Разработка методов определения оптимальных показателей производства при планировании в углеобогащении

Актуальность исследования" В соответствии с решениями ХХУТ съезда КПСС, а также декабрьского (1983 г.), внеочередного февральского и апрельского (1984 г.) Пленумов ЦК КПСС в одиннадцатой пятилетке и перспективе до 2000 г* необходимо обеспечить значительный рост эффективности производства путем совершенствования системы управления экономикой. Принятым в июне 1979 г. постановлением партии и правительства «Об улучшении планирования и усилении воздействия хозяйственного механизма на повышение эффективности и качество работы» предусматривается реализация комплекса мероприятий в этом направлении, в том числе повышение научной обоснованности планов производства и использование при их разработке оптимальных решений, получаемых на базе экономико-математических методов.

Совершенствование планирования и оптимизиция показателей плана производства имеют важное значение как для угольной промышленности в целом, так и для ее подотраслей, в частности — углеобогащения. Анализ свидетельствует о наличии определенных недостатков в практике планирования объемов переработки и выпуска продуктов обогащения. В настоящее время нет единой методики расчета планового баланса этих продуктов, которая основывалась бы на математическом моделировании процесса обогащения, позволяла прогнозировать выход товарных продуктов при заданном их качестве, включала оптимизацию режимов обогащения и, будучи реализованной на ЭВМ, давала возможность оперативно рассчитывать плановые показатели производства, оценивать его эффективность и проводить анализ производственной деятельности.

Этим обуславливается актуальность исследований, направленных на разработку такого рода методов.

Целью диссертационной работы является повышение научной обоснованности и стабильности разрабатываемых планов по объему переработки и выпуску цродуктов обогащения за счет определения показателей производства на основе моделирования технологического процесса и применения ЭВМ, более полного использования информационного обеспечения, проведения вариантных расчетов с меньшей трудоемкостью и, как результат, повышение эффективности производства.

В соответствии с поставленной целью в ходе исследования выполнялись следующие задачи: анализ существующей практики планирования объемов переработки и выпуска продуктов обогащения и имеющихся методических положений по расчету качественно-количественных показателей этих продуктовразработка научно обоснованной математической модели технологического процесса обогащения угля, обеспечивающей получение с помощью ЭВМ плановых показателей производстваобоснование целесообразности применения разработанной модели для создания методики расчета баланса продуктов обогащения по обогатительной фабрике и производственному объединениюоценка эффективности использования созданной модели при разработке планов производства и принятии плановых решений.

Связь работы с планом НИР" Исследования осуществлялись в соответствии с проблемой П92 305 пятилетнего отраслевого плана" Раз-работать и внедрить усовершенствованные методы планирования и рациональные системы хозяйственного механизма в угольной промышленности", в рамках которой выполнялась самостоятельная НИР 090I2I0000 тематического плана института ЦНИЭИуголь «Совершенствовать методическое обеспечение плановых расчетов баланса проектов обогащения по обогатительной фабрике и производственному объединению» .

Методика выполнения исследований базируется на трудах классиков марксизма-ленинизма, решениях партии и правительства по вопросам совершенствования планирования и управления в промышленности, методических и инструктивных материалах Госплана СССР и Минуглепрома СССР. При выполнении исследований использовался системный подход, охватывающий вопросы технологии обогащения и организации производства, учитывающий принципы формирования плановых показателей, а также математического моделирования. Модель разрабатывалась с применением элементов математической статистики (корреляция и регрессия), нелинейного программирования, методов решения задач на условный экстремум, градиентного метода и др. При этом использовались приемы группировок, сопоставлений, логических и расчетно-аналитических сравнений, выполнялся полный факторный эксперимент (ПФЭ).

Основная идея работы заключается в создании и реализации на ЭВМ математической модели технологического процесса обогащения угля, дающей возможность отображать большое разнообразие технологических схем фабрик, использовать имеющуюся характеристику сырьевой базы, включая ситовые и фракционные анализы углей, получать расчетные качественно-количественные характеристики продуктов и оптимальные режимы обогащения.

