Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 681.5.015:622.6

Кременчугский университет экономики, информационных технологий и управления

Выбор и совершенствование критериев эффективности использования карьерного автотранспорта

Левыкин В.М., Шевченко И.В.

Аннотация

В работе исследована структура и функционирование транспортно-технологического комплекса карьера, сформулирована цель оперативного управления транспортом, разработан комплекс критериев эффективности функционирования при использовании автоматизированной системы оперативно-диспетчерского управления.

Ключевые слова: карьерный автотранспорт, автоматизированная система оперативно-диспетчерского управления, комплекс критериев эффективности.

Автоматизированная система оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ) карьерным автотранспортом решает нескольких функциональных задач, а именно - задачу управления грузопотоками, задачу динамической маршрутизации транспортных средств, задачу комплексной оценки эффективности функционирования транспортно-технологического комплекса (ТТК) [1]. Существующие системы [2,3,4] обеспечивают диспетчера ТТК большим количеством данных по параметрам движения автосамосвалов и работе экскаваторов, но не решают задачу автоматизированного регулирования грузопотоков в реальном времени и динамической маршрутизации автосамосвалов с учетом меняющейся обстановки, требований ритмичности поставок и минимизации потерь от простоев и холостых пробегов.

Решение указанных задач невозможно без тщательного изучения функционирования ТТК как звена логистической цепи горно-обогатительного производства и определения критериев качества функционирования этого звена на системном и локальном уровнях. Рациональный выбор критериев для оптимизации хода технологического процесса и оценки качества функционирования ТТК позволяет эффективно решать функциональные задачи оперативно-диспетчерского управления и принимать обоснованные решения при изменении режимов работы комплекса.

Функционирование ТТК и сущность задач оперативно-диспетчерского управления

Транспортно-технологический комплекс состоит из объектов погрузки ОП_i, i=1…n, объектов разгрузки ОР_j, j=1..m, транспортных средств (автосамосвалов) ТС, =1…z, (которые различаются по грузоподъёмности) и характеризуется множеством параметров Х, входящих в модель ТТК Х = <Х_опi, Х_орj, Х_тс>.

Транспортная сеть представляется моделью следующего вида: М_ТС = <G(B,K), L_ТС>, где G(B, K) - ориентированный граф (рисунок 1) с двумя подмножествами вершин B_I={b_п1,…,b_пn}, B_J= {b_р1,…,b_рm} и множеством дуг K = {k_ij}, i=1..n, j=1..m. L_ТС - множество параметров транспортной сети.

На рисунке 2 приведена замкнутая схема транспортирования груза.

Каждый объект погрузки ОП_i формирует грузопоток интенсивностью q_it_k, где t_k - интервал времени, выбираемый диспетчером. Множество транспортных средств Z^Г Z транспортирует груз на каждый из объектов разгрузки ОР_j в количестве Q ^j. Если объектом разгрузки является обогатительная фабрика, то на ней осуществляется смешение руды из разных забоев для достижения требуемого усреднённого качества продукта ₀. После разгрузки диспетчер осуществляет переадресацию каждого порожнего (свободного) автосамосвала из множества Z^ПZ к одному из пунктов погрузки ОП_i.

Таким образом, имеются грузопотоки, подлежащие планированию, контролю и управлению и два встречных потока транспортных средств, которые также должны контролироваться и распределяться для достижения некоторой цели оперативного управления.

Пусть цель управления определяется выражением:

W(S) = М {W₀ ^t( S)} max , (1)

где S - стратегия управления, определяемая как множество управляющих воздействий U ; М - математическое ожидание показателя эффективности W₀ ^t функционирования ТТК при использовании выбранной стратегии на интервале (0…t).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача оперативно-диспетчерского управления ТТК формулируется как выбор оптимальных уровней грузопотоков и маршрутов перевозок с учетом некоторого критерия на заданном интервале времени при функционировании ТТК в условиях случайных воздействий факторов внешней среды.

Поскольку в настоящее время применяются различные критерии для оценки эффективности функционирования ТТК, [2,3,5] при разработке АСОДУ необходимо предусмотреть для диспетчера возможность выбора локальных критериев для регулирования грузопотоков и маршрутизации ТС в режиме реального времени, а также критериев для интегральной оценки эффективности функционирования ТТК за прошедший период с начала смены. В настоящей работе предлагается комплекс критериев, удовлетворяющий поставленным условиям.

