При разработке АСУ основным производством продуктов первичной обработки хлопка возникает ряд проблем научного и практического характера, связанных с осложнением условия эксплуатации технологическим процессом первичной обработки хлопка (ПОХ), а также прогнозным характером об уровнях заготавливаемого исходного сырья хлопка (по количеству и качеству).
Из-за относительно низкой точности технологического процесса выход конечных продуктов с заданными параметрами может оцениваться лишь распределением вероятностей. Отсюда коэффициенты выхода промежуточных (модификации нелинтерованных семян), конечных продуктов (модификации хлопкового волокна, семени, линта, волокнистых отходов) носят случайный характер. В связи с вероятностным и многовариантным характером технологического процесса производственные затраты зависят как от структуры плана выпуска (соотношения) между запланированными интенсивностями выпуска модификаций конечного продукта, так и от принятых интенсивностей дискретных технологических режимов.
Исследуемое производство характеризуется достаточно большим перерывом в поступлении исходного сырья из — за «сезонности» производство хлопка. Вследствие этого в плановом периоде (году) можно выделить два эксплуатационных (временных) интервала. В первом временном интервале (январь — июнь) перерабатывается остаток сырья урожая предыдущего года. Во втором временном интервале (сентябрь — декабрь) перерабатывается некоторая часть сырья нового урожая, а оставшаяся часть идёт в запасы для последующей переработки в начале следующего года [1–4]. Объемы заготавливаемого исходного сырья хлопка, которые идут на первичную обработку зависит от агротехнических условий выращивания хлопка, а также погодных условий текущего года (январь-ноябрь).
Каждый временной интервал (январь-июнь) и (сентябрь-декабрь) характеризуется соответствующей производственной ситуацией. В первом временном интервале требуется как можно быстрее переработать наличные запасы исходного сырья. Во втором временном интервале запасы сырья нового урожая используются частично. Представляется возможным выбирать наилучшую структуру запуска на переработку модификаций хлопка.
Следует отметить, что данное производство характеризуется существенной зависимостью количества и качества хлопка, а также коэффициентов выхода конечного продукта определённой модификации от времени сбора, хранения и переработки хлопка.
При длительном хранении (выше нормативного) хлопка низших сортов (хлопок повышенной влажности выше 13 % с соответствующей засоренностью) качество хлопка существенно снижается и в дальнейшем не может быть восстановлено. Количественные и качественные характеристики перечисленных факторов не подлежат точной оценке и не могут быть однозначно учтены в момент планирования.
Ухудшение ассортимента хлопка при длительном хранении низших сортов сырья и несвоевременная переработка хлопка — сырца повышенной влажности и засоренности ведет, помимо понижения средней цены этого хлопка, к многомиллионным безвозвратным потерям хлопковой продукции — уменьшается удельный выход волокна, снижается качество волокна и побочной продукции. В планировании и управлении хозяйственной деятельности хлопкоперерабатывающего предприятия важно также правильно оценить изменения стоимости побочной продукции (семян, линта, волокнистых отходов), которая составляет примерно 11 % стоимости товарной продукции.
Главной целью хлопкоперерабатывающего предприятия является минимизация потерь, связанных с ненормативными сортовыми переходами при первичной обработке хлопка.
Производственная программа хлопкоперерабатывающего предприятия строится соответственно по прогнозам заготавливаемого хлопка и заданиям по поставкам волокна и другой хлопковой продукции. Основными показателями производственной программы являются: объём производства, номенклатура, ассортимент и качество продукции. Объём производства планируют в натуральном и денежном показателях. Незавершенное производство, полуфабрикаты и побочные продукции в системе плана и учёта хлопкоочистительный завод не фиксируют.
Как известно, существует множество математических моделей оптимального планирования [2,3,5,6,7], однако использование их в реальных условиях зачастую бывает затруднено. Потому что в процессе эксплуатации возникает проблема реализуемости моделей и необходимость их оперативной корректировки с учетом информации обратной связи о фактическом ходе производства.
