Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ вопроса учета и идентификации заготовленных круглых лесоматериалов 15
1.1. Анализ предметной области 17
1.2. Анализ методов автоматизации учета заготовленных круглых лесоматериалов 19
1.3. Анализ норм права, регулирующих учет и мониторинг заготовленных круглых лесоматериалов 20
1.4. Анализ методов сбора данных, информатизации и моделирования систем учета и мониторинга древесины 24
Выводы по 1 главе 27
Глава 2 Теоретические исследования систем учета и идентификации заготовленных круглых лесоматериалов 28
2.1. Систематизация структуры учета и идентификации заготовленных круглых лесоматериалов 28
2.2. Пространственная модель учета и идентификации потоков круглых лесоматериалов 37
2.3. Моделирование системы учета круглых лесоматериалов клейменных электронными идентификаторами 39
2.3.1. Математическая модель операций клеймения круглых лесоматериалов электронными идентификаторами 39
2.3.2. Имитационная модель системы учета круглых лесоматериалов клейменных идентификаторами 43
2.4. Структура информационно-управляющей системы учета и идентификации круглых лесоматериалов 46
Выводы по 2-ой главе 50
Глава 3 Экспериментальные исследования 51
3.1. Выбор и обоснование способа клеймения и учета круглых лесоматериалов 51
3.1.1. Методика проведения вычислительного эксперимента 53
3.1.2. Методика определения основных конструктивных и технологических параметров клеймения, учета и бесконтактной идентификации круглых лесоматериалов 54
3.2. Обоснование способа бесконтактного автоматизированного учета круглых лесоматериалов при погрузке на подвижной состав 62
3.3. Прикладное программное обеспечение учета и маркирования древесины 68
Выводы по 3-й главе 70
Глава 4 Оценка применения результатов теоретических и экспериментальных исследований в производство 72
4.1. Автоматизация клеймения для ведения сквозного бесконтактного учета заготовленных круглых лесоматериалов 72
4.2. Организация автоматического учета заготовленных круглых лесоматериалов при погрузке на подвижной состав 80
4.3. Метод организации автоматической бесконтактной привязки транспорта круглых лесоматериалов к пути следования 82
4.4. Методика оценки трудозатрат применения автоматического учета и идентификации круглых лесоматериалов 83
Выводы по 4-ой главе 86
Общие выводы и рекомендации 88
Список использованных источников 91
Приложения 106
- Анализ норм права, регулирующих учет и мониторинг заготовленных круглых лесоматериалов
- Структура информационно-управляющей системы учета и идентификации круглых лесоматериалов
- Обоснование способа бесконтактного автоматизированного учета круглых лесоматериалов при погрузке на подвижной состав
- Автоматизация клеймения для ведения сквозного бесконтактного учета заготовленных круглых лесоматериалов
Введение к работе
Актуальность темы. Приоритетными направлениями развития лесного комплекса (ЛК) являются совершенствование организации лесопромышленного производства и повышение эффективности заготовки и транспортировки древесины. Одной из проблем ЛК является соблюдение законности лесопользования.
Лесопромышленные предприятия, поддерживают социально-
экономическое развитие лесных регионов. Повышение стабильности работы ЛК обозначено в Стратегии развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2030 года.
В результате исследования и проведенного анализа существующих методов учета и маркировки круглых лесоматериалов, были определенны следующие основные группы причин сдерживающих их эффективное применение и развитие.
Отсутствия целостной и структурно взаимосвязанной технологии учета движения лесопродукции по всем фазам лесозаготовительного процесса.
Наличие «человеческого фактора» - непроизвольные ошибки в учете и/или намеренные искажения в учете, приводящие к нарушению закона.
Известно, что достаточно сложно решать проблемы, сдерживающие эффективность производства, источником которых является негативное влияние человеческого фактора, независимо от того, кто это контролер или участник экономической деятельности.
Вместе с тем, организовать полноценную работоспособность системы учета, маркировки и идентификации заготовленных круглых лесоматериалов в автоматическом режиме в условиях реальных лесосек в настоящее время пока никому не удалось по ряду известных причин:
производство и использование отечественной техники и средств учета сокращается, а новые разработки не доводятся до конечного потребителя;
реконструкция применяемых импортных систем измерения и учета древесины, является достаточно проблематичной, как и включение новых средств автоматизации в импортную лесозаготовительную технику.
