CC BY
35
Анализ рисунков 1 и 2 показывает, что число дней, на которое сокращается продолжительность разработки лесосеки, тем меньше, чем больше разница между максимальным и минимальным значением объемов выработки комплекта машин. Иными словами, с увеличением среднего объема хлыста (с увеличением производительности машин на операциях) увеличивается разница между максимальным и минимальным объемам выработки комплекта машин, с одной стороны, и, с другой, сокращается общее время разработки лесосеки и число дней, на которое уменьшается продолжительность разработки лесосеки при условии увеличения численности или сменности работы машин на отстающих операциях. Изменение снижения продолжительности разработки лесосеки (А!) от среднего объема хлыста (дср) и общего объема производства носит линейный характер.
В процентном соотношении продолжительность разработки лесосеки для всех случаев рассматриваемого примера сокращается примерно на 26-30%, при этом удельные эксплуатационные затраты, как показали расчеты, снижаются на 15-20 %.
Литература
1. Единые нормы выработки и расценки на лесозаготовительные работы. - М.: Экномика, 1989. - 94с.
2. Кузнецов В.И. Эффективная, экологически адаптированная технология заготовки леса на базе отечественной техники // Лес и бизнес. - 2008. - № 6. - С. 66-70.
3. Заикин А.Н. Моделирование режимов работы лесосечных машин // Изв. высших учебных заведений: лесн. журн. - 2009. - №1. - С. 71-77.
УДК 630*79.65: 681.332-181.4 А.Н. Заикин, АД. Каштенков
ОРГАНИЗАЦИЯ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ СОСТАВЛЕНИЯ МАРШРУТА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ МАШИН
В статье предлагается программа расчета оптимального маршрута перемещения дополнительной техники с одной лесосеки на другую. Рассчитаны режимы для различных комплектов лесосечных машин.
Ключевые слова: лесосечные работы, технологический процесс, комплект машин, математическая модель.
A.N. Zaikin, A.D. Kashtenkov ORGANIZATION AND ORDER OF ADDITIONAL MACHINES ROUTE FORMATION
The program of the additional machines optimum route estimation from one cutting area to another is offered in the article. Modes for various logging machine sets are calculated.
Keywords: logging works, technological process, machine set, mathematical model.
В деятельности инженера, в смысле проектирования, и управляющего, в смысле управления производственным процессом, определяющими являются задачи выбора при создании более эффективных и менее капиталоемких, экологически чистых технологий и комплектов машин и повышение качества функционирования уже существующих. Основополагающий принцип процветания предприятия - высокое качество и эффективность производства в условиях рыночной экономики - может быть осуществлен посредством моделирования и оптимизации лесопромышленных производств, обеспечивающих инженерное и научное обоснование эффективного выбора.
Специфичность лесозаготовительного производства и разнообразие природно-производственных условий вынуждают применять для выполнения лесосечных работ несколько систем машин и оборудования для различных типов технологических процессов, обеспечивающих заготовку деревьев, хлыстов, сортиментов, щепы и пиломатериалов на лесосеке.
Полное использование производственных возможностей машин и оборудования в значительной степени зависит от соответствия их конструктивных особенностей и параметров организации работы в конкретных природно-производственных условиях. Соответствие параметров организации работы или параметров взаимосвязи машин достигается в процессе технологических расчетов с определением оптимальных режи-
мов функционирования: численности машин, времени их работы, объемов оперативных запасов древесины, а также технико-экономических и экологических показателей комплектов машин. При выполнении технологических расчетов необходимо учитывать особенности условий выполнения лесосечных работ.
Анализ работы лесосечных машин показал, что подобрать численность машин так, чтобы их производительность на всех операциях была одинаковой, практически невозможно. Обычно или валочные (валочно-пакетирующие) машины уходят вперед, и на лесосеке создается недопустимо большой объем сваленных деревьев, или трелевочным тракторам не достаточно древесины и они начинают работать с простоями, а вслед за ними простаивают и сучкорезные машины. Общий объем выработки такого комплекта машин зачастую бывает равен минимальному объему выработки машин на одной из операций, составляющих комплект, т.е.
Требуется так организовать процесс, чтобы общий объем выработки всего комплекта машин был бы равен или близок к максимальному объему выработки машин на одной из операций, т.е.
0 = тах^ 3=0^.
