Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ направлений развития методов обеспечения надежно сти работы карьеров и постановка задач исследования 10
1.1. Тенденции динамики технико-экономических показателей работы карьеров 10
1.2. Организационные и технологические решения по повышению надежности и эффективности работы карьеров 21
1.3. Систематизация используемых понятий, определений и методов оценки надежности 35
1.4. Основные направления развития теории надежности производственных систем горнодобывающих предприятий 45
1.5. Цели, задачи и методы исследования 60
2. Разработка логистических принципов обеспечения надежности работы карьеров 64
2.1. Логистическое представление горнодобывающего предприятия 64
2.2. Способ формализованного представления технологических процессов на карьерах 74
2.3. Критерии эффективности функционирования карьера как логистической системы 85
2.4. Логистические принципы обеспечения надежности работы карьеров 91
3. Исследование методов оценки надежности работы карьеров 103
3.1. Факторный анализ надежности 103
3.2. Разработка комплекса моделей надежности работы карьера 115
3.3. Оценка резервов элементов и подсистем карьеров 127
3.4. Обоснование методики оценки уровня надежности 141
4. Обоснование методов и алгоритмов повышения надежности и эффективности работы карьеров 165
4.1. Создание математической модели управления надежностью и эффективностью 165
4.2. Разработка методов повышения надежности и эффективности 169
4.3 Разработка алгоритма управления надежностью 179
5. Формирование механизма управления резервами 189
5.1. Определение условий производительной работы горно транспортного оборудования 189
5.2. Разработка и классификация схем развития горных работ по уровням надежности 200
5.3. Управление параметрами потоков материальных и финансовых ресурсов 210
5.4. Формирование деловых компетенций персонала 229
6. Разработка рекомендаций и оценка эффективности внедрения на карьерах организационно-технологических методов обеспечения надежности 249
6.1. Разработка практических рекомендаций по оценке надежности проектируемых и действующих карьеров 249
6.2. Реализация методов обеспечения надежности на карьерах 259
6.3. Оценка экономической эффективности внедрения методов обеспечения надежности на карьерах 281
Заключение 290
Список использованной литературы
- Организационные и технологические решения по повышению надежности и эффективности работы карьеров
- Способ формализованного представления технологических процессов на карьерах
- Разработка комплекса моделей надежности работы карьера
- Разработка методов повышения надежности и эффективности
Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение эффективности функционирования глубоких карьеров и обеспечение комплексного использования различных ресурсов недр в настоящее время достигается за счет усложнения конструкции рабочей зоны, разработки месторождения участками с различной интенсивностью ведения горных работ, повышения концентрации оборудования в рабочей зоне. Колебания цен и спроса на минеральное сырье, изменение горно-геологических и горнотехнических характеристик эксплуатации месторождений вносят дополнительные сложности в управление работой карьера, требуют создания резервов по всем видам используемых ресурсов. В этих условиях возрастает роль надежности комплексного функционирования элементов производственной системы и организационной структуры горнодобывающего предприятия.
Традиционные методы повышения надежности работы карьеров заимствованы из теории надежности технических систем и предусматривают создание резервов за счет увеличения количества оборудования, численности персонала и запасов ресурсов. Использование этих методов без проведения организационных изменений внутри основных подсистем только ухудшает экономические показатели предприятия, приводит к отвлечению оборотных средств и не позволяет многим карьерам эффективно функционировать и устойчиво развиваться в изменяющейся рыночной среде.
Надежное функционирование основных элементов и подсистем карьера при выполнении производственных программ по срокам, сортам, объемам добычи и реализации минерального сырья, величине производственных затрат и балансовой прибыли является важным условием устойчивого существования и развития горнодобывающих предприятий.
Решение комплекса задач по повышению надежности и эффективности работы карьера может быть обеспечено за счет формирования «потоковых» организационных структур на основе логистических принципов. В логистике отличительным признаком любой подсистемы предприятия является не столько их технологическая особенность или продуктовая направленность, сколько степень участия в генерации, переработке, продвижении и погашении потоков материалов, услуг, финансов и информации. При таком подходе все подсистемы предприятия оцениваются, исходя из их способности реализовывать функции, ориентированные на эффективную переработку потоков. Усиление в этих структурах информационных и финансовых связей позволяет расширить технологические возможности произ-
водственных систем, применять технологии, основанные на согласованном выполнении технологических операций при минимуме используемых ресурсов.
