПНР, г.Гливице, 1989 г.). В целом диссертационная работа обсуждалась на научном совете ИГД ДВО АН СССР (г.Хабаровск, 1986, 1989 г.) в лаборатории автоматизированных горных машин ИГД СО АН СССР (г.Новосибирск, 1989 г.) в лаборатории по управлению угольным машиностроением института ЦНШОИуголь (г.Москва, 1989 г.), на научном семинаро кафодры технологии машиностроения и ремонта горных машин МГИ (г.Москва, 1989 г.).

Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в монографии (изд.1986 г.), 52 статьях, в разделах пяти коллективных монографий, четырех отраслевых руководящих технических материалах, двух учобных и трех учобно-методи-

9

ческих пособиях, основные положения изложены в 38 публикациях.

и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, всего 393 страниц машинописного текста, 48 рисунков, 55 таблиц; к работе приложен список литературы (253 наименования) и два приложения, где представлено программное обеспечение задач диагностирования эффективности и оптимизации параметров ПТС и стандарт предприятия "Система сбора информации...".

Автор вира:хает глубокую признательность проф. докт. техн. наук Я.Б.Кальницкому, проф. докл. техн. наук Г.И.Солоду за кон-с.ультацггп и ценные советы при выполнении работы. В различите периода помощь в проведении исследований и экспериментальных работ оказывали Л.Г.Тымовскид, А.А.Кулешов, В.В.Еуков, Б.Е.Го-релпк, ЯЛД.Радкевич и другие специалисты, которым автор выра-глет свою благодарность.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Разработке основополагавдос концепций теории текущего шани-рования добычных работ, решению проблеш повышения качества добиваемых полезных ископаемых и эффективного использования производственных мощностей горных предприятий и комплексов горных машин и оборудования отведено большое место в .трудах М.И.Агош-кова, И.ВЛ»;ельникова, В.В.Ржевского, Е.И.Шемякина, Д.Ц.Бронникова, Л.В.Докукина, К.Н.Трубецкого, Г.В.Секисова, В.Е.Абрамова. П.В.Лздулова, А.И.Арсентьева, А.С.Астахова, Л.И.Барона, А.С.Бурчакова, К.Е.Винницкого, В.И.Ганицкого, А.А.Кулешова, А.А.Петросова, Е.В.Фрейдиной, В.А.Харченко, В.С.Хохрякова, Ю.А.Чергегова, Б.ПЛСкатова и др.

Создание новых горных манящ и установок связано с именами Е.И.Богданова, В.А.Бреннера, В.Ф.Горбунова, Я.Б.Кальницкого,

A.Н.Корщ/нова, Н.Г.Картазого, А.Д.Костылева, Н.С.Полякова,

B.Н.Потураева, А.О.Сшшаковского, II.В.Тихонова, А.В.Топчиева, К.К.Тушадша, А.И.<1>едулова, В.Н.Хорина, Э.Г.Чайковского и многих других ученых.

Тесреигчсские положения по оценке качества и надежности гор шгх 1,:аалн, оптимизации параметров горно-транснортиых систем разработаны А.С.Астаховым, И.В.Васильовым, К.Е.Винницким,

10

С.А.Волотковским, В.И.Ганицким, В.Н.Гетопаиовш, Н.А.Малевичем, В.И.Морозовым, М.Г.Потаповым, А.А.Ронгевичом, В.И.Солодом, Г.И.Солодом, Е.В.Фрейдиной, Л.Г.Шахмойстором, Ф.П.Шкллрскш и др.

При коронной перестройке управления экономикой в горно-до-быващих отраслях целесообразны такие методы организации и средства управления, кото]ше позшляют получить наибольший эффект от основных производственных фондов, имеющихся в распо-ряжешш предприятий. Наличие вычислитольных систем (ЭВМ и математического обоспочения) непосредственно на предприятиях и крупных установках в сочетании с телеметрической аппаратурой, средствами измерения и контроля парамотров позволяет по-новому диагностировать эффективность производства и управлять им. В связи с этим основной задачой исследования была разработка экономико-математических модолей формирования наиболео приом-ломых и целесообразных парков горних и транспортных машин с учетом уровня сбалансировашюсти и оптимизации функциональных параметров Г1ТС 'действующих и реконструируемых горных предприятий.

Наши исследования по диагностированию эффективности НТО подтвердили, что наиболее жесткая фушеционаяьная связь при ведении процессов горного производства возникает в комплексах погрузочно-транспортноге оборудования как при открытом, так и при подзомном способах разработки месторовдешш. В связи с этим задачи повышения надежности и технического ресурса решались прежде всего для средств погрузки, рудничного электровозного транспорта и добычного оборудования. Экономико-математические модели и программы оптимизации эксплуатационных парамотров и исследования статистической устойчивости процесса функционирования детально разработаны на примере комплексов горно-транспортного оборудования к, в частности, систем рудничного электровозного транспорта.

ДНАПЮСТИРОВШШ з^жтишюсти И У11ГЛВ)ШйЕ СБАЛАНСИРОВАННОСТЬЮ 1ГГС

В силу- су1-убо специфических факторов горного производства, частого выхода из строя машин и оборудования, и в особенности но морс их старит:, в технологических звеньях непрерывно происходит рассогласование и разбалансированиость параметров. Так как каждое звено очень часто имеет определенный резерв мощности и производительности, то до некоторого уровня разбалансирован-ность в отдельных звеньях не оказывает заметного влияния на плановые показатели. При увелпчешт нагрузки в звено с небольшим резервом мощности и производительности образуется "узкое" место, что требует или его ликвидации, или снижения плановых показателей.

Следовательно, становится весьма актуальной разработка и внедрение подсистемы АСУ сбалансированностью и эффективностью горного производства. Основным методическим прщщипом АСУ является установление тенденций и закономерностей развития и изучении многофакторных случайных (вероятностых) процессов функционирования 1ТГС и использование установленных закономерностей для прогнозирования и управления сбалансированностью и эффективностью горного производства.

Рассматриваемые ПТС в соответствии с предложенной классификацией (рис.1) могут состоять из разнотипных по сложности и качеству горных машин, установок, оборудования. В связи с откм для диагностирования эффективности ПТС с различ'лм функциональным назначением рекомендуется несколько классов (групп) показателей: критерии надежности согласно ГОСТ 27.002-83; параметры технической эффективности, учитывающие и критерии надежности ПТС и показатели наработок в натуральных единицах (т-м3, т/км и т.д.); семейство критериев согласно разработанной нами мотодике. Установлено, что эффективность сложных по структуре ПТС, непосредственно связанных с проявлением горнотехнических факторов, организацией и квалификацией трудовых ресурсов, возможно оценить только с помощью многопараметричоских поозателой, т.е. семейства критериев и показателей баланса времени горных предприятий (рис.2).

В качестве критериев эффективности управления ПТС в работе приняты:

Средства энергоснабжения процессов - критерии надежности по ГОСТ 27.002-83

Сродства автоматизации ппоцессов - критерии* надежности -по ГОСТ 27.002-83

Средства управ-летш и организации процессов -критерии надежности по ГОСТ 27.002-83

Рис.1. Классификации ПТС горных предприятий и критерии эффективности функционирования

Ш Qi-i Qi /OtH ' Á¿i

ЗШГ\ \ IXw

W.NX \

Q. - наработка ЛТС за t-й ин-1 торвал времени;

íf¡ - время работы J1TC;

ip~i'pg * t '¡,¿;

t¡> - время восстановления ГГГС;

U = Un V Uu »

t - время организационно-Чюх-нических простоев IITC;

■ Lo о/ Loz LOtt L0/S

+ t *t +t +t : W 0£f CSS Mí'

T- полное ¡салендарноо врегдя;

f~ нормированное время функционирования ПТС;

7*' r71 Т _Т* _ГТ'

' " ' ~ 'кА >ГТ~ .

