Введение к работе
В диссертации представлены методологические разработки, обоснованные с их использованием предложения автора по решению проблемы создания и функционирования горных предприятий и изложенные в его работах , которые опубликованы в 1968 - 1991 гг. по результатам выполненных им исследовании и экспертных заключении по проектам строительства , реконструкции , поддержания мощностей объектов горнодобывающих отраслей промышленности.
Разработки автора по проблеме охватывают вопросы изучения горло - геологических условии; выбора проектных решений горнодобывающих и обогатительных предприятии с использованием оптимизационных методов и проведением экспериментов на ЭВМ; учета развития объектов производственной и непроизводственной инфраструктур; создания новых техники и"технолопш; разработки критериев оптимизации; оценки качества и эффективности проектных решений при экспертизе проектов.
Актуальность проблемы. Отличительной чертой горнодобывающих предприятий является непрерывное перемещение места работы основного и ряда вспомогательного оборудования, практически постоянное изменение качества добьшаемои продукции и необходимость не только непрерывных текущих затрат на поддержание действующего фронта горных работ, но и перманентных капитальных вложений на его простое воспроизводство, связанных с отработкой запасов, длительностью создания и функционирования основных фондов.В связи с воздействием этих факторов происходят изменения потребностей в природных, трудовых, материальных и финансовых ресурсах, что вызывает необходимость учета адекватного изменения состояния производящих их объектов или учета накладываемых ими ограничений. Функционирование горнодобывающих объектов связано с воздействием горногеологических п горнотехнических факторов, измен'ш-
восгь которых незакономерна и весьма велика, а зачастую в значительной степени неопределенна.
Большое влияние на само горнодобывающее предприятие и на инфраструктуру, обеспечивающую его функционирование, оказывают топографические и климатические условия.
Изменение горногеологнческих условий' функционирования объекта, предъявляет определенные требования как к технологии работ, так и к используемому оборудованию, а изменение качества добываемого сырья - к технологии л оборудованию обогатительных производств и использующих их продукцию предприятий [ %$].
Отмеченные особенности горнодобывающих предприятий и вызываемые ими воздействия на работу сопряженных с ними объектов требуют разработки таких методов научно - обоснованного выбора прогрессивных решений при создании этих предприятий, которые позволяли бы не только учитывать изменчивость во времени и пространстве сочетаний элементов технологических структур, средств механизации работ и регулярную перманентность воспроизводственных работ на самих предприятиях, но и на объектах их воздействия.
Разг ютке теории проектирования и строительства объектов горнодобывающих отраслей,начиная от проведения геолого - разведочных работ и кончая функционированием предприятий, уделялось большое внимание учеными и специалистами МГИ, ИГД им. А. А. ;очинского, СО АН СССР, ЛГИ, ДПИ, ДГИ, ЦНИЭИуголь, ИПКОН АН СССР, ВНИНКТЭП Госплана СССР, ИЭП АН УССР, Ценгрогипрошахта, Дону-ги, КарПИ, Днепрогипрошаххг,ГипрошахтаСибгипрошахт2и др.
Эти работы позволили существенно повысить обоснованность принимаемых решений путем внедрения в практику проектирования и планирования методов оптимизации, использования элементов САПР и зависимостей различных параметров горнодобывающих предприятий от отдельных факторов, полученных учеными и специалистами.
Вместе с тем. как показывает опыт экспертизы проектов по объектам горнодобывающих отраслей, качество проектных решений не удовлетворяет требованиям надежности техпико - экономических показателей или высокой эффективности предприятий, в результате чего 30 - 50 "^проектов возвращается на доработку или пересматривается в процессе строительства пли эксплуатации с ухудшением техпико - экономических показателей [12, 16, 1 29.30 31 34,36,33,55.56,6].
Аналт показывает, что основными причинами этого является неприспособленность разработанных методов к широкому диапазону изменчивости условии создания и функционирования горных предприятий во времени н пространстве, недостаточный учел- взаимодействия сопряженных предприятии и неопределенности используемой информации на всех стадиях проектирования, строительства н эксплуатации всего круга сопряженных производств. Необходимость устранения этих недостатков породила проблему радикального совершенствования способов создания предприятий горной промышленности, обеспечивающих учет всех взаимо-ВЛИЯЮІЦИХ факторов.
