На современном этапе развития экономики в условиях ее стабилизации и расширении частного сектора, продукция горнодобывающей отрасли является наиболее востребованной, поэтому она относится к одной из перспективных и стратегически важных отраслей экономики Российской Федерации.
Увеличение объемов добычи полезных ископаемых влечет за собой не только спрос на горнодобывающую технику, но и поддержание большого парка действующих горных машин на требуемом техническом уровне, что является приоритетной составляющей эффективной работы отечественных горных предприятий. Это сопряжено с решением целого комплекса вопросов, которые позволят вывести горнодобывающую промышленность по эффективности, производительности и безопасности на качественно более высокий уровень.
Для этого необходимо выполнение следующих условий: техническое перевооружение отрасли, путем внедрения нового, более производительного горного оборудования; эргономическая поддержка потребительских свойств продукции горного машиностроения на этапах ее создания и эксплуатации; разработка новейших технологий переработки добытого сырья и природных ископаемых; повышение квалификации персонала горных предприятий всех уровней [1-3].
Изучение публикаций, а также анализ отечественного и зарубежного опыта эргономических исследований и разработок дает основания для заключения в необходимости проведения дальнейших исследований с целью формирования и систематизации научно-методической базы создания высококачественной, безопасной и конкурентоспособной продукции горного машиностроения.
Происходящие изменения в горном производстве выявляют проблемы эффективного функционирования системы «человек – горная машина – среда» (ЧМС) с учетом конкретных производственно-технических, горно-геологических, природно-климатических и социально-экономических условий, а возросшая интенсивность производственных процессов и динамичность условий взаимодействия элементов человеко-машинной системы изменяют требования к оптимальному сочетанию способностей человека и технических возможностей машины.
В связи с этим к наиболее актуальным проблемам в данной области можно отнести:
- обоснование, разработка и уточнение эргономических требований к средствам, организации и условиям деятельности человека-оператора;
- обобщение, систематизация и использование опыта эргономических исследований и разработок в интересах учета человеческого фактора при создании и эксплуатации машин;
- эргономическое проектирование операторской деятельности с учетом прогноза комплексного влияния факторов деятельности на профессиональную надежность человека-оператора;
- эргономическая оптимизация процессов, средств и условий деятельности человека-оператора, основанная на прогнозных методах оценки ее эффективности в различных условиях эксплуатации.
В статье остановимся на научной составляющей при разработке системы эргономического обеспечения горных машин и достигнутых практических результатах.
Теоретические представления о природе человеческих факторов в технике определяют структурную схему формирования целостной эргономической характеристики системы ЧМС как эргономичность. Эргономичность является критериальной категорией качества продукции, рассматриваемой в концепции управления эргономическим уровнем качества (эргономичностью) продукции (УЭКП) как объект управления. УЭКП – системно структурированный процесс, базирующийся на совокупности взаимосвязанных научно-теоретических принципов и положений, а также методов и средств их реализации, направленных на достижение в рамках менеджмента качества требуемой эргономичности [4, 5].
Эргономичность горной машины представляет собой многофакторную и многокритериальную систему с качественными и количественными характеристиками, и иерархическим их представлением. В ходе проведенных исследований нами предложен и адаптирован математический аппарат нечеткой логики и теории нечетких множеств для создания научно-методологических подходов обработки аналитической информации в условиях неопределенности и разработки математических моделей для описания, оценки и управлению эргономичностью горных машин, позволяющий аналитически работать с трудно формализуемыми качественными параметрами.
Важнейшей особенностью жизнеспособности любой теоретической концепции является ее реализация и поддержка в соответствующих программных продуктах. В настоящее время активно формируется мировой рынок коммерческих программных продуктов для работы с нечеткой логикой, представлено более 100 пакетов прикладных программ. Среди представленных пакетов наибольшей универсальностью обладают FuzzyTECH и расширение Fuzzy Logic Toolbox for MatLab. Выбор программного обеспечения MATLAB в качестве основного программного продукта для исследований обусловлен наличием и установленной лицензионной версии в центре информационных технологий ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» [5, 6].
Таким образом, нами достигнуты следующие научные результаты:
-предложен метод математической формализации информации в терминах нечетких множеств, позволяющий адаптировать математический аппарат теории нечеткой логики для приложения к предметной области исследования эргономичности горных машин.
-создан комплекс алгоритмов интеллектуальной поддержки принятия решений основанный на формализации информации в терминах нечеткой математики, отличающиеся возможностью агрегирования разнородных эргономических показателей.
-определена возможность ранжирования горных машин по критерию эргономичности с использованием метода анализа иерархий.
-разработана концептуальная модель построения аппаратно-программного обеспечения тренажерно-обучающей системы.
