Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. постановка задач исследований 10
1.1. Современное состояние проблем и тенденции развития в области комплексной механизации проведения выработок буровзрывным способом 10
1. 2. Анализ возможности использования известных классификационных систем для агрегатированного оборудования 18
1. 3. Известные подходы к оценке эффективности горнопроходческих машин. 24
1. 4. Постановка задач исследований 32
2. Разработка принципов систематизации АБВПС 34
2. 1. Системный подход к структурообразованию средств комплексной механизации 34
2. 2. Разработка классификационных признаков АБВПС 36
2. 3. Разработка классификационной системы АБВПС 48
2. 4. Практическая реализация предложенных принципов классификации 51
3. Разработка модели системы. моделирование работы абвпс. исследование эффективности АБВПС 54
3. 1. Требования к модели. Выбор метода моделирования 54
3. 2, Формализация объекта моделирования 59
3. 3. Программная реализация макроструктуры реального функционирования АБВПС 116
3. 4. Оценка адекватности имитационно-статистической модели функционирования АБВПС 123
3.5. Исследование влияния на критерий эффективности АБВПС компоновочных схем и условий эксплуатации 126
4. Разработка методики синтеза технических решений абвпс и ее реализация на примерах 145
4. 1, Список требований для технического решения АБВПС... 145
4. 2. Разработка алгоритма этапов синтеза рациональных ТР АБВПС для заданных условий 147
4. 3. Примеры синтеза технических решений АБВПС 161
4.4. Описание новых технических решений 165
4. 5. Прогнозная оценка новых технических решений 173
Основные результаты и выводы по работе 180
Список использованных источников
- Анализ возможности использования известных классификационных систем для агрегатированного оборудования
- Системный подход к структурообразованию средств комплексной механизации
- Программная реализация макроструктуры реального функционирования АБВПС
- Разработка алгоритма этапов синтеза рациональных ТР АБВПС для заданных условий
Введение к работе
Актуальность проблемы. Как известно, значительная часть подготовительных выработок в горной промышленности проводится буровзрывным способом, который характеризуется хорошей приспосабли-ваемостью к различным условиям и позволяет проводить выработки по породам любой крепости. Существующий уровень отечественной техники для этого способа не обеспечивает требуемых показателей производительности и надежности оборудования, поэтому необходимы широкие поиски новых решений.
Практика очистных работ показала, что только агрегатирование машин и механизмов, основанное на кинематическом и конструктивном объединении всего забойного оборудования, позволило резко повысить производительность труда и снизить себестоимость угля. Это объясняется тем, что элементы машин, имеющие одинаковое функциональное назначение, заменяются единым органом, который перекрывает или вбирает в себя аналогичные функции обособленных машин. В результате сокращается количество узлов, масса оборудования, его габариты, энергоемкость, стоимость и т. д.
Объединение исполнительных органов функциональных машин на едином базовом элементе (движителе), осуществляющем перемещения системы относительно выработки, позволяет добиться улучшения показателей системы даже при использовании известных функциональных элементов индивидуальных машин.
Метод агрегатирования, широко применяемый в станкостроении и в горном деле при разработке очистных комплексов, с успехом используется при создании проходческих систем, например, в серии комплексов «Сибирь» [1] и агрегате «ЭЛАНГ»[2].
Однако цикличный характер буровзрывной технологии и связанная с этим необходимость обмена машин в течение проходческого цикла обуславливает ряд особенностей применения метода агрегатирования для буровзрывных проходческих систем. Простого объединения функциональных машин на общем базовом элементе, осуществляющем пе-
ремещение всей системы относительно выработки, оказывается недостаточно. Необходимо оснащать системы механизмами региональных перемещений, которые в пределах базового элемента обеспечивают возможность обмена функциональных машин и тем самым исключают конфликт последних в пространстве. В процессе проходческого цикла не все машины нуждаются в обмене, например, транспортирующий элемент (конвейер), принимающий горную массу от погрузочного органа, или призабойная крепь, предохраняющая оборудование от вывалов породы. Но бурильные машины, погрузочные органы и крепеустановщик, напротив, должны иметь возможность перемещения относительно базового элемента, иначе они не смогут выполнять свои функции. Вышеописанная ситуация характерна только для агрегатированных буровзрывных проходческих систем. В очистных и проходческих комбайновых комплексах используется поточная технология, поэтому механизмы по отделению, уборке горной массы и креплению образовавшегося пространства располагаются последовательно и в процессе работы обмениваться не должны.