Цель работы - разработка аппарата использования систсмологпи на
учного формирования , выбора и оценки технических решений и экономи
ческих показателей применительно к специфике горнодобывающих пред
приятий , обогатительных фабрик, 'и объектов ин
фраструктуры при создании высокопроизводительных предприятий гор
ной промышленности и круга сопряженных производств, допускающих
учет отклонений текущих условий прО' изводства от средних на стадии ка
лендар по планирования и программи зания работ на длительную пер
спективу.
Основная идея работы заключается ' в разработке сово-
купности методов учета всех взаимосвязей, влияющих на уровень техниче
ских решений и соответствующих им экономических показателей, осно
ванной на снетемологин ( системной методологии). "
Методі,! исследования. При выполнении исследований использовались методы техппко - экономического сравнения, экономико - математическою .моделирования, аналитических и коллективных экспертных оцет нок, экспертных систем, нечетких множеств, морфологического , системного, программно - целевого, функционал - стоимостного анализов, аналогии и морфологического синтеза решений в подчинении идее системоло-
П1П.
Научные положения, выносимые на защиту:
предприятия горной промышленности являются сложными объектами с большим количеством взаимосвязанных технологических процессов и производств. Учет этой взаимосвязи целесообразно осуществлять не в модели рассматриваемого предприятия, а системой самостоятельных моделей для всего круга сопряженных предприятий. Выбор наиболее эффективного решения при создании таких предприятий необходимо производить с оценкой всех влияющих факторов, в том числе целен и задач объекта [із -30'-34.39 -49/ 57 ];
обоснование состава влияющих факторов может быть осуществлено только при условии выявления всех возможных элементов ( качественных характеристик) предприятий и их связи между собой и с условиями функционирования объекта; выявление всех совокупностей элементов целесообразно производить путем их двухмерной "классификации с выделением. изоморфных классов, которые состоят из элементов, эквивалентных с позиции конкретной их функции, распределенных по эпистемологическим классам и их уровням, т. е. по уровням знания относительно рассматриваемых элементов; выделение эпистемологических классов и их уровней должно быть выполнено по классификационным признакам, верхний из коюрых подчиняет себе все остальные. Нижний уровень представляет собой качественные характеристики, дробление которых дальше невозможно [30];
выбор оптимального варианта сочетания элементов сложных мно-говариантпых систем целесообразно осуществлять в несколько этапов: на нервом - отбором рациональных по качественным критериям или на основе сопоставлений, на втором - формированием множества вариантов но экономическим критериям при статичности параметром и показателей их эдемент-ов н па третьем - підбором уровнен колпчеств-синых параметров и показателейэлементов качественных характеристик;
для целей долгосрочного программирования работы горных предприятии необходимо 'учитывать, отклонение текупшх характеристик участков отрабатываемого месторождения or средних. При згоу4іеобходимо : учитывать стадию функционирования горного предприятия; построение комплексної! - технологе - экономической модели, формализующей функционирование предприятия на всех стадиях его развития; модель строить из подмоделей технологических звеньев и объектов производства, а не из технологических процессов; в модели отражать лишь тс стороны функционирования объекта, которые являются существенными для установления его итоговых показателей; учитывать скачкообразные качественные п количественные изменения параметров состояния предприятия;
при календарном планировании техішко - экономические показатели работы предприятия следует определять не в среднем за расчетный
(пятилетний ) период, а за интерпалы времени , равные одному году,на базе научно-обоснованных количественных показателей и индивидуальных для каждого объекта вариантов развития, учитывающих технологические связи и ограничения, формализуемые в віще таблиц данных;
- для совершенствования выбора , обоснования и оценки проектных и
программных решении по горным предприятиям рекомендуется морфоло
гический метод аналитической чкспертнои оценки, а для ее уточнения и
выявления взаимосвязей! - дельфийский метод коллективной экспертной
опенки.
