книги / Современная теория ленточных конвейеров горных предприятий

32.Проников А.С. Надежность машин. — М.: Машиностроение, 1978. —

591 с.

33.Прохоров С М . Исследование работоспособности роликов ленточных конвейеров и пути ее повышения: Дис. канд. техн. наук. — Кривой Рог, 1979. — 178 с.

34.Прохоров Ю.В., Розанов Ю.А. Теория вероятностей. — М.: Наука,

1973. — 524 с.

ЪЪ.Рвачев В Л. Геометрические приложения алгебры логики. — Киев: Техника, 1967. — 212 с.

36.Серый В.П., Норенко И.И. Расчет шарнирных узлов ленточных кон­ вейеров с учетом надежности // Сб.: Шахтный и карьерный транспорт. Вып. 5.

—М.: Недра, 1980. — С. 5&—63.

37.Сухарев К П . Прочность шарнирных узлов машин. Справочное посо­

бие. — М.: Машиностроение, 1977. — 254 с.

38. Спиваковский А.О., Дмитриев В.Г. Экспериментальные и теоретиче­ ские исследования ленточных конвейеров с подвесными роликоопорами. — В кн.: Горное производство. Вопросы конвейерного транспорта. Вып. 46. — М., 1975. — С. 53— 59.

39.Смазочные материалы: Справочник. — М.: Машиностроение, 1989.

—217 с.

40.Титов А.А. Исследование и создание роликов с долгодействующей

смазкой для ленточных конвейеров горно-добывающей промышленности:

Ди с .... канд. техн. наук. — Киев, 1975. — 209 с.

41.Трение, изнашивание и смазка: Справочник. Т.2. / Под ред. И.В. Крагельского. — М.: Машиностроение. 1978.

42.Шахмейстер Л.Г., Дьяченко В.П. Влияние системы технического об­ служивания роликоопор на надежность ленточного конвейера // Изв. вузов.

Горный журнал. — 1979. — № 2. — С. 118— 124.

43.Шахмейстер Л.Г., Дмитриев В.Г. Вероятностные методы расчета транспортирующих машин. — М.: Машиностроение, 1983. — 256 с.

44.Яхонтов Ю.А. Установление метода и средств обеспечения устойчи­ вого движения ленты конвейера при транспортировании насыпных грузов на

горных предприятиях: Д и с .... канд . техн. наук. — М., 1974. — 150 с.

45. Lubrich W. Gedanken uber die Mashinentecnik Entntwicklung grobere Gurtforderer // Braunkchole, Warme und Energie. — 1970. — № 11. —

S.361— 363.

46.Winkel M . Tragrollen fur Gurtforderer-Entwick-lund und heuter Stand // Forden und Heben. — 1965. — № 4.

=1

»

1

ОЦЕНКА

ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ И МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ

____ II_____________________________

12.1. ПРОБЛЕМА СТРУКТУРИЗАЦИИ МОДЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Проблема оценки эффективности работы транспортных машин и комплексов на горных предприятиях актуальна не только в связи с необходимостью рационального использования материальных ресурсов, но и потому, что они, являясь интегри­ рующим звеном в технологической схеме предприятия, во мно­ гом определяют устойчивость его работы.

Целью моделирования эффективности любой технической системы (ТС) является обоснование ее параметров, т.е. доопреде­ ление системы взаимозависимостей между этими параметрами и требованиями к ТС для однозначного определения числовых ха­ рактеристик ТС. Наибольшее распространение получил оптими­ зационный подход, при котором недостающие связи находят из условий экстремума некоторых целевых функций. Оптимизации параметров ленточных конвейеров горных предприятий или их отдельных узлов посвящено достаточно много научных работ. При этом зачастую рассматривают конвейер как сложную систе­ му, а задачу оценки эффективности подменяют поиском новых физических связей между его параметрами и ограничений на их значения, усложняющих расчетную схему конвейера как физиче­ ской системы. Результаты таких расчетов носят неустойчивый характер из-за большого количества содержащихся в них зависи­ мостей в виде ограничений. Хотя ленточный конвейер по обще­ принятой в общей теории систем классификации не является сложной системой, деятельность исследователей, проектировщи­ ков, изготовителей и эксплуатационных служб нескольких иерар­ хических уровней, в которую он включен (в том числе и деятель­ ность по оценке эффективности) является сложной. Таким обра­ зом, сложная система — система моделей ленточного конвейера, которые используются на разных стадиях его создания и эксплуа­ тации. Поэтому на первый план выдвигаются методологические проблемы моделирования эффективности и оптимизации пара­ метров ленточных конвейеров.