Комплекс критериев качества функционирования ТТК

Специфика отдельных функциональных задач АСОДУ требует применения различных критериев оценки и оптимизации, поэтому важно не только правильно выбрать отдельные критерии, но и согласовать их применение с системной точки зрения.

Разрабатываемая АСОДУ использует ряд критериев:

1. Критерий минимизации отклонения от заданного усредненного показателя качества руды. Отклонение от заданного показателя качества влечет за собой значительные убытки [6], поэтому при оперативном динамическом планировании грузопотоков, идущих непосредственно на обогатительную фабрику, этот критерий применяется как целевая функция [3], либо входит в модель в виде ограничения:

, (2)

где _j - предполагаемый (в случае планирования маршрута ТС) или реально полученный (в случае оценки результата) коэффициент смешения руды для объекта разгрузки ОРj. При использовании в качестве целевой функции критерий минимизирует разность между плановым усреднённым коэффициентом смешения ₀ для всех ОР, и предполагаемым (или реальным) коэффициентом смешения для всех ОР, при условии выполнения текущего плана распределения ТС по маршрутам.

2. Критерий минимизации транспортных расходов. Поскольку при планировании грузопотоков на следующий период t_k мы не можем непосредственно влиять на ритмичность поступления грузов, а, следовательно, и на «мгновенные» значения качества ₀ , то в качестве функции цели примем не максимум прибыли от реализации продукции [2], а условные транспортные расходы, прямо зависящие от расстояния пробега ТС:

, (3)

где q_ij - объём перевозок по маршруту ij; S_ij - расстояние пробега от i-го экскаватора до j-го объекта разгрузки.

3. Критерий ритмичности работы ТТК. Под ритмичностью будем понимать строгое соблюдение сменного графика доставки руды к воронкам обогатительной фабрики, к перегрузочным площадкам, а также доставки породы к дробильным агрегатам. Будем считать, что график отгрузки и потребления груза от i-го объекта j-м объектом является линейным от времени в текущем режиме k. Тогда критерий ритмичности можно определить следующим образом:

, (4)

где t - текущее время с начала смены; t^С - длительность смены; Q^t_плij` - плановое значение на момент времени t.

4. Критерий суммарного времени простоев транспортных средств и экскаваторов:

W_t = ₁W_t^ТС + ₂W_t^Э, (5)

где ₁, ₂ - весовые коэффициенты, причем ₁+₂=1. Данный критерий может применяться как для контроля функционирования ТТК так и для локальной оптимизации работы ТТК, если в этом возникает необходимость.

5. Интегральный критерий оценки эффективности функционирования ТТК [5] , включающий в себя взвешенные величины - критерии 1, 3, 4:

, (6)

где w₁+w₂+w₃=1. Указанный критерий может объективно отражать качество оперативно-диспетчерского управления за истекший с начала смены период и при необходимости его легко интерпретировать в системе нечетких лингвистических оценок.

6. Критерий условной прибыли W_Р. В контексте данной работы критерий может использоваться как альтернативный для оценки эффективности функционирования ТТК за истекший с начала смены период.

Выбор того или иного критерия зависит от особенностей решаемой функциональной задачи, от предпочтений руководства и может быть осуществлен как автоматически, так и по желанию диспетчера.

Поскольку критерий условной прибыли является наиболее сложным для построения, рассмотрим данный критерий более подробно.

Выделим множество основных технологических и временных параметров ТТК, которые оказывают непосредственное влияние на прирост условной прибыли за время одного рейса автосамосвала с грузоподъёмностью g : ₀, - усреднённый показатель качества руды; t_эо, - время ожидания экскаватором прибытия автосамосвала под погрузку; t_риi - время погрузки (включая время маневра); t_в - время выгрузки автосамосвала (включая время маневра); t_пр, - время пробега автосамосвала от экскаватора до фабрики или обратно; t_о - время ожидания погрузки в очереди к экскаватору.

Исследуем связь указанных выше параметров с критерием условной прибыли. Определим величину условной прибыли W_Р как

W_Р = Ц_п - С_п , (7)

где Ц_п и С_п - соответственно оптовая цена и себестоимость продукции, полученной в результате работы ТТК за определённый период времени.

На основе методики определения экономических показателей [5] и анализа параметров функционирования ТТК определим аналитическое выражение для цены Ц_п и себестоимости С_п в зависимости от качественных и технологических параметров ТТК.