Обоснованность и достоверность положений п выводов доказаны (подіцср-лсдаюїся):
-'большим объемом и представительностью объектов исследований: рассмотрено более 500 научно - исследовательских работ и свыше 1000 ироскюм предприятии горной промышленности;
применением предложенных принципов научного обоснования при выполнении научно - исследовательских, работ;
представительным внедрением конкретных предложений и разработанных методик в утвержденных проектах отечественных и зарубежных предприятий:
использованием снетемологических положений и конкретных разработок автора в методических и нормативных документах органов управления экономикой,конструированием и обоснованием с использованием разработанной методики эффективности применения принципиально новой технологической схемы, одобренной президиумом НТС Мннуглепро-ма СССР и защищенной авторским свидетельством на изобретение № 2666S8 от 13 января 1970 года;
использованием основ разработанной классификации в учебниках;
пер. одом и изданием монографии, отражающей методологические положения исследований, за рубежом;
включением раздела по созданию системы моделей для круга сопряженных предприятий в труды XIII Всемирного горного к гресса;
-удовлетворительной сходимостью расчетных и фактических данных;
награждением ряда разработанных методик'решения частных задач системологии в условиях горной промышленности дипломами ВДНХ СССР.
Научная новизна заключается в следующем:
- разработаны способы построения системы моделей самостоятельных объектов для круга сопряженных производств в горной промышленности;
разработаны методы конструирования элементов качественных характеристик горных предприятий, предложены признаки разделения их на классы и на принципах системологии составлены классификационные структуры сложных объектов ( шахт и обогатительных фабрик ) , обеспечивающие отражение их взаимосвязей и применение системологии для научно-обоснованного выбора варианта;
обоснована необходимость применения при классификации качественных характеристик понятия "система", "схема", "способ" для выделения эпистемологических классов, .предложены для шахт п обогатительных фабрик конкретные системы, схемы и способы;
- разработаны требования к высокопроизводительным шахтам и
фабрикам: доказана необходимость включення в состав методических
принципов обоснования вариантов требований к ним, позволяющих при
менить программно - целевой подход при переходе от начального состоя
ния системы к конечному; разработана методика поэтапного системно -
структурного выбора вариантов горных предприятий вместо их назначе
ния априори; предложена процедура разделения технологических схем на
группы эпистемологических классов и исследования возможных вариантов
сочетании групп и изоморфных классов внутри каждой группы, что позво
ляет сократить количество и упростить состав одновременно рассматри
ваемых вариантов, обозначить их отличительные признаки, увеличить
общее число альтернатив путем решения задачи на совместимость ( соче
таемость методологических отличий ) вариантов между группами; обосно
вана целесообразность поэтапности процедуры выбора вариантов;
- " примененный для обоснована" эоектных альтернатив критерии
оценки эффективности включены коэффициенты , учитывающие омертвле
ние капиталовложений на период строительства и обеспечивающие учет
эффективности конечного продукта [ 17,1 ];
составлены структуры изоморфных классов горных предприятии для поиска при экспертизе проектов аналогов, сопоставления принятых решении и их оценки с применениекперсональных ЭВМ;
обоснованы новые технологические решения и оборудование, защищенные авторскими свидетельствами №sN 26688, 1190083, 1254174, 1267127, 1273593, 1314114, 1494612, 1502841 и обеспечивающие повышение эффективности функционирования предприятий [ S-t6 > О , /Л. ft, f$, /Jf ]', применены рекомендации по улучшению технических решений и экономических показателей в конкретных проектах предприятий горной промышленности при долгосрочном программировании и календарном планировании их развития;
- разработан аналоговый метод , обеспечивающий применение ЭВМ
для автоматизированного сопоставления вариантов проектных решений,
отбора рациональных вариантов и оценки проектных решений при экспер
тизе проектов.
Научное значение работы заключается в теоретическом обосновании и формулировании в рамках системологии комплекса методов формирования, выбора и оценки качественных характеристик и экономических показателей с: ясных производственных систем Jia примере постоянно развивающихся во времени и пространстве предприятий горной промышленности, в разработке метода создания высокоэффективных горнодобывающих и обогатительных предприятий.
Практическое значение работы заключается в следующем:
- сконструированы иерархические уровни эпистемологических и изо
морфных классов и установлены связи между ними, разработаны класси
фикационные признаки эпистемологических классов технологических схем
и составления их двухмерных классификаций для шахт и обогатительных
фабрик;
,- предложена матричная форма представления информации и составлена структура базовой и вариантных матриц информации, обеспечи-
мающая упрощение математической модели , возможность исследования в
одной модели неограниченного числа качественных характеристик н ее
применения для любых горногеологических условий; выявлены функцио
нальные связи технологических схем подземных работ с комплексом по
верхности и системы взаимовлияния предприятий горной промышлен
ности и сопряженных отраслей; :.