В тоже время, технически и технологически возможно организовать на территории лесосеки систему учета древесины, позволяющую обеспечить признанную точность измерения фактических параметров производимой продукции, её маркировку и последующую бесконтактную идентификацию и с привязкой в базе данных к месту произрастания дерева и определением пути перемещения древесины.
Для решения вопроса, в рамках настоящего исследования, была выдвинута гипотеза о том, что в целях совершенствования технологии учета круглых лесоматериалов, за счет комплексной автоматизации процессов, могут быть при-3
менены методы и программно-аппаратные средства защиты информации на основе бесконтактной идентификации.
До настоящего времени, в действующих на территории РФ методах учета древесины операции выполнялись вручную и вследствие низкой эффективности часто приводили к значительным искажениям информации по объемам перерабатываемой древесины и нуждаются в совершенствовании. Несмотря на социальную и научно-практическую значимость, проблема насыщения лесопромышленных технологий программно-аппаратными средствами защиты информации, автоматизации учета и идентификации древесины разработана недостаточно и требует качественно новых комплексных решений.
Это позволяет утверждать, что тема работы, направленная на совершенствование технологии учета и идентификации круглых лесоматериалов путем автоматизации операций и защиты учетной информации, является своевременной и актуальной для лесопромышленного комплекса России.
Работа соответствует паспорту специальности: 05.21.01 «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства» по пунктам 1, 3, 9.
Степень разработанности темы исследования. Работа представляет собой законченное научное исследование, включающее в себя изучение состояния проблематики, постановку цели и формирование задач, теоретический анализ совершенствования технологии учета круглых лесоматериалов и их мониторинга в реальных условиях лесосеки. В результате было выявлено, что управление процессом учета заготовленных круглых лесоматериалов непосредственно на лесосеке, является сложным явлением, требующим дополнительного изучения. Обоснована необходимость осуществления новых экспериментальных исследований структуры и параметров системы учета, составления пространственно-математических моделей, позволяющих сгенерировать практические рекомендации по выбору мероприятий и выполнить поиск соответствующих оригинальных технических решений, направленных на повышение эффективности корпоративного учета и мониторинга древесины промышленных предприятий.
Работа выполнена в рамках научных направлений ФГБОУ ВО «Тихоокеанский государственный университет», соответствующих тематике «Проектирование автоматизированных информационных систем различного назначения» и «Технология заготовки древесины».
Целью диссертационной работы является совершенствование технологии учета и идентификации круглых лесоматериалов средствами автоматизации.
Объект исследований. Технология учета объемов заготовки и транспортировки клейменных круглых лесоматериалов техническими средствами.
Предмет исследования. Процессы автоматического учета объемов заготовки и транспортировки клейменных круглых лесоматериалов техническими
средствами.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие основные задачи исследования:
-
Разработать пространственно-математическую модель синхронизированного управления операциями клеймения, бесконтактного учета и идентификации круглых лесоматериалов с фазами лесозаготовительного процесса.
-
Разработать методику и программный комплекс для обоснования основных технологических и конструктивных параметров операций клеймения, учета и идентификации круглых лесоматериалов и программно-аппаратных средств защиты информации на основе бесконтактной радиочастотной технологии.
-
Разработать способ и технические решения комплексирования системы лесозаготовительных машин программно-аппаратными средствами защиты информации, автоматического клеймения, бесконтактного учета и идентификации круглых лесоматериалов.
Научная новизна. Разработанная методика и пространственно-
математическая модель синхронизированного управления операциями клеймения, бесконтактного учета и идентификации круглых лесоматериалов с фазами лесозаготовительного процесса, позволяющая бесконтактно идентифицировать фактический объем их оборота, развивает практику применения программно-аппаратных средств защиты информации в лесозаготовительном производстве.
Теоретическая и практическая значимость.
-
Пространственно-математическая модель синхронизированного управления операциями клеймения, бесконтактного учета и идентификации круглых лесоматериалов с фазами лесозаготовительного процесса, позволит реализовать комплексную автоматизацию процесса на основе программно-аппаратных средств защиты информации и бесконтактной идентификации фактических объемов их оборота.
-
Предложенное оснащение процесса учета заготовки круглых лесоматериалов программно-аппаратными средствами защиты учетной информации, обеспечивающими бесконтактную идентификацию фактических объемов их оборота, способствует разработке новых организационных, технологических и технических решений.
