CC BY
51
К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»
массовых, частотно-временных и пространственных характеристик топливоподачи одновременно по нескольким линиям нагнетания ТНВД. Эффективность предложенного устройства повышается, в том числе за счет автоматизации измерений при использовании современной техники преобразования полезного сигнала с помощью указанных пьезо- и фотоэлектрических датчиков в совокупности с мощным программным обеспечением N1 Lab VIEW 8.2 на базе IBM Т-43. Предложенное устройство может быть использовано для контроля характеристик топливоподачи форсунок - калибров, определения параметров рабочих форсунок и других компонентов ДТА многоцилиндровых дизельных двигателей [4].
Библиографический список
1. Данилов, С.В. Метод и цифровой прибор для автоматизированного определения цикловой подачи топлива при регулировании топливной аппаратуры дизелей: дисс. ... канд. техн. наук / С.В. Данилов - М.: МГАУ им. В.П. Горячкина, 2010. - 104 с.
2. Селиванов, К.В. Решение о выдаче патента на полезную модель «Устройство для определения параметров процесса топливоподачи дизельной топливной аппаратуры» / К.В. Селиванов, Ю.А. Шамарин, В.И. Панферов, М.И. Устинов.
3. Черноиванов, В.И. Ресурсосбережение при технической эксплуатации сельскохозяйственной техники / В.И. Черноиванов, А.Э. Северный, М.А. Хал-фин, С.М. Халфин и др. - М.: ГОСНИТИ - ФГНУ «Росинформагротех». - Ч.1, II. - 2002. - 780 с.
4. Ждановский, Н.С. Диагностика дизелей автотракторного типа / Н.С. Ждановский, Б.А. Улитовский, В.А. Алилуев. - Л.: Колос, 1970. - 191 с.
СИСТЕМА ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОЙ ЛОГИСТИКИ
для сортиментной технологии с учетом возможности заготовки топливной древесины
А.П. СОКОЛОВ, доц. каф. тяговых машин ПетрГУ, канд. техн. наук,
Ю.Ю. ГЕРАСИМОВ, вед. науч. сотр. НИИ леса Финляндии, д-р техн. наук
[email protected], [email protected]
Актуальность проблемы логистики лесозаготовок существенно возросла в России в последние годы. В первую очередь это связано с ростом объемов лесозаготовок, осуществляемых с использованием сортиментной (скандинавской) технологии. Кроме того, все более актуальным становится такое направление, как использование древесной биомассы в производстве топлива для нужд местной энергетики. Это требует постановки целого ряда новых задач и поиска эффективных методов их решения на всех этапах лесозаготовительного производства. Применение сортиментной технологии и необходимость заготовки топливной древесины существенно усложняют задачу отыскания оптимального лесотранспортного плана, ввиду отсутствия нижних складов и увеличения номенклатуры производимой на лесосеке продукции. Это приводит к тому, что стандартные схемы организации логистики лесозаготовок и лесоперевозок оказываются малоэффективными, а построение более эф-
фективных планов, ввиду сложности задачи, может быть осуществлено только при условии использования современных методов математического программирования, реализуемых в специальном прикладном программном обеспечении [1-3, 5-7].
Этой проблематике посвящена работа, ведущаяся в Петрозаводском государственном университете при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», тема НИР «Система поддержки принятия решений по стимулированию рационального использования древесной биомассы и отходов лесозаготовок в биоэнергетике» и в рамках проекта «Технико-экономическая и экологосоциальная оценка перспективности заготовки древесной биомассы для нужд местной энергетики с использованием логистического подхода и ГИС-технологий». Поставленная задача состоит в разработке компьютерной
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
145
НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС
Рис. 1. Применяемые средства и методы
Рис. 2. Обобщенная схема методики построения логистической системы
системы поддержки принятия решении по оптимизации цепочки поставок древесины в условиях лесозаготовительных компаний России, применяющих сортиментную технологию, с учетом возможности использования лесосечных отходов и дровяной древесины для нужд биоэнергетики.
Основные функции разработанной логистической системы следующие [1, 2, 7]:
1. Составление оптимальных планов заготовки деловой древесины.
2. Имитационное моделирование процессов заготовки деловой древесины, включая расчет производительности и объемов выхода различных видов заготавливаемых сортиментов.
3. Поиск оптимальных маршрутов перевозок.
4. Составление оптимальных транспортных планов на вывозке деловой древесины (а также пакетов лесосечных отходов, если такая технология применяется).
