Объектно-ориентированное моделирование горнопромышленных систем

"»*5 

С О В Е Т 

ЛЛ. 
ПУЧКОВ 

JIJL 
ГИТИС 

ИЛ. ДЕМЕНТЬЕВ 

АД. ДМИТРИЕВ 

БЛ.КАРТОЗИЯ 

B J L КУРЕХИН 

М.В. КУРЛЕНЯ 

ВЖ ОСИПОВ 

ЭЖ СОКОЛОВ 

КН. ТРУБЕЦКОЙ 

B J L ХРОНИИ 

B J L ЧАНТУРИЯ 

ЕЛ. ШЕМЯКИН 

УВСКОГО 
ГОСУДАРСТЛБШОГО 
ГОРВОГОУЮШРСВТША 

'•' А' 
А- у 
• /У 
УУ УУ АУУ,УУ 
'. 

А' /У 
/У /У А' 
А 
.<•• А' /У /У /У 
У- А' 
А 
УУ #/''./' 
/У 
А 

А-'А' 
А 
УУ _А' А 
А /У /У А 
У- У 
УУ А /У А' > '/У УУ А 
А 
, 

А 
У, А 
УУ/< 
А 
А' А л" УУ ••• У У ."' У У 
У 
'•• ' 

А 
'У Ал-/У 
/у 'А-'А 
л л у, .у /у уУ 
УУ УУ А-' л 
, 

.'у/у 
А' /у У' А' /у jf .yy /У А 
УУ У 
А' 
У- У У 
-"У А 
У'У 
' 

/? 
УУ У, УУ /У УУ А ' А ' А 
А- А 
/У А 
УУ УУ У'А 
УУ УУ У _,У .•• 

л• А- Л- Л- /У Л- л- 
А- л 
У:- . 

А уу > УУ А' 
А 
А' 
А''А' 
уУ , 

А' УУ А 
А' /у 'у- уУ А' УУ /у'. 

i Уу у? А' А' А~\Л'А'А'',А' 
. 

• УУ А' УУ А' А УУ А 
А 
'А- 
, 

ректор 
МГГУ, 
РАЖ 

{У /У ,'у УУ А- 
. 

/У /У /У А 
А' УУ , 
УуЛА' УУА А ' А
А 
А' 
А 
~УУ~УУ'УУ А /УЛА-'/У'Л' 
А*А' 
'А' 
А' 
А' 
А' 
А' 
, 

А- 
А' 
А' 
УУ 
У. А' 
А' /У 
А' 
А 
А' А /У 
А 
.4' А' 
А' УУ . 'У , 

А

:'#'л-'/е 
#\А- А 'УУ\А \А 'УУ 'А\А-[А 
'А- УУ 'А- А- /У 'А , 

У' А'/С 
А' А 
А Л'А' 
А' 
А' 
.У А > 

А' 
А' 
А- А УУ А 
А' УУ УУ УУ А' 
УУ 
Издательств МХТУ 
'• А 
А' А' Л* А' УУ А' А' 
. 

••• A'_. f 
А А' А" А' 
А' УУ , 

••• А 
А 
А' 
А' 
А /У /У 
А'\. 

••' А' £• 
А' УУ УУ А 
А' 
А' 
А- УУ А' 
/У . 

• А' 
УУ А 
/У 
А' 
А' 'УУ УУ А 
У- А 
. 

• . У А' У-' /У А' 
А' 
А' А' А 
А /У 
А' 
. 

' 
/У А 
УУ А • . 
академик РАЕН 

•У А' У/ А' 
А' 
А

1 
£' A- A- 
A- A 
A 
A' 
А' 
А 
УУ УУ /У 
# 

'У УУ Л- А' 
А' 
А' 
А' 
А' 
А 
У, А .-У А' /У 
А" 
А' А 
У? 

академик РАЕН" 
~ А- А- УУ УУ А А' А /У 
УУ 
/У .4 
'?УУ 
/ У 
А 
А- 
УУ А- 
А- 4 
УУ УУ /У 
УУ А 
А 
А 
А- 
, 

А 
УУ А 
. 

