DOI: 10.12737/1770 УДК 630*372
МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ТРЕЛЕВКИ НА
ВЫБОРОЧНЫХ РУБКАХ
кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры лесной промышленности, метрологии, стандартизации и сертификации В. В. Абрамов кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры лесной промышленности, метрологии, стандартизации и сертификации М. В. Филичкина ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
FilichkinaM@yandex.ru
В настоящее время для оценки технологических и операционных процессов используют несколько разновидностей критериев оптимальности: экономические, технико-экономические и технологические. В условиях выборочных рубок особую значимость имеет лесоводственно-экологическая оценка последствий выполнения операций или процессов. В этой связи, необходим комплексный подход при обосновании технико-технологических решений на лесосечных работах по сле-
С
с = Спр + Ск + Сд + ЕСТ =-*
где С - общие затраты на выполнение трелевки, руб;
Спр - прямые затраты на выполнение
трелевки, руб;
Ск - косвенные затраты на выполнение трелевки, руб;
Сд - дополнительные затраты на выполнения трелевки, руб;
См_см - себестоимость содержания
машино-смены трелевочного средства, руб;
- вырубаемый объем древесины
дующим противоречивым направлениям: снижение себестоимости работ, сокращение общей доли непродуцирующих технологических площадей и уменьшение негативного воздействия оставляемому древостою, подросту, подлеску и почвенному покрову [4]. Наиболее существенное воздействие на результат проводимых рубок с обозначенных позиций производит трелевка. Для оценки эффективности ее проведения предлагается следующий критерий:
— + ^,А„,кТ + S„С„,+ ЕСт, (1)
м
на лесосеке в i -й прием рубок; м3;
Псм - сменная производительность трелевочной техники, м3;
Хср - средняя цена заготавливаемой древесины, руб/м3;
Sн - непродуцирующие площади на лесосеке, га;
Атек - годичный прирост древесины,
м3/га;
Т - интервал между приемами рубок, лет;
Спе - себестоимость подготовки 1
м2 технологических площадей, руб/м3;
Ст - балансовая стоимость трелевочного средства, руб.
Прямые затраты представляют собой стоимость трелевки всей заготавливаемой на лесосеке в -й прием рубок древесины. К косвенным затратам относится стоимость потерь в приросте из-за площадей занятых под волоки. Дополнительные затраты выражают собой стоимость подготовки транспортной сети для процесса трелевки. Таким образом, представленный критерий чувствителен к двум направлениям совершенствования процесса трелевки: снижение себестоимости трелевки за счет роста ее производительности; снижения денежных потерь путем уменьшения доли непродуцирующих площадей. В связи с этим представляется целесообразным общие затраты на выполнение трелевки С принять за основную целевую функцию, а остальные, необходимые для более полной и глубокой оценки эффективности исследуемых технологий и способов трелевки считать дополнительными. Таким образом, задача оптимизации трелевки становится многокритериальной [1].
Входящая в прямые затраты на трелевку Спр себестоимость содержания ма-шино-смены используемой техники См _см
слагается из следующих эксплуатационных расходов: зарплата основных рабочих с начислениями и доплатами; основной и дополнительной зарплат вспомогательных рабочих и обслуживающего персонала; стоимости текущих ремонтов; стоимости топлива и смазочных материалов; амортизационных отчислений; прочих производ-
ственных затрат.
Зарплата основных рабочих зависит от количества рабочих, обслуживающих трактор. К ним относятся тракторист и прицепщики. Опыт трелевки леса тракторами показывает, что количество прицепщиков зависит в основном от производственных условий (таксационной характеристики древостоя и организации работ). Основная и дополнительная зарплата тракториста и прицепщика с начислениями может быть определена из следующего уравнения
З = Т(тт + ппТ„)(1 + кд), (2)
где Т - продолжительность смены в часах;
Тт - часовая тарифная ставка тракториста, руб;
Тп - часовая тарифная ставка прицепщика, руб;
Пп - количество прицепщиков, обслуживающих один трактор;
кд - суммарный нормативный коэффициент доплат к основной зарплате.
В статью зарплат вспомогательных рабочих и обслуживающего персонала включаются: зарплата вспомогательных
рабочих, занятых на содержании тракторов (подвозка воды и ГСМ, подогрев воды и смазочных масел, охрана и перебазирование тракторов, прогрев тракторов зимой); зарплата рабочих, занятых на подготовительных работах (содержание трелевочных волоков). Основную и дополнительную зарплату вспомогательных рабочих с начислениями можно определить по следующей формуле
З, = Тп,Т, (1+к,). (3)
где п, - трудозатраты на содержание трактора и трелевочных волоков, чел.днях /см;
Т, - часовая тарифная ставка вспомогательных рабочих, руб.;
к, - коэффициент доплат к основной
зарплате вспомогательных рабочих.