где

и

Т - расчетноо функциональное - простои по глимати-

время Ш'С; ческим фактором,

гр „ т" Тгг - простои по горно-тех-

д/= / — / - потери времени ничосюм и горпогеоло-

работы ПТС за гичеекга факторам; анализируемый

период. Т простои по реягалу ра" I боты предприятия;

Рис.2. Баланс времени на горно-добывающих предприятиях

уровень сбалансированности ГГГС;

■ показатели надежности машин и установок, систем машин и комплексов оборудования;

оптимальность технических и эксплуатационных характеристик элементов, подсистем к в целом ГГГС.

Для системного отображения и возмояюсти оптимизации параметров НТС, базы данных в диагностических моделях содержат со;.;х. классов статистической информации: горно-геологический, горно-технический, горно-геометрический, горно-технологический, эксплуатационшш, кадровый, технико-экономический.

Разработанный в диссертации мвтод статистического диагностирования ^ф.сктпвности ПТС основывается на:

14

1) систематизации факторов и воздействий при анализе сбалан-, сированиости и эффективности i -ой ПТС и ,/г-го горного предприятия;

2) конкретизации задач сбалансированности, определяемыми потребностями Л^-го горного производства и г-ой ПТС (рис.3);

3) обеспеченности базами данных, привязанных к t-ой ПТС

i>1* -го горного предприятия за определенный задачами управления сбалансированностью и эффективностью промежуток времени.

Критериями эффективности ПТС являются следующие показатели: коэффициенты надежности (технической, эксплуатационной готовности, технического, эксплуатационного использования); коэффициенты уровня организации (интегральные и дифференциалышо); коэффициенты резерва в функции времени и производительности (интегральные и дифференциальные), интегральная и дифференциальная эффективность ПТС; общие интегральные и дифференциалышо потери (недоиспользование) производственных мощностей ПТС.

При определении интегральных и дифференциальных коэффициентов резерва в функции времени и производительности, эффективности, общих интегральных и дифференциальных потерь (недоиспользования) производственных мощностей ПТС рассмотрены три уровня производительности: фактически достигнутой (эксплуатационной) -

Q9 : расчетной (паспортной) - Qp : максимально возможной (теоретической) - Qr .

В соответствии с дифференцированным представлением баланса времени горнодобывающих предприятий, представленным на рис.2, рассмотрен комплекс задач, позволяющих управлять параметрами производственного процесса. Параметры tp,tp- время основной и производительной работы; tpg , tpS ~ время вспомогательных работ внутрисистемных и внесистемных по i -ой ПТС, помимо задач управления сбалансированностью, используются для определения законов распределения наработок во времеш и в натуральных единицах, а интегрированные данные при формировании экономщсо-математических моделей экономически целесообразного срока службы ПТС, планировании объемов и периодичности капитальных ремонтов. Параметры tg , tgT0 - время технического обслуживания, tga - время ремонта, ¿gn - время на ликвидацию отказов являются основополагающими для решения задач обеспечения надежности ПТС: разработки стратегий технического об-

слугшвааия, оптимизации норм и номенклатуры запасных частей, методов поиска неисправностей и т.д. Целью управления параметрами ( 10 , ^ - время организационно-технических внутрисистемных простоев, t0g - из-за влияния смежных технологически связанных систем) является всемерное их сокращение. Решению этих задач посвящена третья часть диссертационной работы.

Практически метод статистического диагностирования реализуется слодующим образом. Первоначально производится формирование модели краткосрочного анализа эффективности и уровня сбалансированности Ш'С с целью выявления внутрисменных резервов повышения производительности труда на основных и вспомогательных процессах. Формирование модели полноресурсного управления эффективностью и уровнем сбалансированности производственных мощностей горных предприятий в условиях действующего производства связено с одной стороны с разработкой оптимальной структуры (технологических звеньев) ПТС, с комплектованием и своевременным пероосНащением их техническими средствами и трудовыми ресурсами, а с другой - созданием интегрированного информационного массива (банка данных) о функциональных параметрах ПТС и расчетом критериев эффективности за анализируемые промежутки времени:

с начала эксплуатации ПТС; за первый календарный год эксплуатации ПТС; с начала базового периода;

за период эксплуатации до 1-го капитального ремонта; ( I- I) - го и г-го капитального ремонта;

за полный срок службы ПТС.

Диагностирование эффективности использования трудовых ресурсов произведено на основании разработанного алгоритма, учитывающего их вероятностно-детерминированный характер функционирования. Массив исходной информации включает плановые, нормативные показатели и данные о фактическом составе трудовых ресурсов горного предприятия, принадлежности трудовых ресурсов к определенной ПТС, отделу, службе; плановых и фактических объемах выполненной работы, составах трудовых ресурсов в бригаде, звоне, трудоемкости выполнения основных ( тр ), производительных ( ) и вспомогательных операций ( ) технологически необходимых и прочих, вызванных несовершенством технологии, организации труда н т.д.

I Иерархический уровень сбалансированности | А. В условиях действующего производства

Рис. 3. Схема организации анализа сбалансированности

производственных мощностей (ПТС) горных предприятий

Семейство критериев эффективности использования трудовых ресурсов включает следующие характеристики: производительность и трудоемкость труда рабочих, занятых в исследуемой ПТС (в добычных, горнокапитальных и подготовительных забоях); коэффициенты технической и эксплуатационной (технологической) готовности, использования, уровня организации; интегральные ( Рр ; /у, ) и дифференциальные ( Г^ ; ) коэффициенты резерва трудовых ресурсов; определяются потери (недоиспользование) трудовых ресурсов 1ГГС - дГ : интегральные потери (недоиспользование) трудовых ресурсов - д Рр = (/^э- / )тр , чел.ч.; Интегральные потери трудовых ресурсов по основной и производительной работе -ДРр - (Рр~ 1 )т'р , чел.-ч.; дифференциальные потери трудовых ресурсов по основной и производительной работе -

/ ' I

-йРрГ'(Гр/г/)тр ; ^Рр^{Рр^1)т'р, чол.-ч.

Реализация программы на ОВМ предусматривает расчет критериев эффективности использования трудовых ресурсов по данным за смену, сутки, месяц; суммарных (с нарастающим итогом) показателей, расчет статистических характеристик единичных показателей эффективности использования трудовых ресурсов ПТС и предприятия в целом, что позволяет научно обоснованно решать задачу обеспечения кадрами участков и слухб.

Теоретически и экспериментально установлено, что уровень разбалансированности производственных мощностей в'отдельные периоды работы горного предприятия достигает значительных величин. Так на карьере "Центральный" комбината "Апатит" коэффициент резерва в функции времени в технологических процессах бурения и взрывания бил равен 1,8-2,0; в экскаваторном звене -1,35-1,45; на карьерном автотранспорте - 1,1-1,15. Для повышения производственной мощности всей основной технологической цепи парк карьерного автотранспорта пополнялся автосамосвалами большой грузоподъемности, а остальные звенья не претерпели значительной реконструкции. Внедрение научно обоснованных рекомендаций, позволило повысить производственную мощность карьера на 25-30?.