Обеспечение надежности функционирования горнодобывающих предприятий при минимальном запасе и расходе ресурсов базируется на развитии научно-методической базы теории надежности и разработке организационно-технологических методов повышения надежности и эффективности работы карьеров. Разработка и обоснование методов и механизма обеспечения надежности горного производства на основе реализации комплекса логистических принципов в этой связи приобретает особую актуальность.
Цель работы: Разработка методов и механизма управления резервами, в совокупности обеспечивающими повышение эффективности и надежности работы карьеров в условиях изменения горно-геологических и горнотехнических характеристик эксплуатации месторождений, колебания цен и спроса на минеральное сырье.
Основная идея диссертации заключается в том, что внедрение созданного на основе логистических принципов механизма управления резервами готовых к выемке запасов, материальных, трудовых и финансовых ресурсов обеспечивает повышение надежности работы карьеров при минимальных затратах на формирование резервов.
Объектом исследования является карьер как внутрипроизводственная логистическая система.
Предметом исследования являются организационно-технологические методы и механизм обеспечения надежности работы карьеров,
Положения, представленные к защите:
Использование логистических принципов для формирования механизма управления резервами, предусматривающими системную формализацию материальных, трудовых, финансовых и информационных потоков горнодобывающих предприятий, позволяет сократить затраты на формирование резервов и обеспечить повышение надежности и эффективности работы карьеров.
Надежность работы карьера на этапе проектирования и стратегического планирования обеспечивается ча счет комплексного управления состоянием трудовых ресурсов, техники, технологии и организации производства, а на этапе текущего и оперативного управления путем регулирования состава и последовательности технологических операций процессов
открытых горных работ в соответствии с потребностями рынка минерального сырья.
Оперативное выявление и устранение причин возникновения отказов, обеспечивающее значительное повышение надежности и эффективности работы карьеров, достигается оптимизацией технологических процессов открытых горных работ, представленных в виде потока унифицированных информационных заявок производственных звеньев на технологические операции и ресурсы. Критерием оптимальности оперативного управления резервами логистических потоков является минимум прироста количества отклонений от установленных значений качественных, временных, количественных и пространственных параметров при выполнении заявок производственных звеньев.
Надежность работы карьеров при уменьшении опережения вскрышных работ обеспечивается управлением резервами готовых к выемке запасов путем последовательного использования схем развития горных работ, классифицированных по степени дискретности рабочей зоны карьера.
Управление резервами готовых к выемке запасов и повышение производительности горно-транспортного оборудования при минимальном опережении вскрышных работ достигается увеличением дискретности рабочей зоны за счет формирования временных нерабочих бортов по фронту и по высоте карьерного пространства и создания условий для производительной работы горно-транспортного оборудования.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: представительным объемом исходных данных и широкой апробацией результатов исследований на рудных и строительных карьерах, угольных разрезах; соответствием полученных теоретических результатов фундаментальным положениям теорий эволюции социально-экономических систем, надежности и управления запасами; удовлетворительной сходимостью результатов, полученных различными методами исследований, между собой и сданными практики.
Научную новизну работы составляют:
критерии и методы расчета надежности и ее обеспечения на этапах стратегического планирования и оперативного управления работой карьера;
методика формирования механизма управления резервами предприятия, построенного на логистических принципах и позволяющего обеспечить устойчивое повышение надежности, необходимое для эффективной
работы карьеров в условиях изменяющейся конъюнктуры на минеральное сырье;
методика оценки уровня надежности работы карьера, заключающаяся в использовании системы количественных и качественных показателей в совокупности с моделями и методами теории нечетких множеств;
классификация схем развития горных работ по степени дискретности рабочей зоны, определяющая метод изменения результирующего угла наклона рабочего борта карьера и схему горных работ в зависимости от объемов готовых к выемке запасов и условий работы горно-транспортного оборудования;
метод формирования резервов, заключающийся в управлении параметрами потоков трудовых, материальных, финансовых и информационных ресурсов;
методика формирования деловых компетенций персонала, предусматривающая управление системой знаний персонала в соответствии с системой решаемых ими задач.
Личный вклад автора состоит в:
постановке вопроса, формировании целей и задач исследования;
обосновании целесообразности использования различных критериев и методов расчета надежности и ее обеспечения на этапах стратегического планирования и оперативного управления работой карьера;
разработке критериев и методов расчета надежности и ее обеспечения при оперативном управлении работой карьера;
обосновании целесообразности использования логистических принципов при формировании механизма управления резервами предприятия;
" разработке методики оценки уровня надежности работы карьера с использованием моделей и методов теории нечетких множеств;
разработке классификации схем развития горных работ по степени дискретности рабочей зоны;
разработке принципов формирования и использования резервов горнодобывающего предприятия на основе управления системой компетенций персонала;
проведении опытно-промыщленных проверок методов и механизма управления резервами карьеров.