Для технологического процесса ПОХ можно получить множество моделей статические, детерминированные, стохастические, динамические и т. д., каждая из которых описывает его отдельные стороны. Отличительная особенность технологического процесса ПОХ — возможность построения различных моделей, соответствующих разнообразию взглядов на исследуемый процесс. Попытка создания полных, интегральных моделей приводит в итоге либо к отказу от такой постановки задачи, либо, если она решена, к необозримым, трудно используемым результатам. Процесс математического описания дискретно-непрерывного ТП ПОХ имеет ряд специфических особенностей, вызывающих применение специальной методологии их исследований. К ряду специфических признаков ТП ПОХ следует отнести следующие: многофакторность, плохую организацию внутренней структуры, распределенность целевых функций во времени и пространстве, нестационарность свойств. Эти свойства определяются тем, что исходное сырье хлопок находится в непрерывном во времени и пространстве контакте с технологическим оборудованием ПОХ.
Исходя из этого дальнейшее совершенствование системы объемно-календарного планирования хлопкоочистительных заводов, повышение их эффективности и надежности связано с переходом на новую информационную технологию и созданием на ее основе качественно новых систем с интеллектом, базирующихся на знаниях, на концепции нечетких множеств [8,9].
Процесс первичной обработки хлопка (ПОХ) хлопкоперерабатываемой промышленности относится к технологическим процессам производства однородной продукции и ему присущи особенности объектов этого класса [1,4]. Получение готового продукта (волокна, линт, семени посевные и технические, улюк, отходы и т. д.) осуществляется на нескольких взаимосвязанных объектах, каждый из которых выполняет конкретные технологические операции (сушка, очистка, джинирования, линтерования и т. д.). Рассмотрение систем управления каждым агрегатом, процессом требует знания характеристик всей цепочки, а также использование системного подхода.
Технологический процесс ПОХ нестационарен. С одной стороны, изменяется сам объект в процессе работы (засоренности и влажности исходного сырья неравномерно распределены по объему и времени, затупляются и ломаются зубья пильчатых барабанов, стираются плетки, агрегаты забиваются сором, производятся периодические замены узлов и деталей). С другой стороны, совершенствование процесса приводит к изменению зависимостей, определяющие процесс производства.
Проверка ранее построенных математических моделей на вновь собранных в режиме нормальной эксплуатации технологического процесса первичной обработки хлопка данных дает существенную ошибку прогнозировании выходных величин. Помимо нестационарности объекта, вклад в эту ошибку вносят изменения неучтенных за счет агрегации параметров технологического процесса в моделях параметров, погрешности измерений, а также межсортовые различия обрабатываемого хлопка.
К наблюдаемым переменным относятся засоренность, влажность и разрывная нагрузка хлопка-сырца, содержание поврежденных семян, коротких волокон, улюка (недозрелых семян), жгутиков и т. д. Значения перечисленных переменных зависят от вида сбора (машинный или ручной) и селекционного сорта хлопка-сырца. Селекционный сорт — это группа растений, имеющих одинаковые морфологические (внешний вид) и хозяйственные (крупность коробочки, выход волокна, разрывная нагрузка, тонина и т. п.) признаки.
Наблюдаемые переменные часто существенно влияют на показатели качества волокна, в частности, на содержание в нем пороков и сорных примесей. Каждая из этих переменных может быть измерена, но воздействовать на них до процесса невозможно.
Целью технологического процесса первичной обработки хлопка является обеспечение сохранности природных физико-механических свойств волокно и выпуск его в соответствии с нормами ГОСТа. Метод достижения этой цели состоит в направленном воздействии на управляемые переменные.
Группу управляемых переменных технологического процесса первичной обработки хлопка образуют различные режимы агрегатов, зазоры и разводки рабочих органов станков, производительности агрегатов, температура и расход сушильного агента. Кроме того, на качество выпускаемого волокна оказывает влияние, изменение последовательности и кратности пропуска хлопка через очистители от мелкого и крупного сора, а также кратности волокно очистки. Основной вклад в разброс параметров производимого волокна вносят колебания наблюдаемых входных величин, в основном влажность и засоренность хлопка.
