Исследование возможности применения искусственных нейронных сетей для автоматического управления процессом металлизации 
Адаптивный шаг обучения
Ранее отмечалось, что в стандартном алгоритме обратного распространения ошибки существует проблема выбора подходящего шага обучения, чтобы увеличить быстродействие и обеспечить сходимость алгоритма. Для выбора адаптивного шага обучения можно использовать метод наискорейшего спуска [4]. В соответствии с ним на каждой итерации обучения нейронной сети необходимо выбирать шаг обучения для каждого слоя таким, чтобы минимизировать среднеквадратичную ошибку сети:
где ; -- число нейронных элементов последнего слоя.
Выходное значение j-го нейрона зависит от функции активации нейронных элементов и в общем случае определяется следующим образом:
При этом весовые коэффициенты и пороги нейронной сети модифицируются, как:
Среднеквадратичная ошибка нейронной сети:
Тогда для нахождения (t) необходимо решить следующее уравнение:
Данное уравнение невозможно решить относительно (t) аналитическим путем. Поэтому в ряде работ для определения адаптивного шага обучения предлагается использовать методы линейного поиска [14]. Однако это связано со значительными вычислениями. Поэтому можно предложить приближенный метод нахождения скорости обучения (t). Он базируется на разложении функции активации нейронных элементов в ряд Тейлора.
Пусть выходное значение j-го нейрона последнего слоя нейронной сети
где -- выходное значение -го нейрона скрытого слоя.
Для определения взвешенной суммы -го нейрона в момент подставим в (111) выражения (222) и (333):
Обозначим:
Тогда можно представить в следующем виде:
Выходное значение j-го нейрона в момент времени t +1:
Разложим по формуле Тейлора и ограничимся первыми двумя членами:
Тогда
Так как
то (888) можно переписать в виде
Для обеспечения адаптивного шага обучения необходимо обеспечить:
Тогда
Откуда
Так как , то при данном обеспечивается минимум среднеквадратичной ошибки. Найдем выражение для . Для этого определим:
получим:
Исходя из принципа независимости слоев, предполагаем, что
получим приближенное выражение для вычисления адаптивного шага обучения различных слоев нейронной сети:
где -- ошибка -го нейронного элемента..
Следует отметить, что в приведенном выше выражении вычисляется отдельно для каждого слоя нейронной сети. Как показывают эксперименты, при использовании адаптивного шага обучения могут получаться слишком большие значения . Это может привести к десинхронизации процесса обучения, когда весовые коэффициенты резко изменяются в определенном направлении. В результате изменение среднеквадратичной ошибки с течением времени будет иметь колебательный характер. Поэтому рекомендуется ограничивать по абсолютному значению. Полученное выше выражение для адаптивного шага обучения позволяет значительно повысить скорость обучения нейронной сети и избежать выбора подходящего шага. Это является существенным преимуществом по сравнению со стандартным алгоритмом обратного распространения ошибки. Хотя при удачном выборе постоянного шага обучения данный алгоритм будет сходиться не быстрее, чем метод градиентного спуска.
5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
5.1 ВВЕДЕНИЕ
Экономическое планирование является нормой любой деятельности, направленной на получение прибыли. Исследования по использованию новых технологий в металлургии имеют экономические предпосылки. В связи с этим желательно предусмотреть в рамках исследовательской работы оценку экономической эффективности новых методов, которая могла бы служить в дальнейшем основанием для проектного решения по этой проблеме.
Как метод экономического планирования выберем составление бизнес-плана. Бизнес-план выступает как объективная оценка собственной деятельности предприятия и, в то же время, необходимый инструмент проектно - инвестиционных решений в соответствии с потребностями рынка. В нем характеризуются основные аспекты коммерческого предприятия, анализируются проблемы, с которыми оно столкнется, и определяются способы их решения. Следовательно, бизнес-план - одновременно поисковая, научно-исследовательская и проектная работа.