С использованием современных информационных технологий Fuzzy Logic Toolbox for MatLab автоматизированы и подготовлены к практическому использованию на ПК математические модели системы поддержки принятия решения по определению уровня эргономичности горных машин (табл.) [7, 8].
Таблица
| № п/п |
Модель |
Входные лингвистические переменные |
Выходная лингвистическая переменная |
|
1 |
Модель нечеткой системы управления функциональным комфортом на рабочем месте оператора горной машины | 1. температура воздуха в кабине машиниста;
2. скорость изменения температуры воздуха в кабине машиниста; 3. влажность воздуха в кабине машиниста. |
коэффициент обитаемости в кабине машиниста |
|
2 |
Модель нечеткой системы для оценки профессиональной компетентности машинистов карьерных экскаваторов | 1. теоретические знания машиниста экскаватора;
2. практические навыки машиниста экскаватора |
коэффициент эффективности деятельности машиниста экскаватора |
|
3 |
Модель нечеткой системы по оценке уровня обитаемости на рабочем месте операторов горной технике (экскаваторы типа ЭКГ) | 1. освещенность забоя;
2. вибрация кресла машиниста; 3. запыленность кабины; 4. уровень шума в кабине машиниста. |
уровень обитаемости |
|
4 |
Модель нечеткой системы по влиянию структуры и режимов управления на показатели эксплуатационной надежности ЭКГ | 1. скорость подъема ковша ЭКГ;
2. коэффициент управления. |
напряжение в рукояти ЭКГ |
|
5 |
Модель нечеткой системы для комплексной оценки эргономичности горной машины | 1. управляемость;
2. обитаемость; 3. обслуживаемость; 4. осваиваемость; 5. технологичность. |
эргономичность горной машины |
Для успешного решения прикладных задач эргономической оптимизации процессов, средств и условий деятельности человека-оператора нами созданы программные продукты [9-11]:
-для интерактивного проектирования рациональной компоновки элементов рабочего места машиниста карьерного экскаватора с учетом антропометрических признаков человека (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012661208);
-для обеспечения профессиональной надежности человека-оператора – тренажер подготовки операторов горных машин и комплексов (свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2013661738).
Подготовлена к государственной регистрации программа для ЭВМ «Численное моделирование оптимального выбора горных машин с учетом эргономического обеспечения», которая базируется на методе анализа иерархий.
Библиографический список
- Великанов В.С. Повышение эффективности эксплуатации карьерных гусеничных экскаваторов с оборудованием «прямая механическая лопата» дис. … канд. техн. наук. – Екатеринбург, 2009. – 118 с.
- Великанов В.С. Реализация подходов по совершенствованию эргономических показателей карьерных экскаваторов: Монография. – Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2011. – 85 с.
- Островский М.С., Рахманов Р.Т. Предпосылки развития инновационного процесса в горнодобывающей промышленности // Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: изд-во «Горная книга», 2009. – № 2. – С. 287-289.
- Даниляк В.И. К концепции человеческого фактора в управлении качеством продукции: Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Управление качеством и сертификация». – М.: МАТИ-РГТУ, 2002.
- Velikanov V.S. Evaluation and management ergonomic mining machines and complexes based on fuzzy-set approach // European Science and Technology: 4th International scientific conference. – Munich, 2013. – P. 370-377.
- Корчунов А.Г. Методология управления показателями качества продукции в технологиях метизного производства на основе моделей с элементами нечеткой логики дис. … д-ра техн. наук. – Магнитогорск, 2010. – 320 с.
- Шабанов А.А., Великанов В.С. Разработка моделей и алгоритмов по оценке эргономических показателей карьерных экскаваторов на основе нечеткой логики // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies: Сб. науч. тр. по результатам XV заочной научной конференции. – Екатеринбург, 2013. – №5 (12) Часть 2. – С. 10-12.
- Леоненков А.В. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzy TECH. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 736 с.: ил.
- Великанов В.С. Вопросы разработки САПР рабочих мест операторов горных машин // Современные научные исследования и инновации. – Март 2014. – № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/03/32768 (дата обращения: 22.03.2014).
- Великанов В.С. Структурная схема тренажерной подготовки операторов горных машин и транспортно-технологических комплексов // Современные научные исследования и инновации. – Март 2014. – № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/03/33001 (дата обращения: 28.03.2014).
- Великанов В.С., Савельев В.И., Шабанов А.А., Трубин В.С., Ахметов М.М. Численное моделирование оптимального выбора горных машин с учетом эргономического обеспечения на основе метода анализа иерархий // Добыча, обработка и применение природного камня: Сб. науч. тр. – Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2014. – С. 120-126.