Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время обший объем лесозаготовок в Республике Карелия приблизился к объему расчетной лесосеки и наметился дефицит древесины, поэтому основным направлением развития лесозаготовительной промышленности будет являться переход к ведению лесного хозяйства по принципу неистощимого лесопользования, улучшение качественного состава лесов на основе строгого соблюдения экологических требований. Это возможно путем широкого внедрения рубок ухода .
До настоящего времени распространение рубок ухода в нашей стране сдерживается низким уровнем машинизации. Применяются тяжелые машины, созданные для сплошнолесосечной технологии, которые наносят существенный вред оставляемому на доращивание древостою, почве и тем самым существенно снижают эффективность рубок промежуточного пользования. Поэтому в последнее время все шире внедряется сортиментная технология, повышающая производительность, качество разработки лесосек, сохранность оставляемых на них деревьев. Современный уровень развития сортиментной технологии основан на применении современных систем лесозаготовительных машин, которые отвечали бы всем современным экологическим требованиям.
Существующая в настоящее время достаточно широкая номенклатура лесосечных машин (отечественных и импортных) дает свободу выбора проектных решений по компонентам системы и усложняет научно-обоснованный выбор систем машин. Исследование качества и эффективности сложной технической системы, каковой является система машин для рубок промежуточного пользования, характеризуется множеством неопределенных факторов: климатические, почвенные, рельефные. Поэтому для обеспечения высокой эффективности систем лесных машин необходимы соответствующие исследования с позиций системного подхода и использования современных информационных технологий (ГИС-технологий). Данные исследования основаны на применении имитационного моделирования технологического процесса рубок ухода. Имитационные модели дадут возможность принять оптимальное решение о подборе техники для конкретных природно-производственных условий. Это позволит адекватно описать реальные лесозаготовительные процессы при рубках ухода и обеспечивают эффективность принимаемого решения.
Цель работы. Повысить эффективность применения системы лесозаготовительных машин на рубках ухода путем оптимального выбора машин в системе с использованием ГИС-технологий.
Объекты и методы исследований. Объектами исследований являлись: системы лесозаготовительных машин состоящие из колесных харвестеров и колесных форвардеров отечественного и зарубежного производства; чистые хвойные и смешанные древостой 30,40 и 60 лет на территории Республики Карелии; рубки промежуточного пользования.
При решении исследовательских задач применялись следующие методы:
4 математическое моделирование; статистических испытаний; системного подхода; оптимизации; теории игр и принятия решений; статистики.
Научная новизна работы. Заключается в разработке комплексного подхода к принятию решения оптимального выбора системы машин для рубок ухода в конкретных природно-производственных условий. При этом впервые были рассмотрены следующие вопросы:
Разработка оптимизационно - иерархических принципов имитационной модели машинизации рубок ухода, отличающихся использованием наиболее эффективного взаимодействия различных видов информации;
Создания имитационной модели принятия оптимального решения выбора системы машин для рубок ухода (харвестер - форвардер), отличающейся применением лесохозяйственной географической информационной системы (ГИС);
Метод моделирования лесосеки, отличающегося возможностью генерации древостоя смешанного состава;
Метод и математическая модель повреждаемости древостоя, отличающиеся учетом и накоплением повреждений, в том числе повреждения оставляемого древостоя при валке.
Основные научные положения выносимые на защиту:
Возможность создания процедуры принятия оптимального решения о вы
боре системы машин на рубках ухода, основанного на системном подходе, тео
рии принятия решения в условиях неопределенности с использованием ГИС-
технологий;
Применение имитационного моделирования для обоснования выбора системы машин (харвестер - форвардер) для рубок ухода, основанное на векторном критерии, компонентами которого являются: повреждаемость стволовой части и корневых систем, производительность входящих в систему отдельных машин и системы в целом, металлоемкость машин, доступность деревьев к обработке и качество проведения рубок.
Рекомендации по оптимальному подбору систем лесосечных машин для различных природно-климатических условий.
Практическая значимость работы. Реализация разработанной математической модели в виде готовой программы для ПЭВМ позволила оценить эффективность различных комбинаций машин (харвестер - форвардер) в системе лесосечных машин на рубках ухода и другие показатели качества выполнения рубок для различных природно-климатических условий. Основные положения постановки и решения задачи принятия оптимального решения по выбору системы машин для рубок ухода могут быть использованы при проведении выборочных и постепенных рубках главного пользования.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на международных: «Forest, environment and new technology in Northern Europe» (Петрозаводск, 1993), «Методы дистанционного зондирования и ГИС технологии для контроля и диагностики состояния окружающей среды» (Москва, 1998.), «Рациональное использование лесных ресурсов» (Йошкар-Ола, 1999), «Биологические основы изучения, освоения и охраны животного и растительно-
5 го мира, почвенного покрова восточной Фенноскандии» (Петрозаводск, 1999), и научно-практической: «Научно-методическое обеспечение лесного комплекса Карелии» (Петрозаводск, 1999) конференциях, на научных семинарах кафедры Тяговых машин Петрозаводского государственного университета 1995-1999 г.г.
Реализация работы. Разработанные имитационные модели процесса рубок ухода используется при обосновании систем машин для предприятий АК «Кареллеспром», а также учебном процессе Петрозаводского государственного университета.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 9 печатных работах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников, включающего 124 наименований, приложений. Общий объем работы 183 с, включающий 166 м.п.л., 44 рис., 21 табл.