Практическая ценность работы заключается в разработке и возможности реализации комплекса методов и методик, позволяющих; повышать эффективность и надежность работы карьеров в условиях колебания
цен и спроса на минеральное сырье, изменения горно-геологических и горнотехнических характеристик эксплуатации месторождений; выбирать методы повышения надежности работы карьера в конкретных условиях эксплуатации; обеспечивать надежность работы карьеров при снижении запасов ресурсов и создавать базу для их эффективного функционирования в конкурентной среде.
Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при: разработке систем нормирования и оплаты труда, рекомендаций по изменению проектов вскрытия и отвалообразования, планов горных работ на карьерах Тырныаузкого ВМК, Сорского МК, Башкирского МСК, Орловского и Жирекенского ГОКов, ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»; разработке системы сбора, учета и анализа информации о расходе материальных и трудовых ресурсов, формировании системы управления персоналом на ЗАО «Южуралавтобан», ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат»; разработке бизнес-планов развития отдельных подразделений ОАО «Белорецкий металлургический комбинат», ОАО «Трест Маг-нитострой».
Апробация результатов работы. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы докладывались на конференциях «Проблемы повышения интенсификации производства» (Свердловск, 1984), «Технический прогресс на открытых горных работах Кузбасса» (Кемерово, 1984), «Повышение эффективности капитальных вложений на глубоких карьерах» (Свердловск, 1987), «Совершенствование методов изучения поисков и разведки, технологии добычи и переработки руд с целью улучшения комплексного освоения недр и охраны окружающей среды» (Красноярск, 1991), «Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона» (Магнитогорск, 1994), «Развитие сырьевой базы промышленного предприятия Урала» (Магнитогорск, 1995), «Проблемы безопасности железнодорожного транспорта» (Новосибирск, 1995), «Фундаментальные и прикладные исследования -транспорту» (Екатеринбург, 1995), «Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века» (Магнитогорск, 1996), «Совершенствование технологии поиска и разведки, добычи и переработки полезных ископаемых» (Красноярск, 1999), «Компьютерные технологии в горном деле» (Екатеринбург, 1999), «Коммунальное хозяйство, энергосбережение, градостроительство и экология на рубеже третьего тысячелетия» (Магнитогорск, 2001), на международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2002), на науч-
1. Анализ направлений развития методов обеспечения надежности работы карьеров и постановка задач исследования
Организационные и технологические решения по повышению надежности и эффективности работы карьеров
Развитие теории открытых горных работ можно разделить на несколько характерных этапов. В работе [160] выделяются три этапа развития теории и соответствующие им три типа карьеров. Первый этап (1920-30 гг. - до середины 50-х) - в течение которого были сформулированы принципы и методы проектирования карьеров, базирующиеся в основном на зависимостях, полученных опытным путем. На втором этапе (середина 1950-х - начало 90-х гг.) создана теория проектирования карьеров, которая включает в себя не только эмпирические расчеты, но и аналитические, графические и экономико-математические методы. В этот период созданы методы выбора схемы вскрытия, системы разработки, определения главных параметров карьеров и направления развития горных работ в карьерном поле. Для третьего этапа (начало 90-х XX века и по настоящее время) характерно возникновение ряда задач, которые не могут быть решены имеющимися методами. Возникновение этих задач связано: с высокой неопределенностью решений, принимаемых на длительный период; усложнением конструкции рабочей зоны; расширением разновидностей разрабатываемых полезных ископаемых и вскрышных пород, существенно отличающихся технологическими свойствами; большим количеством раздельных грузопотоков по видам и сортам полезных ископаемых и вскрышных пород, связанных с комплексной переработкой минерального сырья и формированием техногенных месторождений; усложнением структуры комплексной механизации; возрастанием проблем геомеханики. Результаты систематизации периодов эволюции открытых горных работ приведены в табл. 1.6.
Существующие принципы открытой геотехнологии базируются на положениях, которые заложены в трудах академиков Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, К.Н. Трубецкого, профессоров А.И. Арсентьева, Б.И. Бокия, П.Э. Зурко-ва, Е.Ф. Шешко.
