Введение к работе
^-tL±!lll
Разделительные и рудосортирущиэ автоматы - это абстрактные машины, отражающие функционирование разного рода сепараторов, рудосор-тирущих и разделительных систем.
Необходимость разработки теории разделительных и рудосортирую-щих автоматов вызвана развитием в последние десятилетия систем управления качеством руды на основе ядерно-физических методов и радиометрической сепарации. Комплексное использование минерального сырья, малоотходные технологии, технологии разработки техногенных месторон-дений, рудоподготовка и управление качеством рудопотоков - далеко неполный перечень областей, где методы ядерной физики, радиометрической сепарации играют существенную роль.
Актуальность проблеми. Тема настоящей работы касается двух проблем, определенных Госкомитетом СССР по науке и технике как важнейшие в экономической политике использования минеральных ресурсов: "Разработка и внедрение систем управления качеством руды на основе ядерно-физических методов и радиометрической сепарации" (проблема 23.05) и "Создание и внедрение систем управления качеством ру-допотока, геологического обеспечения и проектирования горных работ на крупных месторождениях благородных, редких- и ряда цветных металлов" (направление 12.2.31).
Значительный вклад в разработку этих проблем внесли В.И. Ревнивцев, Л.А. Барский, О.Н. Тихонов, Е.И. Крапивский, А.П. Мокроусов, В.Я. Нагорнов, В.П. Варварица, М.М. Коротков, Г.Г. Козлов, В.В. Ер-пов.
Фундаментальное значение имеют работы A.M. АгошкоЕа. Е.И. Шемякина, В.В. Ржевского, М.В. Курлени, Н.В. Мельникова, Д.М. Броннико-за, Т.А. Готова.
Значительное влияние на формирование методологии исследований іа автора оказали работы советских и зарубежных ученых в области математического моделирования, системного анализа, теории информации, отСернетики,термодинамики: А.Н. Колмогорова, A.M. Шурыгина, Г.Е. Шипова, Я.З.Ципкина, Н.Г.Загоруйко, Н.С.Райбмана, Ж. Матерона, И. При-пожина, А.Г.Аганбегяна, П.Билингслея.
Диссертационная работа связана непосредственно:
- с разработкой АСУ рудника им. XXII съезда КПСС, выполняемой
по постановлению ЦК КПСС и СМ СССР от 23 января 1978 г. N 60;
- с целевой комплексной программой "Разработка элементов АСУ поточной технологии на подземном руднике", постановление ГКНТ СССР и Госплана СССР N 473/224 от 12.12.80 г.
Цель работы. Целью работы является разработка теории разделительных и рудосортирующих автоматов и решение на ее основе прикладных задач теории разделения, технико-экономического анализа, оптимального управления рудосортирущими подсистемами в разделительных макросистемах, синтеза рудосортирующих автоматов, анализа товарно-денежных отношений в системе рудник - обогатительная фабрика,построение и внедрение в практику автоматизированных систем управления качеством руды с применением рудосортирувщи автоматов.
Научная новизна. 1. Исходя из естественно-научного представления об окружащем макромире предложена математическая модель руды в виде топологического пространства, в котором в качестве пространства-носителя выступает трехмерное евклидово пространство ХсВ3 с естественной метрикой. Частицы, куски, блоки и другие объекты рассматриваются как подмножества, совокупности,образующие систему борелевс-ких подмножеств Ж с определенной на ней -алгеброй. Физические свойства, присущие руде как целостности так и отдельным ее частям, отражаются в форме функций, определенных на -алгебре подмножеств из X. В зависимости от специфики функции представляются непрерывными мерами, векторами атомических мер, векторами плотности мэр /1/, /3/, /4/, /5/.
-
В терминах алгебраической теории автоматов определены математические модели разделительной макросистемы и рудосортирующих автоматов /1/, /3/, /4/,./8/.
-
Показано, что количества металлов, продуктов и других технико-экономических величин, свойственных части руды, разделяемой в составе целостности, при несовершенном разделении являются знакопеременными мерами (зарядами) на -алгебре подмножеств из X /1/, /5/.
4. Предложена теоретико-информационная модель несовершенных
разделительных процессов, позволившая прояснить физический смысл за
рядов масс продуктов разделения, возникающих при разделении части е
целом, когда целое разделяется несовершенно /2/.
5. Энтропия преобразования части в целостности на области опре
деления содержания разделяемых компонентов в руде представляете*
знакопеременной функцией /2/. Часть в составе целостности может пре-
образоввваться в продукты по типу разделения, смешивания и перено-
сов /2/.
