Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА 1 ПРОБЛЕМЫ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД НА
КАРЬЕРАХ ВЗРЫВОМ 12
1.1 Разрушение горных пород взрывом как производственный процесс открытой»
горной разработки 13;
Производственные процессы открытой горной разработки 13
Подготовка горных пород к выемке буровзрывным способом 15
Расчёт параметров производства разрушения горных пород на карьерах взрывом 21
1.2 Анализ работ в области автоматизации проектирования буровзрывных работ с
точки зрения подходов к оптимизации качества процесса разрушения горных пород
взрывом 31
1.2.1 Классификация и обзор работ в области автоматизации проектирования
буровзрывных работ 31
1.2.2 Результаты анализа теоретических исследований и практических разработок 50
1.3 Существенные технико-экономические показатели взрывных работ 52
Технико-экономические показатели взрывных работ 52
Методика ранжирования технико-экономических показателей взрывных работ на
карьерах 54
1.3.3 Анализ результатов опроса экспертов 57
1.4 Цели и задачи исследования 59
Выводы к главе 1 60
ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА КАРЬЕРАХ 61
2.1 комплекс моделей прогнозирования существенных технико-экономических
показателей взрывных работ на карьерах 62
Математическая модель прогнозирования среднего размера куска 62
Математическая модель прогнозирования ширины развала горной массы после взрыва 64
Математическая модель расчёта расстояния безопасного удаления для объектов ... 65
2.2 Комплекс критериев оптимальности для оценки качества процесса разрушения
горных пород на карьерах взрывом 67
Критерий оценки среднего размера куска 68
Критерий оценки ширины развала горной массы 68
Критерий оценки расстояния безопасного удаления для объектов 69
Общая система ограничений ; 69
Анализ критериальных функций 70
2.3 Многокритериальная оптимизация технико-экономических показателей
разрушения горных пород на карьерах взрывом 74
Выводы к главе 2 75
ГЛАВА 3 МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ
МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ВЗРЫВНЫХ РАБОТ 76
3.1 Выбор метода многокритериальной оптимизации технико-экономических
показателей взрывных работ 77
3.1.1 Критерии оценки применимости метода многокритериальной оптимизации для
решения задач исследования 78
Классификация методов многокритериальной оптимизации 79
Результаты анализа методов многокритериальной оптимизации на предмет их применимости для решения задач исследования 103
3.2 Метод достижимых целей как средство поддержки принятия
многокритериальных решений і 104
Общее описание методики поддержки принятия многокритериальных решений 108
Построение карт решений 111
Развитие метода достижимых целей на случай непрерывных шкал критериев, выраженных многоэкстремальными функциями 11 б
Уменьшение субъективизма процесса принятия решения 133
Выводы к главе 3 140
ГЛАВА 4 АПРОБАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ
РЕШЕНИЙ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ 141
4.1 Программное обеспечение информационной технологии поддержки принятия
многокритериальных решений 142
Инструментальные средства разработки информационной системы 142
Архитектура информационной системы поддержки принятия многокритериальных решений 142
Требования к программно-аппаратному обеспечению 144
4.2 Оценка эффективности применения методики поддержки принятия
многокритериальных решений при проектировании взрывных работ на карьерах 145
Критерии оценки информационной технологии поддержки принятия решений 145
Контрольный пример производства разрушения горных пород на карьерах взрывом 146
Результаты оценки эффективности методики 148
4.3 Внедрение методики поддержки принятия многокритериальных решений при
проектировании взрьшных работ на карьерах 149
Выводы к главе 4 150
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 151
Список источников 153
Приложение А «Форма опросной анкеты» 166
Приложение Б «Фрагменты листинга программы» 167
Введение к работе
Дробление горных пород взрывом является кратковременным динамическим процессом, зависящим от большого количества факторов, определяемых как свойствами горных пород, так и параметрами производства взрывных работ. Связи между этими факторами сложны и неоднозначны. Теоретическое и экспериментальное изучение данного процесса сильно затруднено, поэтому в практике взрывных работ повсеместно используются эмпирические закономерности, связывающие исходные условия взрывания с результатом взрыва без рассмотрения взрывных процессов в горных породах.