Агрегатнроваппые буровзрывные проходческие системы (АБВПС), разработанные в России, странах СНГ и дальнего зарубежья (всего около двухсот вариантов), до настоящего времени не имели научно обоснованных правил структурообразования, методов оценки и проектирования. Существующие методики расчета и оценки эффективности проходческих систем рассчитаны на проведение выработок индивидуальными машинами с технологическими связями и не учитывают особенностей агрегатированного оборудования. Кроме того, в них используется детерминированная входная информация, не учитывающая случайного характера многих воздействий, например, отказов оборудования, их ликвидации, неоднородность условий эксплуатации и других.
На основании вышеизложенного представляются актуальными научное обоснование и создание методов разработки и оценки технических решений агрегатированного оборудования с учетом фактора надежности и случайного характера входных воздействий.
Соответствие диссертации плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления ЮРГТУ (НПИ) «Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда», утвержденного Ученым советом ЮРГТУ (НПИ) в 1994 г.; НИР ЮРГТУ по теме П-53-717 «Исследование рабочих процессов и совершенствование конструкций горнопроходческих машин».
Цель работы. Обоснование направлений повышения эффективности проведения выработок буровзрывным способом путем разработки принципов, инженерной методики синтеза и оценки эффективности агрегатированных буровзрывных проходческих систем с учетом фактора надежности.
Идея работы заключается в рассмотрении АБВПС как конструкций, созданных по единым структурным правилам, использование которых позволяет компоновать системы, отвечающие определенным функциональным требованиям и давать оценку эффективности таких систем с учетом вероятностного характера воздействий на их функционирование, а также синтезировать принципиально новые технические решения применительно к конкретным условиям эксплуатации.
Научные положения, выносимые на защиту:
формализованное описание агрегатированных структур систем горнопроходческих машин учитывает особенности компоновки и функционирования агрегатированного оборудования, состав и взаимосвязь элементов, позволяет построить структурную систематизацию АБВПС, которая отличается новыми классификационными признаками, дает возможность идентифицировать существующие классы конструкций и наметить новые технические решения;
имитационно-статистическая модель функционирования систем горнопроходческих машин, в том числе агрегатированных, учитывает вероятностный характер информации о надежности оборудования и формировании производительности, количество и тип материальных
связей, режим работы элементов системы в процессе цикла; установлено влияние перечисленных факторов на производительность систем;
эксплуатационная производительность АБВПС, в сравнении с аналогичным комплектом, при агрегатировании машин возрастает за счет сокращения количества однотипных элементов и времени обмена функциональных машин, что приводит к уменьшению числа отказов и продолжительности простоев, связанных с их ликвидацией;
порядок процедур синтеза и оценки эффективности технических решений АБВПС, основанный на имитационно-статистическом моделировании их функционирования с учетом структуры систем и показателей их элементов, позволяет для конкретных условий эксплуатации получать рациональные варианты технических решений.
Новизна работы состоит в том, что:
впервые разработана структурная систематизация АБВПС, базирующаяся на принципах системного подхода, отражающая общие правила структурообразования АБВПС, включающая ряд новых классификационных признаков, учитывающих особенности компоновки и функционирования агрегатированного оборудования;
разработанная имитационно-статистическая модель функционирования буровзрывных проходческих систем, в том числе агрегатиро-ванных, учитывает смену их состояний в процессе цикла, время пребывания в различных состояниях, влияние материальных связей, вероятностный характер информации о надежности оборудования и параметрах проходческого цикла, позволяет моделировать проведение выработки как случайный процесс и установить зависимости эффективности функционирования проходческих систем от показателей их элементов и условий эксплуатации;
разработанный порядок процедур синтеза технических решений АБВПС, включающий выбор и оценку эффективности альтернативных вариантов проходческих систем, позволяет для заданных условий эксплуатации получать наиболее эффективные технические решения, удовлетворяющие требованиям технического задания.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных апробированных методов исследований, включающих: патентный поиск и анализ научно-исследовательских работ по рассматриваемому вопросу; статистические методы планирования вычислительных экспериментов, выполненных с использованием современных ЭВМ и программных продуктов; оценку адекватности результатов исследований реальному процессу; относительная ошибка в определении средних значений не превышает 14%, что удовлетворяет данному типу исследований.
