Технические науки / 4. Транспорт

д.т.н. Корнилов С.Н., к.т.н. Лукьянов В.А.

Магнитогорский государственный технический университет, Россия

Разработка методики интервального регулирования

сложных производственно-транспортных систем

По мере развития рынка в стране возникает необходимость в укреплении связей между поставщиками, производителями и потребителями продукции, в чем одну из главных ролей играет транспорт. Организация своевременного транспортного обслуживания позволяет наладить в системе «Поставщик – Производитель – Потребитель» (ППП) надежные связи.

Одним из основных факторов, ограничивающим повышение качества перевозок, является недостаточный уровень согласованности взаимодействия предприятий-поставщиков, предприятий-производителей и предприятий-потребителей, а также магистральных видов транспорта и транспорта необщего пользования, осуществляющих их взаимосвязь и транспортное обслуживание [4]. Данный фактор обусловлен отсутствием системы централизованного управления всеми вышеперечисленными элементами ППП. Только при взаимодействии магистрального и промышленного железнодорожного транспорта предприятий металлургической отрасли в результате несогласованных действий, в среднем, теряется порядка 1,5 млрд. рублей в год для одного предприятия [1].

Сложность проблемы повышения уровня организации взаимодействия производства, магистрального транспорта и транспорта необщего пользования состоит в наличии таких причин как межведомственная разобщенность, разница длительности технологических циклов и отдельных операций технологических процессов на производстве и транспорте, применяемых способов и методов оперативного регулирования производственных и транспортных процессов [2, 3].

В связи с этим, предлагается рассматривать ППП как единую трехуровневую систему взаимосвязанных элементов с соответствующими уровнями управления. Первый уровень (общесистемный) реализует управление промышленными предприятиями, входящими в систему ППП, с учетом их взаимодействия и влияния внешней среды, путем согласования их производственных программ и плана перевозок с магистральным транспортом. Второй уровень (внешний) реализует управление взаимодействием каждого промышленного предприятия с магистральным транспортом, связывающим эти предприятия в систему. Третий уровень (внутренний) реализует взаимодействие производственных подсистем с промышленным транспортом внутри каждого промышленного предприятия.

С учетом данного представления ППП разработана система управления, позволяющая согласовывать технологические циклы на всех вышеперечисленных уровнях. Данная система базируется на согласованном регулировании продолжительности производственных и транспортных операций. Для примера рассмотрим управление на внутреннем уровне по организации взаимодействия производственных подсистем предприятия – производителя и его промышленного транспорта.

Эффективной формой взаимодействия производства и транспорта в системах ППП с крупными промышленными предприятиями являются объединенные транспортно-технологические системы (ОТТС), в частности, железнодорожная ОТТС металлургического предприятия. В рамках данной системы должен применяться комплексный подход в рассмотрении производственных и транспортных процессов, согласно которого все операции рассматриваются во взаимосвязи друг с другом, т.е. продолжительность одних операций влияет на продолжительность других. Например, оборачиваемость подвижного состава на перевозке жидкого чугуна в сталеплавильное производство влияет на интервал между выпусками чугуна из доменных печей. В соответствии с этим вводится понятие интервала регулирования, под которым понимается максимальный промежуток времени, в течение которого операция может быть выполнена с учетом того, что смежные операции также будут выполнены с соблюдением производственной и транспортной технологии. Поэтому интервалы регулирования продолжительности операций допускают изменение данных величин в более узком диапазоне, нежели они могут изменяться на практике.

Таким образом, связь в работе смежных производств единой технологией предполагает взаимосогласованность продолжительностей отдельных операций с учетом требований, предъявляемых каждой производственной подсистемой и транспортом [5]. В качестве примера рассмотрено взаимодействие доменного, кислородно-конверторного и электросталеплавильного производств, а также промышленного транспорта в условиях ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») (табл. 1). Приведенные в таблице данные получены в 2013 году путем хронометрирования.

При определении изменения продолжительности производственных и транспортных операций необходимо исходить из того, что существуют определенные технологические способы, позволяющие сокращать или удлинять сроки выполнения операций. Так, например, интенсивность процесса производства чугуна можно изменять при помощи следующих способов:

а) изменение расхода кислорода и природного газа в дутье;

б) изменение давления под колошником доменной печи;

в) изменение содержания железа и кокса в шихте;

г ) изменение режима загрузки доменной печи.