Данное условие может быть реализовано с учетом пополнения и выработки объемов запасов, необходимых в конкретных производственных условиях, и поддержания их на требуемом уровне путем маневрирования численностью или сменностью работы машин на отдельных операциях, т.е. на операциях с объемом выработки меньшим, чем Qmax. Следует на определенное, рассчитанное для конкретных условий время подключать резервную машину (и) или же на это время увеличить сменность работы на этой операции основной машины.
Для повышения эффективности работы дополнительного комплекта машин целесообразно использовать его в нескольких основных комплектах, а для решения этой задачи предлагается разработанная авторами программа расчета оптимального маршрута перемещения дополнительных машин с лесосеки на лесосеку.
На основании имеющихся математических моделей [1] рассчитаны режимы работы для различных комплектов лесосечных машин. Анализ полученных результатов показывает, что дополнительные комплекты машин подключаются на время от 2 до 18 дней (рис. 1). В связи с тем, что наибольшее количество подключений дополнительного комплекта машин производится на период от 2 до 10 дней, в течение планируемого месяца каждый дополнительный комплект может подключаться в нескольких основных комплектах.
«
и
<и
Ч
О
а
о
«
н
о
<и
ч
£
Число дней работы дополнительных машин
Рис. 1. Изменение количества подключений дополнительных машин в зависимости от продолжительности подключений Количество основных комплектов зависит от общего объема заготовок и от объема выработки комплекта. Для определения необходимости перемещения дополнительных машин с лесосеки на лесосеку рас-
считали возможное число бригад для объемов заготовки от 0=50000 м3 до Q= 100000 м3 древесины тремя различными комплектами машин:
МЛ-20+2Т- 1-16+ПШ-80 (при Псм=75,8 м3);
2ЛП-17+ЛП-3 0Г+ПЛ-1 (при Псм=56,8);
ЛП-60+2ТБ-1+ЛП-30Г+ПЛ-2 (при Псм=113,6 м3).
Результаты расчетов приведены в таблице.
На основании полученных данных можно сделать следующий вывод: на мастерском участке, как правило, работает не одна, а несколько бригад и они размещаются на одной или нескольких лесосеках. Дополнительный комплект машин и оборудования (МП-5 «Урал» + ТТ-4 (ТДТ-55) + «Тайга -214») может находиться в одной из бригад или на нижнем складе (в тех случаях, если проводился ремонт). Самый невыгодный вариант, когда лесосеки маленькие и на каждой работает одна бригада. Для наиболее эффективной загрузки дополнительных машин и оборудования возникает необходимость их перемещения с лесосеки (нижнего склада) на лесосеку. В этом случае требуется решить задачу эффективной последовательности перемещения оборудования с лесосеки на лесосеку (задача распределения оборудования).
Зависимость количества бригад от объемов заготовок
Комплект машин Объем заготовок, м3
50000 60000 70000 80000 90000 100000
МЛ-20+2Т-1-16+ПШ-80 3 4 4 5 5 6
2ЛП-17+ЛП-30Г+ПЛ-1 4 5 6 7 8 9
ЛП-60+2ТБ-1+ЛП-30Г+ПЛ-2 2 2 3 3 3 4
В этой задаче известны: продолжительность планируемого периода (месяца); время работы дополнительного оборудования в каждой бригаде; число бригад (лесосек); расстояние между лесосеками 11,2; 1,з; \п кз и так далее, а между нижним складом и лесосеками соответственно \щ; \н2 Нл \н,4, скорость передвижения дополнительного оборудования “VI своим ходом”, "У2 на трейлере”; объем древесины на каждой лесосеке Од удельная себестоимость транспортировки дополнительных машин Ст, руб/км; стоимость одного кубометра реализуемой древесины, соответственно С1. Причем, если в условии (исходных данных) расстояние между лесосеками и нижним складом равно нулю, то дополнительные машины находятся на одной из лесосек. В этом случае необходимо определить наиболее эффективную последовательность перемещения дополнительных машин с лесосеки на лесосеку. Дополнительные машины могут находиться в любом из рассматриваемых пунктов (рис. 2), задаваемых в исходных данных. Перемещение дополнительных машин может выполняться своим ходом или на трейлере.
Поставленную задачу можно решить минимизируя, во-первых, суммарное расстояние перебазировки, а во-вторых, затраты на перебазировку машин и заготовку необходимого объема древесины.
