Автоматизация забойного оборудования как решающий фактор повышения экономической эффективности горных работ

Автоматизация и информатизация — мощные инструменты преобразования экономики. Они представляют стратегический ресурс ускорения инновационного развития промышленности. Приме­нение информационно-измерительных систем и информационных технологий на этапе исследования, разработки, программирования процессов и опытного освоения новой продукции весьма важно. Со­временный уровень развития информационных технологий позволяет объединить разрозненные (ло­кальные) системы управления информационными, технологическими, финансовыми и другими пото­ками в единый информационно-управленческий комплекс. Наличие оперативной и достоверной ин­формации на базе современных информационных платформ позволяет анализировать экономическую обстановку на предприятии, сравнивать с показателями конкурентов и принимать оптимальные ре­шения [1; 2].

Каков уровень и темпы информатизации и автоматизации предприятий Казахстана в настоящее время?

Промышленные предприятия по качественным показателям информатизации (мощность и на­дежность компьютеров, сети, базы данных и знаний, сервис, номенклатура информационных услуг и т.д.) значительно отстают от зарубежных поставщиков металла. Пусковые объекты советского пе­риода были приняты в эксплуатацию оснащенными средствами и локальными системами автомати­зации. На отдельных производствах для управления были внедрены АСУ ТП. В 1980-е годы намети­лась тенденция — переход от «точечной» автоматизации отдельных процессов и стабилизации пара­метров к комплексной автоматизации участков, производств и цехов, с чем и подошли к рыночной экономике. Период 1990-х годов примечателен тем, что начался переход от закупки компьютеров, мини-ЭВМ для решения простых офисных задач к созданию распределенных информационных сис­тем.

Отрасли представляют своего рода музей технических элементов, выпущенных в 1960-2000 гг. На предприятиях эксплуатируются устаревшие системы управления технологическими процессами

—   электромеханические пульты управления, все звенья технологического процесса не контролиру­ются в реальном времени, поиск и устранение дефектов и аварий затруднены, информационные дан­ные хранятся на бумажных носителях и т.д. Отсутствует единая система доступа к информации: ин­формация поступает к специалистам с запаздыванием, усложнен контроль за выполнением принятых решений и т.д. Предприятия отрасли отстают от зарубежных родственных компаний в области вне­дрения информационных технологий. Главным недостатком имеющихся информационных систем (ИС) промышленного комплекса является отсутствие базы данных, согласованных по структуре и содержанию между собой и другими промышленными базами данных. Сертификация программных средств, поступающих в республику и связанных с использованием в процессе проектирования, не проводится. При заключении контракта на разработку месторождения не оговариваются условия ин­формационного взаимодействия недропользователей с государственными органами, ввиду чего за­трудняется контроль над рациональным использованием недр и исполнением условий контракта в полном объеме.

Обобщая аналитический материал, следует отметить, что уровень практического использования информационных технологий в управлении бизнес-процессами на предприятиях низкий.

Практически отечественные предприятия стоят перед необходимостью технического перево­оружения. Для решения этой задачи привлекается как можно больше отечественных производителей. Наряду с обновлением производственной технологии, основных фондов необходимо обеспечить так­же внедрение информационных технологий управления на разных уровнях: технологическими про­цессами, производством, финансово-хозяйственной деятельностью предприятий. При этом следует сразу ориентироваться на современную концепцию создания единого интегрированного информаци­онно-управленческого комплекса.

Работы по информатизации и автоматизации должны сопровождаться оснащением датчиками, контрольно-измерительной аппаратурой и информационно-измерительными системами.

В условиях жесткой конкуренции международного рынка, быстрого изменения цен на добытое и переработанное в готовую продукцию сырье требуется быстрая оценка текущего и перспективного состояния минерально-сырьевой базы, происходящих бизнес-процессов для выработки правильных государственных экономических решений. Этого невозможно достичь без непрерывного сбора, обра­ботки и анализа научно-технической информации в каждой отрасли государства.

