Функционально-структурные и экономические особенности фондообразующих подсистем угольных шахт, к которым можно отнести процессы очистных и подготовительных работ, транспорта-подъёма, вентиляции, переработки угля на поверхности в системе угледобычи и невозможность объективного учёта этих особенностей при формировании альтернативных вариантов с помощью известных критериев оптимальности (включая и чистый дисконтированный доход) выдвигает в качестве актуальной задачи разработку специальной методики выбора наиболее эффективных вариантов подобных подсистем, учитывающих и аккумулирующих такие важнейшие свойства технологического объекта, как гибкость, динамичность, надёжность, прогрессивность, способность к воспроизводству и т.д.
Одним из центральных вопросов при синтезе и оптимизации параметров технологических систем угольных шахт является выбор и обоснование критерия оптимальности (меры оценки степени достижения поставленной задачи в моделируемой системе), с которым посредством целевой функции связываются параметры, оптимальные значения которых требуется найти в ходе решения задачи и величины, которые остаются неизменными в ходе выполнения оптимизационных расчетов (ограничивающие условия). Таким образом, целевая функция, выраженная критерием оптимальности выполняет важную содержательную и операционную роли, придает определенность функционально-ориентированной структуре технологических систем угольных шахт и служит для сравнения альтернатив.
В этих условиях основной итерационной процедурой является обоснование системы частных или локальных критериев, позволяющих для каждого анализируемого уровня технологической системы выбрать и обосновать такие параметры и качественные характеристики, которые обеспечивали бы наивысшую эффективность функционирования технологической схемы шахты с учетом горно-геологических и горнотехнических условий эксплуатации.
Следует отметить, что различные сочетания элементов уровней технологической системы формируют различные варианты, которые в целом характеризуются определенными технико-экономическими показателями, при этом показатели, относящиеся к разным элементам, могут иметь противоположные тенденции изменения (так, себестоимость добычи 1т угля стремится к минимуму, а производительность труда рабочего по добыче – к максимуму), что обусловлено различным характером цели некоторых элементов (различный оптимум). В многокритериальных задачах теории принятия решений при этом сравнение альтернатив по предпочтительности осуществляется при помощи заданных числовых функций, называемых критериями или показателями эффективности, критериальными функциями.
В этом случае имеется несколько точек зрения на оптимальность, при этом они часто оказываются противоречивыми, так как каждый из показателей – критериев является функцией составляющих окончательного решения. Анализ ранее проведенных исследований показал в этом случае приоритет использования следующей процедуры: — с помощью специальных математических приёмов все составляющие полной эффективности сводятся в единый интегральный функционал, являющийся мерилом полной эффективности (Рис.1).
Выражение полной эффективности сложных объектов можно в этом случае записать следующим образом:
С учётом этого и вышеперечисленных требований в применении к производственным системам динамического характера, какими являются технологические системы угольных шахт, целесообразно представить обобщенный (интегральный) критерий эффективности как критерий высшего ранга.
Рис.1. Измерение эффективности технологических схем угольных шахт с помощью комплекса показателей и метода интегральной оценки
Общий алгоритм формирования интегральных коэффициентов эффективности элементов технологической системы шахты выглядит при этом следующим образом:
— определяются коэффициенты важности (стандартизированные ранги) отдельных элементов всех уровней технологической системы шахты (экспертный опрос);
— формируется матрица условного (гипотетического) эталона самых высоких, прогрессивных и экономичных показателей производственно-хозяйственной деятельности шахт оцениваемого угольного региона за ретроспективный период;
— формируется матрица натуральных фактических значений i-того показателя эффективности 1-го элемента технологической системы конкретной проектируемой шахты в i—ом году;
— в сформированной матрице определяются минимальные и максимальные значения показателей эффективности функционирования i—го элемента технологической системы;
— формируется математическая модель расчета интегральных функционалов элементов технологической системы.
На основе корреляционно-регрессионного, логического и структурного анализа с учетом присущих отдельным показателям сильных и слабых сторон к анализу были привлечены следующие технико-экономические показатели, разбитые по своей сущности на две группы: — производственно-технические и экономические.
1 группа – производственная мощность шахты, удельный объем проводимых горных выработок, удельная протяженность поддерживаемых горных выработок, удельная протяженность транспортных магистралей, удельная протяженность вентиляционных магистралей, удельный объем зданий и сооружений на поверхности, потери угля, нагрузка на очистной забой.
2 группа – себестоимость добычи 1т угля, производительность труда, сметная стоимость строительства, рентабельность.
Таким образом, можно сформировать два обобщающих интегральных функционала эффективности технологической системы: технологический и экономический.
В общем случае постановка задачи формирования рациональных вариантов технологических систем угольных шахт базируется на следующем основополагающем аспекте: сформировать с помощью решающего правила топологическую пространственно-планировочную сеть горных выработок, которая с учетом ограничений на синтез технологических элементов по горно-геологическим и горнотехническим условиям обеспечит минимум интегрального критерия эффективности (максимальный экономический эффект) при выполнении условий совместимости и адаптации.