.4 
А- У, , 

УУ /' 
академик РАЕН 

'У/У 
УУ УУ Л /У 
УУ .A S /У УУ А 
А 
А'А 
А' 4 
УУ А' У
<•' А 
А' 'А' 
У 
Л 
А-'А 
'А 
А'/У 
А 
А 
УУ A' A' A' if 
А"'А 

'У А 
А- 
А' 
А- 
А- 
А' 
'А' 'А- А 
УУ А 'л А 
А' 
УУ A A A 
A 

'У УУ УУ УУ А- УУ^ 
А- А 
А' 
А' 
А- 
уУ Arf' 
£ 
УУ'УУ А 
УУ УУ УУ . 

академии РАН 

•У А" А- 
А- 
УУ А- 
А- 
А- 
А

1 
А' 
А' 
А 
УУ /У А

1 
А' УУ f \ f 
f 
* У У 
''' • 

f л- 
А-'А 
А- А 
А'А- 
А- 
А- УУ /У 
А 
Л- УУУУ А- 
А' 
А-'А- 
А 
УУ А' 
УУ., 

'i УУ А- 'А '/У А- А 
А 
А' 
УУ /У 
УУ У 
/У А' 
У- А 
А' 
А' 
УУ А' 
А' 
А 
/У , 

• '< академий ШШЕШ '• 

V УУ А' 
/У А 
А' 
А> 
А' УУ А' 
УУ А 
У, А 
А

1 
УУ А 
А 
УУ УУ А 
Л 
А /У 
. 

• А 
А- А 
А-'А-'А 
А 
УУ A 
A A A 
/>'А 
А 
УУ /У /У *Л' Л~ At А 
А', 

1 
А-'А- 
Л' А-'Л 
'Л 
А 
А' 
А 
А 
УУ .'У УУЛ 
А ' ^ £ 
А~'/У 
УУ А''УУ /• 

;- •>•академик^РлН^у* • 

А 
••• А • УУ У/]£' 
А' 
А 
А 
А-'А' 
/У А' 
А' 
А' 
А' 
А' 
А' 
А' Л' УУ .:• УУ , 

'••УУ А 
А-'А-'АУ.А 
УУ А' 
А 
УУ УУ А 
А' А' 
А 
А 
А' 
УУ А 
А' 
А 
А 
УУ , 

•• УУ А' 
А'4'А*' 
У' 4/'''.4 
А 
У- УУ А'УУ 
А'А 
А 
/У А\А'УУ 
А 
УУ , 

у- ^/^^^^АЩ^^^ШЩ А А А Л А А- А У А А- А 

• У А' V' ~Л' А 
А 
А 
А 
А 
А' /У. 
Л 
А /1 
А' 
А
'
А 
А 
А 
У 
> 
.

ГОРНЫЕ 
НАУКИ 

В.М. Ш Е К 

ОРИЕНТИРОВАННОЕ 
МОДЕЛИРОВАНИЕ 
ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ 

С И С Т Е М 

МОСКВА 
ИЭДШЪСТВО МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВВШ10гаЧ0Г0УНвВ"»ПЕТА 

2 0 0 0 

УДК 622:518.6.001.57 
Ш 40 

Шек В.М. Объектно-ориентированное моделирование 
горнопромышленных систем. — Учеб. пособие. — М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2000.— 304 с. 

ISBN 5-7418-0172-2 

Изложены методология, теория, методы и алгоритмы объектно-ориентированного моделирования в автоматизированных системах управления и 
обработки информации производственных горнопромышленных систем различных уровней иерархии на стадиях разведки, подготовки и отработки 
месторождений полезных ископаемых, переработки минерального сырья. 
Предлагается использовать созданную теорию объектно-ориентированного 
моделирования при исследовании горнопромышленных систем (ках вида 
больших систем) на всех этапах их жизненного цикла. 

Табл. 20, ил. 42, список лит. — 135 назв. 

УДК 622:518.6.001.57 

ISBN 5-7418-0172-2 
© В.М. Шек, 2000 
© Издательство МГГУ, 2000 

ВВЕДЕНИЕ 

развитых горнодобывающих странах имеются 
(и существуют тенденции к увеличению их числа) «горнопромышленные 
комплексы — 
совокупности производств на определенной 
территории, 
предназначенных 
для разведки, добычи и переработки минерально-сырьевых 
ресурсов 
и объединенных единой межотраслевой 
административно-хозяйственной 
структурой». 
Для исследования интеграционных тенденций в добыче и переработке минерального сырья нами предлагается использовать обобщенное понятие «Горнопромышленные системы — совокупность производств, предназначенных для разведки, добычи 
и комплексной, многостадийной 
переработки 
минерально-сырьевых ресурсов с выпуском конечной продукции различной степени интеграции». 

