Актуальность работы. Сложившаяся в России ситуация, связанная с накоплением отходов, ведет к опасному загрязнению окружающей природной среды и создает реальную экономическую проблему. В тоже время отходы являются значительными ресурсами вторичного сырья, которые можно охарактеризовать как возобновляемые сырьевые, материальные и топливно-энергетические ресурсы. С этим связана актуальность объекта диссертационного исследования — процесса переработки электронного лома с целью извлечения золота.
Широкое применение золота в постоянно развивающихся различных областях народного хозяйства требует вовлечения все большего его количества. Необходимо использовать все возможности для максимальной реализации ресурсов этого металла. Поэтому вторичные продукты являются важными источниками драгоценных металлов. Общее количество вторичного золота по разным оценкам составляет от 200 до 600*тонн. Основная его часть (примерно 450−500 тонн) содержится в электронном ломе, который получают при демонтаже военной и космической аппаратуры, а также инженерных и лабораторных приборов.
Переработка электронного лома — процесс сложный, технологически насыщенный. Необходимо разработать конструкцию плавильного комплекса, правильно выбрать технологию переработки лома, рассчитатьвозможные затраты, прибыль и быть готовым к различным изменениям рынка. Таким образом, планирование производственного процесса объединяет и охватывает все стороны организации производства. Без него деятельность предприятия не может быть достаточно эффективной:
В условиях постоянно развивающейся конкуренции снижение затрат приобретает особенно большое значение. В связи с этим возрастает потребность в повышении качества планирования хозяйственной деятельности предприятия, учете и изыскании резервов снижения себестоимости продукции. Для этого необходимо, например, внедрение новой техники, комплексная механизация и автоматизация производственных процессов, совершенствование технологии переработки электронного лома, совершенствование организации или структуры процесса переработки, улучшение материально-технического снабжения и прочие факторы. В данной работе было уделено особое внимание этапу подготовки сырья к дальнейшей переработке. Задача поиска оптимального состава сырья рассматривалась во многих отраслях промышленности, таких как пищевая, нефтеперерабатывающая, литейное производство и т. д., но что касается объекта исследования, то относительно электронного лома данная задача ставится впервые. Это связано и с тем, что не существует единой классификации электронного лома, поэтому за основу была взята классификация, разработанная Погосяном А. Т [1]. Существует множество подходов к решению задачи оптимальной подготовки сырья в зависимости от особенностей каждого вида производства и поставленных целей. Целью данной работы является снижение затрат на извлечение золота при переработке электронного лома. Исследования показали, что себестоимость извлечения золота при переработке различных видов электронного лома по разным технологиям зависит от содержания золота нелинейным образом, то есть себестоимость зависит от содержания в ломе остальных компонентов, их комбинаций и от особенностей используемых технологий переработки [2.1]. Следовательно, было выдвинуто предположение, что для каждой технологии существует такой химический состав электронного лома, при переработке которого по определенной технологии себестоимость извлечения драгоценных металлов будет наименьшая. Назовем этот состав электронного лома «идеальным» составом. Его можно получить >путём смешивания^ сырья, поступающего на аффинажные предприятия. Снизить суммарные затраты на извлечение золота можно за счет получения" максимального количества электронного лома с «идеальным» химическим составом из исходного сырья. Поэтому на основе комплекса математических моделей и алгоритмов в работе была предложена новая организационно-технологическаясхема переработки золотосодержащих отходов, которая позволяет принять решение о целесообразности смешивания исходного сырья для получения электронного лома с «идеальным» химическим составом, дальнейшая переработка которого обеспечит снижение затрат на извлечение золота' и повышение эффективности процесса переработки электронного лома.
Таким образом, в диссертационной работе поставлена задача повышения" эффективности процесса переработки электронного лома за счет получения «идеального» химического состава электронного лома на этапе подготовки сырья к переработке.