Существенный вклад в решение проблем, возникающих по мере развития теории открытых горных работ, внесли труды членов-корреспондентов РАН Д.Р. Каплунова, А.А. Пешкова, В.Л. Яковлева, докторов технических наук Ю.И. Анистратова, Ю.П. Астафьева, В.М. Аленичева, А.Д. Андросова, П.П. Бастана, В.Г. Близнюкова, Ж.В. Бунина, Д.Ґ. Букейханова, В.Ф. Вызова, М.В. Васильева, К.Е. Виницкого, В.А. Галкина, СЖ. Галиева, Ф.Г. Грачева, Э.Л. Га-лустьяна, А.В. Гальянова, A.M. Демина, А.Ю. Дриженко, В.В. Истомина, В.В. Квитки, B.C. Коваленко, СВ. Корнилкова, Ю.И. Леля, AM. Мустафиной, М.Г. Новожилова, СИ. Попова, М.Г. Потапова, Э.И. Реентовича, СП. Решетняка,
М.В. Рыльниковой, И.Б. Табакмана, А.С. Ташкинова, П.И, Томакова, Г.А. Хо-лоднякова, ВС. Хохрякова, А.Ф. Цехового, М.С, Четверика, Б.П. Юматова, М.А. Ястребинского и др.
По мере возрастания размеров карьеров, применения более мощного горно-транспортного оборудования, увеличения численности работающего в карьере персонала становились актуальными вопросы организации и управления производством. Формирование этого направления связано с трудами А.С. Астахова, Ю.П. Астафьева, А.С. Бурчакова, М.В. Васильева, В.И. Ганиц-кого, С.А. Ильина, А.А. Пешкова, М.А. Ревазова, С.С. Резниченко, В.В. Ржевского, А.В. Старикова, Ю.И. Чернегова, А.Д. Школьникова и др.
Современный этап развития теории открытых горных работ и организации производства характеризуется значительным усложнением задач, связанных с управлением развития рабочей зоны, организации производственных и технологических процессов, возрастанием значимости вопросов комплексного освоения недр. Для решения этих задач широко используется теоретическое обобщение и развитие принципов логистики, достижений в области теории систем, организации и управления производством. В последние годы выполнено значительное количество работ в этой области. Это труды И.А. Баева, А.А. Гусакова, Ф.Г. Грачева, Г.Л. Краснянского, В.И. Кузнецова, Г.И. Ко-зового, A.M. Макарова, А.Г. Нецветаева, С.А. Прокопенко, ЮТ. Рубанника, Н.Н. Чаплыгина, Е.В. Фрейдиной, СИ. Фомина и др.
В настоящее время на многих карьерах в качестве одного из возможных и наиболее достоверных путей повышения эффективности открытых разработок, причем без каких-либо дополнительных инвестиций, используются методы, основанные на изменении существующей стратегии формирования карьерного пространства. Содержание этих методов достаточно многообразно и включает пересмотр границ карьеров, изменение параметров системы разработки и оптимизацию планов вскрышных и добычных работ [107, 140, 165, 203]. Горнодобывающие предприятия и проектные организации в последние годы ведут работы по оптимизации границ карьеров. Целью этой оптимизации является исключение из границ карьера той части запасов, добыча и переработка которых нерентабельна.
Эксплуатация существующих глубоких карьеров будет осуществляться в течение нескольких десятилетий. Проектная глубина многих карьеров составляет 500-700 м при длине по поверхности 2,5-6 км и ширине от 1,5 до 4 км. Ведение горных работ на многих действующих карьерах осуществляется уже на глубине 250-450 м. При разработке месторождений руд цветных металлов ведение горных работ осложняется ограниченными в плане размерами рабочей зоны. Длина карьера редко превышает его ширину в 1,5-2 раза. Эффективная добыча руды на данных карьерах обеспечивается за счет рационального распределения вскрыши по годам отработки и высокой интенсивности ведения горных работ. Так как на карьерах этого типа предусматривались стратегии развития горных работ с переносом вскрышных работ на будущие периоды, то возможности регулирования издержек производства за счет увеличения угла наклона борта оказались довольно ограниченными.
Разрабатываемые и реализуемые программы развития горных отраслей, например такие, как «Уголь России», «Руда», с целью повышения конкурентоспособности продукции предусматривают обновление основных фондов, осуществление структурной перестройки, внедрение высокопроизводительного оборудования, ликвидацию и консервацию нерентабельных рудников и шахт, карьеров и разрезов, укрепление минерально-сырьевой базы.