-
Клеймение электронными идентификаторами заготавливаемых круглых лесоматериалов, позволит повысить эффективность технологии учета и снизить трудозатраты, за счет комплексной автоматизации операций и бесконтактной идентификации фактических объемов их оборота, а также снизить простои транспорта леса при контроле легальности происхождения древесины.
Достоверность выводов и результатов исследований обеспечена: применением современных методик исследования, аргументированностью принятых допущений, обоснованностью методов моделирования, а также подтвер-5
ждается экспериментальными исследованиями процессов и операций учета заготовленных и транспортируемых круглых лесоматериалов.
Методология и методы исследования. Теоретической основой исследования явились работы ведущих отечественных и зарубежных ученых по ведению учета, в том числе заготовленных и транспортируемых круглых лесоматериалов.
В работе использованы базовые методы научно-технического познания, системного анализа и математического моделирования, измерения, сбора и обработки экспериментальных данных.
Автор в своих исследованиях опирался на фундаментальные работы видных ученых в области учета, управления и автоматизации производства лесопромышленного комплекса - В.К. Вороницына, Э.Ф. Герца, И.В. Григорьева, А.Г. Гороховского, Н.В. Казакова, О.А. Куницкой, В.Г. Лисиенко, А.Ю. Ману-ковского, В.А. Неганова, В.С. Петровского, А.В. Старикова, А.А. Шадрина, И.Р. Шегельмана, С.Б. Якимовича и многих других.
На защиту выносятся следующие научные положения:
1. Пространственно-математическая модель для синхронизированного с
лесозаготовительными фазами управления операциями клеймения круглых ле
соматериалов, позволяющая автоматизировать их учет и обеспечить бескон
тактную идентификацию.
-
Методика, реализованная в программном комплексе для автоматизации технологии учета на базе бесконтактной идентификации круглых лесоматериалов, обеспечивающая программно-аппаратную защиту учетной информации.
-
Способ и его реализация в техническом решении для комплексирова-ния технологического оборудования лесозаготовительных машин программно-аппаратными средствами автоматического клеймения, позволяющие вести бесконтактный учет и идентификацию круглых лесоматериалов.
Степень достоверности и апробация результатов обеспечивается применением современных вычислительных средств и лицензионного программного обеспечения при проведении теоретических исследований и обработке экспериментальных данных, удовлетворительной сходимостью результатов экспериментов с результатами моделирования.
Основные положения работы докладывались и обсуждались на: Петербургской технической ярмарке «Лучший инновационный проект и лучшая научно-техническая разработка года» (Санкт-Петербург, 2015 г., диплом 1 степени); научно-практических конференциях: молодых ученых, аспирантов, докторантов и соискателей ТОГУ (Хабаровск, 2015 – 2016 гг.); ежегодных научно-практических конференциях «Интеллектуальная собственность в инновационном развитии Дальневосточного региона» (Хабаровск, 2015-2016 гг.); международном экологическом семинаре /Россия-Япония/ (Хабаровск,
2016 г.); научно-практическом семинаре «Измерительные, навигационные и автоматизированные системы харвестеров» (Хабаровск, 2016 г.); XV Международной научно-практической конференции «Научные исследования и разработки молодых ученых» (Новосибирск, 2016 г.); II Международном научно-практическом форуме. «Природные ресурсы и экология Дальневосточного региона» (Хабаровск, 2017 г.) и Республиканской научно-практической конференции «Высокие технологии, наука и образование: Актуальные вопросы, достижения и инновации» (Пенза, 2018 г.); Национальном лесном форуме (Хабаровск, 2018 г.).
Публикации. По материалам работы опубликованы 13 работ, 3 статьи опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получены 2 патента на полезную модель, 1 патент на изобретение и 3 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, приложений. Общий объем работы 122 страницы. Диссертационная работа содержит 20 рисунков и 2 таблицы. Список литературы содержит 112 наименований.
Анализ норм права, регулирующих учет и мониторинг заготовленных круглых лесоматериалов
Правовой порядок учета, маркировки и идентификации круглых лесоматериалов устанавливается Правительством Российской Федерации в соответствии с Лесным кодексом Российской Федерации (ЛК РФ), регламентирующими представление информации о маркированной древесине и ее перемещениях необходимо в единую государственную автоматизированную информационную систему учета древесины и сделок с ней (ЕГА-ИС ЛЕС) [47, 61].