Цель работы. Цельюработы является разработка и программная • реализация математических моделей и алгоритмов, позволяющих повысить качество принимаемых решений при планировании процесса переработки электронного лома.
Вопросы исследования:
• Провести анализ существующих методов и моделей планирования производственных процессов;
• Исследовать зависимость себестоимости извлечения золота от химического состава сырья и на ее основе построить алгоритм поиска «идеального» химического состава электронного лома;
• Построить алгоритм получения электронного лома с «идеальным» химическим составом из имеющегося сырья и математическую модель максимизации его количества;
• Разработать программно-алгоритмический комплекс принятия решений при планировании переработки электронного лома и предложить алгоритмы корректировки плана закупок основных материалов.
Методы' исследования. Научные исследования, были выполнены на основе методов математического и целевого программирования, методов условной оптимизации и методов прямого поиска.
Для разработки программного обеспечения использовалось приложение для офисной программы Microsoft Excel на языке программирования Visual Basic for Applications (VBA, Visual Basic для приложений).
Научная новизна состоит в построении математических моделей и алгоритмов, на основе которых предложена новая организационно-технологическая схема подготовки и переработки золотосодержащих отходов, при этом:
• построен алгоритм поиска «идеального» химического состава электронного лома;
•! построен алгоритм и математическая модель получения 1электронного лома с «идеальным» химическим составом* из имеющегося в наличии сырьядальнейшая переработкам, которого позволяет снизить затраты на извлечение золота;
• разработано программно-алгоритмическое принятия* решений при. планировании переработкиэлектронного лома, работа с которым, осуществляется v в, диалоговом режиме ш поэтому позволяет провести анализ возможных вариантов решения задачи, и помогает принять решение о способе переработки сырья на этапе планирования.
Практическая' значимость. Теоретические' и методические разработки-, выводы и практические рекомендации* исследованиям позволяют решить вопросы оптимизации" процесса переработки на' этапе планирования.' Разработано! программное обёспечение, которое позволяет^ принять решение о возможности и целесообразности смешивания различных видов электронного лома на^ этапе подготовки сырья к переработке и-о наиболее выгодном способе переработки с точки зрения ¡-минимизации затрат на извлечение золота:
Апробациярезультатов. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
Х-ош Международной научно-технической конференции «Моделирование, идентификация^ синтез систем. управления» (п.Канака, АР Крым, 2007 г.).
The XII-th International Conference «Cognitive Modelling in Linguistics» (CML-2010, Dubrovnik, Croatia);
VHI-ofii Международной конференции: «Перспективные технологии, оборудование и аналитические системы для* материаловедения и: наноматериалов» (г. Алматы, Республика Казахстан, 2011 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 работ, включая 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объём работы составляет 102 стр.
4.4 Выводы.
В данной главе диссертационной работы были-приведены результаты поставленной задачи повышения. эффективности процесса переработки электронного лома за счет использования новой организационно-технологической схемы. При этом решены следующие задачи: задача поиска, «идеального» химического состава электронного лома на этапе подготовки сырья к переработке, задача поиска оптимального плана переработки электронного лома с учетом и без учета предложенного подхода, задача оценки потребности в дополнительных основных материалах.
Применение предложенного укрупненного алгоритма подготовки и переработки золотосодержащих отходов позволяет выбрать способ переработки электронного лома в зависимости от предпочтений *ЛПР. Было предложено два пути поиска оптимального плана переработки и расчета затрат: использование модели1 распределения ресурсов или предложенных алгоритмов и моделей в данном диссертационном исследовании. Полученные результаты вычислительного эксперимента показали, что затраты на извлечение золота при использовании предложенного подхода меньше, чем при использовании только модели распределения ресурсов.