На шахте им.Артема ПО "Приморскуголь" в добычных забоях в начале 80-х годов применялись современные добычные комплексы 2 ОКП-Ю, а технологическая цепь рудничного транспорта состояла

17

из 17 последовательно установленных конвейеров различного типа, вероятность безотказной работы каждого из которых составляла 0,9. Низкая надежность системы конвейерюго транспорта приводила к значительному снижению эффективности использования добычных комплексов, потери производительности которых достигали 40-60%. Научные рекомендации по реконструкции системы рудничного транспорта позволили повысить эффективность работы добычных комплексов на 15-30$.

В диссертации представлена структурная схема показателей, влияющих на уровень эффективности горного производства, В схеме выделены уакторц неуправляемые-непрогнозируемые шш прогнозируемые с низкой достоворностью (горные удары, тектоничоские нарушения с небольшой амплитудой и т.д.), прогнозируемые с определенной достоверностью (запасы полезного ископаемого, количественный и качественный состав пластов, рудных тел и т.п.) и управляемые - вероятностного характера (функциональные параметры ПТС, выполнение плановых заданий и др.) и детерминированного (номинальные параметры ПТС, параметры систеш разработки). Систематизация факторов дает возможность сконцентрировать внимание управляющего органа на определении весомости и важности показателей в общем балансе производственных потерь, обосповать наиболее эффективные организующие воздействия, установить необходимость повышения достоверности информации о факторах с целью повышения уровня сбалансированности и эффективности ПТС.

На основе комплексного проявления факторов и эффективности организующих воздействий горное производство несет неравнозначные и несопоставимые потери. Разработанные принципы организации анализа сбалансированности производственных мощностей горных предприятий (рис.3) учитывают требуемый иерархический уровень, характер модели, методы и средства сбалансированности и включают общую диагностику эффективности горного производства,анализ структуры технологических процессов, технических средств, входящих в 1ГГС; выявление проблем сбалансированности и повышения эффективности, определительные и прогнозные исследования, анализ ситуаций и эффективности исследований, принятие решений по совершенствованию организации и оптимизации параметров производственных мощностей.

КОМПЛЕКСНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 1ИДЕЕНОСТИ, ЭФФЕКТИВНОСТИ И ОПТИМАЛЬНОЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ГОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В.ПРОЦЕССЕ СОЗДАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

Проблема надежности горных машин и их систем продолжает оставаться одной из главных, несмотря на постоянное улучшошш характеристик надежности и долговечности комплектующих материалов и элементов. В настоящей работе поставлен и решен комплекс вопросов на различных иерархических уровнях:

1. Разработана структурная схема комплексного обеспечения надежности на стадиях проектирования, изготовления и эксплуатации. Соблюдение принципов, рассмотренных в схеме, создает необходимые условия для создания горной техники высокого качества и эффективной ее эксплуатации в различных регионах страны на протяжении всего жизненного цикла машин.

2. С целью эффективной организации информационного обеспечения исследования надежности ПТС с использованием для систематизации и обработки данных ЭВМ разработан стандарт предприятия: "Система сбора, накопления и автоматизированной обработки информации", в котором основное внимание удалено методике сбора, накопления и обработки информации на ЭВМ посредством классификаторов отказов и простоев горных машин, форматированию информационных массивов данных г, соответствии с отличительными признаками, формированию банка данных для исследования надежности, созданию алгоритмов и программ для решения задач на ЭВМ, разработке планов, программ наблюдений и испытаний на надежность.

Различные иерархические уровни и модели сбалансированности требуют соответствующего^различного информационного обеспечения. Достоверность и представительность информационной базы данных должны быть тем выше, чем выгае требуемый уровень организации и сбалансированности производства. В этих целях научно обоснована структурная схема общего информационного массива, в которой выделены: вид статистической информации, ее характеристики, направления преобразования, характеристики алгоритмов диагностирования и оптимизации параметров каждого вида. В банке данных выделена информация, отражающая состоят-.е технологических процессов диагностируемого (проектируемого) горного предприятия, условия разработки мосторсзденкя, технические и

эксплуатационные показатели горной техники.

3. Создано программно-математическое обеспечение (ШО) подсистемы АСУ на основе автоматизированной обработки статистической информации и расчета критериев надежности ПТС. Отличительной особенностью данного ГОЛО является то, что оно дает возможность в автоматическом режиме обрабатывать статистическую оперативную и экспериментальную информацию на базе ЕС ЭВМ о выбором гипотез распределения вероятностей из следующих законов: экспоненциального, гамма-распределения, Релея, Эрлаига, Максвелла, Вейбудла, нормального, логарифмически-нормального. В свою очередь, полученные в результате обработки законы распределения случайных величин (наработок, восстановлений, отказов) используются для разработки экономико-математических моделей планирования запасных частей (рис.4) на базе наиболее часто встречаемого в практике исследований надежности экспоненциального распределения. Аналогично выполняется расчет и для других законов распределения случайных величин.

Ыа основании стандартов, действующих в машиностроительных отраслях, рекомендованы технические требования, планы и методы контрольных и определительных испытаний, даны указания по оценке расчетного ресурса с определенной вероятностью и допустимой ошибкой. Для нормального распределения по заданным 6 -допустимой относительной ошибке, ^/9 - величине доверительной вероятности, & - коэффициенту вариации?определяется минимальное число ¡/Г -объектов или число опытов - П восстанавливаемого объекта. Минимально необходимое число опытов определяется в зависимости от требуемой точности показателей надежности (односторонней доверительной вероятности 0,9; 0,95; 0,99; и т.д.), по которой выбирается план испытаний. Последний зависит от закона распределения наработки на отказ - Т0 • Если стационарный поток возникновения отказов обладает свойством эргодичности, то длительные испытания одного образца можно заменить более короткими исштанияш "М" экземпляров. Ожидаемая продолжительность в этом случае равна tn = пТ^/М. При оценке точности по ограниченному числу наблюдении принято считать ее надежной, если среднеквадратичная ошибка - ¿х определена с ошибкой 6т, не превышающей 1/4 6Х , т.е. Это ус-

ловие выполняется при п = 8.

При проведении испытаний крана КК5 был принят принцип экви-

20

ф-

< I > N )-

5Т0Р ENB

flaod информации о доннам злеме/пе.ЯКОЪ - параметр, огредела/ощь' формулу рскчёга; NA ТМЕ Н-наздание влемента; 0BDZN - обозначение на чертеже; MATER -наименование материла;i('\ ,№2-количество вводимых величинв массивыТО и ТВ; ТО г/ ТВ-массивы информации об оглпзох и босстансбяеншх злементод;У\-количество одинаковых злементоб; С SNA - цена элемента; TG0B-наработка за еод.

RK0D < О

по RK0V

жтшшт

определяется ipop -мула расчета

RlCQD=0

Определение года аого расхода яге-(Ти- мент об:

RN2R=TG0D'n

Определение бероягнос-wuj>r/ra)a(VER1) за

Задание вероятности отказа:

VER0T

Задание вероятности omrroscr:

VER0T

Определение бероягнасти crrajcr(VERl)3a год.