Достоверность научных положений и выводов диссертации обосновывается применением современных математических и инженерно-аналитических методов, содержанием и объемом представительной информации, адекватностью балансов, получаемых с помощью моделирования технологического процесса при соответствующих параметрах, и фактических результатов обогащения С по отчетным данным ряда обогатительных фабрик Донецкого и Кузнецкого бассейнов), результатами научных исследований, проводившихся по этой проблеме.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследования были доложены и обсуждены: на расширенном совещании сотрудников ИБЦ ПО «Ворошиловград-уголь», занимающихся подготовкой задач углеобогащения (1984 г.) — в дирекции по обогащению угля ПО «Ростовуголь» (1983 г.) — на совместном совещании сотрудников институтов ВШИУуголь и ЩШЭИуголъ по рассмотрению вопросов опытно-промышленной апробации и внедрения «Методики расчета баланса продуктов обогащения по обогатительной фабрике и производственному объединению» (1984 г.) — на секции Ученого совета ЦНИЭИуголь (1981, 1982, I9&3 и 1984 гг,).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в четырех работах, приведенных в конце автореферата.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, трех глав и заключения, содержит 148 страниц машинописного текста, 8 рисунков, 19 таблиц, список литературы по теме исследования из 98 наименований.

В соответствий с целью, задачами и методикой исследования: Во введении обосновывается выбор темы диссертации, раскрывается актуальность работы, научная новизна и практическая значимость, определяются цель и задачи исследования, приводится общая методика выполнения работы, ее связь с планом научных исследований и др.

В первой главе «Исследование практики планирования объемов переработки и выпуска продуктов обогащения» приведен анализ основных положений и методов планирования, освещены недостатки сушествующей практики планирования, рассмотрены тлеющиеся методические положения, на основе которых осуществляется расчет баланса продуктов обогащения, определены цель и задачи исследования.

Во второй главе «Совершенствование исходных методических положений по формированию модели процесса для расчета баланса продуктов обогащения» рассмотрены исходные методические положения и принципы формирования модели технологического процесса, изложены методы получения аналитических зависимостей для представления е модели характеристик исходного угля, приведена разработанная процедура оптимизации режимов обогащения угля для случая, когда на процедуры обогащения задана единая зольность и для случая, когда зольность задается по сортам.

В третьей главе «Разработка модели процесса и оценка результатов расчета баланса продуктов обогащения, получаемых на ее основе», приведены формализованные описания основных технологических операций, включенных в модель, изложен и обоснован алгоритм расчета баланса продуктов обогащения и обоснованы методы оценки эффективности применения разработанной модели при формировании планов производства.

ВЫВОДЫ.

I. На основе разработанных методических положений и математического аппарата определения оптимальных показателей сформирована математическая модель технологического процесса, которая реализована в виде алгоритма и программного обеспечения для расчетов на ЭВМ.

2. Многократная экспериментальная проверка адекватности расчетов показала надежность модели и хорошую сходимость результатов. Надежность получаемых при расчетах результатов проверялась сравнением балансов, определенных с помощью моделирования процесса и фактических на фабриках. Расхождение по выходу продуктов составляет не более I %.

3. Исследованы и определены закономерности влияния на выход концентрата основных параметров модели: погрешности разделения (вероятного отклонения) и показателей качества и зольности шлама. Даны рекомендации по применению расчетной информации при формировании планов производства и обосновании принимаемых плановых решений.

4. Экономическая эффективность применения разработанной модели при формировании планов производства может быть оценена снижением трудоемкости расчетов плановых балансов продуктов обогащения и увеличением обоснованности плановых показателей, а также повышением эффективности работы фабрики за счет реализации рекомендаций, мероприятий, базирующихся на полученных оптимальных показателях.