Данный алгоритм был реализован программно, что значительно упрощает процедуру поиска решения. Алгоритм является универсальным,.так как помогает решить несколько задач при разных условиях. Он позволяет:
1) рассчитать затраты на переработку лома, предусмотрев изменчивый характер химического состава и количества поступающего сырья, а также таких показателей как цена на золото и основные материалы, заработная плата и прочие расходы;
2) принять решение, в каких количествах и по какой технологии наиболее выгодно переработать имеющееся сырье;
3) оценить возможность и целесообразность смешивания различных видов электронного лома.
4) провести анализ себестоимости извлечения 1 кг золота, что в свою очередь позволяет аффинажным заводам значительно сократить расходы по переработке электронного лома, повысить рентабельность, тем самым, максимизировать прибыль, получаемую от вторичного производства золота.
Результаты вычислительного эксперимента показали, что использование предложенного подхода при поиске оптимального плана переработки электронного лома позволяет получить рациональные варианты решения в зависимости от состояния складских запасов сырья на предприятии.
Заключение
.
Основная задача, которая решена в диссертационной работе — это задача повышения эффективности процесса переработки электронного лома, которая в свою очередь предусматривает решение трех подзадач:
1) задача оптимальной подготовки сырья к переработке;
2) задача поиска оптимального плана переработки электронного лома;
3) задача оценки потребности в основных материалах.
При этом основные результаты работы следующие:
• - В работе исследовано влияние химического состава различных видов электронного лома" на показатель себестоимости извлечения золота по различным технологиям. Данное исследование легло в основу разработки алгоритма поиска «идеального» химического состава электронного лома. Причем для каждой технологии переработки «идеальный» химический состав лома будет разный.
• Построен алгоритм и математическая модель получения электронного лома с «идеальным» химическим составом из имеющегося на складе сырья.
Разработка алгоритмов поиска и получения данного химического состава является ключевым моментом и научной новизной в работе. Именно за счет этого-и происходит снижение затрат на переработку электронного лома, что показано в дальнейшем при решении следующей подзадачи поиска оптимального плана.
• Для автоматизации > громоздких вычисленийбыло разработано программно-алгоритмическое обеспечение, позволяющее быстро получить результаты расчета оптимального плана переработки сырья с учетом и без учета предложенного подхода к оптимизации процесса переработки электронного лома. При этом работа с программой осуществляется в диалоговом режиме в связи с тем, что выбор пути расчета затрат, сравнение результатов и' оценка целесообразности смешивания сырья на этапе его подготовки осуществляется ЛПР, так как состав вторичного золотосодержащего сырья непостоянен и не исключено, что в каких-то случаях будет невозможно получить «идеальный» химический составсырья. Кроме того, программно-алгоритмический комплекс предусматривает возможность изменять такие параметры как цена электронного лома и основных материалов, заработная плата рабочих, расходы на содержание и эксплуатацию оборудования, цеховые расходы, которые могут меняться с течением времени, что отражает системный подход к решению проблемы.
• Так как в процессе переработки электронного лома в себестоимости продукции в среднем затраты на сырье и основные материалы составляют около 60%, то в третьей подзадаче кроме оптимального использования сырья, предложены модели и алгоритмы корректировки плана закупок основных материалов, позволяющие повысить эффективность использования материалов.
Таким образом, основным результатом работы является разработка математических моделей и алгоритмов, на основе которых предложена организационно-технологическая схема переработки золотосодержащего сырья, позволяющая повысить эффективность данного процесса. Результаты ее применения на примере 6 видов электронного лома, наиболее часто поступающих на предприятия по извлечению благородных металлов, и 6 технологий переработки [1] подтвердили правильность предположения, что получение электронного лома с «идеальным» химическим составом на этапе подготовки сырья к переработке способствует снижению суммарных затрат на извлечение золота. В данном примере, смешав сырье для получения «идеального» состава, суммарные затраты на его дальнейшую переработку составили 22,513 млн руб., а без учета предложенной подготовки сырья — 23,598 млн руб. Экономический эффект от внедрения предложенного подхода может составить около 1 млн руб. в год.
