Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование и прогноз технологических параметров роботизированной подземной поточной выемки крепких руд

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Стрельцова, Галина Альбертовна, Алматы

\

Президиум ВАК России

(решение от" 21 \МЛШ г- № Лг№

ЗЖЙлом КАНДИДАТА

наук

/Начальник уп^а^л^^я

ВАК Росск!

62 11/28

ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА ИМЕНИ Д. А. КУНАЕВА УДК 622.272.002.05: 622.272:658:51 На правах рукописи

СТРЕЛЬЦОВА ГАЛИНА АЛЬБЕРТОВНА

Обоснование и прогноз технологических параметров роботизированной подземной поточной выемки крепких руд

25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

тбсО, ПА.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Ткаченко Артем Михайлович

отдела кадров Е.Д.Никитина

Республика Казахстан Алматы, 2006

Содержание

Стр.

Определения, обозначения и сокращения....................................... 5

Введение............................................................................... 9

1 Состояние вопроса, цель и задачи исследований поточных технологий для подземной выемки крепких руд.............................. 15

1.1 Современное состояние и перспективы развития теории и практики поточных технологий подземной добычи полезных ископаемых в Казахстане и за рубежом.......................................... 15

1.2 Анализ существующих методов выбора и расчета параметров технологии подземной добычи крепких руд.................................... 19

1.2.1 Аналитические методы моделирования.................................. 19

1.2.2 Имитационные методы моделирования.................................. 21

1.2.3 Сущность объектно-ориентированного подхода при определении технологических параметров...................................................... 24

1.3 Цель и задачи исследования 33

2 Обоснование и разработка методов, определяющих технологические параметры роботизированной подземной поточной очистной выемки крепких руд на базе объектно-ориентированного подхода.................. 36

2.1 Описание технологических процессов при подземной поточной очистной выемке крепких руд..................................................... 36

2.2.1 Особенности управления технологическими процессами роботизированной подземной поточной очистной выемки крепких

РУД..............................................................................................................................................................................36

2.2.2 Системы разработки и оборудование..........................................................................38

2.2.3 Отбойка руды....................................................................................................................................45

2.2.4 Погрузка и доставка руды......................................................................................................48

2.2.5 Закладка выработанного пространства......................................................................50

2.2 Методика исследований на основе объектно-ориентированного подхода..................................................................................................................................................................55

2.3 Исследование особенностей рабочего цикла агрегатов роботизированного очистного комплекса поточной выемки крепких

руд в подземных условиях..................................................................................................................73

Выводы по разделу......................................................................................................................................84

3 Разработка структуры и режимов работы экспертной системы

«Подземный очистной комплекс поточной выемки крепких руд»............85

3.1 Обоснование и разработка прототипа экспертной системы на базе

объектно-ориентированного подхода........................................................................................85

3.1.1 Особенности технологии разработки экспертных систем........................85

3.1.2 Входные и выходные данные для определения технологических параметров экспертной системой..................................................................................................93

3.1.3 Критерии оценки, алгоритмы и математические модели..........................95

3.1.4 Состав и содержание программного обеспечения экспертной системы..................................................................................................................................................................Ю2

3.2 Исследование возможностей прогнозирования развития технологии на базе разработанной экспертной системы.................................... 106

3.2.1 Особенности исследований прогнозирования развития технологии роботизированной подземной поточной выемки крепких

руд на основе объектно-ориентированного подхода.......................... 106

3.2.2 Входные и выходные данные для прогнозирования развития технологии подземной поточной выемки крепких руд....................... 114

3.2.3 Критерии оценки, алгоритмы и математические модели............. 116

3.2.4 Состав и содержание программного обеспечения экспертной

системы................................................................................. 119

Выводы по разделу................................................................... 119

4 Исследование эффективности использования разработанных методик и установление области их применения.............................. 121

4.1 Управляемые параметры и характеристики поточной технологии и комплексов подземной выемки крепких руд, оценка их эффективности 121

4.2 Техническая реализация методик определения параметров и прогнозирования развития технологии поточной подземной выемки крепких руд............................................................................ 130

4.3 Вопросы практической реализации предлагаемых научно-методических разработок на примере горнодобывающих предприятий

Казахстана и стран ближнего зарубежья........................................ 131

Выводы по разделу................................................................... 132

Заключение............................................................................ 134

Список использованных источников............................................. 136

Приложение А Патентные исследования....................................... 147

Приложение Б Акт об использовании справочно-практических руководств в учебном процессе Горного института имени О. А.