Значение работы. Научное значение работы состоит в разработке принципиально нового подхода к вопросу структурообразования агрегатированных буровзрывных проходческих систем, который позволяет выявить их общие классификационные признаки и правила построения структур; описании функционирования проходческих систем как стохастического процесса с учетом возможных структурных состояний в течение цикла; установлении влияния агрегатирования и основных параметров элементов на эффективность систем.
Практическое значение работы заключается в том, что ее результаты, в частности, методика синтеза и оценки технических решений, а также программа для ЭВМ, моделирующая функционирование АБВПС, использованы при синтезе новых технических решений систем горнопроходческих машин, применительно к конкретным условиям эксплуатации и направлены на дальнейшее совершенствование методов проектирования проходческих систем с использованием ЭВМ.
Внедрение результатов диссертационных исследований.
Основные результаты диссертационных исследований - принципы систематизации АБВПС и методические основы синтеза технических решений АБВПС - внедрены в ННЦ ГП-ИГД им. А.А.Скочинского при выполнении работы: 0193056000-035 «Разработать предложения по созданию новых эффективных технологий буровзрывных работ при проведении полевых выработок в крепких породах».
Результаты исследований рекомендуются к использованию конструкторским организациям и профильным заводам угольного машино-
строения при модернизации имеющихся и разработке новых образцов проходческой техники. Принципы создания и систематизации АБВПС включены в учебный курс «Буровзрывные проходческие системы» для студентов специальности 170100 «Горные машины и оборудование» (по ОКСО 150402) в виде разделов учебных пособий, имеющих рекомендательный гриф:
«Буровзрывные проходческие системы» - Министерство образования РФ;
альбом конструкций и схем - УМО по высшему горному образованию Министерства образования РФ.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и одобрены на научно-практической конференции Южно-Российского отделения Академии горных наук (1998г.); на симпозиумах "Неделя Горняка - 2000" (Москва, 2000г.) и "Неделя Горняка - 2003" (Москва, 2003г.); "Неделя Горняка - 2004" (Москва, 2004г.); на заседании учебно-методической комиссии по специальности 170100 "Горные машины и оборудование" в ЮРГТУ(НГШ), 20-22 сентября 2001г.; на 45-52 научно-практических конференциях ШИ ЮРГТУ (НПИ); на научных семинарах кафедры "Горные машины и оборудование" (1997-2003г.г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 15 печатных работ, в том числе 2 учебных пособия в соавторстве, 1 монография в соавторстве, 2 патента на изобретения.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений; изложена на 263 страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков, 28 таблиц, список использованных источников из 84 наименований, приложения представлены на 74 страницах.
Автор выражает глубокую признательность д-ру техн. наук, проф. Г. Ш. Хазановичу, а так же коллективу кафедры «Горные машины и оборудование» ШИ(ф)ЮРГТУ(НПИ) и особеїшо проф. С. И. Носенко за оказанную поддержку и методические советы на различных этапах исследований.
Анализ возможности использования известных классификационных систем для агрегатированного оборудования
При рассмотрении вопроса агрегатирования буровзрывного проходческого оборудования с позиций системного подхода возникает потребность в анализе известных АБВПС для выявления некоторых общих признаков, позволяющих систематизировать множество существующих конструкций. Конечной целью такой систематизации является возможность синтезировать новые рациональные варианты.
Вначале попытаемся проанализировать АБВПС при помощи существующих схем классификации и систематизации. Если ни одна из них не будет пригодна для систематизации агрегатированиого оборудования, то возникнет необходимость в разработке новых классификационных признаков.
Классификации по конструктивному или технологическому признаку [28, 29, 30], принося несомненную пользу в познавательном плане, не дают возможности наметить перспективные решения. Опыт создания технических устройств и систем в других областях [31,32, 33] показывает, что наиболее общим классификационным признаком является функциональный. Функциональный подход позволяет отвлечься от конкретного внутреннего устройства системы и охватить разнообразие в самом ее поведении. Функция характеризует взаимодействие системы со средой и может реализоваться в определенной структуре. Используя функциональный подход к исследованию какой-либо системы, мы одновременно проводим структурный анализ некоторой другой системы, включающей исследуемую в качестве своего элемента [34]. Систематизация по функциональному признаку широко применяется в машиностроении [35, 36, 37] и других областях.