146
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»
Таблица
Уровни планирования и примеры решаемых задач
Уровень планирования Горизонт Решения по заготовке Решения по дорожной сети Решения по транспорту
Стратегический 1-10 лет Возможности аренды; выбор метода заготовок; инвестиции в оборудование Инвестиции в инфраструктуру и оборудование Выбор метода транспортировки и инвестиции в оборудование
Тактический 3 мес.-1 год Объемы годовой заготовки; планирование заготовок; оборудование и степень его использования Временные дороги; реконструкция и обслуживание дорог Транспортный план; выбор степени использования оборудования
Оперативный 1 день -3 мес. Технологическая карта лесосеки Маршруты движения
5. Имитационное моделирование вывозки деловой древесины и пакетов в соответствии с составленными оптимальными планами.
6. Расчет технико-экономических показателей для оценки составленных планов (около 10 различных показателей).
7. Имитационное моделирование и оптимизация процессов заготовки и транспортировки древесного топлива для биоэнергетики.
При решении поставленной задачи используются ГИС-технологии на базе пакета программ MapInfo Professional и языка программирования MapBasic, а также C++ для реализации оптимизационных алгоритмов (рис. 1).
Обобщенная схема методики, применяющейся в разработанной системе, представлена на рис. 2, а блок-схема самой системы на рис. 3 [2, 4, 8].
Исходными данными для работы системы служит информация о местоположении и характеристиках объектов хозяйствования (делянках, потребителях, станциях, гаражах), а также слой дорог в формате MapInfo c привязанной к нему базой данных. Второй составной частью системы является граф - специальным образом преобразованный слой дорог. Следующей важной частью системы является база данных по объектам хозяйствования (ОХ), содержащая все необходимые для расчетов характеристики ОХ, передаваемые через СУБД другим блокам системы. Блок поиска оптимальных маршрутов использует эвристический оптимизационный алгоритм для определения наилучшего маршрута движения от одной точки графа до другой. В блоке оптимизации плана перевозок реализован оригинальный алгоритм синтеза транспортного плана,
основанный на методах бесконечношагового (открытого) динамического программирования. Результатом его работы служит подробный посменный план для каждого из рассматриваемых автомобилей-сортиментозов.
Разработанная система может применяться для решения задач лесозаготовительной логистики на различных уровнях планирования и временных горизонтах. Примеры решаемых задач на разных уровнях приведены в таблице.
С целью проверки эффективности использования разработанной системы поддержки принятия решений по оптимизации цепочки поставок древесины в условиях лесозаготовительных компаний России на оперативном уровне был выполнен сравнительный анализ двух транспортных планов для одного из леспромхозов Республики Карелия [1, 2, 4]. Первый был построен традиционным путем (вручную), а другой - с помощью разработанной программы. Планировалась перевозка 10 различных сортиментов пятью сортиментовозами на три предприятия ЛПК и на один терминал. Горизонт планирования - четверо суток.
Транспортные планы сравнивались по ряду показателей, которые вычислялись для каждых суток работы и в целом. Состав показателей следующий: суммарное время работы автомобилей в часах, суммарный пробег в километрах, суммарное число выполненных рейсов, общий перевезенный объем лесоматериалов, суммарный пробег с грузом, потребное число автомобилей, коэффициент использования занятых автомобилей, коэффициент использования пробега и объем перевезенных лесоматериалов на единицу пробега.
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 1/2013
147
НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС
Рис. 3. Блок-схема оптимизационной системы логистики деловой и топливной древесины
В соответствии с оптимальным планом перевозится 2997 м3, на 9 % больше, чем по плану, составленному вручную. При этом общий пробег не изменяется, а суммарное время работы автомобилей уменьшается на 17 %, благодаря чему в первый день высвобождается два автомобиля, а в третий день - один автомобиль. Коэффициент использования пробега возрастает на 22 %, а объем перевезенных материалов на единицу пробега - на 9 %.
С целью проверки эффективности использования разработанной системы на тактическом уровне был выполнен сравнительный
анализ транспортных планов для одного из леспромхозов Ленинградской области [8]. Все планы были построены с помощью разработанной программы, но отличались числом задействованных сортиментовозов. Планировалась перевозка 9 различных сортиментов различным числом сортиментовозов (от 5 до 13) на 4 предприятия ЛПК и на один железнодорожный терминал. Горизонт планирования - 3 месяца.