Оптовая цена Ц_п зависит от коэффициента фракции К_ф и показателя качества отгруженной продукции _к.

Если первый фактор определяется режимом дробления на фабрике и практически не зависит от оперативного управления ТТК, то второй фактор в значительной степени определяется графиком транспортировки сырья из n забоев с различным показателем качества _i , i=1..n и, следовательно, зависит от оперативно-диспетчерского управления ТТК.

Предполагаемая (проектная) цена добытого за учетный период полезного ископаемого равна:

,(8)

где Ц_1и - цена 1 тонны полезного ископаемого с качеством _i; К - поправочный коэффициент стоимости 1 т полезного ископаемого в зависимости от среднего показателя качества ₀; Q_гмi - суммарное плановое количество горной массы (вскрыши и полезного ископаемого) для i-го объекта ОП; Q_пзi - плановое задание i-му объекту ОП по добыче породы на данный период времени.

Определим величины К, Q_гмi, Q_пзi.

Будем предполагать, что для полезного ископаемого характеристика К=f() является линейной:

К = 1-с(₀ - _i) ,(9)

где с - крутизна характеристики,

, (10)

где z_ri - количество автосамосвалов грузоподъемности g_r, погруженных i-м объектом ОП за учетный период, R -количество типов автосамосвалов различной грузоподъёмности.

Время t_риi работы по погрузке полезного ископаемого из-за наличия непроизводительных простоев экскаватора в ожидании автосамосвала определяется как

t_риi = t_i - t_эоиi ,(11)

где t_i - время, прошедшее время с начала смены, а величина t_эоиi накапливается как сумма:

, (12)

где t_оiиk - время ожидания i-м экскаватором -го автосамосвала на k-м рейсе под погрузку =1..w, k=1..h.

Тогда суммарное количество добытой i-м экскаватором горной массы за учетный период t_i при производительности экскаватора G_i равно

Q_гмi = G_i(t_i - t_эопi - t_эоиi) , (13)

где t_эопi - накапливаемое время ожидания i-м экскаватором автосамосвала под погрузку породы, равное

,(14)

где t_эопik - время ожидания i-м экскаватором, работающем на вскрыше, -го автосамосвала на k-м рейсе, i=1..n, =1..v, k=1..f.

Для выполнения экскаватором планового задания Q_пзi по вскрыше необходимо затратить рабочее время t_рпi , то есть:

Q_пзi = G_it_рпi. (15)

Уравнение (8) для определения предполагаемой цены с учетом уравнений (9) - (15) можно представить в следующем виде:

,(16)

где - поправочный коэффициент, учитывающий разницу в стоимости 1-го часа работы и простоя экскаватора (<1).

Далее определим полную цеховую себестоимость С_п как

С_п = С_иQ_и+ С_пQ_п+Д ,(17)

где С_и, С_п - себестоимость добычи 1т полезного ископаемого и 1т породы; Q_и- общее количество добытого за период t полезного ископаемого; - общее количество вывезенной в отвал породы за тот же период; Д - независимая составляющая цеховой себестоимости (электроэнергия, материалы и пр.).

Соотношение добытых объёмов породы Q_п и полезного ископаемого Q_и определяется усреднённым коэффициентом погашения вскрыши К_Q = Q_пQ_и, величина которого меньше единицы и является постоянной для данного карьера, тогда уравнение (17) можно записать в следующем виде:

С_п = С₁Q_и+Д, (18)

где С₁ = С_1и+С_1пК_в - себестоимость 1т полезного ископаемого с учетом затрат на вскрышу.

Величину С₁ можно определить через затраты на проведение работ, необходимых для добычи Q_и тонн полезного ископаемого

С₁ = (С_пр+Р_э+С_тр+ З)Q_и , (19)

где С_пр - стоимость подготовительных работ по добыче горной массы (буровзрывные работы и др.); Р_э - расходы по содержанию и эксплуатации экскаваторов карьера, занятых на добыче и погрузке горной массы в забоях; С_тр - стоимость транспортировки горной массы; З - расходы на зарплату и отчисления на неё.

При оперативном управлении ТТК из слагаемых правой части уравнения (19) может изменяться только стоимость С_тр, которая состоит из стоимости пробега С_при груженого автосамосвала, стоимости холостых пробегов от объектов разгрузки к объектам погрузки С_прх и стоимости простоя С_о в ожидании погрузки или разгрузки.