Получение полной и объективной информации о работе предприятия во всех аспектах его дея­тельности (технология, производственные показатели и средства их достижения, финансово­хозяйственная деятельность) является непременным фактором обеспечения прозрачности процессов, происходящих на предприятии, как для менеджмента, так и для акционеров. Необходимы средства сбора, накопления, анализа и оперативного представления (с разграничением доступа к подобной информации) всего среза информации о состоянии предприятия в любой момент времени, возмож­ность исторического анализа на основе этой информации показателей работы предприятия в про­шлом и планирования деятельности в будущем. Это позволит оперативно предпринимать в условиях рынка своевременные экономические решения.

Актуальные задачи, которые следует решать в ближайшее время в области автоматизации, пре­дусматривают достижение полноты, точности и достоверности исходной информации, характери-
зующей текущее состояние технологии и оборудования, состав и свойства перерабатываемого сырья и ход технологических процессов, которые являются факторами эффективного управления производ­ством [3].

Подробно проанализируем состояние рассматриваемой проблемы на материалах угольной про­мышленности Казахстана.

В настоящее время в отрасли большинство забойных машин и механизмов оснащается аппара­турой автоматизированного или дистанционного управления и контроля. В зависимости от техниче­ского уровня оборудования и конкретных условий его эксплуатации объем автоматизации варьирует­ся в широких пределах, существенно изменяется и получаемый технико-экономический и социаль­ный эффект. В условиях рыночной экономики целесообразно проанализировать накопленный опыт автоматизации, наметившиеся тенденции формирования заказов на очистную и проходческую техни­ку и на этой основе определить направления работ на ближайшие годы и перспективу.

Практически каждый автомат имеет высокую потенциальную эффективность. Она выражается в том, что повышаются скорость выполнения работ, качество угля, точность проведения выработок, долговечность оборудования, безопасность работ, сокращаются потери времени, снижаются физиче­ские и психофизиологические нагрузки на персонал, улучшаются условия труда и т.д. Для реализа­ции этих возможностей необходимы определенные условия, которые во многих случаях отсутствуют, особенно когда оборудование низкого технического уровня либо автоматизируются отдельные про­цессы или операции, поскольку выполняемые вручную операции ограничивают производительность машин и не позволяют вывести человека из опасной зоны. Только комплексная автоматизация обес­печивает максимальное использование технических возможностей оборудования.

Комплексная автоматизация позволяет увеличить производительность и качество работ в ре­зультате оптимального использования энергетических возможностей привода и совмещения во вре­мени выполнения нескольких операций, повысить долговечность благодаря снижению динамической нагруженности, сократить простои, связанные с поиском отказов, производить техническое обслужи­вание по фактическому состоянию, снизить потери из-за субъективных качеств человека (низкая ско­рость обработки информации и большое количество ошибок, особенно в экстремальных ситуациях), обеспечить нахождение персонала в безопасном месте с относительно комфортными условиями тру­да. Комплексная автоматизация — непременное условие ведения работ без присутствия людей в за­бое.

Многокритериальная целевая функция комплексно-автоматизированной машины может быть представлена в виде суммы взвешенных частных целей Ц_;:

где αi = α1(t) — переменные во времени весовые коэффициенты; Д — объем добычи из лавы или

проведения горной выработки; С_у — сортность угля; Т_э — время эксплуатации; А^с — зольность вы­нимаемой массы; П_в — формируемый профиль выработанного пространства; N — энергопотребление машины; Т — трудоемкость обслуживания машины; У — условия труда машиниста.

Каждая частная цель является функционалом векторов выходных переменных машины, входных управляющих и задающих воздействий, начальных условий, конечных состояний и возмущающих воздействий. Одна из основных задач, которая ставится при разработке аппаратуры автоматизации, —   это обеспечение безопасности эксплуатации машины. Аппаратура автоматизации позволяет эф­фективно выполнять требования безопасности, реализовывать ряд дополнительных функций, повы­шающих безопасность работ. Так, современные регуляторы нагрузки УРАН и КАТЭП во время пуска очистного комбайна снижают до нуля скорость подачи, производят разгрузку тяговой цепи, предот­вращая ее рывки и биения, исключают реверс комбайна при длительных перегрузках. Однако крите­рий безопасности является безусловным и не может рассматриваться в виде одной из частных целей.