мизации. Кроме того, между этими показателями существуют сложные косвенные связи (как и между параметрами конвейера, и условиями его эксплуатации), создающие проблему мульти­ коллинеарности переменных при анализе результатов оптими­ зации (избыточность множества переменных вследствие дубли­ рования одними из них других), что не позволяет однозначно их интерпретировать. Следовательно, необходимо соотнесение указанных показателей с определенными иерархическими уров­ нями функционирования конвейера и транспортно-технологи­ ческого комплекса в целом.

Нужно отметить также, что форма используемых экономи­ ческих показателей, которые носят комплексный характер, долж­ на обеспечивать соотнесение их значений с изменением конкрет­ ных конструктивных и режимных параметров конвейера.

12.2. СОПОСТАВЛЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Согласно общей теории эффективности ТС [2], критерий эффективности — это правило выработки суждения об эффек­ тивности ТС и сравнения ее вариантов на основе некоторого комплекса показателей эффективности. Показатели эффектив­ ности ТС, в свою очередь, отражают полезность системы, соот­ несенную с затратами ресурсов (хотя и не исчерпываются ею). Полезность ТС оценивается путем проецирования показателей качества ТС на ее цели. Показатели качества ТС отражают ее свойства, определяемые функциональным назначением. Заме­ тим, что в технической литературе, в том числе и по оптимиза­ ции параметров ленточных конвейеров, зачастую отождествля­ ют понятия «критерий эффективности» и «показатель эффек­ тивности», что неверно.

В любом случае решение задачи оптимизации начинается с разработки обоснованной системы показателей эффективности ТС. В связи с этим различают две альтернативные концепции исследования эффективности ТС [3]: телеологическую и естест-

отражающих законы механики, и требует многоуровневой сис­ темы принятия оптимальных решений. В теории сложных сис­ тем описанный выше процесс построения показателей эффек­ тивности характеризуют как процесс извлечения меры (эталона) для оценки эффективности системы из нее самой («внутренней» меры эффективности). Заметим, что эту задачу нужно решать и применительно к процессу измерения взаимодействия системы с внешней средой. Последняя задача оказывается сложнее, так как формирование воздействий внешней среды включено в бо­ лее широкую область деятельности и зачастую их описание возможно лишь статистическими методами.

Обычно используют различные подходы к решению этой задачи, например:

•задание целевого множества в виде множества предель­ ных (эталонных) значений «естественных» мер эффективности (например, для подъемной машины предельным значением за­ трат энергии является полезная работа, равная произведению силы веса груза на высоту его подъема; к сожалению, при транспортировании груза по горизонтали такая мера неприме­ нима);

•«нормативный» подход, при котором эталонные значе­ ния показателей эффективности ТС принимаются на основе нормативных документов, экспертных оценок или наивысших достижений промышленности (здесь в качестве эксперта высту­ пает сложившаяся практика).

Выявление «естественных» эталонов возможно обычно лишь на уровне физических моделей функционирования узлов машин. На более высоких уровнях проявляется свойство много­ функциональности ТС и разнокачественности ее функциональ­ ных характеристик (например, наклонный конвейер осуществ­ ляет и перемещение, и подъем груза одновременно; первый процесс характеризуется транспортной работой, а второй — ме­ ханической работой подъема груза, имеющими разную физиче­ скую размерность).

«Нормативный» подход является, по сути, вынужденным обходным путем: решение проблемы переадресовывается неко­ торой третьей стороне. При этом цели заведомо привязываются

(задана производительность, а оптимальная длина конвейера, видимо, соответствует максимально возможной при современ­ ном уровне техники), а для второй нет обоснованного эталона.