5. Оценка экономической эффективности принимаемых плановых решений обосновывается эффектом от увеличения выхода товарных продуктов обогащения, получаемого за счет выбора рационального варианта баланса при соответствующих технических уровнях процесса и области использования плановых решений.

6. В качестве укрупненной экономической оценки эффективности плановых решений используется прирост прибыли и производительности труда.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Решениями ХХУ1 съезда КПСС и последующих пленумов ЦК КПСС предусматривается значительное повышение эффективности производства за счет совершенствования системы управления экономикой. В этой связи намечена реализация целого комплекса мероприятий, в том числе повышение научной обоснованности планов производства и использование при их разработке оптимальных решений, получаемых на базе широкого применения экономико-математического аппарата и ЭВМ.

Совершенствование планирования и оптимизация показателей плана производства имеют важное значение как для угольной промышленности в целом, так и для ее подотраслей, в частности — углеобогащения.

2. Ограниченное применение научно обоснованных методов расчета и ЭВМ при разработке планов по объему переработки и выпуску продуктов обогащения с одной стороны и грамотная трудоемкость расчетов при определении оптимальных показателей баланса с другой, предопределили практику планирования, при которой плановые задания определяются корректировкой фактических данных за предшествующий период (планирование по базе) или на основе экспертных оценок. Разработанные таким образом планы производства отличаются недостаточной обоснованностью и не могут стимулировать повышение эффективности производства.

3. В настоящее время нет единой методики расчета планового баланса этих продуктов, которая основывалась бы на математическом моделировании процесса обогащения, позволяла прогнозировать выход товарных продуктов при заданном их качестве, включала оптимизацию режимов обогащения и, будучи реализованной на ЭВМ, давала возможность оперативно рассчитывать плановые показатели производства, оценивать его эффективность и проводить анализ производственной деятельности.

4. Повышение научной обоснованности и стабильности разрабатываемых планов по объему переработки и выпуску продуктов обогащения достигается за счет определения показателей производства на основе моделирования технологического процесса и применения ЭВМ, более полного использования информационного обеспечения, проведения вариантных расчетов с меньшей трудоемкостью и, как результат, повышение эффективности производства.

5. Математическая модель процесса обогащения формируется с учетом следующих требований: она должна быть достаточно обобщенной и отражать все многообразие схем обогатительных фабрик, включать описание минимального, но достаточного для обеспечения необходимых преобразований характеристик угля числа технологических операций, моделировать процесс при оптимальных режимах обогащения и обеспечивать заданное качество конечных товарных продуктов.

6. Надежное моделирование большого разнообразия имеющихся схемных решений достигается объединением обогатительных фабрик в две основные группы. В качестве обобщающего признака отнесения фабрики в одну из этих групп служит информация о зольности выпускаемых ею продуктов. К первой группе относятся фабрики, которые выпускают концентрат с единой нормой зольности, ко второй — выпускающие сортовое топливо с Нормой зольности на каждый сорт.

7. Разграничение технологических схем на две основные группы обеспечило разработку основных методических полохеений, на основе которых формируется модель. В частности, сформулированы принципы моделирования процесса обогащения сортового топлива, обусловившие определенный порядок описания в модели технологических операций и включение дополнительных, которых в реальных технологических схемах нет.

8. Весь объем используемой при моделировании информации разделяется по функциональным признакам на две группы: переменные состояния и переменные управления. К переменным состояния относятся ситовые и фракционные анализы угля, подлеясащего обогащению, долевое участие шахт (пластов), составляющих сырьевую базу фабрики и др. К переменным управления относятся показатели, характеризующие каждую включенную в модель технологическую операцию: информация о дроблении крупного класса угля, КПД классификации, показатели шламообразования, погрешность разделения (вероятные отклонения). Они выступают в качестве преобразователей качественно-количественных характеристик исходного угля и одновременно являются параметрами модели.