Как видно из выражения (1), потребительская стоимость комплексно-автоматизированного обо­рудования весьма высока. Но в условиях рынка может произойти падение спроса на аппаратуру ав­томатизации, в первую очередь из-за большой стоимости и фактической эффективности. Отметим, что эффективность аппаратуры включает экономическую, социальную и информационную состав­ляющие.

Максимизируемый целевой функционал эффективности можно представить в виде

где х1,...,x_n и y₁,...,y_m — характеристики деятельности человека и технических средств; z₁,...,z, - факторы производственной среды.

Потенциальная эффективность аппаратуры определяется ее функциональными возможностями, качеством конструирования и технологией изготовления. Фактическая эффективность также зависит от качества изготовления, условий эксплуатации, квалификации обслуживающего персонала и его психофизиологических характеристик. Причем эффективность достигается в основном в сфере экс­плуатации, в сфере же производства можно говорить об относительной (удельной) экономии, так как происходит непрерывное усложнение, а следовательно, и удорожание аппаратуры.

Экономия текущих расходов объясняется снижением потерь рабочего времени, сокращением численности персонала, повышением надежности, увеличением эффективного срока эксплуатации, уменьшением расходов, связанных с травматизмом и профзаболеваниями, сокращением количества единиц оборудования и аппаратуры, стоимостью технического обслуживания и ремонта.

Рост уровня автоматизации, ужесточение требований безопасности, использование встроенного технического диагностирования, обязательность самоконтроля и защитных отказов все усложняю­щихся систем управления и контроля привели к разработке и освоению аппаратуры второго поколе­ния, к переходу на микропроцессорную элементную базу, малогабаритные герметизированные реле (в том числе герконовые), оптронные ключи, на автоматизацию проектирования печатных плат и внедрение передовой технологии на заводах шахтной автоматики. Освоены производство двухсто­ронних печатных плат негативным методом с использованием сухого фоторезиста и процесс метал­лизации отверстий, внедрены заливка блоков эластичным компаундом, их пистонирование, гальва­нопокрытие, блочноразъемные конструкции с ножевыми многоточечными контактами, входной, вы­ходной и поблочный контроль, тренировка. Это позволило существенно повысить качество продук­ции.

Эффективность аппаратуры в значительной мере зависит от ее качества, в том числе от надеж­ности и ремонтопригодности, особенно в забоях с большой нагрузкой. При высокой аварийности оборудования можно обеспечить уровень надежности аппаратуры на порядок выше, тогда при низ­ком коэффициенте машинного времени ее отказы практически не отражаются на добыче, поскольку их можно устранять во время простоев машин по другим причинам. Современные очистные комбай­ны эксплуатируются с высокими коэффициентами машинного времени при нагрузках, близких к предельным; резерва времени практически нет. В таких условиях отказы средств автоматизации при­водят к невосполнимым потерям добычи угля. Чтобы предотвратить снижение эффективности аппа­ратуры с учетом жестких ограничений на дублирование элементов и узлов, широко используются резервирование режимов управления, самотестирующая программа, многократный опрос состояний, запасы по нагрузкам, горячий резерв с восстановительными работами, функциональная независи­мость подсистем, блочноразъемные соединения и другие схемные, программные и конструктивные способы повышения надежности и ремонтопригодности.

Оптимизация надежности аппаратуры производится по критерию максимума при ограниченных ресурсах или по минимизации ресурсов для достижения заданной надежности. Более 60 % аварий и травмоопасных ситуаций в забоях связано с организационными и личностными причинами. Субъек­тивный фактор может быть снижен оптимизацией информационного обеспечения. Эффективность контроля определяется формулой