Вид целевой функции математической модели выбора вариантов технологической системы угольной шахты в этом случае выглядит следующим образом:
Кинтi = ∑γi·Кi,,
где Кинтi – интегральный критерий эффективности i-го варианта технологической системы;
γ = 1, если i -ый технологический элемент принадлежит j-му варианту,
γ = 0, если не входит в область применения;
Кi — совокупный коэффициент эффективности i-го элемента.
Так как, в основном, все частные (локальные) характеристики и параметры угольной шахты подчиняются нормальному закону распределения, то для определения совокупного коэффициента эффективности i -го элемента технологической системы угольной шахты предлагается использовать среднеарифметическую квадратическую функцию следующего вида:
Кi = √ ∑(δij·φij)2 ,
где δij – относительное отклонение i-того технико-экономического показателя у j-того элемента технологической системы от эталонного показателя Jэт.,
φij – коэффициент функциональной полезности (важности) i –того показателя технико-экономической эффективности у j-того уровня технологической системы.
Относительные отклонения (безразмерные эквиваленты натуральных показателей) определяются по формуле:
δij = Jэт – Jф / Jmax+ Jmin,
где Jэт — эталонное значение технико-экономического показателя,
Jф — фактическое значение технико-экономического показателя;
Jmax – максимальное значение показателя,
Jmin – минимальное значение показателя.
Основным достоинством вышеприведенной формулы вычисления относительных оценок является то, что она однозначно определяет величину интегральных функционалов эффективности в условиях различной оптимальности оценочных показателей при одновременном улучшении качества
,
т.е. величина отклонений от показателей условной эталон-шахты сравнения, имеющей самый прогрессивный техническо-экономический уровень основных технологических подсистем должна стремиться к минимуму.
Интегральный показатель эффективности любого из сравниваемых проектов в этом случае будет отражать степень его ухудшения, удаления от несуществующего, но наилучшего варианта. Наличие среди оценочных показателей групп критериев, эталонные значения которых стремятся к минимальной (Jiэт→min) и максимальной (Ji+1эт→max) величинам, уже не делает неопределенным оптимальное значение интегрального показателя. В этих условиях увеличение 
показывает ухудшение качества как для первой группы критериев оценки (Jiэт→min) так и для второй (Ji+1эт→max).
Условный эталон сравнения формируется из самых эффективных и прогрессивных технико-экономических показателей производственно-хозяйственной деятельности шахт за принятый ретроспективный период (временной тренд) и в самом общем понимании представляет из себя гипотетический объект (шахту), оснащенную на данном этапе развития научно-технического прогресса наиболее совершенными горнодобывающей техникой и угледобывающими технологиями (технологической системой).
Анализ теоретических и практических исследований в данной области показал, что одними из важнейших показателей, по которым можно сопоставлять альтернативные решения на уровнях технологических систем угольных шахт при их синтезе являются рентабельность, себестоимость добычи и производительность труда, — данные критерии используются практически на всех уровнях. Не менее значимыми являются производственная мощность шахты, нагрузка на очистной забой и сметная стоимость строительства шахты.
Следует отметить, что все отобранные критерии не противоречат современной практике оценки эффективности технологических систем и тесно связаны с управляемыми качественными переменными, а также коррелируют с исходными горно-геологическими характеристиками, что увязывает правомерность их использования.
Данная процедура формирования совокупных коэффициентов эффективности отдельных элементов технологической системы позволяет весьма значительно сократить их объем на стадии предварительного рассмотрения вариантов и практически исключить возможность возникновения ошибок при выборе множества альтернативных решений.
Учитывая вышеизложенное, общий алгоритм формирования множества рациональных и выбора оптимального вариантов технологической системы угольной шахты в соответствии с постановкой задачи выглядит следующим образом:
— формируется обобщенная классификационная структура технологических систем угольных шахт (упорядоченный перечень элементов и уровней),
— формируется структурная модель всех возможных вариантов технологической системы с учетом совместимости и адаптации отдельных технологических элементов внутри каждого варианта,
— в модель вводятся ограничения горно-геологического и горнотехнического характера (области применения элементов технологической системы),
— на базе математической модели формируются матрицы совокупных коэффициентов эффективности отдельных элементов технологической системы,
— на базе вычисленных обобщаюших интегральных показателей эффективности определяется рациональный вариант технологической системы среди альтернативных.
Список литературы
- Малкин А.С., Пучков Л.А., Еремеев В.М. и др. Проектирование шахт. М.: издание Академии горных наук. 2000. – 375с.
- Жежелевский Ю.А., Бегеза Н.С. Конструирование и выбор технологической схемы угольной шахты. Сборник научных трудов МГИ. М.: 1996. – 102с.[schema type=»book» name=»Адаптация методов теории принятия сложных решений к процедуре синтеза технологических систем угольных шахт» description=»В статье изложена процедура формирования интегральных оценок эффективности отдельных элементов технологических систем угольных шахт и общий алгоритм формирования множества рациональных и выбора оптимального вариантов на базе использования методов теории принятия сложных решений» author=»Агафонов Виталий Валерьевич, Беляев Вячеслав Вячеславович, Ютяев Андрей Евгеньевич » publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-04-20″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.03.2015_03(12)» ebook=»yes» ]