Однако в качестве первоочередных задач, на наш взгляд, следует особо выделить следующие; переоценка запасов, вовлекаемых в разработку открытым способом, с целью немедленного прекращения вскрышных работ на участках, отработка которых при сложившейся структуре цен экономически нецелесообразна; создание предпосылок для применения организационно более сложных технологий отработки карьерных полей, позволяющих эффективно вести горные работы в условиях высокой динамики и неопределенности экономической и горно-геологической информации; непрерывный мониторинг внешних (экономических, социально-политических) и внутренних (технологических, технико-экономических) показателей для осуществления своевременной корректировки стратегии развития предприятия.
Начиная с 1993 г. на угольных разрезах стало происходить самостоятельное снижение текущего коэффициента вскрыши. За 1993-1997 гг. он снизился с 7 до 6,5 м3/т. Граничный коэффициент вскрыши, а соответственно и все параметры карьеров, при этом не пересматривались. При выполнении бизнес-планов по развитию горнодобывающих предприятий на период 1996-2005 гг. планируется дальнейшее снижение текущих объемов вскрышных работ. Так, текущий коэффициент вскрыши планируется в диапазоне 4-5 м3/т, что меньше проектных значений граничного коэффициента вскрыши в 1,5-2,0 раза.
Способ формализованного представления технологических процессов на карьерах
Описание работы карьера как производственной логистической системы позволяет на всех уровнях управления выстроить его технологические звенья вдоль перерабатываемого материального потока, ориентировать работу любого из них на выполнение единого для всех показателя эффективности работы, что позволит согласовать работу всех звеньев технологической цепи. Для этого разработан способ формализованного описания потоков, циркулирующих в рамках производственной логистической системы.
Основным потоком ПЛС является материальный поток, циркулирующий между элементами ПЛС, взаимосвязанными в едином процессе по его переработке. Поступление в ПЛС из внешней среды материального потока в виде запасных частей, сырьевых материалов, топлива обеспечивает входной элемент. В рамках карьера входным элементом уровня «предприятие в целом» является отдел снабжения. От входного элемента, выполнившего ряд операций, связанных с закупкой и снабжением, материальный поток поступает к перерабатывающему и далее накопительному элементам ПЛС, В рамках поставленной задачи на всех уровнях управления их можно структурировать по составляющим элементам, в пределах которых переработка материального потока упорядочена ходом технологического процесса, ориентирующего каждый из них на выполнение определенного набора технологических операций. В процессе выполнения технологической операции элементом ПЛС любого уровня управления перерабатываются сырьевые материалы и полуфабрикаты, для чего необходима техника и технологическое оборудование, используется труд работников соответствующих специальностей и квалификаций. Выходным материальным потоком является поток готовой продукции, выбытие которого из ПЛС обеспечивает выходной элемент. Структуру готовой продукции формируют материалы, технологическое оборудование, труд работников, затрачиваемые элементами ПЛС на переработку материального потока на всем протяжении от его «входа» до «выхода». Таким образом, материальный поток ПЛС составляют: потоки технических ресурсов (автомобили, буровое, добычное и другое технологическое оборудование), потоки трудовых ресурсов (труд машинистов экскаваторов, водителей автосамосвалов, горнорабочих и другого производственного персонала) и потоки материальных ресурсов (непосредственно потоки горной массы, запасных частей, топлива и других сырьевых материалов и полуфабрикатов) (рис. 2,4).
Управление материальным потоком направлено на обеспечение соответствия количественных и качественных значений параметров потока спросу на добываемое минеральное сырье. Поскольку в формировании готовой продукции участвуют все элементы ПЛС, их работа и взаимодействие определяет значения параметров материального потока на каждом участке производственной логистической цепи, Механизм управления материальным потоком заключается в своевременном и эффективном воздействии на тот или иной элемент (группу элементов), работа которого приводит к отклонению от требуемых параметров потока. Регулирование работы элементов ПЛС обеспечивает изменение параметров потока готовой продукции в соответствии с изменением спроса. Таким образом, управление материальным потоком ПЛС является информационным процессом, поскольку он основывается на анализе потока информации о фактических значениях контролируемых параметров и выработке управляющих воздействий.
В структуре логистической системы управления карьером нами выделены три вида информационных потоков: потоки управляющих воздействий, обратные связи, информационно-технологические потоки.
Потоки управляющих воздействий - это потоки информации от управляющего элемента с целью координации работы элементов ПЛС, формализующиеся в виде распоряжений, нормативов, приказов.
Обратные связи - потоки информации от звеньев ПЛС к управляющему элементу, направленные на его информирование о ходе технологического процесса {отчеты о проделанной работе, график фактического выполнения планового задания и др.). Обратные связи в ПЛС, как правило, имеют вертикальное направление - от элементов ПЛС различных уровней к управляющему элементу.
