Отрадно, что исследования, связанные с квалификацией технологического персонала в горной промышленности, находят свое отражение и в современных научных публикациях (табл. 1).
Таблица 1
Современные подходы в оценке эффективности управления и эксплуатации карьерных экскаваторов
|
Автор |
Научные положения |
Результаты |
Выводы |
|
Великанов В.С. (2009 г.) [1] |
Качественная оценка эффективности управления и эксплуатации ЭКГ характеризуется коэффициентом эффективности деятельности машиниста с учетом других определяющих факторов. |
Классификация системы «человек – экскаватор» по критериям качество управления ЭКГ и его производительность |
Обоснован коэффициент эффективности деятельности машиниста, позволяющий оценить степень влияния квалификации машиниста на качество управления и эксплуатации ЭКГ. Разработана классификация подсистемы «человек-экскаватор» по критериям: качество управления ЭКГ и его производительность. |
|
Шарипов Р.Х. (2011 г.) [12] |
Основными причинами отказов рукояти экскаваторов с зубчато-реечным напором типа ЭКГ являются: динамические нагрузки, превышающие допустимый уровень; форма конструкции, приводящая к высокой концентрации напряжений; последствия ремонтных воздействий; относительно низкая квалификация машинистов |
Распределение отказов рукояти экскаваторов типа ЭКГ-5А при управлении машинистами с рассматриваемым стажем работы |
Установлены законы распределения усилий в подъемных канатах экскаваторов типа ЭКГ-5А при черпании горной массы в зависимости от стажа работы машинистов. |
|
Шибанов Д.А. (2015 г.) [13] |
Необходимость повышения эффективности технической эксплуатации ЭКГ, основное направление вектора вмешательства в установившуюся систему организации горных работ должно быть нацелено на квалификацию машинистов экскаваторов, соблюдение режимов эксплуатации, а также создание условий эффективной эксплуатации. |
Факторы, влияющие на работоспособность карьерного экскаватора цикличного действия |
Разработан алгоритм комплексной оценки наработки экскаватора за срок службы до капитального ремонта. Установлено, что до 90 % влияния на снижение доремонтного ресурса оказывают три фактора: качество подготовки забоя, управление экскаватором и его техническое состояние. |
Если обратиться к истории, то активные работы велись с середины ХХ века, к наиболее значимым, с точки зрения проработки вопроса, можно отнести: «Повышение производительности одноковшовых экскаваторов» (Домбровский Н.Г., 1951 г.); «Режимы управления экскаваторами СЭ – 3 и ЭКГ – 4» (Панев Б.И., 1966 г.); «Эксплуатационная надежность и техническое обслуживание экскаваторов ЭКГ – 8 и ЭКГ – 8И» (Голубев В.А., Троп А.Е., Карасев Н.М. и др., 1971 г.); «Надежность горного оборудования и эффективность его использования» (Голубев В.А., Троп А.Е., 1974 г.). В работах указывается, что некоторые показатели, влияющие на высокопроизводительную и эффективную работу карьерного экскаватора (ЭКГ), не выделяются, либо их учету не уделяется достаточного внимания. К этим показателям отнесены: несоблюдение правил технической эксплуатации; низкий уровень проектного, конструктивного исполнения и изготовления машин, узлов и деталей; отсутствие запасных частей и их ограниченные поставки; квалификация машинистов экскаваторов и ремонтников и т.д.
Влияние квалификации персонала (машинисты экскаваторов) на качество управления ЭКГ учитывается в расчетных зависимостях при определении производительности ЭКГ (табл. 2).
Таблица 2
Зависимости для расчета производительности ЭКГ
|
Автор |
Расчетная зависимость |
|
|
Н.Г. Домбровский |
Пэ = Пт Км Кв |
|
|
В.А. Голубев, А.Е. Троп |
Пт = (3600E/Tц) Ку Кэ |
|
|
В.В. Ржевский |
Qэф = (3600E/Tц)(Кн.к/Кр.к)Кт.в Кпот Ку Ктр |
|
|
Н.В. Мельников |
Qк.т. = (3600E/Tц)Vк Ки |
Указывается, что к показателям, влияющим на производительность ЭКГ, относится и квалификация машиниста экскаватора, которая включает в себя комплекс навыков и рабочих приемов при экскавации. |
|
Р.Ю. Подэрни |
Qэ = 60(tр/ tр+tп) Кв КэкЕ Tсnz |
|
Примечание. kу, kм – коэффициент управления экскаватора, т.е. коэффициент, учитывающий опыт и практические навыки машиниста экскаватора. В таблице: Кв – коэффициент использования экскаватора во времени; E, Vк – емкость ковша экскаватора, м3; Tц – теоретическая продолжительность цикла экскаватора при угле поворота 90 °, сек; Кэ, Кэк – коэффициент экскавации; Кпот – коэффициент потерь экскавированной породы; Кн.к – коэффициент наполнения ковша; Ки – коэффициент использования емкости ковша; tр – длительность непрерывной работы экскаватора с одного места установки; tп – длительность одной передвижки; Tс – длительность смены, ч; nz – число разгружаемых в минуту ковшей, мин-1.