В общем случае осложненные условия эксплуатации производственно-технологического комплекса первичной обработки хлопка, приводят к необходимости учета в процессе планирования, контроля и управления следующих видов неопределенности:
1. низкая точность оперативной информации, о движении хлопка-сырца по всем стадиям производственного процесса — от заготовительной стадии до прессования, готового продукта волокна;
2. неритмичность работы агрегатов, станков технологического процесса ПОХ и их невысокой надежности;
3. непредвиденные отказы (поломки деталей, узлов и др.) в технологических линиях первичной обработки хлопка;
4. запаздывания при передаче информации по уровням управления хлопкозавода;
5. отсутствие возможности получения оперативных данных о параметрах во всех точках технологического процесса ПОХ, необходимых для моделей верхнего уровня в иерархии управления хлопкозаводом: объем заготавливаемого хлопка по количеству и качеству, трудовые ресурсы, материальные ресурсы, коэффициенты выхода конечных и промежуточных продуктов и т. д.;
6. Неточность моделей объемно-календарного планирования, контроля и управления хлопковым заводом, связанная с агрегированием производственного процесса;
7. неэквивалентность решений системных многоуровневых иерархических моделей, используемых на практике отдельных локальных задач;
8. неопределенность (неточность), обусловленная тем, что наличие четких (точных) целей и координирующих решений на каждом уровне планирования, контроля и управления, а также для каждого локального устройства, агрегата регулирования параметров затрудняет процесс координации работы технологического процесса.
9. необходимости учета трудностей представления знаний диспетчера (оператора) в виде алгоритмов и согласованности полученного на ЭВМ решения с его оценкой, как человеко-машинная система в контуре управления, координации в реальной производственной системе [10,11,12];
10. существенные нелинейности, трудностей формализации технологического и производственного процесса, наличия различных субъективных критериев и ограничений обусловливает применение нечетких моделей [8,11,12].
11. надежность исходной информации (влажность и засоренность по различным модификациям хлопка) получаемой от лаборантов центральной заводской лаборатории в режиме принятия оперативных решений неточность оценок, неопределенность понятий и терминов, неуверенность лаборантов в своих заключениях;
12. нечеткость (неоднозначность) естественного языка (лингвистическая неопределенность [9]) и языка представления правил в системах экспертного типа;
13. процедура принятия решения по управлению технологического процесса первичной обработки хлопка базируется на неполной информации, т. е. нечетких посылках и т. д.
Необходимость работы в этих условиях затрудняет использование стандартных пакетов прикладных программ планирования, систем автоматики и АСУ для управления технологическим процессом ПОХ. Особенно сложным является описание областей допустимых режимов работы технологического оборудования в условиях неопределенности, т. к. задание жестких (четких) ограничений для АСУ ТП и систем автоматики приводят в настоящее время к отключению этих систем оператором (диспетчером). Когда плановик, технолог или диспетчер (оператор) сталкиваются с неопределенностью реальной системы в процессе принятия решения, то они поступают самыми различными способами, на основе накопленного опыта работы, интуиции, профессиональной компетенции.
Планирование, наряду с проектированием, управлением, диагностированием, является важной фазой производственного цикла. В качестве исходных данных здесь выступают проект изделия, его качество, необходимые экономические показатели, цены на ресурсы и возможности производственного оборудования. На этой стадии осуществляются прогноз требований покупателя, планирование самого процесса, размещение оборудования, технического обслуживания и тренинга персонала. Планирование основного производства представляет собой расчет производственной программы предприятия.
Эта задача сводится к нахождению такого вектора производств (загрузки оборудования, вариантов работы технологических установок) который обеспечивает экстремум выбранного критерия оптимизации и выполнение ограничений, накладываемых условиями производства.
Существует множество математических моделей оптимального планирования, однако использование их в реальных условиях бывает затруднено. В особенности это касается текущего и оперативно-календарного планирования, в процессе которого возникает проблема реализуемости моделей и необходимость их оперативной корректировки с учетом информации обратной связи о фактическом ходе производства.
Формирование производственной программы с учётом вероятностного характера технологического процесса, прогнозного характера объёмов модификации заготавливаемого исходного сырья хлопка, удовлетворяющего заданной потребности и ограничениям на ресурсы и обладающего наиболее выгодной с точки зрения производственных затрат структурой является сложной из — за большой размерности задач.