Алгоритм вычислений в традиционном подходе к расчёту параметров производства разрушения горных пород взрывом является последовательным. В нём отсутствует возможность оптимизации или задания желаемых значений параметров, так как каждый последующий шаг использует результаты вычислений предыдущих шагов. Полученные данным подходом значения параметров часто приводят к неоптимальным результатам взрывных работ.
С точки зрения системного анализа результат взрывных работ может быть рассмотрен как сложная система взаимосвязанных моделей прогнозирования технико-экономических показателей, изучение взаимного влияния которых до сих пор не проводилось. Поэтому в данном исследовании предлагается новый подход, основанный на анализе системы взаимосвязей между технико-экономическими показателями взрывных работ.
Объектом исследования служат технико-экономические показатели взрывных работ на карьерах.
Предметом исследования является система взаимосвязей между технико-экономическими показателями взрывных работ.
Цель исследования заключается в повышении качества процесса разрушения горных пород на карьерах взрывом за счёт оптимизации технико-экономических показателей взрывных работ.
Идеей данной работы является выявление взаимосвязей между технико-экономическими показателями взрывных работ и качеством процесса
разрушения горных пород и построение на их основе оптимизационной модели прогнозированиярезультатов взрыва.
Задачи исследования. Исходя из цели и идеи исследования были поставлены и решены следующие задачи:
а) анализ системы взаимосвязей между технико-экономическими
показателями взрывных работ и качеством процесса разрушения
горных пород взрывом и выявление существенных показателей;
б) исследование и разработка комплекса моделей прогнозирования
существенных технико-экономических показателей взрывных работ;
в) исследование и разработка комплекса критериев оптимальности для
оценки качества процесса разрушения горных пород на карьерах
взрывом;
г) постановка задачи многокритериальной оптимизации существенных
технико-экономических показателей взрывных работ, исследование
и выбор методов её решения;
д) исследование и разработка информационной технологии поддержки
принятия многокритериальных решений, обеспечивающей
результаты, оптимальные с точки зрения существенных технико-
экономических показателей взрывных работ;
е) разработка программного обеспечения и апробация
информационной технологии поддержки принятия
многокритериальных решений для оптимизации существенных
технико-экономических показателей взрывных работ.
Методы исследования включают системный анализ, математическое моделирование, теорию принятия решений, теорию управления, численные методы, методы оптимизации, исследования операций, экспертных оценок, математической статистики, объектно-ориентированного анализа. и проектирования.
Анализ исследований и разработок в области оптимизации показателей качества взрывных работ показывает, что смежным с ней научным направлениям посвящено значительное количество работ. Вопросы теории управления и системного анализа нашли широкое отражение в трудах видных
отечественных и зарубежных учёных В.В. Солодовникова, А.А. Фельдбаума, Н.Н. Моисеева, Р. Беллмана, Р. Калмана, Н.И. Федунец, Д.К. Потресова, Л.Д. Певзнера и др. Большой вклад в развитие методов оптимизации внесли учёные Г.С. Поспелов, Р.Л. Кини, X. Райфа, О.И. Ларичев, И.Г. Поспелов, В.Н. Решетников, А.В. Лотов и др. Созданию и развитию теории и практики построения систем поддержки принятия решений посвящены работы» Д.А.Поспелова, М.С. Скотта Мортона, Г. Дэвиса, Э.В.Попова, В.Н. Вагина, А.А. Башлыкова и др. Существенный вклад в развитие теории и практики' открытой горной разработки и разрушения горных пород взрывом внесли. В.В. Ржевский, Б.Н. Кутузов, В.А. Белин, Г.Г. Каркашадзе, Н.Н. Беляков и др.