Байконурова........................................................................... 160

Приложение В Содержание справочно-практического руководства «Определение рациональных параметров работы роботизированного подземного комплекса поточной выемки крепких руд на основе

объектно-ориентированного подхода».......................................... 162

Приложение Г Содержание справочно-практического руководства «Прогнозирование развития технологии работы подземных очистных комплексов поточной выемки крепких руд на основе объектно-

ориентированного подхода»....................................................... 177

Приложение Д Спецификации программ экспертной системы............ 182

Приложение Е Краткая инструкция работы пользователя с

интерфейсом экспертной системы................................................ 184

Приложение Ж Пример имитационного моделирования одновременной работы роботизированных очистных комплексов

поточной выемки крепких руд..................................................... 188

Приложение И Свидетельство регистрации справочно-практического руководства по определению рациональных параметров как объекта интеллектуальной собственности................................................. 195

Приложение К Свидетельство регистрации справочно-практического руководства по прогнозированию развития технологии как объекта интеллектуальной собственности................................................. 197

Определения, обозначения и сокращения

В настоящей диссертации применяют следующие термины с соответствующими определениями, обозначения и сокращения. Абстракции — существенные характеристики системы (объекта), которые отличают его от всех других систем (объектов) и четко определяют его концептуальные границы для наблюдателя.

Алгоритмическая декомпозиция - процесс разделения системы на части, каждая из которых отражает этап общего процесса; является результатом структурного подхода к проектированию и фокусируется на потоке управления системой.

Атрибут - признак, описатель данных, содержащий одну из характеристик данного: имя, тип, длину, количество, форму представления, систему счисления, или часть составного объекта (агрегата).

База знаний (БЗ) - семантическая модель, предназначенная для представления в ЭВМ знаний, накопленных человеком в определенной предметной области в виде семантических сетей, фреймовых, продукционных и других моделей. Внутренняя ставка дохода (IRR) - рыночная процентная ставка, являющаяся функцией величины потока наличности, при которой проект окупается. Гибкое автоматизированное производство (ГАП) - машиностроительные роботизированные технологические комплексы, связанные транспортными роботами и общим автоматизированным складом, способные выпускать изделия без постоянного участия человека и быстро переходить к выпуску новых изделий путем изменения программ оборудования.

Горнопромышленная система (ГПС) - совокупность производств, предназначенных для разведки, добычи и комплексной, многостадийной переработки минерально-сырьевых ресурсов с выпуском конечной продукции различной степени интеграции.

Действие - поведение, которое сопровождает событие перехода между состояниями. Считается, что действие не может быть прервано и занимает нулевое время.

Жизненный цикл - период существования системы, исчисляемый от начала проектирования до ее уничтожения, имеющий следующие этапы: проектирование, изготовление, испытание, опытная эксплуатация, хранение, постоянная эксплуатация и сопровождение. Иерархия - подчинение или упорядочение абстракций.

Имитационное моделирование (ИМ) - процесс конструирования модели реальной системы и постановка экспериментов на этой модели с целью либо понять поведение системы, либо оценить различные стратегии, обеспечивающие функционирование системы.

Инкапсуляция (encapsulation) - процесс объединения данных и правил их преобразования (методов) в объекте.

Интенсивность восстановления /и - среднее число восстановления (простоев) из-за отказов агрегата в единицу времени.

Интенсивность отказов Л - среднее число отказов восстанавливаемого

агрегата в единицу времени.

Компонент - составная часть комплекса программ, которая при объектно-ориентированном проектировании является особым объектом предметной области.

Класс (тип) - множество объектов в системе классификации с общей структурой и поведением.

Коэффициент готовности (Кг) - комплексный показатель надежности, характеризующий вероятность того, что оборудование окажется работоспособным в произвольный момент времени, кроме периодов, когда его использование по назначению не предусматривается или не производится. Коэффициент использования оборудования (Ки) - показатель, характеризующий степень использования времени в течение смены на производительную работу оборудования.

Коэффициент эффективности (Кэ) — показатель, характеризующий непрерывность работы оборудования в зависимости от длительности выполнения вспомогательных операций.

Коэффициент технического использования (Кти) — показатель, определяющий вероятность нахождения оборудования в работоспособном состоянии на календарном отрезке времени.

Марковский процесс - случайный процесс со счетным числом состояний, который развивается в дискретном времени и определяется лишь текущим состоянием.

Метод (на формальном уровне) - совокупность трех составляющих: а) концепций и теоретических основ (например, объектно-ориентированный поход); б) нотаций для построения моделей статической структуры и динамики поведения проектируемой системы (как правило, в виде графических диаграмм); в) процедур (а именно: последовательностей и правил построения моделей, критериев оценки результатов), определяющих практическое применение метода.

Метод (в объектно-ориентированном подходе) - операция над объектом, определенная как часть описания класса.

Модель - абстракция, отражающая основу структуры системы и упрощающая работу с ней.