С этих позиций всю совокупность предприятий и организаций, занятых разведкой, добычей и переработкой минеральных ресурсов в 
мире, можно рассматривать как одну сложную 
горнопромышленную систему (ГПС). При рассмотрении сложных иерархических систем широко используются методы структурно-функционального моделирования. С их помощью ГПС 
можно представить как совокупность более простых моделей (блоков, подсистем). Например, 
на первом этапе декомпозиции ГПС мира наиболее рационально представить ее как совокупность горнопромышленных систем, размещенных на крупных территориях (материках, 
континентах). На следующей стадии декомпозиции каждую такую ГПС можно представить 
как совокупность ГПС, входящих в эту территорию стран. 

5 

Россия играет очень важную роль в мировой ГПС, значительно выделяясь среди всех других стран. Она поставляет 
большое количество минеральных ресурсов и продуктов их переработки в ГПС Европы и Азии, а также в страны, расположенные на других континентах. 

При рассмотрении ГПС России можно осуществить ее 
дальнейшую декомпозицию по различным принципам, .например, по организационно-технологическому принципу с выделением общепринятых в мировой практике этапов производства: 
разведки, добычи и обогащения, плавки и очистки, 
производства 
продукции. 

В мире имеется много примеров национальных и транснациональных компаний и корпораций, занимающихся разведкой 
и эксплуатацией месторождений полезных ископаемых и проводящих глубокую переработку минерального сырья. При этом 
на отдельных участках и этапах работ ими привлекается, как 
правило, множество специализированных фирм и компаний. 

Существующее состояние российской экономики не дает оснований для широкого распространения этих правил. Однако и 
в этих условиях имеются отдельные предприятия и объединения, успешно проводящие полный цикл работ по добыче и переработке минерального сырья. Так, на Лебединском ГОКе не 
только доразведывают месторождение, добывают железную руду и производят концентраты и окатыши, но и из производимой металлургическими предприятиями России и Украины по 
толлингу металлопродукции изготавливаются различные изделия. Тенденции к образованию таких систем имеют место в топливно-энергетических комплексах регионов (например, Красноярского края), в цветной металлургии и других отраслях. 

Для исследования развития этих тенденций, а также взаимного влияния отдельных частей ГПС России друг на друга, 
важно иметь возможность моделирования различных состояний таких систем с учетом всех этапов их возникновения, развития и модификации. Необходимы «сопрягаемые» модели разведки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых, 
переработки и использования минерального сырья. 

6 

При наличии методологии такого моделирования воэмбжно проводить разбиение моделей ГПС на любые совокупности 
более простых моделей, используя различные принципы декомпозиции: пространственные, временные, организационно-технологические и др. Получаемое большое множество вариантов 
построения композиционной модели позволит рассматривать 
объекты и явления с различных сторон, делая их более доступными и понятными исследователям и, соответственно, приводя 
к более эффективным вариантам решений. 

Поэтому актуально создание новой методологии составления и описания элементных моделей, позволяющей осуществлять 
гибкое вариантное моделирование композиционных моделей в 
любом порядке при любом сочетании включаемых в них элементных моделей. 

Наиболее рационально использовать такой мощный инструмент преодоления сложности разрабатываемых систем, как 
объектно-ориентированная 
методология 
с ее компонентами: 
объектно-ориентированным анализом, объектно-ориентированным проектированием и объектно-ориентированным программированием. Эта методология успешно используется при создании больших программных комплексов, и различных компьютерных систем и инструментальных средств. 

Однако использование объектно-ориентированной методологии при моделировании сложных систем пока не распространено. Будем понимать под объектно-ориентированным 
моделированием 
процедуру 
составления 
и-реализации 
композиционных 
моделей сложных 
систем с использованием 
перечисленных 
объектно-ориентированных 
компонент. 

Идея разрабатываемого подхода заключается в том, что 
проектирование 
и обеспечение функционирования 
горного 
производства 
должно 
осуществляться 
на базе единого подхода 
к 
структурно-функциональному 
моделированию 
горнопромышленных систем различных 
уровней иерархии, с использованием 
объектно-ориентированных 
моделей разведки, 
подготовки 
и отработки месторождений 
полезных ископаемых, переработки 
минерального 
сырья. 

