Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние проблемы и исследований, в области обоснования технологий и систем машин и оборудования для сквозных процессов заготовки, транспортировки и переработки древесины . 18
2 Формирование технологических цепочек, увязывающих лесозаготовительные и лесоперерабатывающие предприятия в территориально распределенных лесопромышленных структурах 43
2.1 Факторы, влияющие на выбор сквозных технологических процессов.. 46
2.2 Формирование оптимальных технологических цепочек, учитывающих комплексность использования древесного сырья 49
2.3-Формирование оптимальных технологических цепочек для интегрированной структуры 58
2.4 Комплектование оптимальных маршрутов, увязывающих освоение других природных ресурсов. 65
2.5 Методика оценки целесообразности улучшения транспортной сети 68
2.6 Выводы 74
3 Методика оптимального выбора систем машин и режимов их работы для заготовки круглых лесоматериалов 76
3.1 Общие положения 76
3.2 Математическая модель для выбора оптимального комплекта систем машин и режимов их работы 80
3.3 Формирование оптимальных технологических цепочек с учетом выбора систем машин и режимов их работы 94
3.4 Методика оценки продолжительности зимнего сезона 98
3.5 Оценка производительности систем машин 115
3.6 Методика оптимального выбора систем машин и режимов их работы для сквозных технологических процессов 126
3.7 Выводы 128
4 Методика определения оптимальных режимов работы оборудования в технологических цепочках включающих производство щепы энергетического назначения 130
4. 1 Технологические цепочки; включающие переработку круглых лесоматериалов для производства щепы энергетического назначения 130
4.23адача формирования, оптимального комплекта мобильных машин и определения режимов их работы 141
4.3 Математические модели и методы решения расширений задачи маршрутизации 142
4.3.1 Первая модель задачи маршрутизации (в условиях стабильной работы).. 142
4.3. 2 Вторая модель задачи маршрутизации (в условиях оперативных изменений без повторных посещений). . 152
4.3.3 Третья модель задачи маршрутизации (в условиях оперативных изменений с повторным посещением) 160
4.4 Определение режимов работы подвижного состава 172
4.5 Описание методики формирования комплектов машин и режимов их работы в технологических цепочках, включающих производство щепы энергетического назначения 174
4.6 Построение перспективных схем развития сети потребителей щепы энергетического назначения 176
4.7 Выводы 179
5 Программный комплекс для поддержки принятия решений по выбору систем машин и оборудования и режимов их работы и формированию технологических цепочек 181
5.1 Общие положения 181
5.2 Структура информационного обеспечения для работы программного комплекса 185
5.3 Геоинформационная система инфраструктуры лесопромышленного комплекса Республики Карелия . 195
5.4 Структура программного комплекса для поддержки принятия решений 201
5.5 Комплекс программ для решения задач маршрутизации 210
5.6 Актуализация информации, используемой программным комплексом 212
5.7 Выводы 214
6 Результаты внедрения и эксперименты 216
6.1 Экспериментальные исследования по выбору оптимальных комплектов систем машин и оборудования для лесозаготовок в природно-климатических условиях Республики Карелия 216
6.2 Формирование оптимальных технологических цепочек для холдинга «Соломенский лесозавод» 220
6.3 Определение режимов работы мобильных машин, обслуживающих территориально распределенные объекты ЖКХ Республики Карелия 226
6.4 Выводы по главе 234
Общие выводы и рекомендации 235
Список использованной литературы 240
Приложение А 275
Приложение Б 277
Приложение В 279
Приложение Г 281
Приложение Д 283
- Формирование оптимальных технологических цепочек, учитывающих комплексность использования древесного сырья
- Методика оценки продолжительности зимнего сезона
- Геоинформационная система инфраструктуры лесопромышленного комплекса Республики Карелия
- Формирование оптимальных технологических цепочек для холдинга «Соломенский лесозавод»
Введение к работе
Актуальность темы исследования
Рост внимания государства и специалистов к лесным проблемам обусловлен их значением как основы безопасного экономического и социального развития России и в особенности ее лесопромышленных регионов (Республик Карелия и Коми, областей Архангельской, Вологодской и др.), где продукция лесной промышленности составляет от 10 до 50% общего объема промышленной продукции. В целом же по Российской Федерации этот показатель составляет около 4%.