На первом этапе решения задачи необходимо определить оптимальный маршрут перемещения дополнительного оборудования, обеспечивающий минимальное суммарное расстояние. На втором - затраты на транспортировку дополнительных машин с лесосеки на лесосеку или с нижнего склада на лесосеку, а затем с лесосеки на лесосеку по формуле
С (П) = С •/
тс ^т Ч,] I
где I . - расстояние между лесосеками.
‘•’3
Скорость перебазировки может быть равна VI (на трейлере) или Vc (своим ходом), тогда продолжительность перебазировки можно определить по формуле
, =А_
г,-С
где - продолжительность смены, час.
Рис. 2. Схема возможного маршрута перемещения дополнительных машин и оборудования
Себестоимость машино-часа перебазировки составит Спт (на трейлере) или Спс (своим ходом), тогда стоимость перебазировки будет равна
С = С -г
^ ПП ПБ ■
Суммарная продолжительность перебазировки и работы дополнительного оборудования (X Тпр) не должно превышать продолжительности планируемого месяца
^Тпг<ТпЛт^Т1
Для решения поставленной задачи первого этапа нами разработана блок-схема алгоритма моделирующего перераспределения дополнительных машин с лесосеки на лесосеку в зависимости от основных показателей эффективности (рис. 3). Согласно этой модели, вначале предусматривается ввод исходных данных. На основании этих данных к расчету принимается первый вариант, для которого рассчитываются основные показатели эффективности.
Начало
Ввод исходных данных /
Принимается к расчету 1 вариант
Расчет показателей
эффективности Ранжирование вариан-
по вариантам тов по заданным пока-
зателям
Конец
Номер варианта увеличивается на 1
Печать результатов
Рис. 3. Укрупненная блок-схема алгоритма моделирующего перераспределения дополнительных машин
На первом этапе предлагается определить оптимальный маршрут перераспределения дополнительных машин по минимуму суммарного расстояния, пройденного ими за время переездов, и максимуму суммарного времени переездов и работы на каждой лесосеке. В следующем блоке определяется приоритетный вариант. Затем проводится ранжирование вариантов по заданным показателям. После чего определяется, все ли варианты рассмотрены, если все, то результаты расчета выводятся на экран, после просмотра их можно распечатать. Если рассмотрены не все варианты, то номер варианта увеличивается на единицу и показатели рассчитываются для другого варианта. Цикл повторяется до тех пор, пока не будут рассчитаны все возможные варианты перераспределения дополнительных машин. После окончания расчетов производится печать их результатов. Предлагаемая модель дает возможность составить ЭВМ-программу и находить наиболее эффективный (оптимальный) вариант очередности перераспределения дополнительных машин с лесосеки на лесосеку.
Возможности и принцип работы программы "Доп. Ком.” заключается в следующем. После запуска программы на мониторе появляется окно меню программы "Расчет оптимального пути” (рис. 4).
Рис. 4. Программа расчета оптимального пути
Далее производится ввод данных, необходимых для расчета. Щелкнув курсором мыши на кнопку "Добавить” - "Удалить”, можно добавить или удалить количество лесосек. Выбрав число лесосек, задаем их параметры. Щелкнув курсором мыши в колонке "Время”, напротив каждой лесосеки проставляем время пребывания дополнительного комплекта оборудования на ней. После этого задаем место нахождения дополнительного комплекта. Для этого делаем двойной щелчок курсором мыши в колонке "Оборуд.”, напротив "Базы” или любой из лесосек.
Следующим шагом является ввод расстояния между лесосеками и нижним складом (База), от лесосеки до лесосеки. Для этого щелкаем курсором мыши в соответствующем окне и вводим численное значение (ввод данных является симметричным). Пример заполненной таблицы данных приведен на рисунке 5. Здесь дополнительный комплект оборудования находится на нижнем складе, время его пребывания на первой лесосеке 2 дня, на второй 10, на третьей 6, на четвертой 7 дней; расстояние от нижнего склада до первой лесосеки равно 20 км, до второй 30 км и т.д.
Ггі - ра-1-т= |
Рис. 5. Пример заполненной таблицы данных
Теперь нажимаем курсором мыши на кнопку "Сохранить”, если нужно сохранить эти данные (тип сохранения - текстовый документ, открывается блокнотом). Если есть ранее сохраненные данные, нажав кнопку "Открыть”, можно загрузить данные в таблицу исходных данных. После того как в таблицу исходных данных внесены все параметры, нажимаем кнопку "Решение”.
