Моделирование рабочих процессов погрузочно-транспортных модулей с учетом случайного характера внешних воздействий

Другим аргументом в пользу необходимости воспроизведения рабочих процессов с учётом случайного характера внешних воздействий является то, что приводимые в технических описаниях и инструкциях по эксплуатации показатели технической производительности Ri носят, как правило, рекламный характер. Показатели Ri не сопровождаются конкретным указанием условий, для которых они получены.

Сложилась про

тиворечивая ситуация: с одной стороны, закономерности формирования рабочих процессов отдельных технологических машин установлены на достаточно информативном уровне, с другой – эти закономерности не используются для определения реальных потребительских свойств машин. Необходима разработка методов и процедур имитационного моделирования процессов формирования производительности и трудоёмкости горнопроходческих систем на основе общеизвестных подходов [10–14] и специфических закономерностей взаимодействия отдельных машин с внешней средой, обладающей стохастическими свойствами.

1.2 Обзор методов и процедур, используемых в практике имитационного моделирования процессов горного производства

Из множества методов моделирования для системного анализа эффективности сложных технических систем в последние годы получило широкое распространение имитационное моделирование, позволяющее наиболее полно учесть все существенные факторы [15]. Для построения имитационной модели необходимо воспроизвести структуру системы, последовательность событий во времени, адекватную реальным процессам, и свойства процессов, прежде всего, стохастические, соответствующие реальным закономерностям. Действие случайных факторов учитывается с помощью генераторов случайных чисел (имитаторов), настроенных на соответствующие вероятностные распределения.

Имитационное моделирование стало в последние годы эффективным научно-методическим инструментом при изучении рабочих процессов машин и оборудования, управления сложными системами. Оно находит широкое применение для решения задач исследования операций (сетевое планирование и управление, массовое обслуживание, управление запасами, оптимальное распределение ресурсов и мн. др.); для проектирования и исследования путей усовершенствования производственных процессов в целях повышения их производительности и рентабельности, внедрения новых технологий.

Как известно из работы [13], имитационное моделирование объединяет имитацию исследуемых явлений и планирование имитационного эксперимента. Необходимость использования теории планирования эксперимента [16] при имитационном моделировании сложных систем вызвана значительным временем каждой реализации на ЭВМ. Применительно к задачам выбора оборудования, в частности горнопроходческого, планирование имитационного эксперимента имеет особое значение, так как необходимо всестороннее исследование свойств системы во всём диапазоне применения.

Для горных технологий применение имитационного моделирования позволяет обосновать целесообразность реальных инвестиций. По-суще-ству, для подавляющего большинства реальных ситуаций в горном деле другие методы практически неприемлемы. Это связано с изменчивостью природных условий, для которых нужно обосновать выбор технологических решений совместно с вариантами оборудования.

Использование методологии и решение практических задач горного дела на основе имитационного моделирования разрабатывается с 50-х гг. ХХ в. [17–19]. За более чем 50-летний период компьютерные технологии в горном деле прошли значительный путь развития и совершенствования [15].

Первый этап применения компьютерных технологий был связан с созданием простых моделей месторождений для оценки объёмов горной массы и содержания природных запасов. В 1958 г. имитационное моделирование впервые было применено для планирования бурения, взрывания, погрузки и крепления в забоях угольной шахты. В 60-х гг. с помощью имитационного моделирования на языке Фортран стали решать задачи по анализу работы шахтной транспортной сети, процессов выемки горной массы и взаимодействия работы транспорта.

В начале 1970-х гг. горная промышленность получила трёхмерное цифровое блочное моделирование и геостатический анализ ресурсов. Геологи научились использовать эти технологии для прогнозирования запасов месторождений. Результатом стало улучшение качества и достоверности оценки ресурсов.

С появлением геометрического (каркасного) моделирования и визуализации появилась возможность рассматривать исследуемые структуры как трёхмерные пространственные объекты и обеспечивать лучший контроль над созданием цифровых блочных моделей.

В конце 80-х гг. появились полностью компьютеризированные процессы: горное проектирование, оптимизация, календарное планирование, но эта «волна» прошла свой пик и начала спадать к середине 90-х гг. В Рос-сии с 60-х гг. имитационным моделированием горных работ занимались Гипроруда, НИИКМА, ИПКОН, НИГРИ, ИГД СО АН СССР, ИГД Кольского НЦ АН СССР, МГГУ, НИОГР, УГГА (УГГУ), КузГТУ и др. В последние годы за рубежом разрабатываются специальные языки моделирования, соединённые с языком компьютерной анимации [15]. Это привело к быстрому развитию методов и приложений имитационного моделирования в горном деле.

Имеется опыт решения задач планирования горных работ, анализа шахтной транспортной сети, применения роботизированных технологий и ряда других [15, 20–24]. Анализ этого опыта свидетельствует о необходимости включения в состав процедур имитационного моделирования следующих этапов:

1) постановка задачи и определение цели имитационного моделирования; на этом этапе устанавливаются характеристики системы, подлежащие изучению, показатели эффективности (целевые функ-ции) и ограничения;

2) изучение исследуемой системы с точки зрения совокупности входных воздействий, в том числе случайных;

3) формулировка и построение математической модели, выделение основных факторов;

4) планирование компьютерных экспериментов, построение структуры процесса исследования;

5) составление программы и проведение численного эксперимента;

6) проверка адекватности математической модели (сравнение результатов имитационного моделирования с опытными данными);

7) использование результатов имитационного моделирования в научных или практических целях.

Эта совокупность процедур представляется необходимой и достаточной при решении задач выбора оборудования для горнопроходческих работ.

В последние годы методология имитационного моделирования начала использоваться при исследованиях горнопроходческих систем, в частности, при разработке проектов проведения подготовительных выработок [25–27]. В этих задачах остро стоит вопрос о выборе эффективного проходческого оборудования из числа отечественных и зарубежных образцов. Затруднения связаны с оценкой эффективности использования проходческих машин в конкретных условиях и прогнозируемыми показателями на выходе: трудоёмкости, скорости проведения выработки, производительности труда.

В ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского разработана и реализована [26] на ПЭВМ система «Проза» (ПРОходческий ЗАбой) для автоматизированного проектирования проходческой технологии. Система содержит блоки для пооперационного и имитационного моделирования технологического процесса, блок выбора сечений, базу знаний, блоки поиска рационального варианта, интерфейс пользователя. В системе предусмотрена возможность предварительной оценки новых видов проходческого оборудования. В течение ряда лет создаются экспериментальные блоки автоматизированной системы формирования выходных документов по анализу и прогнозированию (ИПАС). Система предназначена для своевременной и эффективной обработки научно-технического информационного потока в горном производстве по запросам пользователей на базе ПЭВМ и для автоматизированного формирования выходных документов.

 Скачать реферат