книги из ГПНТБ / Ливенцев В.В. Кибернетика горных предприятий (основные положения) учеб. пособие

Министерство высшего и среднего специального образования СССР

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

В. В. ЛИВЕНЦЕВ

КИБЕРНЕТИКА ГОРНЫХ ^ ПРЕДПРИЯТИЙ

(основные положения)

МОСКВА - ШП

П Р Е Д И С Л О В ИЕ

Современные шахты, карьеры и рудники представляют вы­ сокомеханизированные предприятия, на которых добыча по­ лезных ископаемых зачастую ведется на больших глубинах и в сложных горно-геологических и климатических условиях. Успешная работа таких горных предприятий во многом сейчас зависит от правильной организации производственных процес­ сов и эффективного управления.

Реальную помощь в разрешении проблемы совершенство­ вания управления на горных предприятиях может оказать ки­ бернетика, которая представляет собой науку об оптимальном управлении сложными динамическими системами и процес­ сами.

В настоящее время имеется значительное количество работ по вопросам применения основных положений кибернетики в горном деле, ведутся широкие исследования по кибернетиза­ ции шахт, карьеров и рудников. Все это с настоятельной необ­ ходимостью требует систематизации и обобщения имеющегося опыта по использованию методологических, математических и технических аспектов применения кибернетики в горной про­ мышленности. Естественно, что создание учебного пособия по данному вопросу для студентов горных вузов и факультетов явилось бы весьма желательным.

Будущие горные инженеры должны хорошо знать научные основы управления производством на горных предприятиях, чтобы успешно руководить ведением горных работ на пред­ приятии.

С этой целью написано настоящее учебное пособие «Кибер­ нетика горных предприятий», которое в первую очередь пред­ назначено для студентов специализации «Организация и уп­ равление горными предприятиями», а также может быть по­ лезно студентам других горных специальностей и специали­ заций,

3

областей знаний: математики, биологии, ряда технических и гуманитарных наук.

Термин «кибернетика» происходит от сочетания слов грече­ ского происхождения «кибер» («гипер») — сверх, над и «наутес» — моряк. «Кибернаутес» — это «сверхморяк», старший над моряками, т. е. кормчий.

Впервые слово «кибернетика» употребил древнегреческий философ Платон (427—347 гг. до н. э.) для обозначения управ­ ления кораблем, а в переносном смысле, как искусство управ­ ления людьми. Французский физик и философ Ампер (1775— 1836) называл кибернетику наукой управления людьми, кото­ рая «обеспечивает гражданам возможность наслаждаться ми­ ром». Английский физик Максвелл (1831—1879) термином «кибернетика» определял «изучение механизмов с обратной связью».

В 1948 г. американский математик Н. Винер (1895—1964) опубликовал книгу под названием «Кибернетика, или управле­ ние и связь в животном и машине» (5]. Заслуга Н. Винера со­ стояла в том, что он первый сумел почувствовать и понять, что благодаря успехам целого ряда научных дисциплин (физио­ логии, теории информации, теории автоматов и др.), а также благодаря успехам вычислительной техники и автоматики воз­ ник общий круг задач.

Этот общий круг задач характеризуется сходством струк­ турных схем управляющих систем и аналогичным назначением отдельных элементов систем, несмотря на различия в их мате­ риальной природе. Кроме того, при математическом модели­ ровании систем управления в различных отраслях знания и народного хозяйства становилось очевидным, что наиболее важные количественные соотношения в системах управления не зависят от их материальной природы и являются общими для всех систем, в которых имеют место процессы управления.

Большой вклад в развитие кибернетики в нашей стране внесли такие ученые, как А. И. Берг, А. Н. Колмогоров,

5

тельно простыми явлениями, но оказываются эффективными при исследовании сложных объектов, и особенно, если постав­ лена цель исследовать именно эту сложность.

В условиях социалистического производства кибернетика имеет двоякое значение.

Она становится аппаратом строгого анализа и расчета, обеспечивающим желаемую эффективность, точность и надеж­ ность управления хозяйственными процессами.

Но помимо возможностей строгого анализа и расчета, ки­ бернетика формирует соответствующий образ мышления инже­ нера—кибернетический образ мышления, который проявляется в специфическом подходе к задачам производства и принятию решений. Этот способ кибернетического мышления важен да­ же независимо от результатов конкретных расчетов и анали­ зов, как важен математический или статистический способ мышления.

Крупный польский ученый О. Ланге пишет: «Тот, кто овла­ дел искусством кибернетического мышления, сможет даже без детального анализа и расчетов уловить проблемы, существен­ ные звенья в ситуации, связи элементов и направления прак­ тического решения, не замечаемые другими. Искусство кибер­ нетического мышления обогащает и углубляет интуицию, не­ обходимую в научно-экономических исследованиях и в прак­ тике руководства хозяйственными процессами» [8].