- разработана система моделей, подмоделей н их информационного обеспечения для долгосрочного программирования и календарного планирования развития горных предприятий.
Реализация методологических положений и рекомендаций работы осуществлена внедрением их в проектных, научно - исследовательских институтах горнодобывающих министерств и ВУЗах страны.
Предложенный автором метод описання вариантов качественных характеристик шахты в виде морфологической схемы использован в учебных пособиях "Методика выбора подмножества предпочтительных ( рациональных ) вариантов технологических схем угольных шахт"[ IS ] и "Инструкция по подготовке и сравнительной оценке решений в задачах управления качеством продукции" [ 21 ], разработанных с участием автора и одобренных -методическим советом факультета подземной разработки угольных месторождений МГЦ .
Рекомендации об учете взаимосвязей добывающих, обеспечивающих и потребляющих отраслей в критерии совокупных затрат, формировании требований к системе опережающей разработки прогрессивных техники и технологии отражены в утвержденных в 1981 году техуправлением Минуг-лепромнСССР*Методологическихполо'-едиях научно - технического прогнозирования по основным подотраслям и угольной промышленности в целом' [45].
Принципы построения моделей на основе классификации качественных характеристик и представительного" их перечня, представления информации в виде эпистемологических и изоморфных классов , матричной
формы представления информации включены в разработанные под научным руководством п с участием автора "Методические положения формирования и экономической оценки шахтовариантов с помощью математического моделирования", утвержденные Мннуглспромом СССР 28. 12. 83 года [*]-
Методика поэтапного выбора вариантой путем формирования параметрических множеств и последующей их оптимизации отражена в "Методи ,- ческнх положениях оценки действующего потенциала шахтного и карьерного фондов прн разработке перспективного плана развития угольной отраслиГутвержденных Мннуглспромом СССР 30 мая 1986 года.
Рекомендации об учете потерь от замораживаніія капиталовложений на период строительства использованы в "Рекомендациях по определению в проектах экономических показателей по этапам строительства и годам эксплуатации", разработанных Гипромсзом в соответствии с "Программой коренной перестройки экономической работы и повышения рентабельности черной металлургии" .утвержденной коллегией Минчерме-та СССР и ЦК профсоюзов рабочих металлургической промышленности (Постановление от 13.02.88 №35/ 26 , п. 16 ).
Пре чожешге определять народнохозяйственный эффект продукции горного предприятия и потребителя по показателю эффективности конечной продукции одобрено секцией ученого совета института ЦНИЭИуголь при рассмотрении работы.
Предложение об учете качества угля через цену угля и срока строительства приведением к условно одинаковому периоду сопоставления вариантов нашли отражение в отраслевой "Инструкции по определению эффективности капиталовложений" [SO\.
Предложения по применению аналогового метода и принципам его использования при экспертизе проектов являются основой "Методики структуризации проектных данных для реализации задач поиска аналогов и их сопоставительного анализа с применением средств вычислительной
техники", утвержденной Управлением государственной экспертизы Госстроя СССР в 1989 году [S6 }.
Методика выбора схем и способов вскрытия и подготовки пологлх пластов средней мощности использована в составе научных основ "Шахты будущего " на примере условий Чичербаевского месторождения в Кузбассе [7,3,5.111.
По методике разработки тсхнолого - и экономшео - математических моделей Гппрошахтом были разработаны конкретные модели п произведены расчеты для схемы развития добычи угля на месторождении в долине р. Годовари ( Индия ) и в ТЭО строптет.стг.л шахты Воргашорскяя № 4 п. о. " Воркутауголь ''. Кроме того, эти модели были использованы Ростов-гнпрошахтом при разработке ТЭО строительства ГОФ при шахте Октябрьская - Южная. Использование методики только по шахте Воргашор-ская Л« 4 дало экономию капиталовложений в размере 24, 2 млн. рублей (iio курсу тех лет ).
Способ классификации технологических схем угольных шахт использован в учебнике для ВУЗов .