Результативность лесопользования в стране низка. В аналитической записке «Эффективность государственного управления лесными ресурсами Российской Федерации в 2004-2006 годах» Счетной палаты РФ отмечается, что в силу низкой степени развития производств по глубокой переработке древесины деятельность лесопромышленного комплекса (ЛПК) не отвечает экономическим интересам государства как собственника лесного фонда.
Важнейшую роль в лесопромышленном комплексе играют лесозаготовки, эффективность которых не может быть повышена без решения проблемы повышения эффективности связей лесозаготовительных и лесоперерабатывающих предприятий. Особенно обострилась эта проблема в настоящее время, в период, когда в отрасли активно идут процессы интеграции лесозаготовительных, лесоперерабатывающих и лесообрабатывающих предприятий, создания вертикально-интегрированных структур.
При этом, несмотря на работы предшественников, выполненные в ЦНИИМЭ, СПбГЛТА, МГУЛе, Воронежской ГЛТА, Марийском техническом университете, ГНЦлеспроме, ПетрГУ, КарНИИЛПКе, Архангельском техническом университете и др. НИИ и вузах страны, проблема обоснования оптимальных комплектов систем машин и режимов их работы, повышающих эффективность сквозных процессов заготовки, транспортировки и переработки круглых лесоматериалов в рамках территориально распределенных лесозаготовительных и лесоперерабатывающих предприятий лесопромышленного региона, на базе математического моделирования и формирования электронных баз данных, увязывающих сезонность проведения лесосечных работ, вариантность направлений использования круглых лесоматериалов и транспортную инфраструктуру является весьма острой. Безусловно, что эта проблема должна решаться на современном уровне научно-технического развития с использованием методов математического моделирования и современных информационных технологий, включая разработку методов решения возникших задач. Все это в целом обусловило постановку названной темы и ее выполнение в Петрозаводском государственном университете.
В связи с этим сформулированная проблема, относящаяся к направлению «Рациональное природопользование», входящему в перечень Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации, весьма актуальна для лесопромышленного комплекса России и его лесопромышленных регионов.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является обоснование оптимальных комплектов систем машин и режимов их работы, повышающих эффективность сквозных процессов заготовки, транспортировки и переработки круглых лесоматериалов в рамках территориально распределенных лесозаготовительных и лесоперерабатывающих предприятий лесопромышленного региона, на базе математического моделирования и формирования электронных баз данных, увязывающих сезонность проведения лесосечных работ, вариантность направлений использования круглых лесоматериалов и транспортную инфраструктуру.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
разработать комплексную методику для формирования оптимальных комплектов оборудования и формирования технологических цепочек на базе математического, информационного и программного обеспечений;
разработать математические модели, описывающие процессы выбора эффективных комплектов систем машин и оборудования, определения оптимальных режимов их работы с учетом сезонности лесозаготовок и распределения лесосек на зоны летней и зимней вывозки, с учетом освоения других видов природных ресурсов на примере минерально-сырьевых ресурсов, с учетом функционирования в рамках интегрированной структуры лесопромышленных предприятий;
разработать методику и математические модели, описывающие процессы формирования эффективных технологических цепочек, увязывающих процессы заготовки, поставки и переработки топливной древесины в качестве вторичных ресурсов для предприятий теплоэнергетики;
разработать методику формирования комплексной аналитической системы представления, сбора и хранения данных, увязывающую расположенные на одной территории лесные ресурсы, минерально-сырьевые ресурсы, региональную транспортно-энергетическую инфраструктуру, предприятия лесопромышленного и горнопромышленного комплексов;
разработать комплексную геоинформационную систему (ГИС), объединяющую данные о территориальном расположении лесных и минерально-сырьевых ресурсов, промышленных предприятиях, транспортных и энергетических сетях, природно-климатических условиях Республики Карелия (РК);
разработать программный комплекс для поддержки принятия решений при выборе машин и режимов их работы, при построении технологических цепочек, основанный на разработанных методиках, моделях и алгоритмах, включающий базы данных и электронные карты;
разработать модели и методы решения задач маршрутизации, обобщающих появившиеся в результате моделирования процессов формирования эффективных технологических цепочек задачи, и реализовать их в виде комплекса программ;
апробировать разработанные алгоритмы, математические модели и компьютерные программы на предприятиях Республики Карелия.
Объектом исследования являются сквозные технологические процессы заготовки, транспортировки и переработки круглых лесоматериалов, используемые территориально распределенными лесозаготовительными и лесоперерабатывающими предприятиями лесопромышленного региона (на примере Республики Карелия), системы машин и оборудования для лесозаготовок и переработки лесоматериалов на щепу, природно- производственные условия лесозаготовок, технологические взаимосвязи лесозаготовительных и лесоперерабатывающих предприятий.
