Автоматизированная система управления углеобогатительной фабрикой с элементами прогнозирования технологических показателей

Актуальность работы. Обеспечение высоких экономических показателей деятельности предприятия возможно при эффективном решении большого круга управленческих задач: долгосрочного и оперативного планирования, организации поставок сырья и сбыта продукции, управления финансовыми потоками, технологическими процессами, агрегатами.

Эффективное решение этих задач возможно при наличии своевременной и достаточной информации. Для получения информации, предварительной её обработки, экономного запоминания, хранения и представления ее для дальнейшего использования необходимы компьютерные информационные системы. В настоящее время имеются новые программные и технические средства для построения такого рода систем: архитектуры информационных сетей, системы управления базами данных, средства проектирования и разработки. Это позволяет строить информационную систему как неотъемлемый элемент комплексной системы управления.

Однако при создании комплексных систем управления предприятием приходится сталкиваться с серьёзными проблемами, такими как: структуризация объекта управленияформирование достоверных данныхалгоритмизация функций управлениясоздание единой информационно-управляющей системы. Решение этих проблем далеко не тривиально и требует обобщения и развития опыта проектирования и внедрения комплексных систем, широкого применения методов современной теории и практики управления. Для уменьшения временных, интеллектуальных и финансовых затрат на разработку автоматизированных систем следует создавать «банк» базовых решений для однотипных предприятий. Необходимо иметь соответствующий инструментарий, программно-техническую среду, в которой ведётся разработка, и профессионально подготовленный коллектив, способный решать подобные задачи.

В данной диссертационной работе решается проблема создания типовой АСУ, ориентированной на работу в угольной отрасли.

Целью диссертации является обобщение опыта проектирования автоматизированных систем управления угольными обогатительными фабриками, разработка и внедрение автоматизированной системы с элементами прогнозирования технологических показателей на ЦОФ «Абашевская», с типовыми решениями, которые могут успешно распространяться на другие предприятия, развитие и совершенствование методов алгоритмизации прогнозирования для повышения эффективности выработки управленческих решений в оперативном режиме.

Поставленная цель достигается за счёт решения следующих основных задач: формирования обобщённой структуры АСУопределения требований к системе в целом и основным видам обеспечениявыбора типов программно-технических средстввыбора комплекса задач обработки информации и управленияэффективных для условий ЦОФ «Абашевская», определения необходимого количества данных, обеспечивающих эффективные решения задач обработки информации и управления, разработки и исследования алгоритмов прогнозирования технологических показателей процессов обогащения углей.

Методы выполнения работы. Обобщение практического опыта управления, создания автоматизированных систем управления с использованием современных технологий и методов проектирования, методы теории идентификации, многоканального контроля, статистической обработки данных, имитационного моделирования, построения алгоритмов прогнозирования.

Научная новизна. 1. Обоснован комплекс задач, необходимых для эффективного управления углеобогатительной фабрикой, включающий задачи информационного сопровождения технологии обогащения углей, оперативно-диспетчерского управления, планирования процессов производства с учётом взаимодействия с поставщиками углей и потребителями концентрата, учёт энергоресурсов и времени работы основного оборудования, прогнозирования показателей процессов обогащения, управления финансовыми потоками и кадрами.

2. Сформулированы требования к АСУ, обеспечивающие её эффективное функционирование в составе системы управления более высокого уровня при существенных изменениях внешних и внутренних условий, непрерывном развитии средств и методов разработки, внедрения и сопровождения такого класса систем.

3. Предложена обобщённая структура АСУ с наличием в её составе постоянно действующей инструментальной системы, базирующейся на комплексном объединении архитектуры информационных связей «клиент-сервер», средств и методов информационной CASEтехнологии, СУБД Oracle, операционной системы Unix.

5. Сформулированы требования к информационному обеспечению и необходимый минимум данных для управления технологией обогащения углей, предприятием, для решения исследовательских задач развития производства.

6. Определена последовательность разработки и поэтапной реализации внедрения подсистем целостной автоматизированной системы управления предприятием, включая разработку исходного варианта обобщённой структуры системы управления, информационного обеспечения, локальных систем управления агрегатами и технологическими объектами, подсистемы оперативно-диспетчерского управления и управление административной деятельностью.

7. Выявлено по результатам поэтапного внедрения АСУ, что зависимость количества исходных данных, дополнительно вводимых в систему, коогерентно объёму внедрённых задач, которые описывается при зафиксированной структуре системы и производственных условиях функцией экспоненциального вида.

8. Подтверждена на основе модельных, натурно-модельных и натурных исследований необходимость соответствия структурного разнообразия алгоритмов и систем прогнозирования структурному разнообразию объектов.

9. Показано теоретически, с помощью модельных, натурно-модельных и натурных исследований, что комплексирование методов и алгоритмов прогнозирования, построенных для различных условий и предпосылок, является эффективным с точки зрения успешного преодоления существенных неопределенностей, вызванных погрешностями контроля, структурно-параметрическими неточностями используемых моделей, нарушениями и сбоями технических средств.

10. Установлено, что классификация состояний объектов прогнозирования и условий их функционирования на характерные, качественно различные состояния, в рамках которых осуществляется количественные расчёты по прогнозированию их выходных воздействий, обеспечивает значительное повышение точности прогнозирования при недостаточной изученности внутренних механизмов процессов, координатной и параметрической неопределенности протекания технологических процессов.