Коэффициент управления (kу,kм) рекомендуется определять как отношение технической производительности (ПТ) экскаватора за 1 ч исправной работы к теоретической производительности (П0), либо отношение теоретической продолжительности цикла экскавации (tц.теор) к фактической продолжительности цикла (tц.факт) в заданных условиях эксплуатации:
либо 
В отношении влияния уровня квалификации машинистов на эффективность управления и эксплуатации экскаваторов определенного единообразия в подходах нет, из-за отсутствия стандартизированных показателей и объективных критериев оценки. Как отмечается в ряде работ [9, 11], квалификация оператора – это тот потенциал, который в нем заложен. Основу квалификации составляет техническое образование, а классность – это формально признанный уровень образования, третьим по значимости показателем умения, навыков и опыта является стаж работы, то есть характеристики функционального статуса работника.
В настоящее время на карьерах и разрезах РФ происходит постепенное переоснащение парков современными экскаваторами нового поколения, а также зарубежных производителей Hitachi (Япония), Komatsu (Япония), Kobelko (Япония), Caterpillar (США) и др. Поэтому успешное функционирование горного предприятия зависит не только от инновационного потенциала и высокого технического оснащения, но и от квалифицированных кадров.
В связи с этим проблемы стоящие перед исследователями, в полной мере отвечают «вызовам», стоящим перед горнодобывающей отраслью, а именно:
– усиливающаяся зависимость отрасли от импорта машин и оборудования;
– физический и моральный износ основных производственных фондов и, как следствие, неудовлетворительные показатели рентабельности и производительности труда, значительные потери при добыче и переработке полезных ископаемых, высокая энергоемкость горного производства;
– дефицит специалистов новой формации, способных быстро и адекватно осваивать технику и технологии, обеспечивая прирост новых современных профессиональных компетенций, включающих осведомленность о работе с горными машинами и оборудованием, и полное понимание систем горного производства.
Недостаточная проработанность и наметившийся временной «лаг» позволили определить цель данной работы – обобщить и систематизировать современные исследования, связанные с квалификацией технологического персонала горных предприятий и определить пути дальнейших научно- практических разработок.
Современные экскаваторы, эксплуатируемые на открытых горных работах, представляют собой высокопроизводительные крупногабаритные электромеханические системы большой единичной мощности, совершенствование конструкций которых находится в постоянном развитии. В условиях сложных и интенсивных горных работ задачи управления осуществляются только при совместном взаимодействии машиниста и технической части (подсистема «машинист-экскаватор»), то есть ему приходится контролировать средства отображения информации, специальные устройства контроля работы электроприводов и диагностики оборудования – информационно-диагностические системы, воздействовать на ручные и ножные органы управления, визуально контролировать ход работ по экскавации и погрузки горной массы в транспортные средства. Одним из обязательных условий эффективной эксплуатации человеко-машинных систем является высокий уровень подготовки человека, участвующего в работе подсистемы.
Используя методы системного подхода, нами разработана многофакторная модель подсистемы «машинист-экскаватор». В разработке модели учтены основные принципы создания многофакторных моделей, заключающиеся в систематизации факторов и выражении их с помощью математического аппарата, определении характеристик показателей с выделением их весомости, разработка систем связей, обеспечивающих поэлементное взаимодействие, разработка траектории управления на основе целевой функции:
ЭУЭ = f{Ктехн,ТСэкс,Кэрг,Пэф},
где ЭУЭ – обобщенный показатель эффективности управления и эксплуатации подсистемы «машинист-экскаватор», Ктехн – комплексный показатель технических характеристик экскаватора, ТСэкс – показатель текущего технического состояния экскаватора, Кэрг – обобщенный эргономический показатель, Пэф – комплексный показатель эффективности и продуктивности труда машиниста (рис. 1, 2).
Рис. 1. Многофакторная модель подсистемы «машинист-экскаватор»
Учитывая, что показатели, характеризующие продуктивность труда машиниста и подлежащие экспертному описанию, могут быть отнесены к слабоформализуемым, автором в работах [2, 3, 6, 10] исследована целесообразность применения математического аппарата теории нечётких множеств и нечеткой логики для формализации знаний экспертов (табл. 3).