Статья затрат на текущий ремонт представляет собой: затраты на профилактическое обслуживание и текущий ремонт трелевочных тракторов. Затраты на ремонтное обслуживание трактора, приходящиеся на одну машино-смену, могут быть определены исходя из балансовой стоимости трактора и годового процента отчислений на текущие ремонты
Ст ¥
Р.
1001
(4)
где Ст - балансовая стоимость трактора, руб.;
¥ - годовой размер отчислений на техуход и текущий ремонт (в % от первоначальной стоимости трактора);
t - количество смен работы трактора в году.
Расход топлива зависит, в основном, от мощности двигателя трактора и степени его загрузки и может быть определен по следующей формуле
Чт = ТЛмЛгЯпМ, (5)
где Т - количество часов работы трактора в смену;
N - мощность трактора, кВт.;
Т]м - коэффициент использования мощности двигателя;
Т]т - коэффициент использования двигателя по времени;
Яп - норматив расхода топлива на 1 кВт в час, кг.
Расход смазочных масел устанавливается в процентах от расхода топлива. Для дизельных двигателей
Ям = 0,07 Ят . (6)
Стоимость топлива и смазочных материалов может быть определена из следующего выражения
Г = ТЧМЛт^ ( Ят° + Ям°1 ) Рт . (7)
Обозначив ТщцТЯт = Я, получим
Г = я (а + 0,07о1) ртИ, (8)
где О - стоимость 1 кг топлива, руб.;
(О1 - стоимость 1 кг смазочных масел, руб.;
Рт - транспортные расходы.
Нормы амортизационных отчислений устанавливаются для полной реновации первоначальной стоимости трактора и проведения капитальных ремонтов. Размер амортизационных отчислений обычно устанавливается в процентах к балансовой стоимости оборудования и может быть определен по следующей формуле
Н
Ст +Х К-Д
ТС„
100%
(9)
где Н - годовая норма амортизационных отчислений (в % к балансовой стоимости трактора);
Ст - балансовая стоимость оборудования, руб;
I к - стоимость всех капитальных
ремонтов за период службы трактора, руб.; А - ликвидационная стоимость трак-
тора, руб.;
Та - амортизационный период, лет. Ликвидационная стоимость механизма определяется по следующей формуле
А = Ркп!м , (10)
где
Р„ -
конструктивный вес механизма, кг;
п - выход металлолома от конструктивного веса в долях от единицы (0,8);
- стоимость 1 кг металлолома,
м
руб.
Сменный размер амортизационных отчислений можно определить из следующего выражения
, с н
А = ■
, (11)
1001
где t - число смен работы трактора за год.
Количество капитальных ремонтов и их стоимость зависят от принятых для определения норм амортизации сроков службы трактора, межремонтного цикла, стоимости и мощности трактора. С увеличением мощности трактора увеличивается его стоимость и затраты на проведение капитальных ремонтов. Структура затрат на проведение капитальных ремонтов трактора аналогична структуре затрат на изготовление трактора. Она состоит из затрат, не зависящих от мощности двигателя трактора (постоянных затрат) и переменных затрат, величина которых изменяется с изменением мощности. В общем виде сменная стоимость капитального ремонта трактора может быть выражена
К1 + К 2 N
К =
(12)
где К-1 - постоянные затраты на капитальный ремонт трактора, руб.;
К2 N - переменные затраты, руб.
Прочие производственные затраты включают в себя: постоянные затраты -П1 (малоценный и быстроизнашиваю-щийся инструмент и приспособления, спецодежда); переменные расходы П2N, величина которых зависит от мощности трактора. Это расходы на тросы и чокера, стоимость металла, идущего на изготовление крюков и колец чокеров. В общем виде формула для определения прочих затрат имеет вид
Пп = П + П2 N. (13)
Затраты на малоценный и быстроиз-нашивающийся инструмент, по данным лесхозов за 2007, составляют примерно 1450 рублей в год. Сумму возмещения износа спецодежды можно определить, исходя из норм расхода и стоимости спецодежды, бесплатно выдаваемой рабочим, занятым на трелевке.
В качестве дополнительных критериев к основному предлагается принять пря-
мые
с
пр
косвенные
С
и дополнительные
Сд затраты на трелевку, которые входят в
основной критерий С в формуле 1; а также затраты труда
п М
с =
тр
П
(13)
где
пр - количество задействованных в
технологическом процессе рабочих); и показатель повреждаемости оставляемых деревьев.
її
IР
Ж =
повр
т
где
вероятность повреждения I - го
количества деревьев;
т - общее количество прогнозируемых повреждений.