В отличие от обратных связей, информационно-технологические потоки (ИТП) имеют горизонтальное направление - как правило, циркулируют вдоль материального потока. ИТП представляют собой ежесуточные оперативные потоки информации производственного характера, возникающие в процессе оперативного взаимодействия элементов ПЛС (сводки, телефонограммы и т.п.). На практике наиболее часто ИТП формируются в виде заявок на производственно-технические ресурсы (заявка на автосамосвал, заявка на работника, заявка на спецодежду и др.) (рис. 2.5).
Схема формирования информационно-технологических потоков
При хорошо налаженном технологическом процессе управление материальным потоком осуществляется в оперативном режиме, посредством ИТП. Как показывает практика, при правильной организации взаимодействия элементов ИТП позволяют справиться с достаточно большими краткосрочными несоответствиями параметров материального потока спросу. Однако значительные или продолжительные несоответствия (устанавливаются с помощью анализа ИТП) требуют более сильных корректировок в работе элементов ПЛС, осуществляемых потоком управляющих воздействий с использованием обратных связей. Следовательно, ИТП являются информационной основой принятия управляющих воздействий.
Элементами ПЛС в процессе переработки материального потока осуществляется комплекс специализированных работ - поток услуг, направленных на повышение эффективности всей ПЛС. В рамках карьера, представленного как ПЛС, имеют место главным образом вспомогательные и обеспечивающие услуги. Они направлены на обслуживание и повышение качества исключительно материального потока и на поддержание нормальной работы других элементов ПЛС по его пропуску (например, ремонтно-механическая мастерская карьера осуществляет техническое обслуживание и ремонт горнотранспортного оборудования и направлена на обеспечение нормальной работы других подразделений карьера). Помимо услуг, оказываемых элементами ПЛС друг другу, в ее рамках имеет место входной поток услуг - услуги, оказываемые элементам ПЛС сторонними организациями. В качестве таких организаций могут выступать предприятия-подрядчики, осуществляющие, например, буровзрывные работы или предоставляющие автотранспорт для перемещения горной массы.
Для карьера также характерны внешние финансовые потоки, т.е. потоки, циркулирующие между ПЛС и внешней средой: входящие - из внешней среды к элементам ПЛС и выходящие - от элементов во внешнюю среду. В качестве входящего финансового потока выступает поток денежных средств непосредственно за готовую продукцию. Так же, как и потоки услуг, финансовые потоки в рамках карьера как ПЛС направлены на повышение эффективности продвижения материальных потоков. Они, как правило, выступают в качестве вспомогательных, основными же потоками, циркулирующими в ПЛС, являются материальные и информационные потоки (рис. 2.6).
Разработка комплекса моделей надежности работы карьера
Показателями надежности называют количественные характеристики одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта. В первом случае показатели Называют единичными, во втором комплексными.
Область применения теории надежности к уникальным и малосерийным объектам пока довольно ограничена. Например, эта теория применима для единичных восстанавливаемых объектов, если для них в соответствии с нормативно-технической документацией допустимы многократные отказы, последовательность которых может быть представлена в виде потока случайных событий. Теория применима также к уникальным и малосерийным объектам, которые, в свою очередь, состоят из объектов массового производства. В этом случае расчет показателей надежности объекта в целом проводят на основе вероятностных моделей по известным показателям надежности компонентов. С другой стороны, методы теории надежности позволяют установить требования к надежности компонентов и элементов на основании требований к надежности объекта в целом.
Более общий подход к расчетной оценке надежности работы карьеров основан на трактовке отказа как результата взаимодействия сложной социальной системы с другими системами и окружающей средой, Однако большинство показателей надежности сохраняют смысл и при этом подходе. На стадии проектирования и конструирования показатели надежности трактуют как характеристики вероятностных или полувероятностных математических моделей создаваемых систем. Соответствующие значения показателей называют расчетными. При обработке данных испытаний роль показателей надежности выполняют статистические (точечные или интервальные) оценки вероятностных характеристик. Соответствующие значения показателей называют экспериментальными.
Аналогичные оценки по данным эксплуатации называют эксплуатационными. Если точечная или интервальная оценка показателя надежности определена на основании результатов расчетов, испытаний или эксплуатационных данных путем экстраполирования на другую продолжительность эксплуатации, то это экстраполированные значения показателей надежности. Подобная классификация принята в настоящее время в основных международных элементах по надежности технических объектов. В нашей стране номенклатуру показателей надежности регламентирует стандарт [74]. В целях единообразия все показатели надежности, перечисленные в этом стандарте, определены как вероятностные характеристики.