Из анализа исследований и разработок становится очевидно, что направлению оптимизации параметров производства разрушения горных пород взрывом посвящено немного работ. В этих работах не выполняется многокритериальная оптимизация показателей качества взрывных работ, практически отсутствует информационная поддержка принятия решений; а математические модели в большинстве коммерческих продуктов; являются закрытыми. Для зарубежных разработок дополнительными недостатками являются их. высокая стоимость, частое отсутствие локализованных версий программного обеспечения, игнорирование отечественного опыта-проектирования буровзрывных работ (БВР), несоответствие требованиям отечественных нормативных документов.
Исходя из вышеизложенного, можно утверждать, что данное исследование является актуальным, целесообразным, предлагает новый подход к расчёту параметров производства разрушения горных пород взрывом и развивает специальный математический аппарат методов многокритериальной оптимизации и поддержки принятия решений.
Основные научные положения, выносимые на защиту, и их новизна: а) на основе системного анализа выявлены три наиболее существенных технико-экономических показателя взрывных работ: средний размер куска, ширина развала горной массы и расстояние безопасного удаления для объектов;
б) разработанные комплексы моделей прогнозирования существенных
технико-экономических показателей взрывных работ и критериев
оптимальности позволяют оценивать качество процесса разрушения
горных пород;
в) разработанные методы и алгоритмы информационной технологии
поддержки принятия многокритериальных решений позволяют
находить параметры производства разрушения горных пород
взрывом, оптимальные с точки зрения существенных технико-
экономических показателей взрывных работ;
г) выполненная модернизация метода достижимых целей позволяет
более эффективно применять его в задачах с непрерывными
шкалами критериев, выраженных многоэкстремальными функциями,
и ограничивать субъективное участие лица, принимающего решение,
в процессе решения.
Научная значимость диссертации заключается в выявлении существенных технико-экономических показателей взрывных работ, формировании комплекса моделей их прогнозирования и разработке новых методов и алгоритмов поддержки принятия многокритериальных решений для нахождения оптимальных параметров производства разрушения горных пород взрывом.
Практическая значимость исследования состоит в разработке информационной технологии поддержки принятия многокритериальных решений, позволяющей повышать качество процесса разрушения горных пород за счёт оптимизации существенных технико-экономических показателей взрывных работ.
Достоверность результатов, полученных в диссертации, подтверждается корректным использованием системного анализа, численных методов, методов математического моделирования, исследования операций, экспертных оценок, математической статистики, теории принятия решений, а также положительными результатами апробации и внедрения разработанного автором программного обеспечения информационной технологии поддержки
принятия многокритериальных решений для оптимизации технико-экономических показателей взрывных работ.
Реализация и внедрение результатов. Разработанное программное обеспечение информационной технологии поддержки принятия многокритериальных решений для оптимизации технико-экономических показателей взрывных работ используется в производственной практике Ассоциации «Союзвзрывпром» и ЗАО «Взрывинвест», а также включено в процесс составления типовых проектов БВР кафедры ВД МГТУ. Предложенные в работе методы и алгоритмы используются в методической практике кафедр АСУ и ВД МГТУ.
Апробация. Основные результаты диссертации и ее отдельные положения докладывались на семинарах кафедры АСУ МГТУ, международных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2005-2008 гг.) и 8-й Всероссийской научной конференции «Краевые задачи и математическое моделирование» (Новокузнецк, 2006 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том'числе 7 из них в ведущих рецензируемых изданиях из перечня ВАК.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 186 наименований, содержит 26 рисунков и 16 таблиц.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н., проф. Потресову Д.К., зав. каф. АСУ МГТУ, д.т.н., проф. ФедунецН.И., консультантам в области горного дела д.т.н., проф. Белину В.А. и д.т.н., проф. Каркашадзе Г.Г., профессорско-преподавательскому составу кафедры АСУ МГТУ, а также к.т.н., доц. Башлыкову А.А.