Методы исследования. Теоретические и экспериментальные исследования основываются на системном анализе, методах математического моделирования, оптимизации и исследования операций, прикладной статистике, экспертных оценках, GPS-мониторинге, методах построения алгоритмов и структур данных. Для построения информационного и программного обеспечения использовались современные технологии проектирования информационных систем и структур баз данных, методы структурного и объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна работы
Разработана совокупность взаимоувязанных методик на базе математических моделей и программного обеспечения, включающего базы данных и электронные карты, развивающая теоретические подходы к обоснованию оптимальных комплектов систем машин и режимов их работы, повышающих эффективность сквозных процессов заготовки, транспортировки и переработки круглых лесоматериалов в рамках территориально распределенных лесозаготовительных и лесоперерабатывающих предприятий лесопромышленного региона, а также увязывающих сезонность проведения лесосечных работ, вариантность направлений использования круглых лесоматериалов и транспортную инфраструктуру.
Разработаны методика и математические модели, описывающие процессы формирования эффективных технологических цепочек для лесозаготовительного предприятия на основе выбора оптимальных комплектов оборудования и режимов их работы, учитывающие сезонность работ, природно-климатические условия лесозаготовок, привлечение организаций- подрядчиков.
Разработана методика формирования эффективных режимов работы оборудования в условиях углубленной переработки круглых лесоматериалов для производства топливной щепы, используемой на предприятиях теплоэнергетики.
Разработаны математические модели и методы решения задачи построения графика работы мобильных машин, обслуживающих территориально распределенные пункты потребления круглых лесоматериалов, при различных условиях работы.
Разработаны математические модели и методы решения расширений задачи маршрутизации с временными окнами, учитывающих выполнение работы в каждом пункте, которые реализованы в виде комплекса программ.
Разработан программный комплекс, включающий базы данных, электронные карты и модули для решения оптимизационных задач выбора оборудования, определения режимов его работы, определения оптимальных технологических цепочек.
Практическая значимость и реализация результатов работы
Разработанные методики служат основой для принятия стратегических и тактических решений по формированию сквозных технологических процессов и грузопотоков в лесопромышленном регионе, применимы для решения прикладных задач на уровне одного или группы предприятий, что подтверждается результатами внедрений.
Методические рекомендации и предложения, разработанные экономико-математические модели и программный комплекс были использованы в рамках контрактов и хозяйственных договоров КарНИИЛПК при обосновании перспектив развития лесопромышленного комплекса Республики Карелия, для обоснования баланса древесного сырья в Республике Карелия на период до 2015 года и его распределения на планируемые объемы переработки, что может быть учтено при создании новых производств как фактора инновационного развития лесопромышленного комплекса Карелии.
Созданные актуальные базы данных и электронные карты, содержащие информацию об инфраструктуре лесопромышленного и горнопромышленного комплексов Республики Карелия, использованы Министерством экономического развития Республики Карелия при обосновании перспектив развития лесного и горнопромышленного комплексов республики.
Разработанный программный комплекс, включающий электронные карты и базу данных о климатических и почвенно-грунтовых условиях Республики Карелия, позволяющий планировать организацию лесозаготовок и распределение лесного фонда на зоны зимнего и летнего освоения, был использован при формировании схем сквозных технологических процессов и выбора комплектов систем машин и оборудования для ОАО «Карельская мебельная компания», ЗАО «Шуялес», что подтверждается актами о внедрении.
Работы автора использованы при научно-методическом обеспечении разработки целевой программы по использованию топливно- энергетических ресурсов с целью обоснования перехода котельно-печного оборудования жилищно-коммунальных хозяйств на местные виды топлива. С использованием разработанного программного комплекса определены рациональные режимы функционирования передвижных рубительных машин для действующих в Республике Карелия котельных на щепе энергетического назначения при различной степени потребления щепы.
Результаты исследований используются в учебном процессе лесоинже- нерных факультетов ПетрГУ и СПбГЛТА.
Основные научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
-
-
Методика выбора комплектов систем машин и оборудования и определения оптимальных режимов их работы при формировании рациональных технологических цепочек, включающих заготовку, транспортировку и переработку круглых лесоматериалов с учетом природно-климатических условий лесозаготовки.