Совершенствование системы надзора (контроля) за происхождением древесины и оборотом лесоматериалов, является одним из важнейших направлений правовой охраны лесов. Вступивший в силу 3 марта 2013 года Регламент Европейского союза N 995/2010 (Регламент), направленный на борьбу с браконьерством при лесозаготовках [88, 90]. Данный Регла-ментпрямо запрещает ввоз на территорию стран ЕС древесины (в виде изделий или лесоматериалов), заготовленной в других странах с нарушением законодательства этих стран. Согласно Регламенту все импортеры лесоматериалов и продукции из древесины на европейский рынок, в том числе Российская Федерация, должны продемонстрировать систему тщательной проверки легальности закупаемых лесоматериалов. Они должны либо самостоятельно ее разработать, либо использовать одну из существующих схем, предусматривающих верификацию третьей, независимой стороной, например схему международной добровольной лесной сертификации [90].
В настоящее время нормами права предусматривается обязательная поштучная маркировка только ценных пород древесины, которая должна обеспечивать возможность идентификации перемещаемых партий маркированной древесины путем считывания информации с использованием технических средств [5, 33].
При этом нормы права распространяются только на легальную древесину, что говорит об актуальности настоящего научного исследования, предусматривающего развитие здоровой конкуренции и практическую реализацию средств защиты добросовестных лесопромышленников и перевозчиков КЛМ [33].
В целях реализации положений Регламента в Российской Федерации был принят ряд нормативно-правовых актов, направленных на изменение правового регулирования в сфере борьбы с незаконной заготовкой древесины. С 1 января 2014 года вступили в силу нормы Федерального закона от 28 декабря N 415-ФЗ "О внесении изменений в Лесной кодекс Российской Федерации и Кодекс Российской Федерации об административных правонарушениях", которым были внесены изменения в части борьбы с реализацией незаконно заготовленной древесины (главы Лесного кодекса Российской Федерации 2.1 "Учет и маркировка древесины", 2.2 "Транспортировка древесины" и 2.3 "Единая государственная автоматизированная информационная система учета древесины и сделок с ней"), а также введена новая ст. 8.28.1 "Нарушение требований лесного законодательства об учете древесины и сделок с ней" в Кодекс Российской Федерации об административных правонарушениях [47, 87, 89, 90].
Установленные Федеральным законом № 415 «Об учете древесины и сделок с ней» нормы права и соответствующие положения ЛК РФ изменили правовую базу учета и учетной информации [47, 87, 90].
В обеспечение реализации норм Федеральных законов было принято достаточно большое количество постановлений Правительства России. Наиболее важными из них являются Постановления Правительства Российской Федерации от 28 января 2015 г. № 55 "О порядке эксплуатации единой государственной автоматизированной системы учета древесины и сделок с ней", от 6 января 2015 г. № 11 "Об утверждении Правил предоставления декларации о сделках с древесиной". В Постановлении № 11, вступившем в силу с 1 июля 2015 г., установлен срок предоставления декларации: в соответствии с п. 4 Постановления декларация о сделках с древесиной предоставляется в течение пяти рабочих дней со дня заключения, изменения или прекращения действия договора на отчуждение древесины, в том числе в целях вывоза из Российской Федерации, но не позднее одного дня до транспортировки древесины. Изменения, касающиеся фактического объема транспортировки древесины, должны вноситься не позднее одного дня до транспортировки [90].
Также следует отметить Постановления Правительства Российской Федерации от 26 декабря 2014 г. N 1525 "Об утверждении Правил учета древесины", от 21 июня 2014 г. N 571 "О сопроводительном документе на транспортировку древесины", от 3 декабря 2014 г. N 1301 "Об утверждении Правил предоставления информации в единую государственную информационную систему учета древесины и сделок с ней", N 1161 от 4 ноября 2014 г. "Об утверждении Положения о маркировке древесины ценных лесных пород (дуб, бук, ясень)". В соответствии с п. 4 Постановления от 4 ноября 2014 г. N 1161, принятого в обеспечение реализации ст. 50.2 Лесного кодекса Российской Федерации, маркировка древесины осуществляется путем поштучного крепления на древесину бирки, содержащей следующие требования: данные юридического лица либо индивидуального предпринимателя, идентификационный номер налогоплательщика, осуществляющего вывоз древесины из Российской Федерации, номер бирки и номер декларации о сделках с древесиной [90].