Стоимость пробега автосамосвала грузоподъёмностью g, гружённого полезным ископаемым, определяется как

, (20)

где b - стоимость перевозки 1т груза на расстояние 1 км; S_ijk - расстояние пробега -го автосамосвала в k-м рейсе от i-го экскаватора до j-го пункта разгрузки; V_ik , t_приik - скорость и время пробега -го автосамосвала в k-м рейсе от i-го до j-го пункта разгрузки; х_ij = 1, если рейс между пунктами i и j имеет место и х_ij = 0 в противном случае.

Стоимость холостого пробега автосамосвала определяется по формуле

, (21)

где S_jik - расстояние пробега -го автосамосвала в k-м рейсе от j-го объекта разгрузки до i-го объекта погрузки; V_jik , t_прхjik - скорость и время пробега -го автосамосвала в k-м рейсе от j-го объекта разгрузки до i-го объекта погрузки; - поправочный коэффициент, учитывающий разницу в стоимости перевозки 1т груза и холостого пробега автосамосвала (<1); y_ji = 1 если рейс между пунктами j и i имеет место и y_ji = 0 в противном случае.

Для вычисления стоимости простоя автосамосвала введём поправочный коэффициент учитывающий разницу в стоимости перевозки 1т груза и простоя автосамосвала (<1) получим:

, (22)

где t_оиik - время простоя -го автосамосвала в k-м рейсе у i-го экскаватора.

Стоимость транспортирования полезного ископаемого с учетом уравнений (20), (21), (22) равна:

. (23)

Стоимость транспортирования породы определяется уравнением, аналогичным уравнению (21):

,(24)

где t_прпjik, t_опik - времена пробега автосамосвала, гружённого породой, в отвал и ожидания погрузки породой у экскаватора.

Таким образом, модель определения полной себестоимости перевезенного самосвалом грузоподъемности g полезного ископаемого имеет вид:

(25)

Данная модель может использоваться для вычисления транспортных расходов при планировании перевозок породы в отвалы, перевозок руды на склады (ритмичность можно не соблюдать), а также при динамическом планировании распределения освободившихся транспортных средств по пунктам погрузки. В последнем случае значение х_ij =0.

Подставив в уравнение (7) значения Ц_опт и С_п согласно уравнениям (15) и (25) получим следующее уравнение для определения условной прибыли для одного рейса автосамосвала с грузоподъемностью g :

(26)

Таким образом, при оперативном управлении ТТК на величину условной прибыли (26) оказывают влияние следующие параметры:

₀, t_эоиik, t_эопik, t_приik, t_прпik, t_оиik, t_опik, t_прхjik ,

что должно быть учтено при разработке информационной модели АСОДУ.

В отличие от модели определения условной прибыли в [2] в данной модели учтены затраты на холостые пробеги порожнего транспорта и упрощен раздельный учет груженых и холостых рейсов путем введения логических переменных х_ij и у_ji.

Выводы

В работе исследована структура и функционирование транспортно-технологического комплекса карьера, сформулирована цель оперативного управления транспортом, разработан комплекс критериев для всесторонней оценки качества функционирования ТТК, позволяющий повысить гибкость оперативного управления и оценивать как эффективность функционирования ТТК, так и эффективность управления с различных точек зрения в течение смены в реальном масштабе времени.

Литература

1. Модель автоматизированной системы оперативно-диспетчерского управления карьерным автотранспортом В.М Левыкин, И.В. Шевченко// Нові технології. 2005. - № 4(10). с.68-72.

2. Легостаев В.Г. Разработка и исследование методов эффективного управления транспортно-технологическими комплексами с использованием информационно-управляющих систем. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Харьков. 1979 г.

3. АСУ горнотранспортными работами ГОКа «Эрдэнэт». Г. Маматов, В.А. Коннов. Механизация и автоматизация производства. № 11, 1991. с. 39-42.

4. Автоматизированная система слежения на основе спутниковой навигации. Диспетчеризация мобильного оборудования карьера. Техническое описание. НВК «ВИСТ». М.: 2001 г.

5. Научное обоснование планов работы карьерных автохозяйств З.С. Стеханова, А.А. Букреев. Изв. вузов. Горный журнал. - 1990. № 2, с.60- 62.

6. Определение параметров систем усреднения качества руд на горно-обогатительных комбинатах В.Ф. Бызов, И.И. Максимов, Ю.Г. Вилкул. Изв. вузов. Горный журнал. - 1982.- с.59-63.

Размещено на Allbest.ru