6. Установлена закономерность возникновения скрытого переноса количества физических и технико-экономических величин (включая массы продуктов разделения, разделяемых компонентов и др.)- Скрытые переносы - явления, внутренне присущие несовершенным разделительным процессам. Выявлены условия проявления скрытых переносов в физических системах /2/, /5/.
Т. Сформулирована и разрешена проблема синтеза рудосортирупцих автоматов, выступающих в разделительном каскаде в качестве первой ступени. Конструктивно определены основные характеристики автоматов: характеристическая и разделительная функции, статические характеристики, условия оптимальности /4/, /5/, /б/, /8/.
-
Решена проблема редукции общих критериев эффективности раз-г делительной макросистемы на ее часть - первую разделительную ступень. В результате установлено, что мера эффективности рудосортирую-Щ9ГО автомата, являющегося первой ступенью в разделительной последовательности, синтезируется из общего критерия разделительной системы. Установлена при этом сильная сопряженность общего и частного критериев: экстремальные значения эти меры достигают при одном и том не пороге разделения /5/, /6/.
-
Семейство рудосортирупцих автоматов классифицировано в зависимости от характера информации о руде и разделительной макросистеме: идеальные, детерминированные, стохастические; в зависимости от характера критериев оптимальности: простые автоматы, когда критерий оптимальности задан в форме скалярной функции, а задача оптимального управления сформулирована как достижение условного экстремума, векторные автоматы - целевая функция определена в форме векторного критерия, и возникает задача векторной оптимизации /5/,/6/. В задачах векторной оптимизации выделено два рода согласия по Парето.
10. Рассматривая проблему выделения руды из разведанного рудо
носного массива применительно к монометаллическим и полиметалличес
ким рудам, на основе моделей оптимальных рудосортирующих автоматов
получены новые выражения бортового содержания (для монометаллических
руд) и бортовой промышленной ценности (полиметаллические руды). Ус
тановлена связь между принципом безубыточности и задачами максимиза
ции прибыли. Определена анатомия рудного тела, руда из которого пе
рерабатывается в несовершенной разделительной системе. Получены ал
горитмические решения для класса экстремальных задач технико-эконо
мической оценки в условиях зависимости параметров разделительного
автомата от результатов выделения как в случае детерминированного, так и стохастического представления рудоносной среды /3/, /4/, /5/, /8/.
-
Решена задача об извлечении металлов из части руды, перерабатываемой в составе целостности. Функция извлечения продолжена на интервалы содержаний металлов, где изолированные разделительные процессы, обеспечиващие заданные содержания в продуктах разделения, фактически не осуществимы /7/.
-
На основании теории рудосортирущих автоматов предложена экономико-математическая модель товарно-денежных отношений в системе рудник - обогатительная фабрика - внешний рынок. Установлено, что на внутреннем рынке не существует стабильных цен на металлы в руде,отвечающих естественным требованиям экономического согласия по Парето. Не существует также и шкалы цен, ставящей цену в зависимости от качества руды. Предложена рациональная схема товарно-денежных отношений, не противоречащая концепции экономического согласия по Парето /10/, /11/.
Основные научные положения, выносимые на защиту. 1. Математические модели разделительной макросистемы, отражающие процессы разделения многокомпонентных, полиметаллических руд, математические модели руды, рудосортирущих, разделительных автоматов. Решение проблемы часть - целое применительно к разделительным макросистемам. Определение количества продуктов и других физических и технико-экономических величин, приходящегося на часть руда, разделяемой несовершенно в составе некоторой целостности.
-
Теоретико-информационные модели несовершенных разделительных систем. Закономерности исчисления энтропии преобразования целостности и части в целостности в несовершенных разделительно-смесительных системах. Типы преобразования части в целостности. Явления переносов и скрытых переносов количества физических и технико-экономических величин, закономерности возникновения явления скрытых переносов массы.
-
Теория абстрактных разделительных и рудосортирущих автоматов: их математические модели, характеристические и разделительные функции, статические характеристики, разработка проблемы синтеза автоматов разных типов - простых, векторных, детерминированных, стохастических, решение проблемы редукции критериев эффективности разделительной системы на ее часть - первую разделительную ступень, представленную разделительным автоматом, построение систем оптималь-
ного управления.
4. Экономико-математические модели товарно-денежных отношений в системе рудник - обогатительная фабрика - рынок с применением в этой системе рудосортирупцих и разделительных автоматов и технологий. Результаты анализа на этих моделях различных схем товарно-денежного обмена, решение проблемы справедливых цен на металлы в руде на внутреннем рынке, рациональные (в концепции Парето) товарно-денежные отношения в системе рудник-обогатительная фабрика-комбинат, обусловленные процессами скрытых переносов количества физических и технико-экономических величин.