Печаго сообщения о гам, чго элемент не бмгн? чается S кпмплегт запасных частей

нет

PN7P М-ТО (4)__

TO(OALOGfl-\f£i?OTFX18(l>|

нет

РМ7Р- TG0B-H-ffD(2)-U I

Т

Печать результатов расчета i -го элемента

да

>/ет

j конец |

Bic.4. Клок-схема алгоритма планировании норм расхода ьадасн:дс частей

валентности процесса испытания реальным производственным процессам. Модели испытания, являющиеся аналогами действительных погрузочно-разгрузочаа процессов, разработаны матричным способом. Матрицы позволили обобщить и классифицировать модели испытаний, определяемых следующими производственными данными: аналогом исслодуского объекта, характеристикой груза, видом выполняемых операций, режимами работы механизмов. Матрицы сформированы по хрономегражным показателям работы и с помощью приборных показаний (счетчиков ПВ и ЧВ). Для составления плана и контроля хода испытаний использовали принцип последовательных испытаний Максимальная эквивалентность реального и искусственного процессов достигнута созданием идентичных условий работы с учетом фактора случайности в искусственном процессе, т.е. соблюдения принципа рандомизации. Выявлено, что принцип рандомизации в полной море может быть реализован, если в работу машины при испытаниях внести случайность функционирования.

Анализ результатов полигонных испытаний и эксплуатационной информации позволил выявить подсистемы и элементы, лимитирующие надежность техники, установить законы распределения отдельных элементов машин, разработать математические .модели надежности элементов и подсистом конструкций, составить номенклатуру и разработать нормы расходов запасных частей.

5. Для установления оптимальных режимов работы при железне-нии были проведены исследования зависимости скорости осааде- . ния осадка (мм/ч), микротвордости (кг/ш^) и износостойкости (мк) в зависимости от плотности катодного тока - на единицу площади восстанавливаемой дотали (а/дм^) и катодао-анодного отношения - . Оптимальной областью значения катодио-анодного отношения является диапазон /3 = 2+8 при катодной плотности тока = 30 а/дц/ч При данных значениях уЗ и ¿^ достигается наибольшая скорость осаждения железа (до 0,7 мм/ч), наивысшая микротвердость, равная 630 единицам (НВ) по Бринеллю и наибольшая величина износостойкости.

6. Проведены исследования прочностных параметров надежности механических подсистем шагающих экс1саваторов типа ЭШ-10/70А и моделей их работоспособности для установления, вида и количества диагностируемых и контролируемых параметров. Выполнен поверочные расчеты на прочность и долговечность работы редуктора механизма поворота, опорной базы экскаватора в статическом ре-

жиме. Разработаны рекомендации по проведению сварочных работ нч опорной базе в период капитальных ремонтов. Разработана модоль работоспособности механизма поворота, предусматривающая определение условий, при которых рассматриваемая подсистема в заданных регионах может выполнять свои функции.

Результаты проверочных расчетов на прочность и долговечность редуктора механизма поворота экскаватора ЭШ-Ю/70А сводятся к следующему: марки стали 40Х, 40ГЛ, ЗОХШГ, 35ХШ, 34ХНЭМ, при эксплуатации идентичны. Напряжения изгиба, контактные напряжения и запас прочности первой и второй ступени удовлетворяют условиям эксплуатации при применении обоих типов двигателей. Для двигателя ПЭВ-127-8К третья ступень удовлетворяет условиям эксплуатации редуктора, а для двигателя МГШЭ-400-9ШУЗ вал-шостер-ия ио удовлетворяет условием эксплуатации, так как расчетнио напряжения изгиба 2014 кг/см*" допускаемые - 1750 кг/см^, запас прочности равен 0,87. Применение двигателя М11ВЭ-400-900УЗ снижает расчетный срок службы для вал-шостерни до 0,133, а для зубчатого литого венца до 0,462 от нормативного (10 лот).

7. Газработаны принципы построошш алгоритмов поиска ноис-.правностей на базе параметра надежности горного и подъемно-транспортного оборудования.

В общем вадо обоснована рекуррентная процедура, при которой определяется оптимальная условная последовательность проверок для исходного множества элементов ^ .

Алгоритм значительно упрощается при равных затратах на проведение любого тоста, применении метода последовательных проверок для отыскания неисправных элементов, и, если возможна проверка системы, не пересекающимися тестами.

8. Разработана модоль системы автоматизированного контроля работоспособности и поиска неисправностей в схемах управления электроприводами горно-транспортных машин. Состояния системы описываются с помощью булевых функций. Для каждой подсистемы, соответствующей определенному положению цикла управлении оп-ределе1ш значения функций условий работы, составлены равонства типа ^ ■ = // $ / • - рассматривается как конъюнкция переменных Л и Р- . Выход будет допустимым, если все ого выходы допустимы и блок 0- исправен, Для различных условий работы элементов схемы управления составлены равенства

Г- и и на основании их (с целью определения минималь-

23

ного числа точек для контроля работоспособности) построены квадратные матрица. В более сложных системах дополнительно к контрольной информации о работоспособности систем могут быть привлечены метода поиска неисправностей, использующие параметры надежности, а также метод последовательных приближений, половинного разбиения и др.

В настоящее время наиболее предпочтителен автоматизированный контроль работоспособности и поиск неисправностей в схемах управления электроприводами горных машин с помощью сравнительно несложных систем автоматического контроля с привлечением к процессу по!. ;ка неисправностей опыта и логического анализа со стороны оператора

Интегрированные информационные массивы (банки данных) о функциональных параметрах ПТС, созданные при решении задач диагностирования эффективности и сбалансированности, использованы для разработки экономико-математических моделей (ЭММ) с целью определения экономически целесообразного срока службы ПТС. В работе рассмотрено 3 основных варианта моделей с различными стратегиями их технического обслуживания и ремонта (рис.5).

Формирование вариантов программ функционирования ПТС произведено на основе рационального сочетания различных стратегий технического обслуживания и ремонта конкретных изделий с применением эффективных средств неразрушаицего контроля, систем автоматизированного поиска неисправностей, алгоритмов и программ оптимизации эксплуатационных параметров ПТС с учетом требуемого уровня надежности, конструктивно-технологических способов повышения надежности и технического ресурса ПТС, в том числе -применения технологией упрочнения и восстановления быстроизнашивающихся деталей.

На рис.5 показаны графики для следущих реализаций экономико-математической модели (ЭШ) экономически целесообразного срока службы ПТС:

1-1. ЭШ включает стратегию технического обслуживания ПТС без проведения.капитальных ремонтов с постоянными капитальными вложениями, варьируемыми текущими затратами на техническое обслуживание: (1-1) - модель оптимальной стратегии технического обслуживания; при этом за равные промежутки времени затрачены одни и те же трудовые ресурсы и выполнены одинаковые объемы работ.

Г--

н¡н

"(1-т-т/

^ щи,

ГА

[1-0«ИН*)

(м«к№<) (1-о«| ш-См «-о.) (в-»«)

П1 <П5

гР1

:1А

Й

С5чС Сб

¡¡ИКР" —

___I

.---1

мВ; й-й

7тГ~

да

1'ГП

С(1ч)ПР

V?