Хлопкоперерабатывающая предприятия (хлопкоочистительный завод) — сложная динамическая и вероятностная система, функционирующая в ещё более сложной динамичной, социально — экономической и производственно — биологической среде. Основной целью функционирования хлопкозавода является выполнение задания по выпуску хлопковой продукции и достижение перевыполнения запланированных основных техника — экономических показателей заводом, а также обеспечение своевременной переработки хлопка — сырца влажностью выше 13 %.
Стремление учесть при планировании исследуемого производства вышеперечисленных неопределенностей приводить к необходимости использования:
1. модели внутрицехового планирования;
2. модели стохастического программирования;
3. детерминированные модели в терминах линейного программирования, при этом случайные величины в модели заменяются их математическими ожиданиями, линейно зависящими от векторов интенсивностей использования технологических режимов;
4. динамические модели, учитывающие двух стадийность производственного процесса.
Кроме того, в результате воздействия возмущающих факторов, а также неполноты и неточности исходной информации, оказывается нечетко определенными основные системные параметры (целевые функции, ограничения, коэффициенты).
Круг задач, входящих в область планирования производства и управления, включает планирование технологических процессов, планирование операций и управление работой цеха. Во многих случаях из-за сложной природы планирования и задач управления, а также отсутствия точных и ясных границ задачи, трудно установить набор характеристик и границы, присущие каждой функции.
В этой связи сотрудники планово-производственных служб на практике склонны использовать свои собственные правила решения, основанные на их опыте и знаниях. Такие эвристические правила, хотя и не гарантируют математической оптимальности, но оказываются адекватными реальным условиям производства и реализуемыми на практике.
Совершенствование системы планирования, повышение её эффективности и надежности связано с переходом на новую информационную технологию и созданием на её основе качественно новых систем, базирующихся на знаниях.
Литература:
1. Джаббаров Г. Д., Балтабаев С. Д., Котов Д. А., Соловьев Н. Д. Первичная обработка хлопка. — М.: Легкая индустрия, 1978. — 430 С.
2. Касимов С. М. Моделирование процессов планирования хлопковой промышленности. — Ташкент: Узбекистан, 1983. — 239 с.
3. Сиддиков И. Х., Сетметов Н. У., Каримов Д. Р. Особенности разработка компьютерной системы поддержки принятия решений для хлопкоочистительных заводов//Химическая технология. Контроль и управление, № 3. 2008. — С.87–90.
4. 
Справочник по первичной обработке хлопка. Книга I., Ташкент: «Мехнат», 1994.
5. Моисеев Н. Н. Элементы теории оптимальных систем. — М: Наука, 1975. — 528с.
6. Юсупов Ф. Детерминированная модель оптимального текущего планирования основного производство первичной переработки хлопка-сырца /Труды V1 международной конференции «идентификация систем и задачи управления» Москва 29 января — 1 февраля 2007 г. Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН. SICPRO’07. М.: ИПУ РАН, 2007.- 865–871 с.
7. Юсупов Ф., Абдуллаева Г. Х. Стохастическая модель планирования производства в условиях неполноты информации об уровнях наличных ресурсов// Труды V11 международной конференции «идентификация систем и задачи управления» Москва 28–31 января 2008 г. Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН. SICPRO’08. М.: ИПУ РАН, 2008. — 261–268 с.
8. Алтунин А. Е., Семухин М. В. Модели и алгоритмы принятия решений в нечетких условиях: Монография. Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2000. — 352 С.
9. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений: Пер. с англ. — М.: Мир, 1976. — 165 с.
10. Алиев Р. А. Методы интеграции в системах управления производством. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 271 с.
11. Гарькина И. А., Данилов А. М., Петренко В. О. Оценка качества систем с иерархической структурой // Альманах современной науки и образования. Тамбов: Грамота, 2013. № 6 (73). C. 46–48.
12. Чернышева Г. Н., Головнева Т. И. Анализ потенциала ресурсной базы предприятия на разных стадиях жизненного цикла // Альманах современной науки и образования. Тамбов: Грамота, 2014. № 4 (83). C. 181–185.