В горном деле впервые структурную систематизацию по функциональному признаку осуществили профессора Солод В. И. и Солод Г. И. применительно к очистным и транспортным средствам [38, 39]. На основе этого подхода разработана таблица структурных формул средств механизации проведения выработок [40]. Аналогичным образом к этому вопросу подходят и другие исследователи [41, 42, 24], принимая за основу систематизации проходческого оборудования принципы структу-рообразования формул проф. В.И. Солода, которые можно использовать и для агрегатированных проходческих систем.
Присвоив проходческим машинам, выполняющим определенные функции, соответствующие символы; Б - бурильная, П - погрузочная, Т-транспортная, К - крепеустановочная, и обозначив так же знаком +" кинематическую связь (сочленение) и знаком "" конструктивную связь (совмещение), можно каждую агрегатированную систему описать формулой, которая будет характеризовать структуру схемы механизации проведения выработки.
Под кинематической связью будем понимать такую форму взаимодействия машин, при которой перемещение одной машины, входящей в состав технологической совокупности, вызывает перемещение другой. При наличии кинематической связи машины могут иметь объединенные части или узлы (рамы, гидросистемы, приводы, ходовые механизмы и др.). Под конструктивной связью понимаем форму взаимодействия машин, при которой они утрачивают кинематическую самостоятельность и объединяются в единую конструкцию так, что они уже не могут использоваться порознь, а только как единая многофункциональная машина. При наличии конструктивных связей объединение происходит на уровне исполнительных органов, приводов, поддерживающих конструкций.
Используя принятые символы, классическую схему механизации, в которой имеют место все функциональные элементы, можно описать следующими общими формулами: - при наличии кинематической связи Б+П+Т+К ; - при наличии конструктивной связи Б«П»Т«К.
На практике известны такие схемы механизации, в которых некоторые функциональные элементы отсутствуют, так как в ряде случаев не требуется выполнение каких-то технологических операций. Так, в схеме механизации процесса проведения выработки на крутых и наклонных пластах, где процесс транспортировки горной массы осуществляется са 20 моте ком (гравитационным способом), отсутствуют погрузочная и транспортная машины. Тогда формулы, описывающие такие схемы механизации, приобретают вид: при наличии кинематической связи элементов -Б+К; при наличии конструктивной связи элементов - Б К".
Полученные формулы определяют структуру схем механизации процесса проведения горной выработки, где функциональные элементы являются структурными элементами базовой формулы. Путем наложения соответствующих связей, различного сочетания и вырождения элементов, можно получить целый ряд структурных формул, производных от базовой, что позволяет произвести систематизацию как существующих, так и возможных схем и средств механизации горнопроходческих работ (ГПР) (табл. 1.1) [38, 39].
Системный подход к структурообразованию средств комплексной механизации
Как отмечалось ранее, проблема повышения эффективности буровзрывных проходческих систем должна решаться на основе принципов системного подхода путем создания (проектирования) оборудования более высокого технического уровня, каковым являются АБВПС. Учитывая, что в начале процесса проектирования мы имеем дело с абстрактными системами, возникает задача разработки методов формализации структур АБВПС, решение которой базируется на следующих положениях системного подхода [48, 49]: 1) при исследовании объекта как системы описание его частей не имеет самостоятельного значения, так как каждая часть объекта описывается не в изолированном виде, а с учетом ее роли во всем объекте; 2) специфика системного объекта не исчерпывается особенностями составляющих его частей, а связана с характером взаимосвязей между отдельными частями; 3) исследования системы неотделимы от условий ее функционирования; 4) при исследовании сложного объекта, каким является агрегати-рованный проходческий комплекс, учитывается зависимость состояния всей системы от состояния ее частей и, наоборот, зависимость состояния частей от состояния всей системы; 5) анализ только функциональной характеристики исследуемого объекта оказывается недостаточным, так как важно установить целесообразность функционирования системы.
Совокупность объектов является системой, если: заданы связи, существующие между этими объектами; каждый из элементов (подсистема) считается неделимым; с окружающей средой система взаимодействует как единое целое. В систему включают обычно конечное число эле 35 ментов, необходимое для функционирования системы и обеспечивающее выполнение ею поставленной цели [50].