В работе изложена концепция взаимосогласованного моделирования горного производства, которая базируется на сис
7 

темном подходе и построена на следующих принципах: соблюдение иерархичности 
и стадийности моделей; 
масштабируемость 
среды моделирования; 
единство 
информационной 
среды; 
сонаправленность 
(согласованность) 
целей; пространственное 
структурирование 
элементов модели; унификация 
методов 
составления (синтеза) композиционных 
моделей. 

Введен новый элемент механизма моделирования — 
банк 
моделей, 
содержащий, образно выражаясь, «заготовки», «детали» и «полуфабрикаты» композиционных моделей. Элементные 
модели в этом банке будут представлены в виде динамических 
библиотек, подобно DLL-библиотекам программных модулей. 
Так как объектно-ориентированные модели должны инкапсулировать «постоянно» используемые ими данные, то должен существовать механизм, позволяющий «подкачивать» эти данные 
в модель перед ее «запуском». Наилучшим вариантом реализации этого механизма является система масштабируемых банков 
данных. 

Для обеспечения возможности применения методологии системного объектно-ориентированного моделирования на всех 
этапах жизни горнопромышленных комплексов модели месторождений или отдельных их участков также должны быть объектно-ориентированными. В противном случае не будет обеспечено ведение динамичных масштабированных банков данных 
по этим месторождениям, а также построение композиционных 
моделей горного предприятия. 

В процессе промышленной или эксплуатационной разведки 
появление новых (дополнительных) геологических данных по 
отдельным элементам месторождения приводит к необходимости корректировки модели месторождения. Для широко используемой блочной модели это фактически построение ее заново для всего месторождения или его участка (сегмента). Поэтому предложен новый способ описания месторождения с помощью призм постоянного сечения, построенных по регулярной сети и имеющих верхние и нижние основания, которые 
совпадают с соответствующими поверхностями контура тела 
полезного ископаемого. Это значительно сокращает число элементарных блоков (примерно на порядок), делает эффективной 
8 

процедуру пересчета запасов (или ресурсов) и обеспечивает 
преемственность результатов моделирования на всех периодах 
жизни месторождения. 

Для удобства представления пространственной информации по месторождению и повышения эффективности ее обработки предлагается использовать ГИС-технологии. 
С помощью 
инструментальных средств ГИС выполняются разнообразные 
работы: 

• проводятся граничные поверхности между различными 
классами ресурсов или между ресурсами и пустыми породами; 
• определяются координаты характерных точек всех элементарных призм; 
• запоминаются пространственная и атрибутивная информация в соответствующих базах данных; 
• проводятся расчеты объемов тел и содержаний в них полезных ископаемых; 
• анализируется движение запасов и ресурсов и др. 

В настоящее время в мире разработаны технологические 
модели, которые в различных комбинациях объединены в горные технологии. Согласно прогнозу Л.А. Пучкова, «первые 20 
лет нового тысячелетия развитие горного дела будет идти по 
пути интегрирования 
наиболее прогрессивных 
технических 
средств в новые технологии». Новые технологии могут быть 
системной комбинацией существующих способов разведки, добычи и переработки или вновь созданных с существующими. 
При этом моделирование этих комбинаций становится серьезной задачей. 

При использовании системного объектно-ориентированного моделирования степень детализации описания процессов и 
объектов определяется элементными моделями нижнего уровня 
иерархии. Модель более высокого уровня, включающая эти 
модели, «наследует» от них достигнутую степень детализации. 
За счет добавляемых элементов этого уровня иерархии увеличиваются описываемые показатели пространства и времени. 
Поэтому мощность модели увеличивается в несколько раз. 

9 

Единообразный механизм построения моделей на всех уровнях иерархии систем позволяет создавать динамичные интегрированные (композиционные) модели верхних уровней на основе моделей нижних уровней. Необходимая для моделирования информация хранится в соответствующих масштабированных банках данных в виде DLL-библиотек. 

Совокупность проведенных исследований позволила создать единую методологию моделирования ГПС, что представляется важным для всестороннего изучения с целью повышения 
эффективности как отдельных систем, так и их комплексов. 

Достаточно сложно применить полученные результаты для 
ГПС нынешней России, учитывая ее тяжелое нынешнее состояние, нестабильную обстановку, отсутствие управления ею на верхнем уровне иерархии. Поэтому ближайшие практические результаты могут быть получены в практическом развитии ГПС 
средних и нижних уровней иерархии, а также в последующем 
функционировании этих систем. В настоящее время разворачиваются работы по стратегическому планированию развития 
горной промышленности России на базе ЦСИ МГГУ.