-
Математическая модель задачи выбора систем машин и определения режимов их работы в условиях сезонности лесозаготовок, учитывающая продолжительность эксплуатации зимних дорог, формы приобретения оборудования, привлечение организаций-подрядчиков для выполнения лесозаготовительных работ, а также функционирование лесозаготовительного предприятия в рамках интегрированной структуры.
-
Методика определения режимов работы оборудования для углубленной переработки круглых лесоматериалов в качестве вторичных ресурсов для предприятий теплоэнергетики региона.
-
Математические модели и методы решения задачи построения графика работы мобильных машин, обслуживающих территориально распределенные пункты, с учетом фактора времени и характеристик работы машин.
-
Математические модели, описывающие работу комплекта машин, обслуживающих территориально удаленные пункты, учитывающие время прибытия в каждый пункт, время выполнения работы в каждом пункте, зависящее от характеристик машин, с ограничениями на количество посещений пунктов и с минимальными затратами на перемещение и выполнение работы, обобщенные в виде расширений задачи маршрутизации с временными окнами.
-
Методы решения расширений задачи маршрутизации с временными окнами и с ограничениями на количество посещений пунктов, реализованные в виде комплекса программ.
-
Геоинформационная система инфраструктуры лесопромышленного комплекса Республики Карелия, увязывающая данные о территориальном размещении лесных и минерально-сырьевых ресурсов, транспортной сети, природно-климатических условиях региона.
-
Программный комплекс, объединяющий базы данных, электронные карты и алгоритмы решения оптимизационных задач, предназначенный для принятия решений по выбору комплектов оборудования и определению режимов их работы, по формированию технологических цепочек, позволяющий осуществлять мониторинг работы предприятий лесопромышленной отрасли региона.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на I съезде лесопромышленников Республики Карелия (Петрозаводск, 2004); научно-практическом семинаре «Инновационная экономика Карелии: возможные пути поддержки и развития» (Петрозаводск, 2004); VI , VII, IX международных научно-технических конференциях «Новые информационные технологии в ЦБП и энергетике» (Петрозаводск, 2004, 2006, 2010); III международной научно-практической конференции «Темпы и пропорции социально-экономических процессов в регионах Севера» (Апатиты, 2005); пятой и шестой международных научно-практических конференциях «Проблемы совершенствования бюджетной политики регионов и муниципалитетов России и стран Северной Европы» (Петрозаводск, 2005, 2006); международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2005, 2007, 2010); международных научных семинарах «Advances in Methods of Information and Communication Technology» (Петрозаводск, 2006, 2007) и симпозиуме «Russian-Scandinavian Symposium «Probability Theory and Applied Probability» (Петрозаводск, 2006); VII всероссийской школе-семинаре «Прикладные проблемы управления макросистемами» (Апатиты, 2008); республиканской научно-практической конференции «Структурная перестройка лесного комплекса Республики Карелия» (Петрозаводск, 2008); конференции «Рациональное природопользование и перспективы устойчивого развития лесного сектора экономики» (Великий Новгород, 2008); всероссийской научно-практической конференции «Инновационная и социально ориентированная экономика: пространственный аспект» (Санкт-Петербург, 2009); всероссийской научной конференции «Лесные ресурсы таежной зоны России: проблемы лесопользования и ле- совосстановления» (Петрозаводск, 2009).
Результаты исследований были использованы при подготовке докладов для Правительства РК, докладывались на коллегии Минэкономразвития
РК, на научных семинарах кафедры прикладной математики и кибернетики, а также Карельского НИИ ЛПКа.
Публикации. Основные результаты научных исследований по теме диссертации опубликованы в 43 статьях, включая 15 статей в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, 4 монографиях, 5 учебно- методических пособиях.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 разделов, основных выводов и рекомендаций и приложений. Общий объем работы составляет 288 страниц.
Формирование оптимальных технологических цепочек, учитывающих комплексность использования древесного сырья
При операционном подходе к поиску наиболее эффективных путей достижения цели осуществляется построение математической модели, содержащей описание этой цели и отражающей условия проведения операции. На этом этапе тщательно анализируется содержание операции, определяются необходимые действия, выявляются условия их выполнения, оцениваются разнообразные ограничения и т.п.
Модель должна быть разумным компромиссом между двумя противоречивыми тенденциями. С одной стороны, желательно, чтобы модель возможно полнее отражала реальные процессы, с другой - она должна быть настолько простой, чтобы можно было получить искомые результаты за практически приемлемое время.