Транспортные планы сравнивались по ряду вышеприведенных показателей. Оптимальным оказался план с применением 6 автомобилей. При этом в сравнении с базо-
148
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»
вым вариантом (13 автомобилей) общий пробег сокращается на 28 %, а суммарное время работы автомобилей уменьшается на 23 %, благодаря чему может быть высвобождено до семи автомобилей. При этом объем перевезенных материалов на единицу пробега увеличивается на 39 %, а коэффициент использования автомобилей - на 1,5 %.
С целью проверки эффективности использования разработанной системы на стратегическом уровне была выполнена оптимизация поставок древесины для еще одного леспромхоза Ленинградской области. В отличие от предыдущего случая планы отличались не только числом задействованных сортиментовозов, но и использованием промежуточных складов в межсезонье. Планировалась перевозка 8 сортиментов от 4 до 24 сортиментовозов на лесозавод, 2 железнодорожных и 2 водных терминала. Горизонт планирования - 1 год.
Оптимальным оказался вариант с применением 8 автомобилей без использования сезонных складов. При этом в сравнении с базовым вариантом (24 автомобилей со складами) общий пробег сокращается на 18 %, а суммарное время работы автомобилей уменьшается на 19 %, благодаря чему может быть высвобождено до 16 автомобилей. Коэффициент использования пробега возрастает на 3 %, объем перевезенных материалов на единицу пробега увеличивается на 5 %, коэффициент использования автомобилей - на 33 %. По результатам расчетов, инвестиции в развитие дорожной инфраструктуры могут окупиться за 3 года.
Полученные результаты позволяют заключить, что разработанная логистическая система, основанная на геоинформационном подходе и оптимизационных методиках, позволяет существенно повысить эффективность заготовок и перевозок деловой и топливной древесины при использовании сортиментной технологии. Кроме того, применение разработанной системы позволяет автоматизировать процесс составления лесозаготовительных и лесотранспортных планов на предприятиях отрасли. Благодаря этому становится возможным составление нескольких вариантов планов с учетом возможных изменений как во
внутренней ситуации на предприятии, так и во внешних условиях. Планы могут быть оперативно переработаны, скорректированы и доведены до исполнителей в удобной табличной форме и в виде карт маршрутов. Удобный интерфейс и наглядное картографическое представление исходных данных и результатов работы должны помочь специалистам, занимающимся планированием лесозаготовок и лесоперевозок, более качественно выполнять свою работу и тем самым улучшить экономические показатели деятельности лесозаготовительных предприятий.
Библиографический список
1. Соколов, А.П., Герасимов Ю.Ю. Геоинформационная система для решения оптимизационной задачи транспортной логистики круглых лесоматериалов // Известия высших учебных заведений «Лесной журнал», № 3. Архангельск: Изд-во АГТУ, 2009. С. 78-85.
2. Соколов, А.П., Герасимов Ю.Ю., Селиверстов А.А. Методика оптимизации парка автомобилей на вывозке сортиментов на основе имитационного моделирования в среде ГИС // Ученые записки ПетрГУ, 11(105), 2009. С. 72-77.
3. Герасимов, Ю.Ю., Соколов А.П., Катаров В.К. Разработка системы оптимального проектирования сети лесовозных дорог // Информационные технологии, № 1, 2011. С. 39--44.
4. Герасимов, Ю.Ю., Соколов А.П. Методика принятия решений по оптимизации лесозаготовительных планов // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс], № 69(05), 2011. - С. 320--334.
5. Герасимов, Ю.Ю., Сюнев В.С., Соколов А.П., Катаров В.К. и др. Рациональное использование древесины и лесосечных отходов в биоэнергетике: оценка потенциалов и технологических подходов // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс], № 09(73), 2011. - С. 576-587.
6. Герасимов, Ю.Ю., Селиверстов А.А., Суханов Ю.В., Соколов А.П. Технологические цепочки и системы машин для сбора и переработки древесной биомассы в топливную щепу при сплошнолесосечной заготовке в сортиментах // Системы. Методы. Технологии, № 4 (12), 2011. С. 101-107.
7. Gerasimov, Y.Y., Sokolov A.P., Karjalainen T. GIS-based Decision-Support Program for Planning and Analyzing Short-Wood Transport in Russia // Croatian Journal of Forest Engineering, Vol. 29, Issue
2. Zagreb: University of Zagreb, 2008. P. 163-175.
8. Gerasimov, Y.Y., Sokolov A.P., Syunev V.S. Optimization of industrial and fuel wood supply chain associated with cut-to-length harvesting // Системы. Методы. Технологии, № 3 (11), 2011. С. 118-124.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
149