9. Характеристики обогатимости угля представляются в модели зависимостями, являющимися аналогами кривых обогатимости Ан-ри. Для их получения фракционный состав углей, определенный экспериментально при полном наборе тяжелых жидкостей или полученный при ограниченном их числе и дополненный интерполяцией и экстраполяцией недостающих значений, рассматривается как таблично заданная функция и аппроксимируется определенной эмпирической формулой. Определение вида этой формулы выполняется с учетом обеспечения необходимой адекватности и устойчивости ее при моделировании большого многообразия фракционных составов углей. В результате проведенных исследований установлено, что надежные результаты аппроксимации обеспечивает парабола второго порядка.

10. Важной составной частью математической модели технологического процесса обогащения угля является оптимизация режимов гравитационного обогащения. Методически процедура оптимизации реализуется в зависимости от принадлежности технологической схемы к одной из двух групп. Для фабрик, выпускающих концентрат с единой нормой зольности, процедура оптимизации базируется на правиле максимального выхода. Оптимизация на основе этого правила дает возможность получать при раздельном обогащении машинных классов максимальный выход общего концентрата заданной зольности.

11. Методической основой построения оптимизации режимов обогащения для технологических схем углеобогатительных фабрик, выпускающих сортовое топливо, является допущение, что Есе крупно-средние сорта обогащаются самостоятельно, являясь машинными классами. Т. е. моделируется обогащение стольких машинных классов, сколько сортов обогащается фабрикой.

12. Сформулированная задача оптимизации хорошо вписывается в классическую задачу об условном экстремуме и решается градиентным методом. За счет минимизации невязки функции отклика и ог-раниячения на качество реализован градиентный метод с направленным спуском, обеспечивающий достижение области оптимума за незначительное число шагов приближения.

13. На основе разработанных методических положений и математического аппарата определения оптимальных показателей сформирована математическая модель технологического процесса, которая реализована в виде алгоритма и программного обеспечения для расчетов на ЭВМ. Многократная экспериментальная проверка адекватности расчетов показала надежность модели и хорощую сходимость результатов. Достоверность результатов определялась сопоставительными расчетами по ряду обогатительных фабрик Донецкого и Кузнецкого бассейнов. В общей сложности расчеты и анализ результатов были выполнены по 12 фабрикамВычисленные при определенных параметрах модели качественно-количественные характеристики продуктов обогащения отличаются от фактических по выходу не более чем на I процент.

14. Исследованы и определены закономерности влияния на выход концентрата основных параметров модели: погрешности разделения и показателей качества и зольности шлама. С использованием методов имитационного моделирования и планирования эксперимента выполнен анализ влияния на выход концентрата величины погрешности разделения «I определена зависимость и построены ее графики. При оценке влияния параметра «Г «учитывалось, что в реальных условиях производства могут иметь место непостоянство гранулометрического состава угля, неудовлетворительное состояние обогатительных машин и технологии, непредвиденные остановки оборудования и т. п. С учетом этого погрешность разделения «I «рассматривается как интегральный параметр, характеризующий общую технологическую эффективность обогащения.

С помощью ПФЭ установлен вид уравнения регрессии, описывающего закономерность влияния показателей количества и зольности шлама на выход концентрата.

15. Даны рекомендации по применению расчетной информации при предплановой проработке и формировании планов производства, обосновании принимаемых плановых решений и мероприятий по совершенствованию управления производством.

16. Экономическая эффективность применения разработанной модели при формировании планов производства может быть оценена снижением трудоемкости расчетов плановых балансов продуктов обогащения и увеличением обоснованности плановых показателей, а так же повышением эффективности работы фабрики за счет peaлизации рекомендаций и мероприятий, базирующихся на полученных оптимальных показателях.

17. На основе проведенных исследований разработана «Методика расчета баланса продуктов обогащения по обогатительной фабрике и производственному объединению», утвержденная Минуглепромом СССР. Методические положения и алгоритм расчета включены в технический и рабочий проекты комплекса задач системы планирования производства и управления работой Нерюнгринской обогатительной фабрики.