Формирование технологических цепочек, охватывающих технологические процессы от лесосечных работ до доставки лесопродукции конечным потребителям (включая утилизацию отходов) после нескольких переделов, учитывающих комплексность использования древесного сырья и поэтому включающих вовлечение в переработку отходов лесозаготовок и деревообработки в качестве вторичных ресурсов, описывается следующей математической моделью [209,211, 222,137, 190].
Предприятия лесопромышленного комплекса можно отнести к одному из трех типов: предприятия без использования сырья, получаемого в результате деятельности других предприятий, назовем их начальными процессами, предприятия без выхода продукции (конечные потребители), назовем их конечными процессами, и остальные, назовем их внутренними процессами.
Процессы связаны между собой потоками продукции разных видов, образуя схему технологических процессов, характеризующуюся объемами потоков продукции между процессами и зависящими от них финансовыми показателями. На рис. 9 представлен пример потоков лесопродукции, прямоугольниками обозначены начальные процессы, прямоугольниками с закругленными углами - внутренние процессы, овалами - конечные процессы. Разные виды лесопродукции обозначены разными типами линий стрелок. В качестве специального типа конечного потребителя определены отходы производства.
Построенная модель (2.1)-(2.6) позволяет получить в результате решения оптимизационной задачи наиболее оптимальную с точки зрения выбранного критерия схему потоков лесопродукции, включающую заготовку, обработку, переработку и потребление лесопродукции. Ненулевые потоки лесопродукции (деревьев, хлыстов, технологической щепы, пиловочника, целлюлозы и др.) образуют технологические цепочки и определяют направления использования древесного сырья в условиях взаимозаменяемости его видов. Особенность модели заключается в учете вторичных ресурсов в качестве самостоятельного вида продукции наравне с основными видами продукции на входах и на выходах процессов, учитывая тем самым комплексность использования древесного сырья.
В рамках интегрированной структуры предприятий модель позволяет сформировать оптимальные потоки продукции между лесозаготовительными предприятиями и перерабатывающими предприятиями, входящими в состав интегрированной структуры. В целевой функции при этом, можно учесть прибыль только предприятий по производству конечной продукции, например, пиломатериалов или бумаги, так как интегрированные структуры заинтересованы в большей степени в реализации конечной продукции.
При решении задачи определения потребителей производимой продукции или поставщиков сырья для производства продукции эта модель также может быть применена как для одного предприятия, так и для группы предприятий, рассматриваемой либо как одно единое предприятие, либо как совокупность взаимосвязанных предприятий [195].
Применение модели в рамках лесопромышленного региона позволяет сформировать оптимальный баланс производства и потребления лесоматериалов в регионе по критерию суммарной прибыли всех лесопромышленных производств региона, что определяет безопасное и инновационное развитие лесопромышленного региона, а также рациональное использование его древесных ресурсов [129, 189].
Оптимальное решение, полученное для всех предприятий лесопромышленного комплекса региона, можно оценить с точки зрения его бюджетной эффективности в виде объемов выплат в бюджеты различных уровней, включая федеральный, региональный и местный уровни, а также во внебюджетные фонды [202, 194, 192, 191, 137].
Рассматривая укрупненную схему финансовых потоков в лесопромышленном комплексе региона, можно выделить следующие субъекты: лесозаготовительные предприятия, деревообрабатывающие предприятия, предприятия целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) (и/или лесохимии и гидролиза древесины и др.), внешние потребители лесопродукции, внутренние потребители лесопродукции, внешние инвесторы, внутренние инвесторы, внешние поставщики лесоматериалов и лесопродукции и государство.
Субъекты связаны между собой четырьмя типами финансовых потоков:
поток, возникающий в результате реализации лесоматериалов и лесопродукции предприятиями ЛПК конечным потребителям или другим предприятиям ЛПК, а также в результате приобретения предприятиями ЛПК лесоматериалов и лесопродукции у внешних поставщиков;
платежи предприятий в бюджеты и во внебюджетные фонды;
инвестиции государства и других инвесторов, а также кредиты, займы и т. п.;
дивиденды и платежи по кредитам, займам и т. п.
С государством связано три вида финансовых потоков: в первую очередь - платежи в бюджеты и во внебюджетные фонды, а во вторую — инвестиции и выплаты по инвестициям (рис. 10).