¿'1

ШР сажр

■Ш

ПЧ ГР1

Рис.5. Графическое изобраяенке реализации экономике-;,гатс/а.-тическоп модели для расчета оптимальной долговечности функцкопи-ровдния ¡110 '

25

1-Л. ЭШ включает техническое обслуживание ПТС без проведения капитальных ремонтов с постоянными капитальными вложениями с варьируемыми текущими затратами (в том числе на техническое обслуживание и ремонт), но при неравномерных затратах трудовых ресурсов и различном объеме работ в фиксированные промежутки времони.

1-Ш. ЭММ включает модели технического обслуживания ПТС с проведением капитальных ремонтов с постоянными капитальными вложениями и варьируемыми текущими затратами (в тем число на техничоское обслуживание и ремонт) при неравномерных затратах трудовых ресурсов и различном объеме работ в фиксированные промежутки вромени.

П-1; П-П; П-Ш. ЭШ аналогичны вариантам 1-1; 1-П; 1-Ш, но с дополнительными капитальными вложениями на приобретение средств технической диагностики, внедрение технологии и оборудования для нанесения упрочняющих, антикоррозийных и термостойких покрытий деталей, восстановления изношенных деталей, модернизацию оборудования и т.д.; с варьируемыми текущими затратами в том числе на совершенствование системы технического обслуживания и ремонта с проведением научно-исследовательских и экспериментальных работ; варьируемыми выполнегашми объемами горных

работ, затратами трудовых и финансовых ресурсов;

,'!-/); аг-ю и-ю\(й-Ю К ; К - капитальные вложения по соответ-

ствующим вариантам экономико-ма?ематическсш модели; ;

^а-ж.хж-ж^ _ объеш

работы, выполненные по вариантам экономико-математической модели;

аналогично затраты трудовых ресурсов в фиксированные промежутки времени:

С'д' - балансовая стоимость ПТС; д С - дополнительные зат-

(1-Жнт-Еп) -

ратн на приобретение средств технической диагностики, примоне-ние технологий и аппаратуры для нанесения упрочняющих покрытий деталей; модернизацию оборудовапия; проведение научно-исследовательских и экспериментальных работ и т.д. С (ИКР-, С<г-¡'1КР;

еШКР - стоимость проведения пбрвого, ( г - / )-го, г-го капитального ремонта ПТС;

„П-ж„);(1-Жп)

П* - приведешше затраты при реализации эконо-

О

мико-матоматкческой модели экономически целесообразно срока службы ПТС с различными стратегиями технического обслуживания.

В разработанной структурной схомо комплексного обеспечения надежности на стадиях проектирования, пзготовлснад и эксплуатации горной техники выделены следующие этапы тооротическпх и экспериментальных исследований: определительные исследования надежности (систематизация факторов и воздействий, анализ причин низкой надежности и т.д.); определение функциональных подсистем банка данных (определение математических модапей, уровня надежности подсистем и элементов и т.п.); разработка практических рекомендаций по повышению надежности и совершенствованию конструкций на стадиях проектирования и изготовления (систем автоматизированного контроля работоспособности, методов диагностирования, иорл надежности; планов и nporpai.iT,! лабораторных и полигонных испытаний; внесение дополнений и изменоний в техническую и проектно-конструкторскую документацию и т.д.); оценка и технический контроль выпускаемой продукции (метода и средства); алгоритмы и программы оптимизации эксплуатационных параметров горно-транспортгшх машин и ПТС; технико-экономическое обоснование области применения машин в нормальном,северном, взрывобезопасном и других исполнениях. Информация,представленная на структурной схеме, определяет комплекс основных вопросов, которое должны рассматриваться при реализации программы комплексного обеспечения надежности горного оборудования при его изготовлении и эксплуатации в региональных условиях Севера а Дальнего Востока.

Экономико-математическая модель расчета оптимального срока службы ПТС, реализация которой целесообразна в рамках АСУП, призвана решать стратепгческио задачи управления научно-техни-ческиы прогрессом в горнодобываидих отраслях промышленности.

Применение модоля позволяет управлять экономическими категориями производства, себестоимостью добываемого полезного ископаемого, в динамике ¡»досматривать нормы амортизационных отчислений, затраты на капитальный ремонт, техническое обслуживание техники, проведение специальных исследований и т.д., т.е. повышать эффективность производства на основе более качественного управления и более соворвенной организации производственных и экономических процессов горных предприятий.

ОПТИМИЗАЦИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ 11АРАМЕТР0В КОМПЛЕКСОВ ГОШОТРАНСПОРГНЫХ МАШИН

Исследования статистической устойчивости процесса функционирования горнотранспортных комплексов оборудования позволили установить, что отклонение фактических показателей работы от запланированных объясняется возмущающими воздействиями (отказы в работе оборудования, нарушение технологии, блиянио природно-климатичоских факторов и т.д.), проявлешю которых сказывается прозде всего в изменении количества оборудования в звеньях карьерных погруйочно-транспортных комплексов.

Варьирование количества погрузочного оборудована и числа обслуживающих его транспортных единиц приводит к изменению производительности комплекса. Указанное взаимодействие погрузочных и транспортных машин можно представить схемой:

Ш1ЖГШ~I ££2 аэ Щ-

где п^ - количество погрузочных механизмов в комплексе в момент времени д; т" - количество погрузочных механизмов в момент времени д/, ; тп. - то же за время ;

п.

п'

количество транспортных единиц, обслуживающих данный погрузочный комплекс; количествр транспортных единиц

мъхяаосгагтсТ лт -»-» тгп {чгтгк тел у ;

изменяется от п

до п.

V

(или п, 28

до ^

{....гг^)} - производительность погрузочно-

транспортного комплекса при фиксированном количество погрузочных единиц с различным сочетанием транспортных единиц; =

АтпХпт- пт)} ~ то т-° 0 Другим фиксированным количеством

погрузочных единиц.

Соответствующие зависимости тлеют вероятностный характерно в них проявляется известная статистическая устойчивость, справедливая для разработок со сходными условиями. Практика проектирования и эксплуатации горных предприятий потребовала решения следующих вопросов:

1) изучить законы неравномерности функционирования комплексов;

2) опредолить оптимальный объем демпфирующих емкостей для •стабилизации процесса;

3) установить рациональное сочетание погрузочного и транспортного оборудования в отдельных звеньях комплексов.

Эти задачи имеют наибольший практический юлорес для карьерных погрузочно-транспортных комплексов, где в качестве погрузочного оборудования используют экскаваторы типа прямой лопаты, а в качестве транспортного оборудования применяют большегрузные автосамосвалы и электрифицированный п.д.транспорт.

Расчетные значения коэффиг; опта равномерности с заданной вероятностью определены с помощью.интегральных кривых статистических распределений. Для расчета пропускной способности транспортных коммуникаций рекомендованы значения Кр = 1,1+1,2 -для эяскаваторно-автомобильного комплекса; 1,2+1,3 - для экс-кваваторно-железнодорояного комплекса.

Для стабилизации работы комплексов в периоды снижения их производительности рекомендуется вводить в знаменатель формулы для расчета требуемой мощности оборудования следующие значения

КР:

0,8-0,9 - для экскаваторно-автомобильного;

0,70-0,75 - для зкекаваторно-железнодорожного комплекса.

Разработан метод расчета оптимальной емкости рудничного склада. Методика расчета позволяет определить оптимальную егт— кость склада руды при данной неравномерности работы комплекса карьерного оборудования и обогатительной фабрики и рассчитать с заданной вероятностью требуемую производительность перогде-

зочних механизмов (на рудном складе).