При определении границ системы необходимо учитывать факторы, воздействующие на нее. Взаимодействие системы со средой представля ется, внешними связями. На входе система получает воздействие от сре ды, выход системы воздействует на среду. Для системы горнопроходче ских машин внешними воздействиями на входе будут являться условия ее работы, горно-геологические характеристики массива, непосредствен но влияющие на процесс проведения выработки. На выходе проходче ская система воздействует на горный массив (среду), образуя в нем по лость (горную выработку). Главными ограничениями этого процесса яв ляются тип и характеристика выработки в готовом виде, современные требования ПБ и экологической безопасности, предельная энерговоору женность.
Всякая система допускает разделение на подсистемы, что приводит к иерархичности (ступенчатости) структуры. Например, систему горнопроходческого оборудования можно разделить на функциональные машины (бурильную, погрузочную, крепеустановочную и т. д.), которые, в свою очередь, разделяются на различные функциональные органы и сборочные единицы. Таким образом, в зависимости от постановки и цели решаемой задачи один и тот же объект, рассматриваемый как система, в другой иерархической системе может быть рассмотрен как подсистема, а в третьей - как элемент, не подвергающийся дальнейшему разделению.
Под структурой системы понимаем совокупность функциональных составляющих и их отношений, необходимых для достижения заданных целей, т. е. структура представляет собой способ организации целого из составных частей. Структура системы зависит от сложности изучаемого объекта, постановки задачи и намеченной цели ее решения [50]. В общем случае структура системы может состоять из различного числа подсистем, каждая из которых имеет разное число элементов.
Системный подход широко использует такие операции как синтез и анализ. При анализе в объекте выделяют те свойства, которые делают его частью целого, а при синтезе целое представляют как состоящее из частей, определенным образом связанных между собой. Рассматривая операции синтеза и анализа в их единстве, можно установить общую взаимосвязь в иерархическом строении системы. Такой подход позволит разработать обобщенную структуру АБВПС, построение которой является одной из задач настоящей работы.
Имея обобщенную структуру, можно путем различного сочетания элементов и связей между ними, получить массив вероятных структур, что позволит произвести систематизацию как существующих, так и возможных схем и средств механизации буровзрывной проходки.
Наличие массивов структур АБВПС позволит удерживать в поле зрения возможные варианты их синтеза и анализа при поиске технического решения. С другой стороны, выявление формализованных признаков структур является необходимым для разработки математического обеспечения и логических операций в алгоритмах расчета и оценки вариантов АБВПС.
Программная реализация макроструктуры реального функционирования АБВПС
Для моделирования функционирования АБВПС на ЭВМ использована среда математического пакета "Mathcad Professional 200 J Г , в которой создана программа определения вероятностной гарантии достижения требуемой производительности буровзрывной проходческой системой "АГРЕГАТ (далее просто программа) (листинг программы представлен в приложении 4). - Работа программы включает следующие основные этапы:.:
1. Исходные данные вносятся в программе Excel 2000/XPfor Windows, файл "DATA.xls". Распечатка файла представлена на рис. 3.12. Исходными данными являются:
а) детерминированные величины: количество элементов и связей системы; количество структурных состояний системы; заданный объем проходки, м3; требуемая производительность системы, м3/ч;
б) случайные величины, для которых задаются математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение: сечение горной выработки, м2; подвигание забоя за цикл, м; продолжительность операций проход ческого цикла (бурение, уборка горной массы, крепление), ч; продолжи тельность маневровых операций (отвод-подвод оборудования при БВР, обмен оборудования и т. д.), ч.
в) случайные величины, ограниченные по максимальному значе нию: интенсивность отказов, для которой задан параметр распределения Вейбулла; математическое ожидание времени восстановления, для кото рого задано среднеквадратичное отклонение.