Методика оценки продолжительности зимнего сезона
Модели задач (3.1)—(3.10) и (3.39)-(3.55) в ограничениях (3.6) и (3.44) содержат параметр ТІ — продолжительность зимнего сезона, имеющий вероятностный характер, обусловленный природно-климатическими условиями региона, в котором проводятся лесозаготовительные работы. Для оценки этого параметра предлагается следующая методика [93; 199 117, 92, 265].
Если в труднодоступных районах отсутствуют дороги круглогодичного действия, строительство: которых является в большинстве случаев экономически неэффективным, в зимний период вывозка из таких районов осуществляется по дорогам; создаваемым из снега: и льда;
Покрытия сооружаемые с применением снега и льда, могут значительно отличаться друг от друга по плотности и прочности [65]:
снежные с плотностью 0;i5 0;55 г/см?;
снежно-ледяные с плотностью 057—0;64 г/см ;
ледяные с плотностью 0,64-0;68 г/см?.
Строительство и эксплуатация; зимних покрытий зависит от наличия. снега и отрицательных температур; которые имеют вероятностный характер;. что и определяет вероятностный; характер продолжительности вывозки зимой (по зимним дорогам);
Снежные покрытия; представляют; собой слой уплотненного снега. Снежно-ледяные покрытия- формируются: из мелкозернистого снега при температуре от -1,1 до +. 0,9С, аітакже в верхнем слое снега под; действием, колес: автомобиля [52, 65, 116]. Получают такие покрытия .при подогреве снега1 тепловым агрегатом или при поливке водой снежного покрытия из расчета до 140 л на Г м снежного покрова. При обильной поливке водой: снежного (180 л/м ) или грунтового покрытия получают ледяные покрытия; Твердость покрытия зависит от его плотности и температуры окружающего воздуха..
Согласно исследованиям [65, 108] при твердости покрытия в 12-15 кг/см происходит разрушение покрытия зимней дороги. Тогда, исходя из графика (рис. 13), разрушение снежного покрытия будет происходить при температуре выше (-4,5)-(—4 ;0)?Є, снежно-ледяного — при температуре выше (-2,7) —(-1,8)С, ледяного - при температуре выше 1—2С.
Тогда методика оценки продолжительности зимнего сезона для конкретного региона включает следующие шаги (рис. 14):
1. Собрать данные о среднесуточных температурах в регионе за период, когда в регионе наблюдаются первые отрицательные температуры (наступление зимнего сезона), и за период, когда наблюдаются первые положительные температуры (окончание зимнего сезона). Данные должны быть собраны за несколько последних лет.
2. Собрать данные о высоте снежного покрова в регионе за период, когда в регионе наблюдаются первые отрицательные температуры (наступление зимнего сезона). Данные должны быть собраны за несколько последних лет.
3. На основании данных, собранных на шаге 1 и 2, для каждого года. определить дату начала строительства зимней дороги для каждого , типа покрытия (снежного, снежно-ледяного, ледяного).
4. На основании данных, собранных на шаге 1, для каждого года определить дату окончания эксплуатации зимней дороги для .каждого типа покрытия (снежного, снежно-ледяного, ледяного).
5. На основании данных, полученных на шаге 3, построить эмпирическую функцию распределения даты начала- строительства зимних дорог. По значениям этой функции можно будет определить дату начала строительства зимних дорог с заданным-значением вероятности.
6. На основании данных, полученных на шаге 4, построить эмпирическую функцию -распределение даты окончания эксплуатации зимних дорог для каждого типа покрытия. По значениям этой функции можно будет определить дату окончания эксплуатации зимних дорог для каждого типа покрытия с заданным значением вероятности.
7. На основании данных, полученных на шагах 3 и 4, рассчитать продолжительность эксплуатации зимней дороги для каждого типа покрытия для каждого года.
8. На основании данных, полученных на шаге 7, построить оценку распределения вероятностей продолжительности эксплуатации зимней дороги для каждого типа покрытия, а также эмпирическую функцию распределения. По значениям этой функции можно будет определить продолжительность зимнего сезона (в календарных днях) для каждого типа покрытия с заданным значением вероятности, полученное значение можно использовать для расчета значения параметра ТІ в моделях задач (3.1)-(3.10) и (3.39)-(3.55).
Апробация методики проводилась для Сегежского района Республики Карелия.
1. Были собраны данные о среднесуточных температурах в октябре — мае за промежуток времени с 1969 по 2004 год (период в 35 лет).