Описанные выше способы регулирования интенсивности производства чугуна могут применяться как по отдельности, так и в совокупности. В результате применения данных способов интервал между выпусками чугуна из доменных печей объемом 1500 – 2000 м³ может изменяться в пределах от 30 до 150 минут (табл. 1).

Изменение продолжительности транспортных операций, в основном, связано с диспетчерским управлением, например, предоставление приоритета конкретной перевозке за счет задержки других, т.к. изменение скоростей передвижения и выполнения транспортных операций достаточно строго нормировано в Правилах технической эксплуатации, Инструкции по движению поездов и маневровой работе железнодорожного транспорта, а также в местных инструкциях по технике безопасности.

Таблица 1

Определение интервала регулирования основных производственных

и транспортных операций в условиях ОАО «ММК»

Наименование операций	Продолжительность операций, мин.			Интервал регулирования, мин.
	минимальная	максимальная	средняя по предприятию	минимальное значение	максимальное значение
Интервал между выпусками чугуна из доменных печей	30	150	60	45	150
Выплавка стали в электропечах	300	720	480	360	720^*
Выплавка стали в конвертерах	30	65	40	30	65^*
Перевозка жидкого чугуна в электросталеплавильное производство	25	70	46	25	70
Перевозка чугуновозных ковшей под доменные печи	20	60	40	20	60
Перевозка жидкого чугуна в конвертерное производство	20	65	43	20	65
Перевозка миксеровозов под доменные печи	20	60	40	20	60

* максимальное значение интервала регулирования определено исходя из минимизации производственных затрат, однако, в условиях реального производства, в случае крайней необходимости оно может быть увеличено до большей величины.

Значения пределов регулирования, в основном, будут зависеть от специфики работы конкретного предприятия. Следовательно, одной из наиболее важных задач является точное определение величин интервалов, в которых может изменяться продолжительность производственно-транспортных операций, для каждого конкретного предприятия с учетом специфики его работы.

Применяемые в настоящее время графики производственно-транспортных операций, призванные обеспечить надежную работу подсистем предприятия, содержат средние значения их продолжительности, что не всегда обеспечивает согласованность работы транспорта и основных производственных подсистем. Кроме того, они не учитывают возможность возникновения сбоев в работе производственно-транспортных подсистем, вероятность которых в реальных условиях достаточно велика. В частности, проведенные наблюдения за перевозкой жидкого чугуна на ОАО «ММК» в январе – марте 2014 года позволили сделать вывод, что средневзвешенная величина вероятности возникновения сбоев в работе составляет 0,51 (табл. 2). Таким образом, применяемые в настоящее время графики не отражают реального процесса производства и, как следствие, теряют на практике свою организующую роль.

Таблица 2

Потери времени на перевозке жидкого чугуна в условиях ОАО «ММК»

Наименование межоперационных простоев	Вероятность возникновения простоев	Средняя величина простоев, мин.
Ожидание уборки подвижного состава из-под доменных печей по технологическим причинам	0, 74	17, 2
Ожидание свободности пути при движении локомотива под доменную печь	0, 18	8, 0
Ожидание свободности пути при уборке подвижного состава из-под доменной печи	0, 21	8, 1
Задержки на пунктах слива чугуна и ожидание уборки подвижного состава	0, 91	32, 6
Ожидание распоряжения на движение подвижного состава под доменные печи	0, 13	15, 0
Выход из строя технологического оборудования и подвижного состава	0,12	17, 0

В связи с этим предлагается жестко фиксированные в существующих графиках затраты времени на производственные и транспортные операции заменить временны^/ми интервалами на выполнение данных операций с учетом взаимосвязи между ними. Введение данных интервалов позволит производственным подсистемам и транспорту изменять ритмы работы в пределах интервалов регулирования (табл. 1) и перейти от жестко нормированного к адаптивному (ситуационному) управлению.

Аналогичные рассуждения и расчеты интервалов регулирования можно произвести относительно технологического взаимодействия предприятий поставщиков, производителей и потребителей, а также магистрального и промышленного транспорта. В этих случаях необходимо регулировать объемы поставок сырья и готовой продукции между магистральным и промышленным транспортом с учетом взаимодействия предприятий между собой и наличия на них запасов сырья и готовой продукции. Поскольку весовые нормы поездов, обращающихся по сети железных дорог и между станциями примыкания и промышленным транспортом, строго регламентированы, регулирование объема перевозок будет осуществляться за счет изменения интервалов прибытия и отправления данных поездов. В общем виде это можно отобразить при помощи следующих неравенств.