Практическая значимость работы. Предложенная обобщённая структура АСУ углеобогатительной фабрикой, конкретные разработки по отдельным элементам программно-технического комплекса, включая методы и средства автоматизации проектирования, внедрения и сопровождения АСУ, а также рекомендации по составу и поэтапному внедрению задач обработки информации и управления могут быть применены без существенного изменения к предприятиям аналогичной структуры углеобогатительной промышленности.

Подход к построению и сам алгоритм прогнозирования показателей процессов обогащения, могут быть использованы для предприятий горной промышленности.

Материалы, обобщающие опыт разработки, внедрения и сопровождения АСУ, а также реализации комплекса задач обработки информации, прогнозирования и управления, целесообразно использовать в высших и средних учебных заведениях для обучения студентов соответствующих специальностей. Предмет защиты. На защиту выносится: обобщённая автоматизированная система управления обогатительной фабрикой и предъявляемые на современном этапе требования к ней, зависимость количества исходных данных от объёма внедрённых задач, алгоритм прогнозирования выходных воздействий технологических процессов сложного технологического комплекса, результаты исследования эффективности системы управления и её отдельных элементов. Личный вклад автора заключается в структуризации объекта управления и постановке задач обработки информации и управления, проведении промышленных экспериментов, разработке программно-технической структуры автоматизированной системы, развитии и исследовании алгоритмов прогнозирования, техническом руководстве внедрением и эксплуатацией автоматизированной системы управления на ЦОФ «Абашевская» .

Реализация результатов. На ЦОФ «Абашевская» введена в действие и функционирует автоматизированная система управления предприятием. Система состоит из 50 персональных компьютеров, 16 терминалов и 7 серверов, объединённых в 7 локальную сеть с общей протяжённостью около трёх километров. Часть технических решений этой системы использованы при проектировании ОФ «Антоновская» .

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на научно-практических конференциях: «Взаимодействие научно-образовательных, промышленных предпринимательских и административных структур. Правовые и экономические аспекты» г. Новокузнецк, 1999. «Взаимодействие образовательных, хозяйственных и административных структур в регионе», г. Новокузнецк, 2000; «Конференция обогатителей» г. Кемерово 1999; «Информационные недра Кузбасса», г. Кемерово, 2001, «Система автоматизации в образовании, науке и производстве», г. Новокузнецк, а также на научных семинарах: в Кемеровском государственном университете, 1998;1999, в Томском государственном университете управления и радиоэлектроники, г. Томск 1998, 2000 гв Новокузнецком филиале-институте Кемеровского государственного университета, г. Новокузнецк 1999,2000.

Публикации. Материалы по теме диссертации опубликованы в 10 печатных работах, из них 6 статей и 4 тезисов докладов.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, библиографического списка из 86 наименований, и содержит 150 страницы основного текста, 28 рисунков, 17 таблиц и Зх приложений.

Основные результаты работы состоят в следующем.

1. Разработана, внедрена и успешно функционирует автоматизированная система управления ЦОФ «Абашевская» с элементами прогнозирования технологических показателей обогащения углей. Основные программно-технические модули системы могут успешно распространятся на другие предприятия углеобогатительной отрасли.

2. Разработан и обоснован комплекс основных задач обработки информации и управления, реализованных в системе и обеспечивающих эффективное функционирование АСУ.

3. На основе анализа современных средств создания АСУ и условий функционирования действующей системы управления ЦОФ «Абашевская» сформулированы требования, которым должна удовлетворять АСУ в современных условиях.

4. Предложена обобщенная структура АСУ с наличием в её составе инструментальной системы для обеспечения эффективности функционирования на всех стадиях её жизненного цикла.

5. Определён необходимый минимум данных для обеспечения эффективности управления технологией обогащения углей, предприятием, решения исследовательских задач развития производства. Установлена зависимость количества исходных данных, дополнительно вводимых в АСУ, от объёма поэтапно внедрённых задач.

6. Сформирована последовательность разработки и поэтапной реализации подсистем АСУ, начиная от разработки исходного варианта её структуры и заканчивая оценкой эффективности решенных задач и обобщения опыта.

7. Подтверждена на основе модельных, натурно-модельных и натурных исследований необходимость соответствия структурного разнообразия алгоритмов и систем прогнозирования структурному разнообразию объектов.

8. Показано теоретически, с помощью модельных, натурно-модельных и натурных исследований, что эффективным приёмом для успешного преодоления существенных неопределённостей, вызванных разного рода причинами, является комплексирование различных структур алгоритмов прогнозирования.

9. Установлено, что классификация состояний объекта прогнозирования и условий его функционирования на характерные, качественно различные состояния обеспечивает значительное повышение точности прогнозирования при недостаточной изученности внутренних механизмов процессов, координатной и параметрической неопределённости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

И ВЫВОДЫ Обобщен опыт разработки, внедрения и эксплуатации автоматизированной системы управления в целом и основных видов её обеспечения применительно к ЦОФ «Абашевская» с использованием современных программно-технических средств и методов. Полученные результаты могут быть использованы как компоненты банка базовых решений, создаваемого для однотипных предприятий с целью уменьшения временных, интеллектуальных и финансовых затрат.