Иа осново корреляционного анализа разработана методам определения .национального сочетания погрузочно-транспортного оборудования. Полученные аналитические и графические функциональные связи позволяют с высокой достоверностью планировать и управлять количественным составом рабочих парков погрузочных и транспортных машин, производить оптимальное резервирование оборудования каждого вида. Использование полученных формульных зависимостей дает возможность быстро оценить наиболее вероятные изменения производительности комплекса и одновременно рассчитывать разброс (дисперсию) показателей.

Оптимизация эксплуатационных параметров рудничных транспортных" установок и систем в работе проведена на примере электровозного транспорта. До настоящего времени при реализации алгоритмов расчета эксплуатационных параметров рудничного электровозного транспорта на ЭВМ приходилось прерывать расчет после нахождения Величины тягового усилия при транспортировании груженого и порожнего составов. После введения этих параметров в программу расчета, реализация алгоритма продолжалась. Даже для современных ЕС ЭВМ ввод графических зависимостей в память и оперирование ими'затруднительны. Если же учесть тот факт, что каждый тяговый электродвигатель обладает индивидуальной электромеханической характеристикой, то пользование графическими зависимостями при современном развитии вычислительной техники оказывается малоэффективным.

На рис.6 представлены электромеханические характеристики тягового двигателя в графической форме в виде зависимостей М где М - момент на валу электродвигателя, Нм ;

I - ток якоря двигателя; А и скоростные характеристики

п = ■£„ (I ), П - частота вращения вала двигателя,об/мин.

Применительно к условиям рудничной электровозной откатки получены следующие расчетные формулы:

где ^ - сила тяги на ободе колеса, И ; ^ - часовая, скорость электровоза (по каталогу); , Р_ - часовой ток и

30

Рис.6.

Характеристики тягового двигателя ЭДР-П: 1-е учо-том насыщения магнитной системы; 2 - без учета насыщения магнитной системы; 3 - по данным завода-изготовителя (экспериментально)

io га so Ао So so 70 ю 9о tao 1, к

Ус

часовая сила тяги двигателя, И в цепи якоря двигателя. Ом; а значения которых показаны в таблице:

9 сопротивление обмоток $ - ПОСТОЯ1НШО коэффициенты,

Тип двигателя

Коэффициенты

ЭДР-П; ЭДР-25Б, ЭДР-7П; ЭДР-40, ЗДР-20 0,7 0,3

ДК-809Д: ДПТР-12, ЭТ-31 0.7 0,3

Двигатели последовательного возбуждения

экскаваторов 0,715 0,285

Формулы Т^ ~ fy (I) к & = fy ( I ) могут использоваться такго при исследовании переходных процессов двигателей постоянного тока последовательного возбуждения.

В результате проведанных исследований в диссертации удалось обосновать аналитические выражения электромехашшеских характеристик тяговых дветатслой рудничных электровозов - ]асчотгаю форнули для определения токов I г, I п, скоростей двикения электровоза Vr , Vn соответственно с грузом и с порогляком.

Порядок расчета при параллельном соод:;пе:;:г:1 йлсктродг-пгп-толей предлагается слпдукх:;-Л. Вначале определят- тяговые усилия при двглотп: с грузо:., Fr к порояшшом Fп у затс-м toj::i Ir, In к скорости электровоза Vr , Vn ссотвптсгрпиио. при

31

с

Начало

Ввод исходных данных /всех вариантов1

'«•A loS

(г-но мер варианта_

Ввод параметров <-го ва рианта_

Интенсивность обслуживания

ух^А

OÎ

Печать : величина-jii

Приведенная интенсивность потока поступ-лешш составов

fy/J*

Печать: велшми- jo

Вероятность отказа принять осгав, если занять канал и все Р ~/Г*Ч<-Р-) от* J

1-У

Печать:

величины р*>р«>р ,

Печать : величина - р

Относительная пропускная способность \q.= i-p0TK

Продольные вероятпо-сти состояний:

Ра~- PrjoP0 pm+rj>m*fp0

Печать: величина -

;

Среднее число заявок, находящихся в очереди: = / 1-J>"'(m + t-mP)

Печать: Ввеличина -fi

Печать:

величина - г

Абсолютная пропускная способность: , .

_Л J'9_

Среднее число заявок под обслужи-сшшом â w i-y+e

Среднее время пре-оывания заявки в системе К ист*

\

Печать : величина -teueJ. Печать :_ воличина - 1

С^одн55~"чис5ло айяШГ; связанных с систомой:

Печать: величина - К

Среднее время ожидания заявки в очореди: to^V/

С

Коне

Е>

да

нет

уао. 7. Блок-схема алгоритма математического моделирования функциональных параметров ПТС и транспортных коммуникаций в околоствольных дворах и на погрузочных пунктах (модель одноканальной системы массового обслуживения с ожиданием) Матрица массива исходной информации:?«- число возможных мост в очереди (число составов, ожидающих разгрузки (погрузки) ; Л - интенсивность прибытия составов в около-ствольшш двор (на погрузочный ганкт) ; t0g - моделируемые интервалы времени опрокидывания (загрузки) гдгонеток

Рис. 8. Номограмма результатов моделирования эффективности обслуживания электровозосоставов в околоствольном дворе в зависимости от параметров

- т =/;—п;---------

движении с грузом и порожняком:

Технологические параметры оборудования на шахтных погрузочных пунктах определялись на основе теории марковских случайных процессов (например, использовался частный случай процесса по схеме "гибели и размножения") с учетом количества работающих до<?ычных участков, характеристик интенсивности поступления потока на шахтный погрузочный пункт, интенсивности обслуживания. При этом определяли относительную и абсолютную пропускную способность погрузочного пункта и вероятность обслуживания составов боз задержки (рис.7).

Аналогичные задачи удалось решить с помощью метода Монте-Карло.

» Реализация алгоритма моделирования параметров функционирования погрузочного и разгрузочного оборудования, представленного на рис.7, проведена на УВЫ типа СМ-1420 с использованием алгоритмического языка ДИАМС. Широкий спектр параметров математического моделирования (около 500 вариантов) и адекватность од-ноканальной системы массового обслуживания с ожиданием реальным процессам погрузки и разгрузки вагонеток позволил детально исследовать функциональные возможности оборудования рудничных околоствольных дворов и погрузочных пунктов в зависимости от интенсивности прибытия составов, проектируемой схемы и объема транспортных выработок, оценить диапазон возможных характеристик эффективности обслуживания составов.

Анализ результатов математического моделирования и графических зависимостей на рис.8 показывает, что при минимальном времени опрокидывания вагонеток ( ), т.е. большой про-

пускной способности оборудования околоствольного двора, веро-

ятность отказа незначительна? при любьх числах т и л и достигает наибольшей величины Р = 0,143 (т = I, // = 5), аб-

От к щ/

солютная пропускная способность е данном режиме работы оборудования наивысшая. Другая картина наблюдается, когда нарастает интенсивность прибытия составов в околоотволышй двор и одновременно увеличивается время на их разгрузку, при том же соотношении числа мест в очереди.

Как показано на рис.8, с увеличением числа мест в очереди значительно повышается количество груженых составов, находящихся в очереди; время ожиданий в очереди на разгрузку таюуо в несколько раз больше по сравнению с вышерассмотрзшшмп результатами моделирования.