Приемы построения системы моделей на основе выделения качественных характеристик , матричного принципа формирования исходного множества вариантов отражены в справочнике "Методология проектирования горных предприятий" [35], учета взаимовлияния сопряженных предприятий на создание объектов в процессе строительства - в справочнике "Определение продолжительности строительства объектов угольной промышленности" {6{ ], требования к проектированию горнодобьтаїощих irpenilj ЧТИЙ ВКЛЮЧеНЫ В "Горную ЭНЦИ! опедиго "[67].
Схемы вскрытия шахтных полей с транспортом угля на верхний горизонт нашли широкое применение в проектах институтов Днепрогипро-шахт, Донгипрошахт, Ростовгипрошахт, Ворошішовградгипрошахт, Сибгипрошахт.'
Реализация предложении автора при экспертизе проектов, выполненных им лично или под руководством, обеспечила значительное снижение сметной стоимости строительства предприятий горной промышленности за период с 1970 по 1990 гг.
Лі іроба ці ія работы.Результаты проведенных исследований и основное содержание опубликованных работ докладывались и были одобрены на:
Бюро научно - технического совета Минуглепрома СССР (г. Москва, 1969г.;; совместном заседании секции по применению экономике - математических методов и вычислительной техники в угольной промышленности и секции проектирования и шахтного строительства Минуглепрома СССР ( г. Ленинград. 1970г.); Совете го присуждению ученых степеней МГЦ ( г. Москва, 1971 г. ) ; Научно - техническом совете по проектированию и строительству Постоянной комиссии СЭВ по угольной промышленности (г. Катовице, ПЫР, 1975г.); Всесоюзной научно - техннчсской конференции по " Разработке и внедрению САПР предприятий отрасли, организации строительства н конструировании горно - шахтного оборудования" ( г. Москва, 1986 г.); Всесоюзном совещании по вопросам развития техники и технологг-дробления, измельчения и обогащения руд ( г. Ленинград, 1986 г. у, 13 - ом Всемирном горном конгрессе ( г. Стокгольм, 1987г. ); секции проектирования;!! шахтного строительства Минуглепрома СССР (г. Кемерово, 1989 г.); научно - техническом совете института " Iі 'еханобр " Мин-цзетмега СССР ( г. Ленинград , 1989 г.); коллегиях Минуглепрома СССР , в производственных объединениях и проектных институтах Минуглепрома; секции проектирования и шахтного строительства Госстроя СССР ( г. Костомукша, г. Ленинград, г. Ворошиловград, п Кривой Рог ); на встрече советских и чехословацких специалистов по экспертизе проектов ( г. Прага, 1989 г.) ; совещании руководителей экспертных подразделений союзных республик ( г. Москва, 1990 г.); в филиале ЦИПК для группы начальников инспекций Гоегортехнадзора СССР (г. Москва, 1991 г.).
Публикации. По теме диссертации имеется 82 работы, из них дне монографии, 12 отчетов о научно - исследовательских работах, депонированных во ВНИИТИнентре, 8 авторских свидетельств на изобретения, 60 брошюр, научных статей и разделов в справочниках.
Связь работы с планами НИР. Работа выполнялась в составе Государственной научно - исследовательской программы разработан научных основ шахты будущего ( тема 22 плана ПИР МГИ 1968 - 1970 гг.) , в которой автор являлся исполнителем; Государственного плана НИР по разработке Генеральной схемы развития народного хозяйства ( темь: 0901060000 - 007, 0900104000, 0900100000, 0900200000, 0900201000, 0900204000, 0900202000, 09002020002, 0900202003; плана ЩШЭИугоиь в 1980 -1985 гг.), в которых автор был научным руководителем; плана НИР Госстроя СССР(тема 07 - 0411 - 88 1988 - 1990 гг. и 22 - I - 1 - 90 1989 - 1991 it. ). Большая часть работы выполнена в процессе проведения экспертизы конкретных проектов.
Автор выражает искреннюю благодарность всем коллегам, совместно с которыми выполнялись работы.
Особую признательность он выражает Лауреату Государственной премииСССР, проф., докт. техн. наук А. С. Бурчакову, проф., докт. техн, наук В. А. Харченко, проф., докт. техн. наук А. С. Малкину, советы и помощь которых способствовали выполнению работы и завершению диссертации.