Временной ряд, построенный из суточных температур за 35 лет, содержит практически незначимый линейный тренд. За один год температура в рассматриваемый период увеличивалась примерно на 0,04С. Остальная часть аддитивной модели ряда включает ярко выраженную сезонную компоненту и представляющую собой белый шум случайную составляющую.
Изменение средних температур, а также границы их разброса представлены на рис. 15. Центральная кривая с маркерами соответствует средним значениям среднесуточной температуры за декаду. Сплошные кривые сверху и снизу от нее отмечают границы среднеквадратического отклонения от среднего, а пунктирные кривые отражают 95% интервал, в котором находятся значения температуры.
2. Были собраны данные о высоте снежного покрова в октябре — мае за промежуток времени с 1969 по 2004 год.
Для каждой декады каждого месяца были построены оценки математического ожидания и дисперсии высоты снежного покрова. Результаты представлены в таблице табл. 8.
Геоинформационная система инфраструктуры лесопромышленного комплекса Республики Карелия
Программный комплекс включает электронные карты, для работы с которыми используются географические информационные системы (ГИС), предоставляющие функции по отображению тематической пространственно распределенной информации [176, 217, 200, 223, 229, 216].
В ГИС однотипные графические объекты группируются в слои (например, города, озера, лесничества, кварталы, предприятия и т. д.). Каждый объект связывается с описательной атрибутивной информацией, хранящейся в базе данных.
Разработана геоинформационная система инфраструктуры лесопромышленного комплекса Республики Карелия [228, 217], которая содержит следующие слои:
административно-территориальные границы;
населенные пункты;
гидрографию (реки, озера, моря, каналы);
границы лесничеств и лесхозов (рис. 34);
квартальную лесоустроительную сеть (рис. 31);
дороги (автомобильные, железные, лесные) (рис. 32, рис. 34);
промышленные предприятия;
климатические условия (рис. 33);
условия ландшафта (рис. 33);
кадастр месторождений (металлические, неметаллические, рудо-проявления, точки минерализации) (рис. 32);
лицензии на общераспространенные ископаемые (рис. 32);
объекты топливно-энергетического комплекса.
Слой квартальной лесоустроительной сети Республики Карелии был подготовлен на основе схемы кварталов Республики Карелия, предоставленных Карельским лесоустроительным предприятием, которое уже на протяжении многих лет ведет сбор и обработку лесоустроительной информации для лесничеств и лесхозов Республики Карелия. Специалисты предприятия работают с системой WINPLP (разработанной ГУЛ «Северо-Западное государственное лесоустроительное предприятие», г. Санкт-Петербург), предназначенной для комплексной обработки информации периодического и непрерывного лесоустройства и ведения лесного хозяйства [90]. Она совмещает картографическую и таксационную базы данных, что позволяет решать задачи, связанные с анализом, моделированием и прогнозированием лесохо-зяйственной деятельности. Для работы с картографическим материалом система использует ГИС-пакет WinGIS.
Схема кварталов была привязана к топооснове с системой координат 1942 года в проекции Гаусса-Крюгера.
Атрибутивная информация по лесничествам содержит данные о запасах насаждений в разрезе преобладающих пород и групп возраста, товарную структуру, объемы запасов и площади в разрезе групп лесов, категорий земель, категорий защитности.
На территории Республики Карелия на основании исследований [36, 37, 68, 135] были выделены зоны со сходными климатическими условиями и зоны со сходными условиями ландшафта, которые были перенесены на географическую карту республики (рис. 33).
Атрибутивная информация о климатических условиях включает: сумму температур воздуха за период с температурой выше 10С; абсолютный минимум температуры воздуха на ровных, возвышенных и пониженных участках и на лесных полянах; средний из абсолютных минимумов температуры воздуха на ровных, возвышенных и пониженных участках и на лесных полянах; продолжительность периода с устойчивым снежным покровом (дни); среднюю из наибольших декадных высот снежного покрова на открытых и защищенных полянах (см); продолжительность, начало и конец морозного периода; продолжительность, начало и конец периода со средней температурой воздуха ниже 0С; для каждого месяца по всем районам: среднюю температуру воздуха за апрель, октябрь по декадам; начало и конец снеготаяния; среднюю температуру воздуха, влажность, количество осадков, преобладающие направления ветра и т. д. (рис. 33).
Атрибутивная информация о ландшафте содержит данные о заболоченности территории и типе рельефа.