§ 2. Основные положения кибернетики горных предприятий как научного направления в горном деле

Специалистов горной промышленности интересует приме­ нение положений кибернетики к вопросам управления произ­ водством на горных предприятиях. Этими вопросами занимает­

Кибернетика торных .предприятий возникла на стыке ки­ бернетики и горных наук и в настоящее время находится на стадии становления.

Предметом горной кибернетики является управление гор­ ным производством. Ее содержание сводится к применению положений теоретической и технической кибернетики к управ­ лению производством с целью изыскания путей повышения эффективности этого управления, в том числе к построению си­ стем управления, обеспечивающих его максимальную эффек­ тивность.

Управление производством на горном предприятии состоит из сбора сведений об обстановке, ее оценке и выводов в свете поставленной задачи, производства расчетов, принятия реше-

7

ний и доведения их до исполнителей, контроля за действиями исполнителей и корректировки решений в связи с изменения­ ми обстановки.

Рассмотрим, как согласуются процессы управления произ­ водством на горном предприятии с положениями кибернетики.

Основные процессы управления связаны со сбором, перера­ боткой и передачей информации.

Следовательно, управление как информационный процесс можно представить в виде последовательного формирования трех групп информации:

1) информации состояния (данных об объектах управле­ ния и внешней среде) ;

2)логической информации, заложенной в алгоритмах об­ работки данных о состоянии объектов управления;

3)командной информации (управляющих воздействиях).

Данные обстановки в забоях, сообщения горных мастеров и сменных инженеров, системы контроля, технические возмож­ ности машин и механизмов, людских резервов и сведения о горно-геологических условиях, т. е. все данные, характеризую­ щие определенное текущее состояние горного предприятия как системы, составляют первую группу информации и вполне под­ ходят под определение понятия информации состояния.

Вторую группу информации составляют правила и алго­ ритмы, по которым она обрабатывается, избранная тактика, заложенная в правилах технической эксплуатации, правилах безопасности при ведении работ, направлениях технической политики, в производственном опыте руководителя, принимаю­ щего решения, и т. д.

Наконец, третью группу информации составляют те реше­ ния, которые принимает руководитель на основании анализа информации состояния. Эти решения, или команды, носят наз­ вание управляющих воздействий, или командной информации.

Таким образом, с точки зрения кибернетики управление производством на горных предприятиях можно определить как переработку информации состояния в командную инфор­ мацию в соответствии с алгоритмами управления.

предприятие со штатом трудящихся, машинами и механизма­

1 Мы можем оказывать на них лишь некоторое косвенное воздействие, например, изменяя природную газоносность горных пород путем искусст­ венной дегазации.

8

Нетрудно обнаружить структурное и функциональное сход­ ство между общим контуром управления и контуром управле­ ния производством на горном предприятии.

Уместно распространить на горные предприятия понятие сложных динамических систем как систем, состоящих из боль­ шого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элемен­ тов и подсистем, находящихся в состоянии движения и изме­ нения.

Если рассматривать горное предприятие как динамическую систему, то составляющими ее подсистемами будут производ­ ственные участки и цеха, в свою очередь состоящие из бригад горняков. Мы видим здесь ступенчатую структуру с весьма сложными связями. С другой стороны, горные предприятия обычно объединяются в тресты и комбинаты, составляющие общий комплекс горной промышленности. Органом управле­ ния горной промышленности является министерство. В настоя­ щее время горные предприятия находятся в подчинении ряда различных министерств, таких, например, как угольной про­ мышленности, черной металлургии, цветной металлургии, хи­ мической промышленности и др. Совокупность горных пред­ приятий и их министерств как главный орган управления пред­ ставляет собой характерную кибернетическую систему.

Горные динамические системы имеют большую сложность, которая определяется в основном тем, что они функционируют в условиях теснейшего непосредственного контакта с приро­ дой, с земными недрами, разработка которых с увеличением масштабов производства и глубины работ непрерывно услож­ няется.

Изменение состояния горной системы, как и всякой другой динамической системы, осуществляется воздействием на ее входы или входные параметры. Эти изменения могут дости­ гаться дачей различных команд (управляющих воздействий). Однако в отличие от кибернетических систем в других отрас­ лях народного хозяйства управляющий орган в горной систе­ ме может воздействовать далеко не на все входы системы. Так, например, производственный процесс добычи полезных иско­ паемых определяется и такими факторами, как мощность за­ лежи полезного ископаемого, устойчивость боковых пород, ка­ чество полезного ископаемого, т. е. такими факторами (входа­ ми), которые мы менять не можем и которые относятся к не­ управляемым факторам. Кроме того, на состояние горной си­ стемы может оказывать и оказывают влияние различные вред­ ные и опасные явления (эндогенные пожары, внезапные вы­ бросы угля и газа и т. п.).

Тем не менее значительное число входов системы (уровень механизации горных работ, параметры очистных забоев, си­ стема разработки и многие другие) находится в сфере нашего

9