Цель бизнес-плана может быть разная, Например, получение кредита или привлечение инвестиций, определение стратегических и тактических ориентиров предприятия и др.
В зависимости от рыночной ситуации цели составления бизнес-плана могут быть различны. Вследствие этого бизнес-планы по объектам бизнеса можно классифицировать в соответствии со схемой (см. приложение 10). Бизнес-планы разрабатываются в различных модификациях в зависимости от назначения: по бизнес линиям (продукция, работы, услуги, технические решения), по предприятию в целом (новому или уже действующему). Бизнес-план может быть нацелен как на развитие предприятия, так и на его финансовое оздоровление. Также может планироваться деятельность всего предприятия или его отдельного подразделения.
Необходимо отметить, что различные экономисты выделяют несколько разные структуры бизнес-планов, однако, все они имеют приблизительно одинаковое строение. Такая структура представлена в приложении 12.
5.2 РАЗРАБОТКА БИЗНЕС-ПЛАНА
5.2.1 Концепция
Целью данного исследования является развитие производственного подразделения. Возможность решения может быть предоставлена внутренними ресурсами предприятия. Проект развития, в основе которого лежат выше проведённые исследования позволит:
снизить расход топлива и энергоносителей;
снизить себестоимость продукции;
повысить производительность и качество;
на много увеличить надёжность работы;
Для реализации проекта потребуются капитальные затраты в размере 3 648 600,00 руб., срок окупаемости которых составит 1,2 года и по истечение пяти лет даст планируемую прибыль 13 636 733,84.
5.2.2 Краткая информация о предприятии
Открытое Акционерное Общество Оскольский электрометаллургический комбинат (ОАО "ОЭМК") - это частное предприятие, вышестоящим органом которого является собрание акционеров.
Адрес: 309500, Белгородская обл., г. Старый Оскол - 15.
E-mail: oemk@oskolnet.ru
http://www.oemk.oskol.ru
5.2.3 Характеристика предприятия и продукции
ОЭМК являет собой интегрированное (с полным циклом) металлургическое предприятие, предназначенное для производства высококачественной металлопродукции из стали, выплавленной из металлизованных окатышей (с добавкой металлолома), производство которых, как и производство окисленных окатышей, входит в состав комбината.
Основные достоинства ОЭМК:
1. Принципиально новая технология производства металла, основанная на прямом получении железа из руды по способу "Мидрекс", позволяет исключить из состава комбината такие сильные источники загрязнения атмосферы, как аглофабрика, коксохимическое производство, доменный цех. Практически отсутствуют выбросы в атмосферу серы, фенолов, цианидов и других вредных веществ. Исключение из процесса жидких высоконагретых продуктов при восстановлении окисленных окатышей улучшает условия труда рабочих.
2. Применение металлизованных окатышей в качестве основного шихтового материала для производства стали позволяет получать металл нового уровня качества, особо чистый по содержанию вредных примесей и примесей цветных металлов (в два-три раза ниже, чем в металле, выплавленном традиционными методами). Это особенно важно в связи с возрастающим загрязнением металлолома. Среднее содержание остаточных элементов в стали, выплавленной из металлизованных окатышей, составляет в процентах: серы - 0,006; фосфора - 0,008; никеля - 0,05; меди - 0,06. Впервые регламентировано содержание остаточных цветных металлов в процентах: свинца - менее 0,003; цинка - менее 0,004; сурьмы - менее 0,003; олова - менее 0,01; висмута - менее 0,005.
3. Выплавка высококачественной стали из металлизованных окатышей в сверхмощных электродуговых печах с непрерывной разливкой металла в заготовки сечением 300х360 мм. Выплавка производится в электропечах вместимостью 150 т. с трансформатором мощностью 90 МВА. Для снижения вредных воздействий на окружающую среду электропечь заключена в шумоизолирующий кожух. Материалы по программе подаются в печь или ковш, окатыши и известь в процессе плавки загружаются непрерывно через отверстие в своде печи.