Таблица 3
Нечеткие модели по оценке эффективности управления ЭКГ
|
№ п/п |
Нечеткая модель |
Входные лингвистические переменные |
Выходная лингвистическая переменная |
|
1 |
Оценка профессиональной компетентности машинистов карьерных экскаваторов [6] (рис. 2). |
1. Теоретические знания машиниста экскаватора. 2. Практические навыки машиниста экскаватора. |
Коэффициент эффективности деятельности машиниста экскаватора. |
|
2 |
Влияние структуры и режимов управления на показатели эксплуатационной надежности ЭКГ |
1. Скорость подъема ковша ЭКГ. 2. Коэффициент управления. |
Напряжения в рукояти ЭКГ. |
Следует отметить, что разработанные на его основе нечеткие модели имеют следующие особенности: возможность формализовать и преобразовывать количественно нечеткие (качественные) понятия, которыми оперируют эксперты при описании своих представлений о реальной системе, своих пожеланий, рекомендаций, целей управления; гибкость, так как учитывается опыт и интуиция специалиста-эксперта; позволяют увеличить скорость обработки качественной информации при использовании относительно несложных специализированных устройств; используют так называемые, «лингвистические переменные», вместо числовых переменных или в дополнение к ним; простые отношения между переменными описываются с помощью нечетких высказываний.
Моделирование осуществлялось с использованием специализированного программного обеспечения MatLab расширение Fuzzy Logic Toolbox (рис. 2).
Рис. 2. База логических правил
В среде MatLab расширение Fuzzy Logic Toolbox имеется возможность разработки и корректировки в интерактивном режиме с помощью графических средств редактирования и визуализации всех компонентов нечеткой модели: изменение существующих правил или добавление новых, изменение вида и параметров функций принадлежности и задания коэффициентов определенности правил нечетких продукций [8]. Нами произведена модификация нечеткой модели для оценки профессиональной компетентности машинистов карьерных экскаваторов, то есть введены новые входные лингвистический переменные – «Стаж» и «Коэффициент управления».
Согласно требованию руководства по эксплуатации карьерных экскаваторов большой единичной мощности (более 15 м3) машинист экскаватора должен иметь опыт работы на подобном оборудовании с вместимостью ковша более 4 м3 не менее 5 лет [7, 14]. Необходимо учитывать, что квалификация машиниста с течением времени повышается, поэтому считаем обоснованным использование в качестве критерия оценки и стаж машиниста, при этом нормальная «базовая» работа экскаватора будет при управлении машинистом со стажем работы 10 лет и более.
Таким образом, для определения уровня соответствия квалификации машиниста качеству управления и эксплуатации ЭКГ необходимо учитывать коэффициент «управления экскаватором», который определяется по табл. 4.
Таблица 4
Корректировка текста и связок логических правил
|
Стаж машиниста, лет |
Значения показателя «управление экскаватором» К5.4. [13] |
Коэффициент управления kу |
Диапазон Fn на шкале определенности |
Значение коэффициента эффективности деятельности kэф [5] |
Лингвистическая интерпретация |
|
Менее 1 года |
0,2 |
0,2–0,4 |
0,078–0,38 |
kэф < 0,35 |
недопустимый уровень (несоответствие) |
|
1–5 |
0,4 |
0,61 |
0,38–0,67 |
0,35 < kэф < 0,55 |
критический уровень |
|
5–10 |
0,6 |
0,8 |
0,67–0,87 |
0,55 < kэф < 0,75 |
допустимый уровень |
|
10–15 |
0,6–1,0 |
0,98 |
0,87–0,95 и более |
0,75 < kэф < 0,9 и более |
оптимальный уровень |
|
Более 15 |
1 |
Кроме того, произведена корректировка текста и связок логических правил, а также заданы новые значения коэффициентов определенности (табл. 4) для каждого правила, которые в первоначальной нечеткой модели были приняты равными 1 (Fn) – редактор правил (Rule Editor) [4].
Формирование баз правил осуществляется с использованием методов экспертной оценки в виде нечетких продукционных правил, связывающих множество нечетких условий с нечетким заключением, для каждого конкретного случая, что позволяет адаптировать разработанную модель на частные области операторского труда.
Ниже представлено отдельное Правило_1(R1) из единой базы правил управления, согласованных относительно используемых в них лингвистических переменных, соответствующим показателям:
Правило<1>: ЕСЛИ «стаж ниже базового», «низкий коэффициент управления» и (или) «низкие теоретические знания» и «удовлетворительные профессиональные навыки», ТО «коэффициент эффективности деятельности недопустимый» (F1 = 0,25).
Учет дополнительных критериев оценки в модифицированной модели позволит более качественно принимать решения в условиях размытости исходных данных, неполноты информации об эффективности управления и эксплуатации ЭКГ.
Результаты данной работы практически внедрены в систему аттестации персонала горных предприятий Южного Урала; на основе полученных данных сформирована матрица состояния подсистемы «машинист-экскаватор», на основе которой можно принимать обоснованные решения о траектории дальнейшего обучения или повышения квалификации машинистов экскаваторов (рис. 3).
Рис. 3. Матрица состояния подсистемы «машинист-экскаватор»