Нагрузка на очистной забой Q (выемочное поле, панель и т.д.) - количество полезного ископаемого, добытого в единицу времени из очистного забоя, выемочного поля, панели и т.д. Планируемая суточная нагрузка на забой рассчитывается по технической производительности отбойного агрегата с учетом технологических и регламентированных перерывов, надежности технологического процесса выемки и числа рабочих смен в течение суток. Наследование (inheritance) - способность любого объекта быть объявленным как производное (потомок) от объявленного ранее объекта (родителя). Потомок наследует все данные и правила своего родителя и может дополнять их новыми данными и правилами. У одного объекта допускается любое число потомков, но только один родитель, который образует дерево иерархии родственных объектов.

Нотация — совокупность графических объектов, которые используются в данном языке моделирования для построения моделей.

Объект (экземпляр, сущность) - определенная часть окружающей нас реальной действительности (предмет, процесс, явление), нечто, чем можно оперировать, имеющий состояние, поведение и идентичность. Объектно-ориентированная декомпозиция - процесс разделения системы на множество классов и объектов.

Объектно-ориентированный подход (ООП) - подход проектирования системы как совокупности объектов, рассматриваемых как экземпляры определенных классов, причем данные классы образуют иерархию. Полиморфизм (polymorphism) - возможность родственным объектам называть схожие по характеру выполнения правила одинаковыми именами. Поэтому при единообразном к ним обращении со стороны вызываемого объекта или программы соответствующие правила реализуются различными способами. Полумарковский процесс - случайный процесс, имеющий свойства вложенного марковского процесса, задающийся вероятностями длительности пребывания процесса в данном состоянии в случае перехода из этого состояния.

Поточная технология (в горном деле) - последовательное выполнение процессов и операций машинами и механизмами, расположенными по ходу технологического процесса и характеризующимися повторяемостью, ритмичностью и непрерывной выдачей полезного ископаемого в течение рабочего времени, предусмотренного суточным режимом работы оборудования.

Предметная область (ПО) - информационная сторона функционирования системы, отражающая множество объектов и связей между ними. Производительность технологического оборудования (QK) - количество полезного ископаемого, добываемого в единицу времени, и определяемое с учетом затрат времени на устранение неисправностей оборудования. Роботизированный технологический комплекс (РТК) - совокупность единиц технологического оборудования, промышленных роботов и средств оснащения (вспомогательного оборудования), которая функционирует автономно и осуществляет многократные циклы.

Семантическая модель - представление понятий в семантической памяти в виде графа, в вершинах которого расположены понятия, в терминальных вершинах - элементарные понятия, а дуги представляют отношения между понятиями.

Система искусственного интеллекта (СИИ) - автоматическая или автоматизированная система, работа которой основана на использовании искусственного интеллекта и основными компонентами которой является база знаний, интеллектуальный интерфейс с пользователем и программа формирования логических выводов.

Система массового обслуживания (СМО) - математическая

формализация реальной системы, изучающая процессы, связанные с удовлетворением массового спроса на обслуживание какого-либо вида с учетом случайного характера спроса и обслуживания.

Системный подход (system approach) - комплексное взаимосвязанное последовательное рассмотрение всех факторов, путей и методов решения задачи в конкретных условиях

Событие - возникновение или завершение в системе некоторого действия. Сообщение - упорядоченная последовательность символов, предназначенная для передачи информации. В объектно-ориентированном проектировании это операция, которую один объект может выполнять над другим. Термины «сообщение», «метод», «операция» в данном случае обычно взаимозаменяемы. Сценарий - последовательность событий, выражающая некий аспект поведения системы.

Чистая приведенная прибыль (NPV) - динамический показатель, учитывающий амортизационные отчисления и выделяющий из общей суммы капиталовложений затраты за счет собственного фонда накопления предприятия.

Экспертная система (ЭС) - система искусственного интеллекта, включающая базу знаний с набором правил и механизм вывода, позволяющий на основании правил и представляемых пользователю фактов распознавать ситуацию, поставить диагноз, сформулировать решение или дать рекомендацию для выбора действия.

OMG (Object Management Group) - организация по стандартизации в области объектно-ориентированных методов и технологий. RUP (Rational Unified Process) -объектно-ориентированная методология (так называемый Унифицированный рациональный процесс) описания технических и организационных аспектов создания программного обеспечения на стадиях определения требований к системе, ее анализа и проектирования. UML (Unified Modeling Language) - стандартный язык объектно-ориентированного моделирования.

Введение

Современной тенденцией горного производства является более интенсивный рост объемов добычи полезных ископаемых подземным способом по сравнению с открытым, причем главным фактором такого роста является экологический. Однако подземная разработка полезных ископаемых характеризуется значитель