Программа производит необходимые расчеты, после чего автоматически перемещается на закладку "План перевозок” (рис. 6). Здесь в колонке "Путь” записаны расстояния: от нижнего склада до третьей лесосеки 12 км, от третьей лесосеки до четвертой 14 км, от четвертой до первой - 10 км, от первой до второй -15 км. В колонке "№” представлен наикротчайший маршрут движения дополнительного комплекта, в нашем случае это: с нижнего склада (по условию дополнительный комплект находился на нижнем складе) на третью лесосеку, после на четвертую, затем на первую и на вторую.
«Г Расчет оптимального пути
Данные Расчет времени
Решение
НІНІ
№ Пункт Путь Всего Попытка Пі^ть
0 База 0
3 В 12 12 2 30
4 7 14 2G 4 2Є
1 2 10 36 1 10
2 10 15 51 3 21
Рис. 6. План перевозок
В колонке "Всего” представлено постепенное суммирование расстояний при движении дополнительного комплекта: от нижнего склада до третьей лесосеки 12 км, от нижнего склада до четвертой лесосеки 12 км + 14 км =26 км и т.д. Конечным значением, в нашем случае это 51 км, является весь путь, который проходит дополнительный комплект оборудования при заданных условиях.
При желании эти данные можно вывести на печать: сделать "скриншот” и вставить его в Документ Microsoft Office Word, после чего распечатать. Теперь можно рассчитать время перебазировки данного дополнительного комплекта оборудования. Переходим на закладку "Расчет времени” (рис. 7).
< Расчет оптимального пути
Данные I План перевозок, і Расчет времени :| Щ
Решение П^ь всего = 51
VI своим ходом
\/2 на трейлере
1пб1 перебазир.
НІНІ 1пб2 перебазир.
13 в лесосеках
Итого время1 =
Итого время2 =
Рис. Т. Расчет времени
Колонка "Путь всего =” уже заполнена, в нашем случае 51 км. Вводим необходимые данные: "У1 своим ходом” 12 км/час (скорость дополнительного комплекта оборудования своим ходом), "У2 на трейлере” 20 км/час (скорость дополнительного комплекта оборудования при транспортировке его на трейлере). После ввода данных нажимаем курсором мыши на кнопку "Решение”. Программа выполняет необходимые расчеты, после чего выдает результаты расчета (рис. 8).
Время перебазировки дополнительного комплекта оборудования при движении своим ходом получается равным 0,61 дня. Время перебазировки дополнительного комплекта оборудования при транспортировке на трейлере получается равным 0,36 дня.
Время пребывания дополнительного комплекта на лесосеках составляет ^з) 25 дней. Суммарное время - это сумма времени перебазировки дополнительного комплекта и его работы на лесосеках. При времени перебазировки 0,61 дня суммарное время будет равно 25,61 дня. При времени перебазировки 0,36 дня, суммарное время равно 25,36 дня.
«Г Расчет оптимального пути
Данные План перевозок Расчет времени Щ
Решенне
НІНІ
Путь всего = 51 і
VI своим ходом 12
У2 на трейлере 20
1пб1 перебазир. 0,61
1пб2 перебазир. 0,36
(3 в лесосеках 25
Итого времяі = 25,61
Итого время2 = 25,36
Рис. 8. Результаты расчета
Если суммарное время (перебазировки дополнительного комплекта и его работы на лесосеках) совпадает с продолжительностью расчетного периода данного месяца, то дополнительный комплект можно с успехом применять на всех рассматриваемых лесосеках. Если это время не совпадает, необходимо рассмотреть вариант увеличения на отстающей операции на одной или нескольких лесосеках числа смен работы основного оборудования. За счет чего сократится время работы дополнительного оборудования на этих лесосеках. Варьируя таким образом численностью и сменностью работы на отстающих операциях, можно добиться оптимальной загрузки основного и дополнительного комплекта машин, а в результате желаемого результата - максимальной выработки комплекта машин при минимальных удельных затратах.
Литература
1. Заикин А.Н. Моделирование режимов работы лесосечных машин // Лесн. журн. - 2009. - №1. -С. 71-77.