4. Применение системы гидротранспорта для поставки железорудного концентрата (пульпы). Исключены железнодорожный транспорт, парк вагонов, операции погрузки и разгрузки, потери металлов, ручной труд. Процесс бесшумен, легко поддается контролю, регулированию и автоматизации. Транспорт не зависит от природы.
5. Использование для межцеховых и внутрицеховых перевозок не железнодорожного транспорта, а конвейерных систем и специального автотранспорта. Это позволило более компактно расположить цехи, повысить гибкость управления их работой.
6. Использование при обезвоживании концентрата блочной системы фильтрации, при которой каждый фильтр обслуживает отдельный вакуумный насос, что повышает качество фильтрации и стабильность работы оборудования при повышении энерговооруженности процесса.
7. Эксплуатация электро-газовых подстанций на 330/110 и 110/10 кВ повышает надежность работы оборудования и сокращает площади для подстанций. Использование современного оборудования, сырья нового качества и прогрессивных технологических приемов производства и контроля качества (металлизованные окатыши, внепечная обработка жидкого металла, защита от вторичного окисления металла на МНЛЗ, автоматическое поддержание уровня металла в кристаллизаторах, использование шиберных затворов на промежуточных ковшах, водовоздушное вторичное охлаждение заготовок, регламентированное охлаждение литой заготовки, термообработка, обточка, установки неразрушающего контроля проката) позволяют гарантированно получать металлопродукцию заданного высокого качества.
Металлопродукция ОЭМК:
Окатыши металлизованные термически пассивированные
Непрерывнолитая заготовка сечением 300х360 мм, длиной 4,2-11,8 м
Квадратная заготовка для переката со стор. 70-125 мм, длин. 9,1-11,8м
Сортовой прокат диаметром 80-160 мм, длиной 4,5-5,9 м и 9,1-11,8 м
Трубная заготовка диаметром 80-160 мм, длиной 9,1-11,8 м
Основные преимущества металла ОЭМК:
Особая чистота металла по содержанию вредных примесей и газов (кислород, азот).
Высокая точность проката по диаметру и кривизне.
Высокая технологическая пластичность металла при горячей и холодной деформации, которая на 10-50% выше, чем на обычном металле, что позволяет обеспечить осадку в горячем и холодном состоянии до 1/4 первоначальной высоты и специальные виды технологических испытаний. Это дает возможность гарантировать отсутствие дефектов при изготовлении деталей у потребителей.
Особенно явно преимущества металла ОЭМК выявляются в мелкосортном и среднесортном прокате. Такой металл обеспечивает осадку на 80-85%, что не может быть достигнуто на любом другом металле и не нормируется ни в отечественных, ни в зарубежных стандартах. При переработке расход металла снижается на 150-200 кг/т, расход инструмента - в 1,3-2,5 раза.
Повышенные механические и пластические свойства (относительное удлинение и сужение выше на 10-20%, ударная вязкость - на 20%, особенно повышается ударная вязкость при пониженных температурах).
Высокая чистота поверхности проката.
Низкая прокаливаемость, суженные пределы по химическому составу обеспечивают лучшую технологичность при термической обработке металла у потребителей.
Повышенная долговечность деталей.
Редукторы заднего моста и коробки передач автомобилей с деталями из металла ОЭМК имеют изгибно-усталостную прочность шестерен на 20-30% выше, сопротивление усталости коленчатых валов из металла ОЭМК на 30% выше, чем на обычном металле.
Котельные трубы имеют долговечность на 50% выше, чем из обычного металла, стойкость колец подшипников и тел качения из непрерывно-литой заготовки ОЭМК значительно превышает нормируемый показатель.
Все потребители металла ОЭМК подтверждают его высокое качество и эффективность использования для уменьшения брака, снижения расхода металла и инструмента, повышения других показателей, отказа от закупок по импорту. Фирмой TUV CERT (Германия) сертифицированы:
система качества ОЭМК по Международному стандарту ИСО 9002;
непрерывнолитая заготовка, сортовой прокат и трубная заготовка по техническим правилам AD-WO\TRD 100;
арматурные марки стали на знак "U".