Кроме того, на основании схемы структурных состояний, для каждого элемента системы должен быть проставлен номер структурного состояния (операции), в котором функционирует данный элемент. Если
Листинг файла исходных данных "DA TA.xls " для программы "АГРЕГА Т"
Количество элементов 1« Количество структурных состояний 8 Объем проходки, MJ 20000 Требуемая производительность, мл/ч 3,70 Сечение выработки, м2 - мат.ожидан. 18,00 - ср.-кв.сткл. 0,20 Номер операции
Под виганив забоя, м - мат.ожидан 2,00 - Ср.-КВ.ОТКЛ. 000 ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬОПЕРАЦИИ- мат. ожидание 1.20 - ср.-кв.откл. 0,1 бурение 1,00 - ср.-кв.откл. 0,1 уборка г.м. 9,00 - ср.-ка.отхл. 0,1 крепление ОАО - ср.-каоткл. 0,1 подвигай. Т 0,20 ср.-кв.откл. в.1 ота-лодв ПЭ 8
Элемент системы - Номер структурного СОСТОЯНИЯ Интенсивность отказов Параметр распределенияВейбула Математическое ожидание времени восстановления, ч (In Те) Среднеквадратичное отклонение времени восстановления Макс, наработка на отказ, ч Макс, времявосстанов-ления элемент участвует в двух операциях, то он вносится в исходные данные дважды под разными номерами и т. д. Например, для системы, исходные данные которой представлены на рис. 3.12, промежуточный элемент бурильного и погрузочного органов ПЭбп участвует и в операции бурения, и в операции уборки, и для отвода-подвода оборудования при БВР, поэтому он задается трижды под номерами операций, в которых участвует (бурение - 1, уборка - 2, отвод-подвод - 5). 2. В программе %УАГРЕГАГ файл "DATA.xls" загружается в переменную Л. 3. Этап форматирования исходных данных. Определяются все необходимые переменные и инициализируются из переменной А (рис.3.13). 4. Определяем датчики случайных величин для генерирования потоков значений наработок на отказ и времени восстановления по каждому из элементов системы (рис. 3.14). 5. Определяем функции, формирующие значения сечений проходимой выработки и длин подвигания забоя за каждый проходческий цикл (по нормальному закону распределения) (рис. 3.15). 6. Определяем функцию, формирующую продолжительность функционирования системы в каждом структурном состоянии (рис.3.16). 7. Определяем вспомогательные функции, позволяющие извлечь данные, относящиеся к одному циклу. Осуществляем проверку количе
ства расчетных точек.
Определение вероятностной гарантии достижения системой требуемой производительности осуществляется в следующей последовательности: - в первом приближении задается предполагаемое количество отказов оборудования COUNT, Если функция проверки количества расчетных точек выдает сообщение «COUNT is too small!!!», то необходимо увеличивать значение COUNT до тех пор, пока функция проверки не выдаст сообщение «ОК»; - генерируется массив объемов проходки по циклам V\ - генерируется массив наработок на отказы и времен восстановле ния по структурным состояниям системы PotokyGR\ №» - генерируем продолжительности нахождения системы в различ ных структурных состояниях (продолжительности выполнения операций) TimesGR\ - определяем продолжительности проходческих циклов TimesSist; - сводим на одну ось время цикла и время нахождения системы в разных структурных состояниях в процессе цикла Timesjjotok, TimesGR_potok\ - сводим работу всех элементов системы на одну временную ось PotokyGR\ - определяем продолжительность циклов с учетом отказов и восстановления оборудования Т; - определяем продолжительность операций цикла с учетом отказов и восстановления оборудования TGR; - определяем параметры распределения объема проходки по цик лам и продолжительности циклов (максимум, минимум, среднее, сред неквадратичное отклонение, коэффициент вариации); - определяем производительности подсистем АБВПС по циклам: 1GRUI - определяем параметры распределения производительности подсистем АБВПС (максимум, минимум, среднее, среднеквадратичное отклонение, коэффициент вариации); - определяем производительности АБВПС по циклам; П.Л - определяем параметры распределения производительности Щ АБВПС в целом (максимум, минимум, среднее, среднеквадратичное от клонение, коэффициент вариации); - строим гистограмму производительностей системы за период проведения заданного объема выработки (рис. 3.10);
Разработка алгоритма этапов синтеза рациональных ТР АБВПС для заданных условий
Начальным этапом жизненного цикла любой технической системы является стадия внешнего проектирования системы (стадия синтеза технического решения), которая включает в себя формирование множества допустимых решений, установление критерия эффективности на основе введенного показателя эффективности операции, а формализация системы предпочтений лица, принимающего решение - заказчика - заканчивается разработкой технического задания и формированием рациональных требований к системе [54]. Под техническим заданием подразумевается совокупность требований, оговаривающих необходимую степень выполнения функций системой и ее элементами при заданных условиях и ограничениях.
Рациональные требования к системе на стадии синтеза технического решения (ТР) приходится выбирать в условиях большой степени неопределенности ввиду того, что период использования проектируемой системы по назначению отдален по времени иногда на довольно большой срок, система предпочтений заказчика на стадии внешнего проектирования еще недостаточно четко выявлена, а множество допустимых ТР весьма велико и разнообразно. Применительно к синтезу АБВПС степень неопределенности еще более возрастает, т. к. агрегатированные буровзрывные системы относятся к оборудованию нового типа и недостаточно исследованы. Все это объясняет необходимость составления обобщенного списка требований (ограничений) для всего класса БВПС, который должен обеспечивать формирование технических заданий (частных списков требований) для синтеза любого конкретного ТР.