Атрибутивная информация об административных районах содержит результаты статистической обработки данных о климатических условиях районов Республики Карелия за 1969-2004 годы.
Слой дорог содержит автомобильные, железные и лесные дороги, разбитые на участки. Каждый участок характеризуется длиной. При решении задачи выбора оптимального маршрута после выбора пункта отправки груза и пункта назначения автоматически формируются все возможные маршруты между двумя пунктами, среди которых пользователь выбирает приемлемые.
Сформированные электронные карты, описывающие лесопромышленный комплекс Республики Карелия и его инфраструктуру, как составная часть программного комплекса, используются для представления исходной информации и результатов решения оптимизационных задач. Кроме этого, электронные карты могут быть использованы как самостоятельная геоинформационная система, с помощью которой можно решать другие задачи анализа, планирования и управления лесопромышленным, горнопромышленным комплексами и их инфраструктурой. Геоинформационная система инфраструктуры лесопромышленного комплекса Республики Карелия применима для планирования лесозаготовок, планирования развития транспортной сети, оценки грузооборота дорог и многих других задач.
Формирование оптимальных технологических цепочек для холдинга «Соломенский лесозавод»
ЗАО «Соломенский лесозавод» входит в состав карельской лесной группы предприятий ГК АСПЭК. В число крупных поставщиков, обеспечивающих ЗАО «Соломенский лесозавод» пиловочником, входят лесозаготовительные предприятия ЗАО «Шуялес», ЗАО «Кареллеспром» и ЗАО «Поросозеро» (рис. 45-46). Общий объем поставок сырья на ЗАО «Соломен-ский лесозавод» составляет 184500 м Лесозаготовительное предприятие ЗАО «Шуялес» в 2008 году должно было поставить на ЗАО «Соломенский лесозавод» 66 тыс. м хвойного пиловочника, что составляет примерно 36% от всех поставок на лесозавод.
ЗАО «Шуялес» располагает 5 лесными участками в Виллагоре, Ведло-зеро, Святозеро, Койвусельге, Нялмозеро. Запасы пиловочника на этих участках представлены в табл. 28.
В результате решения задачи (3.7)-(3.14) были сформированы оптимальные технологические цепочки ЗАО «Шуялес» для ЗАО «Соломенский лесозавод» (рис. 47):
Виллагора — Соломенский ЛЗ (9533 м );
Ведлозеро — Соломенский ЛЗ (11729 м3);
Святозеро — Соломенский ЛЗ (4813 м3);
Койвусельга — Соломенский ЛЗ (10010 м );
Нялмозеро — Соломенский ЛЗ (22805 м3);
Ведлозеро — Подрядчик (3230 м ) — Соломенский ЛЗ (646 м );
Святозеро — Подрядчик (1325 м ) — Соломенский ЛЗ (265 м );
Койвусельга — Подрядчик (4715 м3) — Соломенский ЛЗ (943 м3);
Нялмозеро — Подрядчик (6281 м ) — Соломенский ЛЗ (1256 м );
Ниар — Соломенский ЛЗ (2000 м );
Авераж — Соломенский ЛЗ (2000 м3);
Койвусельга — Внешний потребитель (7100 м3).
Таким образом, для выполнения обязательств по обеспечению крупномерными и среднетолщинными круглыми лесоматериалами предприятия ЗАО «Соломенский лесозавод» ЗАО «Шуялес» следует реализовать часть пиловочника, заготавливаемого в Койвусельге, внешнему покупателю, и закупить для ЗАО «Соломенский лесозавод» недостающее количество пиловочника у двух внешних поставщиков и подрядчиков. При этом на базе имеющегося парка машин и оборудования 80% лесного фонда ЗАО «Шуя-лес» осваивает самостоятельно, а 20% передает подрядчику. Экономический эффект от решения задачи составил 3,9 млн. руб.
Результаты решения задачи представлены в табл. 29-32 и на рис. 47.
На основе математической модели (3.1)—(3.6) были сформированы оптимальные технологические цепочки для ОАО «Карельская мебельная компания» на 2004 год. Результаты расчетов представляют собой объемы грузопотоков лесоматериалов от лесных участков, где они заготавливаются, к месту расположения складов ОАО «Карельская1 мебельная компания» (табл. 33).
Похожие диссертации на Модели и методы оптимизации систем машин для сквозных процессов заготовки круглых лесоматериалов
-