ОЭМК является одним из крупнейших в мире металлургических предприятий, производящих металлопродукцию на базе процесса прямого получения железа. Продукция ОАО "ОЭМК" хорошо известна не только на внутреннем, но и на внешнем рынке. Основными потребителями являются машиностроительные, экскаваторные, тракторные, автомобильные, трубные и подшипниковые заводы, в том числе такие крупные как ЗИЛ, ГАЗ, КАМАЗ, БелавтоМАЗ. Благодаря высокому качеству продукция комбината высоко ценится потребителями и уверенно выходит на мировой рынок металла. С 1989 года комбинат экспортирует продукцию в Южную Корею, Тайвань, США, Италию, Югославию и другие страны.
Основными потребителями металлопродукции комбината на внутреннем рынке являются предприятия топливно-энергетического комплекса, тяжелого и автомобильного машиностроения, подшипниковые заводы:
Первоуральский новотрубный завод (ПНТЗ)
Синарский трубный завод (СинТЗ)
Волжский трубный завод
Белорусский металлургический завод (БМЗ)
АвтоВАЗ
ГАЗ
УАЗ
Челябинский трубопрокатный завод (ЧТПЗ)
Орловский сталепрокатный завод (ОСПАЗ)
Череповецкий сталепрокатный завод (ЧСПЗ)
Из металла ОЭМК изготавливаются шестерни, коленчатые валы, оси, толкатели, втулки, подшипники, котельные трубы, трубы нефтяного сортамента и др. Особенно успешно металл применяется при производстве деталей методами холодной высадки (степень осадки 75%), горячей штамповки, формовки в условиях сложной пластической деформации. Высокопластичные стали эффективны для производства крепежных изделий методом холодной высадки без подготовительной термообработки сортового проката и термообработки готовой продукции.
Благодаря высокому качеству продукция комбината высоко ценится потребителями и уверенно выходит на мировой рынок металла.
5.2.4. План производства
Производство окисленных окатышей
Цех окомкования производит окисленные окатыши из железорудного концентрата Лебединского горнообогатительного комбината, транспортируемого на комбинат по пульпопроводу в виде пульпы на расстояние 26,5 км.Из пульпы на дисковых вакуумных фильтрах получают кек, из которого в свою очередь получают окатыши.
Обжиг окатышей производится на конвейерной машине площадью 480 м2. Производительность цеха окомкования 2600 тыс. т. в год. Окисленные окатыши имеют размер 5-20 мм, содержание железа в окатышах не менее 67%, кремнезема - не более 3,3%, прочность - не менее 250 кг/окатыш.
Производство металлизованных окатышей
Окисленные окатыши по транспортерам поступают в шахтные печи цеха металлизации. Цех металлизации производит металлизованные окатыши из окисленных окатышей по технологии Мидрекс - нагретым восстановительным газом, полученным из природного газа после его конверсии в реформерах. В цехе имеются четыре установки металлизации общей производительностью 1800 тыс. тонн в год, на которых производятся пассивированные металлизованные окатыши, которые передаются в электросталеплавильный цех комбината, и отгружаются другим металлургическим заводам, а также на экспорт. Они пригодны для перевозки в открытых вагонах, речным и морским транспортом. Таким образом, план производства продукции представлен на рис. 6.1.
Металлизованные термически пассивированные окатыши ОЭМК - это высококачественное металлургическое сырье, полученное в установках металлизации по специальной технологии, обеспечивающей низкую склонность к вторичному окислению при увлажнении. Владельцем "ноу-хау" технологии пассивации металлизованных окатышей является ОЭМК.
Достоинством окатышей являются:
высокое содержание железа;
широкий диапазон регулирования степени металлизации и содержания углерода;
низкое содержание серы, фосфора и цветных металлов;
низкая склонность к вторичному окислению.
Рис. 5.1. План производства продукции ОЭМК
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
|