К основным показателям надежности относят: показатели безотказности; показатели долговечности и сохраняемости; показатели ремонтопригодности; комплексные показатели надежности. M7
Использование показателей и аппарата теории надежности практически без корректировки возможно для технических объектов и инженерных сооружений, для которых выполняются следующие условия: отказы имеют случайную природу; зависимость появления отказов от времени; независимость отдельных отказов (или вероятностная зависимость).
Основной показатель безотказности - вероятность безотказной работы, т.е. вероятность того, что в пределах заданной наработки не возникнет ни одного отказа. Этот показатель определяют в предположении того, что в начальный момент времени система находилась в работоспособном состоянии. Время безотказной работы t есть какая-то случайная величина г с функцией распределения F{t), для которой существует плотность f(t) = F (t) = dF(t)/dt. Функция распределения F{t) = P{z{t) есть вероятность того, что на интервале времени [о, /] произойдет отказ, или величина случайной наработки % будет меньше заданной величины t. Функция распределения времени безотказной работы называется вероятностью отказа: F(t) = Q(t)=P(v(t) (3.14) Отказ и исправная работа системы являются несовместимыми и противоположными событиями. Отсюда вероятность безотказной работы определяется как: P(0 = J-Q(f)=P(r f) (3.15)
Следовательно, вероятность безотказной работы есть вероятность того, что элемент будет работоспособным в заданный момент времени, или это вероятность того, что случайная величина наработки г будет больше заданного времени t.
С учетом того, что случайная величина наработки г имеет плотность функции распределения f(t) = F (t\ вероятности отказа и безотказной работы можно выразить следующим образом:
Плотность функции распределения f(t) называется плотностью вероятности отказов: Л )Л (3.17) at Плотность вероятности отказов характеризуется вероятностью отказов в единицу времени на интервале [о,г].
Интенсивность отказов - это плотность вероятности возникновения отказа, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник. Интенсивность отказов я(г) выражают через функции p(t), F(t) и /(/) следующим образом:
Очень часто на практике затруднительно оценивать надежность функциональными характеристиками, и в этом случае надежность элемента характеризуют числовыми характеристиками. Для оценки величины случайной наработки г наиболее важными из них являются: среднее время безотказной работы (средняя наработка до отказа) T(t), дисперсия D{t) и среднеквадратичное отклонение j{t)\ т = T(t) - M(t) = {t f(t)dt = \P{t)dt; о о (3.19) D = v2 = D(tha(ty=)(tyf(t)dt. Следовательно, средняя наработка на отказ есть математическое ожидание случайной величины наработки г, а дисперсия или среднеквадратичное отклонение служат мерой отклонения случайной величины наработки от ее математического ожидания. Для характеристики степени разброса величин случайной наработки применяют коэффициент вариации, равный отношению среднего квадратичного отклонения к средней наработке: v = — (3.20) т В ряде случаев для характеристики надежности изделия используют медианное значение наработки Me(t). Медиана - это квантиль порядка 0,5. Т.е. Me{t) - это значение наработки для вероятности безотказной работы p(t) = 0,5.
Большинство показателей долговечности, сохраняемости и ремонтопригодности аналогичны показателям безотказности. Однако эти показатели более характерны для технических объектов и подробно в данной работе не рассматриваются.
Разработка методов повышения надежности и эффективности
Обеспеченность материальными ресурсами предприятия анализируется по состоянию запасов, их использования с учетом материалоемкости продукции и затратам, связанным с запасами (рис. 3.11).
Для сокращения запасов до минимума применяются логистические принципы «точно вовремя» и «использование с колес», при которых необходимо выбирать альтернативу: затраты на точность выполнения заказов по графикам и затраты на содержание запасов при равной непрерывности технологических процессов.
Оценка эффективности использования карьера как совокупности горных выработок также может быть осуществлена по интенсивности использования выработок (рабочей зоны и транспортных коммуникаций).
Горные работы распределяются по рабочей зоне в зависимости от порядка её формирования: равномерно, дискретно по фронту или по фронту и высоте. Интенсивность горных работ при равномерном развитии рабочей зоны везде одинакова и равна интенсивности отработки месторождения. Концентрация оборудования в рабочей зоне обычно очень низкая, что объясняется невысокой интенсивностью ведения горных работ в карьере.