Анализ отдельных критериев оптимизации позволяет сделать однозначные выводы об эффективности процесса трелевки, однако полное решение оптимизационной задачи требует рассмотрения взаимодействия дополнительных критериев, и их совокупности. Поэтому требуется использовать метод комплексного критерия. Для этого необходимо, применяя так называемый способ свертки критериев, определить вес каждого из них. Рекомендуется этот вес устанавливать, исходя из опыта и знаний исследователя, если предварительно накоплены сведения об опти-
C — C C — C C
„ _ 1 Cmax Cmin . ^ 1 пр.тах пр.тт л
Я — 1------------^----------; Я 2 - 1-------------Т,--------------; Яз — 1
мизируемом объекте. В этом случае отпадает необходимость прибегать к экспертной оценке, методу последовательных уступок, отбору критериев по методу множества Парето и другим приемам.
Для формирования обобщенного критерия используем способ его выражения в виде дроби, где в числителе будет сумма всех частных критериев, которые надо минимизировать, а в знаменателе -максимизируемых критериев [5]. Необходимым условием свертки критериев в виде дроби является их одинаковая размерность. Предложенные нами критерии С, Ск , Сд , Стр этому условию не соответствуют, поэтому приведем их к безразмерной величине
K.max K.min
Я 4 — 1
C
C — C
d.max d.min
C
C
np.max
C — C
mp.max mp.min
C
d.max
C
; q6 - 1 — Wn
(14)
noep.mm '
mp.max
C C Г C1 C1
ГДе max’ min , Cnp.max , Cnp.min , CK.max ,
C C C C C
K.min’ d.max ’ d.min ’ mp.max ’ mp.min ’
WnoBp min - максимальные и минимальные
значения результатов оптимизации по каждому критерию в отдельности.
В условиях малолесных районов, по мнению большинства экспертов, а также своих знаний и опыта исследований, значимость критерия качества проведения рубок несколько превосходит их экономическую целесообразность и затраты труда. В связи с этим, приняты следующие весовые коэффициенты: Х — 0,1; Х2 — 0,1;
А3 = 0,1; Я4 = 0,1; Я5 = 0,1; Я6 = 0,5.
Учитывая то, что проведенный анализ позволил нам предварительно установить влияние отдельных критериев оптимизации, единый обобщенный критерий в нашем случае можно определить на основании взвешивания каждого отдельного критерия следующим образом
02 = \Я1 + ^2Я2 + ^3Я3 + ^4Ч4 (15)
Кяь + \Я6
где Я1, Я2, Я3, Я4, Я5, Я6 показатели общих, прямых, косвенных, дополнительных, трудовых затрат на трелевку и повреждаемости древостоя в безразмерном виде [2].
Таким образом, для выполнения многокритериальной оптимизации процесса трелевки на базе разработанных имитационных моделей выработан комплексный критерий оценки выполнения операции с позиций технико-экономической и лесово-дственно-экологической эффективности [3]. Разработанный критерий позволяет одновременно учитывать прямые, дополнительные, косвенные и трудовые затраты, а также вероятность повреждения оставляемых деревьев.
Библиографический список
1. Алябьев В.И., Курьянов В.К., Харин В.Н. Организация автоматизированного управления лесопромышленным производством. Воронеж: ВГЛТА, 1999. 196 с.
2. Абрамов В.В. Имитационное моделирование работы трелевочных средств на выборочных рубках. Воронеж: ВГЛТА, 2008. 96 с. Деп. в ВИНИТИ 22.07.2008, № 631-В2008.
3. Абрамов В.В. Разработка и обоснование эффективной технологии трелевки в малолесных районах: дис. ... канд. техн. наук. Воронеж: ВГЛТА, 2009. 288 с.
4. Пошарников Ф.В., Абрамов В.В. Выполнение трелевки в условиях постоянного и непрерывного лесопользования // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. 2008. №6. С. 108-111.
5. Герасимов Ю.Ю., Сюнев B.C. Экологическая оптимизация технологических процессов и машин для лесозаготовок: учеб. пособие. Йоэнсу, 1998. 178 с.
DOI: 10.12737/1771 УДК 630*383.4: 625.863.4
ИССЛЕДОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ЩЕБЁНОЧНЫХ СМЕСЕЙ НА
СДВИГОВЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ
ассистент кафедры сухопутного транспорта леса В. В. Артемьев Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М.Кирова
artemev.vladislav@gmail.com
Одним из основных наиболее важных элементов лесовозной автомобильной дороги является дорожная одежда. Именно к дорожной одежде предъявляется ряд конструктивных, технологических и эксплуатационных требований: прочность,
надежность, долговечность, ровность и шероховатость поверхности, обеспечивающие высокий коэффициент сцепления и наименьшее сопротивление при движение автопоездов. В связи с этим дорожная
конструкция является наиболее капиталоемким элементов дороги.
В лесной дорожной сети оправдано использование щебеночных и гравийных дорожных покрытий, обеспечивающих показатели эксплуатации подвижного состава (скорость движения, расход топлива и др.) в несколько раз лучше, чем грунтовые дороги, дороги с покрытиями из улучшенных грунтов и не существенно уступают дорогам с асфальтобетонными и черноще-