Установлено, что в практике проектирования шахт и рудников большой производственной мощности целесообразно применение наиболее простых схем околсствольнкх дворов и погрузочных пунктов с объемом транспортных выработок (длиной разминовэк), вмещающих не более одного электроЕозосостава в сочетании с технически обоснованными характеристикам:? высокопроизводительного и наложного оборудования. Значительно повысить пропускую способность и надежность работы околостволького двора возможно установкой резервного опрокидывателя. В этом случае, если каддый из них имеет вероятность безотказной работы всего лишь Р(^ ) = 0,95, то дая системы из двух параллельно работающих опрокидывателей -?( / ) = 0,9975.

Представленное в диссертации приложение I содержит пакет программ, разработанных на алгоритмическом языке "Фортран" для ЕС ЭВМ и миниЭВМ типа СМ-1420, С.'.!-4, М-6000.

В приложении 2 представлен, стандарт предприятия: "Система сбора, накопления и автоматизированной обработки информации об эксплуатационных, диагностических и надежностных параметрах горного и обогатительного оборудования, машин и установок".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано теоретическое обобщенно и решение крупной научной и практической проблемы диагностирования эффективности горного производства. Это позволяет разработать оптимальные решения по повышению эффективности и шггенсифщга-

ции использования производственных мощностей за счет сбалансированности параметров комплексов горных машин и оборудования.

Основные научные к практические результаты заключаются в следующем.

1. Управление надежностью и эффективностью комплексов горных машин наиболее целесообразно осуществлять на основе математических моделой предложенного метода многопарамотрЬческого диагностирования и установленных закономерностей функционирования ПТС. Основной концепцией эффективности функционирования ПТС является уровень сбалансированности функциональных параметров.

Внсдре-ше моделей и программного обеспечения позволило увеличить производственную мощность карьера "Центральный" ПО "Апатит" на 25-30? и повысило эффективность работы добычных комплексов на шахте им.Артема ПО "Приморскуголь" на 25-30$, потери производительности которого достигали 40-60$.

2. Разработанное информационное обеспечение, характеризующее технологические процессы диагностируемого предприятия, условия разработки местороадения, технические и эскплуатационные показатели горной техники, является основой повышения уровня управления надежностью и эффективностью ПТС. Достоверность и представительность информационной базы дашшх позволяют снизить энтропию параметров сбалансированности в отдельных комплексах горных машин и оборудования в 1,842,3 раза и соответственно повысить уровень организации и сбалансированности горного производства.

3. Организацию системы технического обслуживания и ремонта горнотранспортных машин, определо!ше направлений совершенствования и модернизации отдельных подсистем и агрогатов, поиск неисправностей в схемах управления электроприводами, выбор эффективных методов упрочнения и восстановления быстроизнашивающихся деталей, оптимизацию норы расхода и номенклатуры запасных частей необходимо проводить на основе рекомендаций по комплексному обеспечению надежности горнотранспортных машин, внедрение которых позволило снизить количество отказов и простои в работе горного и транспортного оборудования на 15-25$.

4. Надежностные, технические и технологические требования

к параметрам и режимам эксплуатации горных машин и оборудования следует устанавливать на основе оптимального срока службы, ис-

ходя ко минимума приведенных затрат (полноресурсных потерь) на единицу наработки за весь период эксплуатации. Разработанная экономико-математическая модель расчета оптимального срока службы горных машин позволила установить экономически целесообразные сроки эксплуатации большегрузных автосамосвалов ЕелАЗ-540, БелАЗ-548 и экскаваторов ЗКГ-8"И". На Норильском ГМК они составляют 3,5-4,0 года (при нормативном сроке эксплуатации автосамосвалов 7 лет), на Оленегорском ГОКе - 5-,0-5,5 лет при проведении но более двух капитальных ремонтов; для экскаваторов ЭКГ-8"И" оптимальный срок эксплуатации в условиях Норильского ПК составляет 12,0+12,5 лет (при нормативном сроке - 20 лет) с проведением не более трех капитальных ремонтов.

5. Созданняя подсистема САПР средств подземного электровозного транспорта и горнотранспортных комплексов машин в около-йтвольных дворах и на погрузочных пунктах позволяет устанавливать рациональные сочетания погрузочного и транспортного оборудования в отдельных звеньях комплексов, что повышает их производительность и пропускную способность не менее, чем на 20302.

6. Полученные впервые аналитические зависимости электромеханических характеристик тяговых двигателей и программное обеспечение для определения эксплуатационных и проектируемых параметров рудничного электрово.. ■ ;го транспорта значительно упрощают и делают более надезшыми расчеты на ЭВМ. При проектировании новых и реконструкции действующих горных предприятий реализация моделей и расчетных алгоритмов позволяет в 1,5-2 раза уменьшить затраты времени и повысить качество проектных решений в части подземного электровозного транспорта.

7. Внедрение результатов осуществлено по планам Минтяжмаша СССР, ИГД ДВО АН СССР. ДВ филиала ВНИИПТМАШ, ПО "Приморск-уголь", Института ДальвостНКИпроект, ДВПИ Гособразования СССР, Реализация выполненных исследований и научно-методических разработок на шахтах и разрезах ПО "Приморскуголь" за период с 1979 по 1989 год позволило повысить использование производственных мощностей в некоторых случаях до 15-30$ и получить фактический экономический эффект только в шахтоуправлении им.Артема в сумме более 400 тыс.руб. Экономический эффект подтвержден актами и другими документами, приложенными к диссертации.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах автора:

1. Диагностирование эффективности к оптимизация производственно-технических систем горккх предприятий. Владивосток: ДЗНЦ АН СССР, 1986. ?96 с.

2. Применение метода статистических испытаний (Монте-Карло) для исследования динадшси процессов з околоствольных дворах шахт и рудников // Применение ЭВМ к ь-атанатичАСких методов в горном деле. Владивосток* ДВО АН СССР, 1583. С.4-П.

3. Исследование энтропии и информационных потоков шахтных производственных систем // Тез. докл. ХШ науч.-техн. кенф. ДВПК. Владивосток, 1974. С.308-309.(соавтор Зубченко С.Е.).

4. Экономическая эффективность капитальных ремонтов горношахтного оборудования на карьерах Крайнего Севера // Изв. вузов. Горный яурн. 1971. й I. С.14-18. (соавторы: Каменец-ккй Л.Е., Вашкинель Г.А.).

5. Пршпщпы расчзта емкости карьерного рудного склада // Тр. проектного к науч.-ясслед. иа-та "Гппроникель". 1971. Вып. 50. С'. 55-71.

6. О трудоемкости и нормативах ремонта большегрузных автосамосвалов // Тр. проектного и науч.-исслед. пн-та "Ггшрони-кель". 1971. Вып.52. С.50-60. (соавтор Гулзвктский Ю.Д.).

7. Обосновании долговечности работы карьерных автосамссва-лов. "Экономика угольной промышленности''. М., $ 3, 1971. ШИЭИугаль. С.35-37. (соавтор Горелик Б.З.).

8. Оценка стэпзки организации работы звеньев карьерного оборудования // Новие ьсследсвания в горкой электромеханике: Науч.тр. Л., 1971. С.23-29.

9. Критерии оценки надежности и организации работы комплексов погрузочно-транслортного оборудования на карьерах // Транспорт пахт и карьеров. М.: Недра, 1971. С.310-314. (соавторы: Тымоьский Л.Г., Михайлов Г.С.)