Устойчивая скорость углубки, достигаемая на рудных карьерах с автомобильным транспортом, составляет 15-20 м/год. Возможная интенсивность отработки отдельных участков рабочей зоны без снижения производительности оборудования - 40-50 м/год. ТИП ЗАПАСОВ
В данном случае существует противоречие между возможностью повышения концентрации оборудования в рабочей зоне и интенсивностью отработки месторождения, ограниченной скоростью углубки карьера. Одним из решений данного противоречия является повышение концентрации оборудования на отдельных участках рабочей зоны за счет временной консервации работ на других.
Одним из способов повышения концентрации горных работ считается увеличение единичной мощности применяемого горно-транспортного оборудования. Рассмотрим, каким образом параметры экскаватора влияют на концентрацию оборудования и горных работ в рабочей зоне карьера.
Рост емкости ковша экскаватора сопровождается увеличением длительности рабочего цикла и, следовательно, снижением удельной производительности машин. Но, несмотря на уменьшение выработки на 1 м3 емкости ковша, в целом наблюдается рост общей производительности выемочных машин. Площадь забоя, на которую воздействует экскаватор, зависит от высоты развала взорванной горной массы и ширины экскаваторной за-ходки. Для различных моделей экскаваторов, при значительно изменяющейся общей площади забоя, нагрузка на единицу его площади практически одинакова.
Высота уступа, ограничиваемая максимальной высотой черпания экскаватора, при увеличении емкости ковша экскаватора с 3,2 до 20 м3 возрастает в 1,8 раза. Поэтому при постоянной производительности карьера замена экскаваторов ЭКГ-3,2 на ЭКГ-20 приведет к увеличению в 2,5-3 раза количества уступов, приходящихся на одну машину. Таким образом, при увеличении единичной мощности экскаватора удельная концентрация оборудования в рабочей зоне остается постоянной, но увеличивается длина фронта, приходящаяся на экскаватор. Поэтому увеличение концентрации оборудования возможно также только на отдельных участках при изменении порядка формирования рабочей зоны карьера.
Увеличение единичной мощности экскаваторов приводит к тому, что возрастает объем горной массы, добываемой из одного забоя, и снижается общее количество погрузочных машин. Ограничением роста единичной мощности погрузочного оборудования является возрастающий ущерб от его простоев. Простои, связанные с перегонами экскаваторов с горизонта на горизонт, увеличиваются впоследствии обслуживания большего числа горизонтов.
Поэтому для применения экскаваторов большей мощности необходимо уменьшить количество рабочих уступов, приходящихся на один экскаватор до 1-2-х. Это возможно только за счет увеличения производительности карьера и общего количества экскаваторов или ограничения действующей части рабочей зоны.
В работе [125] доказано, что при разработке сложноструктурных залежей увеличение угла откоса рабочего борта позволяет уменьшить время и объем работ по изменению параметров системы разработки или самой системы разработки в зависимости от горнотехнических условий разработки. Поэтому уменьшение угла откоса рабочего борта обусловливает как рост неравномерности вскрышных работ, так и снижение гибкости параметров рабочей зоны карьера. Возникшее противоречие между необходимостью увеличения результирующего угла откоса рабочего борта при отработке крутопадающих сложноструктурных залежей и снижением его при применении горных и транспортных машин большой единичной мощности регулируется ограничением действующей части рабочей зоны карьера.
Основными пространственными характеристиками любого карьера являются глубина (высота борта) и площадь горизонтальной проекции.
В площади горизонтальной проекции карьера по выполняемым функциям можно выделить следующие площади:
а) рабочие площадки - площадки, на которых возможно размещение горно-транспортного оборудования и развала взорванной горной массы для безопасного ведения вскрышных и добычных работ;
б) транспортные бермы - наклонные и горизонтальные бермы необхо димой ширины, обеспечивающие транспортную связь забоев со складами вскрыши и полезного ископаемого, промплощадки карьера и другими со оружениями;
в) предохранительные бермы - бермы на предельном или промежу точном борту карьера, оставленные по проекту отработки месторождения для обеспечения безопасных условий ведения горных работ;
г) резервные площадки - площадки, на которых возможна установка горно-транспортного оборудования после проведения подготовительных работ (проходка съезда или проезда, уборка негабарита, осушение гори зонта и т.п.) или подвигания верхнего уступа, если ширина площадки на го ризонте не обеспечивает безопасность ведения горных работ;
д) бросовые площадки - площадки на предельном или промежуточном борту карьера, образовавшиеся из-за ошибок при планировании и ведении горных работ. Использование этих площадей возможно только при реконст рукции борта карьера.