Анализ условий задачи синтеза ТР АБВПС показывает, что в них присутствуют требования к функции и структуре АБВПС. Для техниче ских объектов в целом, закон соответствия между функцией и структурой имеет следующую формулировку: каждый элемент или его конструктивный признак имеют хотя бы одну функцию по обеспечению реализации функции технического объекта, т. е. исключение элемента или признака приводит к ухудшению какого-либо показателя технического объекта или прекращению выполнения им своей функции. Совокупность всех таких соответствий в техническом объекте представляет собой функциональную структуру и отражает системную целостность технического объекта [68, 69]. Одной из закономерностей соответствия между функцией и структурой является соответствие технического объекта минимальному списку требований. Поскольку АБВПС рассматривается во взаимосвязи с подсистемой горной выработки, то и список должен включать в себя не только требования к показателям АБВПС (требования к конечной эффективности системы), но и параметры горной выработки, для проведения которой синтезируется техническое решение. Такими параметрами являются горно-геологические условия, проект выполнения буровзрывных работ и паспорт крепления.
Речь идет о необходимом и достаточном наборе требований, при выполнении которых АБВПС будет иметь ожидаемую эффективность. Если в таком наборе не будет учтено как минимум одно требование, то в разрабатываемой АБВПС проявится как минимум один существенный недостаток или она будет неработоспособна. Из вышесказанного следует важность списка требований, который составляет ядро технического задания. На основе анализа обобщенного инвариантного списка требований для различных технических объектов [68, 70], опыта и условий эксплуатации горнопроходческого оборудования, составляем обобщенный список требований для ТР АБВПС (табл. 4.1).
В параметрах горной выработки используются величины, необходимые для достаточно четкого определения области применения оборудования и объема горнопроходческих работ. Влажность и абразив-ность пород не имеют существенного влияния на показатели ФЭ АБВПС, поэтому в списке требований отсутствуют.
Под стоимостью проведения выработки понимается та часть затрат на сооружение готовой выработки, которая зависит от применяемого оборудования. В эту часть не входит стоимость крепежных материалов, взрывчатых веществ, затраты на вентиляцию и т. д.
Такой перечень показателей АБВПС принят потому, что сочетание производительности оборудования с трудоемкостью и стоимостью проведения выработки наиболее полно отражает понятие эффективности БВПС, а в качестве целевой функции в рамках настоящей работы принята производительность (п.3.2). Удельная трудоемкость и стоимость готовой выработки являются основными ограничениями.
Задавая конкретные значения по каждому из пунктов обобщенного списка требований, заказчик формирует частный список требований, который и будет являться техническим заданием на синтез ТР АБВПС.
Из всего многообразия возможных технических решений АБВПС, правила структурообразования которых изложены в главе 2 настоящей работы, далеко не все могут оказаться приемлемыми для конкретных горно-геологических и горнотехнических условий. Выбор ТР комплекса должен основываться на техническом задании заказчика (п.4.1), в котором указаны условия работы комплекса и требуемые значения показателей АБВПС. На основе указанных данных можно произвести выбор типа и количества ФЭ, из которых будет компоноваться система. Затем определить возможные варианты ТР с учетом условий эксплуатации, оценить каждый вариант и выбрать из них наилучший.
Все вышесказанное отражено в принципиальном алгоритме этапов разработки ТР АБВПС (рис. 4.1), реализацией которого должна стать система, имеющая наибольшую производительность при соблюдении ограничений по удельной трудоемкости и стоимости выработки [71].
Учитывая, что целью синтеза ТР АБВПС может быть выбор системы с минимальной удельной трудоемкостью или стоимостью, последовательность выполнения блоков VII-VIII соответствующим образом изменится, а в блоке ГХ будет скорректировано понятие требуемого результата. Условно алгоритм можно разделить на две части: - выбор вариантов ТР АБВПС для заданных условий (блоки I - IV); - оценка отобранных вариантов и выбор из них предпочтительного (блоки V-IX). Для выполнения каждого из этапов алгоритма необходимо построение более конкретной и детальной последовательности действий.