Методы исследования и достоверность научных результатов. Основополагающим в теоретических исследованиях является аксиоматический метод, когда в основание научной теории положены самоочевидные аксиомы, а другие ее предложения получены на основании правил Еывода как логические следствия. При разработке математических, теоретико-информационных и экономических-математических моделей разделительной макросистемы, теории абстрактных разделительных автоматов использован математический аппарат функционального анализа, алгебраическая теория автоматов, теория меры, теоретико-информационные методы, эр-годическая теория, вероятностные методы, теория технико-экономической оценки руд, системные методы анализа и синтеза. При реиении проблем управления использованы конструктивные методы адаптации и обучения в автоматических системах.
Достоверность полученных научных результатов обеспечивается, во-первых, корректным применением правил вывода и логической непротиворечивости полученных результатов формулам и постулатам аксиоматических теорий, во-вторых, непротиворечивостью положениям, известным в других естественно-научных теориях, фундаментальным термодинамическим и теоретико-информационным закономерностям макросистем.
Ряд практически важных результатов, касающихся оптимальности управления, рациональных товарно-денежных отношений в системе рудник - разделительная система, подтвержден натурными испытаниями и -результатами внедрения в практику.
Реализация результатов. Математические модели разделительных макросистем, рудосортирующих автоматов применены на Зыряновском свинцовом комбинате при разработке и внедрении в производство автоматизированных систем управления на обогатительной фабрике, подземных рудниках, в интегрированной автоматизированной системе управления производством.
В 1973-1976 гг. на обогатительной фабрике внедрена автоматизированная система управления процессом предварительного обогащения руд в тяжелых суспензиях, в которой реализованы основные положения по управлению первой разделительной ступенью в последовательном разделительном каскаде, внедрена автоматизированная система аналитического контроля на базе автоматического опробования, автоматического бесконтейнерного транспорта и рентгено-спектральных комплексов.Получен экономический эффект в размере 520 тыс. рублей в год.
В 1980-1985 гг. создана и внедрена на подземных рудниках (руднике им. XXII съезда КПСС, Зыряновском, Греховском) автоматизированная система управления качеством руды с применением в ней автоматических рудоконтролирущих станций и рудосортировки крупнопорционного типа. Из рудопотока, подаваемого на обогатительную фабрику с Гре-ховского рудника, отсортировано около 2.1 млн.т отвальных продуктов. Полностью ликвидирован ручной труд при опробовании. Получен экономический эффект в размере 635 тыс. рублей в год.
В 1986-1988 гг. в составе интегрированной автоматизированной системы управления производством комбината внедрена подсистема "геология" с реализацией в ней методов технико-экономической оценки руд, базирующихся на математических моделях разделительных автоматов.
В реальных технико-экономических условиях внутрикомбинатовского хозрасчета апробированы схемы найма в товарно-денежном обмене между рудниками, обогатительной фабрикой и комбинатом с получением положительных экономических результатов.
Апробация работы. Результаты работы сообщались неоднократно на техническом совете Зыряновского свинцового комбината, г. Зыряновск; на секции научно-технического совета института "Механобр", г. Ленинград (апрель 1987 г.);на секции автоматизации и АСУ научно-технического совета Казминцветмета, г.Алма-Ата (октябрь 1987г.); на Всесоюзном совещании "Создание обогатительных фабрик нового поколения", г.Ленинград (июнь 1986 г.); на научно-техническом совете МЦМ СССР "О мерах по расширению и внедрению методов предварительной концепции руд", г. Усть-Каменогорск, (декабрь. 1987 г.); на Республиканском совещании по хозрасчету в отраслях тяжелой промышленности Казахстана, г. Усть-Каменогорск, г. Зыряновск (апрелы988 г.).
Разработки неоднократно экспонировались на ВДНХ СССР, и автор был отмечен серебрянными и золотой медалями.
Результаты работы обсуждались в институтах АН СССР и Госкомитета СССР по атомной энергии при присуждении автору Государственной
премии СССР в области науки и техники 1985 года.
Публикации. Автором опубликовано 69 печатных работ, включая монографию "Проектирование систем управления горно-обогатительных производств" Москва, Недра,1973 г.(в соавторстве с В.С.Продуто, В.Ф. Лебедкшшм), получено 20 авторских свидетельств.
Содержание по теме диссертации в основном изложено в 20 работах, приведенных в списке литературы к настоящему докладу. .