10. Оценка равномерности работы горяотранспортного оборудования на карьерах Заполярья // Совершенствование планирования горных работ в карьерах: °ап. ЛГИ. 1972. Т.63, вып.Х. С.20-23.

11. О сроке службы бэлыпогрузтк автомобилей-самосвалов.// Автомобильной транспорт. 1972. й 3. (соавторы: Каыеноцкзй Л.З., Сироткин З.Л., Казаре? А.Н.).

12. Эксплуатационная надежность и эффективность комплексов

погрузочно-транспортного оборудования // Проблемы разработки месторождения полезных ископаемых Севера. Л.: ЛГИ, 1972. C.I53-157. (соавтор Михайлов Г.С.).

13. Статистическая диагностика эффективности производственных комплексов: Учеб. пособие. Владивосток: ДВПИ, 1975. 152 с.

14. Особенности работы горнотранспортного оборудования в условиях Заполярья // Физика процессов, технология и техника разработки недр. Л.: Наука, 1970. С.198-203. (соавторы: Арсентьев А.И., Михайлов Г.С., Егин Б.А.).

15. Резервирование горных технических систем в функции времени и производительности // Вопросы горной электромеханики: Тр. ДВПИ. 1973. Т.84. C.3-I5.

1С. Прогнозирование производительности карьерных погрузочно-транспортнкх комплексов /'/ Вопросы горной электромеханики: Тр. ДВПИ. 1973. Т.84. С.22-37. (соавтор Челпанов И.Б.).

17. Организация ремонтов, техническое обслуживание и срок службы большегрузных автомобилей самосвалов // Кулешова A.A., Ткмовского Л.Г. Эксплуатация карьерного транспорта в условиях Севера. М.: Недра, 1973. С.54-64. (соавтор Кулешов A.A.).

18. Методы теории исследования операций при решении транспортных задач: Учеб. пособие ДВПИ. Владивосток, 1974. 130 с.

19. Критерии оценки рвзервоз оборудования, сооружений и трудовых ресурсов карьера // Разработка рудных месторождений открытым способом. Магнитогорск, 1974. С.136-146. (соавторы: Арсентьев А.И., Горелик Б.Е.).

20. Диагностика технической эффективности производственных систем // Вопросы разработки месторождений Дальнего Востока, Тр. j®nH. 1975. Т.78. С.36-48.

21. Использование методов исследования операций для решения управления шахтншз выемочно-транспортшми комплексами // Вопросы разработки месторождений Дальнего Востока: Тр. ДВПИ. 1975.

Т.73. С.63-75. (соавтор Емельянова С.Е.).

22. Оборудование для погрузки и транспорта руды // Основы металлургии. Металлургия. 1975. Гл.З, т.7. С.67-1т1. (соавторы: Кальняцкий Я.Б., Гоник М.Е., Пресс И.М. и др.).

23. Математическая точность и достоверность экспериментов но исследованию надегкнсоти HTM // Повышение надежности подъемно-транспортного оборудования. М.: ИШянфоомтягмаш. 1976. Д 6, 76-15. С.20-24. (соавтор Отворчелко A.A.).

24. Полигонные испытания на надежность контейнерного козлового крана КК-5 // Подъемно-транспортное оборудование. НИИин-формтяждаш. М., I97S. J6 6,76-20. С.12-15. (соавтор Отверчен-ко A.A.).

25. РТЫ 24.060.23-76. Краны грузоподъемные. Нормы надежности мостовых, козловых и портальных кранов. М., Минтякмаш СССР, НШинформтяжмаш, 1978. С.о (соавторы Брауде В.И., Отверчен-

ко A.A. и др.).

26. РТМ 24.090.55-79. Надежность изделий подъемно-транспортного машиностроения. Методика статистической обработки. Минтяж-ыаш СССР. ЩШИ информации и механико-экономических исследований по тяжелому и транспортному машиностроению. 1980. С.16. (соавтор Отверченко A.A.).

27. РГМ 24.090.56-79. Краны грузоподъемные. Методика расчета и нор,:ы расхода запасных частей. Минтяждаш СССР.ЦШШ информации ж механико-экономических исследований по тяжелому и транспортному машиностроению. ГЛ., 1980. С.28. (соавтор Отверченко A.A.).

28. Автоматизированный контроль работоспособности и поиск неисправностей в схемах управления электроприводами горно-тракспортных машин // Шахтный и карьерный транспорт / Под ред. чл.-корр. АН СССР А.О.Сшгваковского. М.: Недра. 1980. Вып.6. С.67-76.

29. Повышение эффективности горно-транспортной техники на Дальневосточных рудниках цветной металлургии // Новое горное оборудование для карьеров и подземных рудников цветной металлургии: Сб. науч. тр. Л.: Гипроникель, 1981. С.20-25. (соавтор Лобачев H.A.).

30. Эффективность шахтных производственно-технических систем // Изв. вузов. Горный журн. 15 7, 1982. С.39-46.

31. Аналитические выражения электромеханических характеристик электровозных двигателей постоянного тока последовательного возбуждения с учетом насыщения магнитной системы // Шахтный ж карьерный транспорт / Под ред. чл.-корр. АН СССР А.О.Спиваковсксго. М.: Недра, 1983. Вып.8. С.159-162. (соавтор Болорицюйй В.М.).

32. Аналитическое определение тяговых параметров рудничных электровозов // Шахтный и карьерный транспорт / Под ред. чл.-корр. АН СССР А.О.Спиваковского, М.: Недра, 1984, Вып.9. C.I22-

40

127.(соавтор Белобрицкий В.М.).

33. Системное обеспечение надежности горно-транспортного оборудования на стадиях создания и эксплуатации // Jat .international- Conference Reliability and Durability of Machines and Machinery Systems in mining. 1S86, June.16-18. Szczyrk, Poland. Z. 143» Gliwice, 1986. P. 71-83.

(соавторы: Богданов Е.И., Верхотуров А.Д., Подчерняева И.А.).

34. Информапионное и программно-математическое обеспечение автоматизированной системы управления сбалансированностью и эффективностью горного производства // Разработка и применение систем автоматизированного проектирования и АСУ горного производства: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. совещ. 4.2 (24-27 сент..1987 г.). Алма-Ата: КазПй, 1987. С.78-79.

35. Математическое моделирование горных и транспортных машин и машинных систем // Internation Conference: Dynamics of Killing Machines Dynamach'89. 1989. October, Szczyrk, Poland, Z. 179. Gliwice, 1989* P. 145-156.

36. Оптимизация параметров средств комплексной механизации на угольных предприятиях Дальнего Востока // Применение ЗИЛ и математически- методов в горном деле. Владивосток: ДВО АН СССР, 1988. С.23-33. (соавтор Мартыненко В.К.).

37. Методологические принципы управления сбалансированностью производственных мощностей горнодобывающих предприятий // Совершенствование техники г технологии добычи и переработки твердых полезных ископаемых Дальнего Востока. Владивосток: ДВО АН СССР, 1989. С. 65-76.

38. Алгоритмизация, моделирование и оптт.хзация проектных и эксплуатационных параметров технологической системы рудничного электровозного транспорта // Совершенствование техники

и технологии добычи и переработки твердых полезных ископаемых Дальнего Востока. Владивосток: ДВО АН СССР, IS89. С.140-148.