1. Определение объемов поставки сырья и вывоза готовой продукции с предприятия - производителя может быть произведено следующим образом:

u_с(t) / t_пc - V_iс / Т_iс ≤ U_с(t) ≤ u_с(t) / t_пc + V_iс / Т_iс; (1)

u_гп(t) / t_гп - V_iгп / Т_iгп ≤ U_гп(t) ≤ u_гп(t) / t_гп + V_iгп / Т_iгп, (2)

где u_с(t) - объем переработки сырья за технологический цикл, т.;

t_пc - продолжительность переработки сырья в одном

технологическом агрегате, час;

V_iс - емкость склада сырья, т.;

V_iгп - емкость склада готовой продукции, т.;

i - количество складов сырья;

к - количество складов готовой продукции;

n - количество технологических агрегатов для выпуска

готовой продукции;

m - количество технологических агрегатов для переработки сырья;

Т_iс - нормативный срок хранения сырья, час;

Т_iгп - нормативный срок хранения готовой продукции, час;

U_с(t) - объем поставки сырья на предприятие в единицу времени, т.;

t_гп – продолжительность выпуска готовой продукции, час;

u_гп(t) - объем производства готовой продукции за технологический

цикл, т.;

U_гп(t) - объем вывоза готовой продукции с предприятия

в единицу времени, т.

2. Объем поставки готовой продукции на предприятие - потребитель может быть определен следующим образом:

u_п(t) / t_пп - V_iп / Т_iп ≤ U_п(t) ≤ u_п(t) / t_пп + V_iп / Т_iп, (3)

где u_п(t) - объем переработки продукции за технологический цикл, т.;

t_пп - продолжительность переработки продукции в одном

технологическом агрегате, час;

V_iп - емкость склада для прибывающей продукции, т.;

i - количество складов для прибывающей продукции;

m - количество технологических агрегатов для переработки

прибывающей продукции;

Т_iп - нормативный срок хранения прибывшей продукции, час;

U_п(t) - объем поставки продукции на предприятие - потребитель

в единицу времени, т.

Неравенства (1) и (2) надо рассматривать в комплексе, аналогично рассматриваются неравенства (3) и (2) для учета на предприятиях сырья и готовой продукции при определении в оперативном режиме объемов и интервалов поставок. Интервалы регулирования поставок могут быть определены исходя из максимального и минимального наличия сырья и готовой продукции на каждом из предприятий с учетом их доставки магистральным транспортом. При этом предлагается рассматривать перевозки сырья, готовой продукции не только железнодорожным, но и другими видами транспорта, а также в смешанном сообщении.

Таким образом, разработка методики интервального регулирования в ППП сводится к определению интервалов регулирования на всех уровнях взаимодействия в данной системе и их взаимной увязке, позволяющей согласовывать ритмы работы производственных и транспортных объектов в системе «Поставщик – Транспорт – Производитель – Транспорт – Потребитель». Для использования данной системы управления в конкретной ППП разрабатывается соответствующая модель, позволяющая в оперативном и перспективном режимах реализовать принципы адаптивного управления.

Литература

1. Багинова В.В., Рахмангулов А.Н., Осинцев Н.А. Контроль вагонопотоков на пути необщего пользования // Мир транспорта. №3. 2010. С.108-113.

2. Осинцев Н.А., Рахмангулов А.Н. Управление вагонопотоками в промышленных транспортных системах // Вестник магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. №1. 2013. С.16-20.

3. Корнилов С.Н., Антонов А.Н. Подход к выбору приоритетов при обслуживании производственных подразделений железнодорожным транспортом / Современные проблемы транспортного комплекса России: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2011. С. 95–98.

4. Фридрихсон О.В. Методика ускорения доставки грузов в контейнерах / Современные проблемы транспортного комплекса России: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. тех. ун-та им. Г.И.Носова, 2012. С. 85–92.

5. Корнилов С.Н., Лукьянов В.А. Оптимизация транспортного обслуживания основных производственных подсистем металлургических предприятий / Освоение месторождений полезных ископаемых: Межвуз. сб. науч. тр. – Магнитогорск: МГТУ, 2004. С.194–197.