Отметим, что ленточный конвейер является обслуживаю­ щей системой, большинство его параметров в процессе эксплуа­ тации не может изменяться, поэтому стандартные концепции определения оптимальной производительности или единичной мощности машины и оптимального управления рабочим режи­ мом для обоснования параметров ленточного конвейера оказы­ ваются неприменимыми.

При этом все же предпринимаются попытки, насколько это возможно, развернуть алгоритм расчета в простую цепь с внут­ ренними циклами уточнения искомых значений параметров конвейера. Возможность разработки последовательного много­ уровневого алгоритма оптимизации параметров ленточного конвейера, представимого в виде графа-цепи или линейного де­ рева, является весьма привлекательной. При таком алгоритме возможны анализ и вмешательство проектировщика в процесс оптимизации на любом шаге, а также запуск процесса оптими­ зации с любого промежуточного шага, в зависимости от решае­ мой задачи. Представляется, что эту проблему можно решить на основе синтеза двух обобщенных многоуровневых схем оптими­ зации технических систем (ТС), отражающих в «чистом» виде крайние точки зрения, которые можно условно назвать «индуктивной» и «дедуктивной» схемами (с точки зрения логи­ ческого построения).

Первый, «индуктивный» подход известен также как метод оптимальных стоимостных характеристик [5]. Для определения стоимостных характеристик (СХ) строят морфологическую структуру ТС в виде графа-дерева, включающего все альтерна­ тивные варианты построения ТС из подсистем, ее подсистем — из более мелких структурных единиц и т.д. Граф-дерево дост­ раивается до одинаковой длины по всем ветвям путем повтора концов коротких ветвей. Если задача оптимизации иерархиче­ ская изначально, то возможно построение функциональной схе­ мы ТС, совпадающей с морфологической. Математическая мо­ дель такой системы содержит технические параметры всех под­

систем, причем подсистемы некоррелированы, т.е. модели двух подсистем одного иерархического уровня не содержат ни одно­ го общего параметра. В случае коррелированности двух подсис­ тем их объединяют в одну подсистему высшего уровня, дост­ раивая затем соответствующую ветвь графа-дерева до общей глубины. Затем для концевых элементов графа записывают за­ висимости показателей эффективности (не обязательно стоимо­ стных) от их параметров, т.е. стоимостные характеристики, ап­ проксимируя их широко используемой в экономических науках функцией Кобба-Дугласа, представляющей собой произведение степеней параметров. Показатели степени, с которыми различ­ ные параметры входят в это произведение, определяют обычно методом наименьших квадратов. На основании СХ низших эле­ ментов ТС строят СХ для высших путем сложения их характе­ ристик, прибавляя к ним «узловую стоимость», учитывающую, например, что стоимость узла больше, чем просто сумма стои­ мостей его элементов. Суммарные СХ также аппроксимируют функциями Кобба-Дугласа.

Чтобы размерность (число переменных) СХ подсистем не росла с повышением их иерархического уровня, для каждой подсистемы вводят свои параметры, выражаемые через пара­ метры ее элементов. Тогда СХ подсистемы может стать даже одномерной. Если имеются варианты исполнения элементов подсистемы, то для построения ее СХ отбирают такие сочетания параметров элементов, которые обеспечивают при всех значе­ ниях главного параметра подсистемы наименьшие значения ее СХ. Такая СХ называется оптимальной (OCX). В конечном сче­ те для всей ТС получается OCX, полученная фактически мето­ дом прямого перебора вариантов исполнения всех ее элементов. Использование функций Кобба-Дугласа позволяет легко про­ анализировать вклад каждого элемента в СХ всей системы.

Примером «дедуктивного» подхода является метод оптими­ зации ТС по обобщенным параметрам [6]. Этот метод основан на иерархической системе так называемых обобщенных пара­ метров ТС, в качестве которых принимаются номинальные зна­ чения (значения при идеальных условиях эксплуатации) основ­ ных результирующих факторов, характеризующих эффектив­