Уголовно-правовую охрану лесов от незаконной заготовки древесины регулирует ст. 260 Уголовного кодекса Российской Федерации, предусматривающая уголовную ответственность за незаконную рубку лесных насаждений, а равно повреждение до степени прекращения роста лесных насаждений или не отнесенных к лесным насаждениям деревьев, кустарников, лиан, если эти деяния совершены в значительном, крупном и особо крупном размере лицом с использованием служебного положения, группой лиц, группой лиц по предварительному сговору или организованной группой [91].
В современных условиях вопросы борьбы с незаконной заготовкой древесины являются сложной многогранной проблемой, решить которую возможно только путем комплексного подхода к урегулированию данных общественных отношений на уровне как российского, так и международного законодательства [90].
В целях развития отечественной системы учета и мониторинга древесины «ЕГАИС ЛЕС», применение предлагаемой технологии автоматического учета и идентификации КЛМ, позволит расширению полномочий соответствующих служб системы по выдаче официального документа о легальности древесины, действующего на всей территории и во всех инстанциях РФ и последующим признании его за рубежом [5, 33].
Структура информационно-управляющей системы учета и идентификации круглых лесоматериалов
Предложенная структура информационно-управляющей системы учета и мониторинга КЛМ включает сочетание математического и пространственного моделирования процессов и сводится к интеграции визуализированных пространственных данных и аналитических знаний о системе учета и её элементах [5]. Конечной целью данной области исследования является выявление основных элементов и их взаимосвязей для более глубокого понимания и моделирования процессов учета и мониторинга КЛМ. Указанные выше знания в силу междисциплинарных барьеров имеют свою специфическую структуру, что потребует использования различных методов их анализа.
Для решения приведенных выше задач необходимо иметь достаточно эффективные инструменты получения и обработки пространственных данных процесса учета и его элементах [5]. Современные ГИС имеют целый спектр встроенных математических моделей и позволяют интегрировать внешние программно-реализованные модули для специализированной обработки визуальных данных и решения нестандартных прикладных задач [5].
Формализованное многоуровневое представление пространственных данных в общем виде [5, 17, 45, 101, 107 и др.]:
Анализ литературных источников показал, что в современных научных исследованиях различных областей большое внимание уделяется взаимосвязи задач математического моделирования с ГИТ [45, 101, 107 и др.]. Используют различные уровни интеграции математических моделей и ГИС. Самая простая степень комплексирования состоит в обработке в среде ГИС файлов данных, получаемых при имитационном моделировании. Уровень так называемой полной интеграции, где ГИС и модели представляют одно целое. Достигается это либо встраиванием моделей в ГИС, либо, наоборот, включением функций ГИС в модели. Используется и комбинированный подход, когда в проекте ГИС осуществляется не только подготовка и обработка исходных пространственных данных, но и элементы процедуры принятия решений с помощью специализированных инструментов ГИС-анализа [5, 46, 101].
Одним из способов реализации вышеперечисленных требований является разработка методов исследования сложных систем и протекающих в них процессов на базе комплексного пространственно-математического моделирования [5, 17, 101, 103 и др.].
Для решения задачи автоматизированного учета и идентификации КЛМ необходимо сформулировать модель потока КЛМ Wonm= f ( Spy6JZ). Физический поток КЛМ 5 , может быть представлен фазовой траекторией x(t), описанной в работе СБ. Якимовича [20]:
Тогда для пространственно-математического моделирования потока КЛМ T}nm= f ( &у% ) необходимо сформировать его элементарную математическую модель, которую можно записать совокупностью кинематических дифференциальных уравнений двухмерного движения: где YM, XM - локальные координаты потока КЛМ в заданной системе координат АХУ; VXM, VyM -соответственно, продольная и поперечная составляющие скорости упрощенной модели; ру -поперечная перегрузка модели; g - ускорение силы тяжести.
На координаты YM, Хм и управление пу элементарной модели потока КЛМ S6jZ накладываются соответствующие ограничения:
Обобщенная функциональная схема организации промышленного лесопользования, отраженная во взаимосвязи основных информационных потоков КЛМ, для целей учета представлена на рис. 2.6.
Содержание этого подхода состоит в разработке информационно-управляющей системы (ИУС), синхронизирующей реальные материальные потоки КЛМ с их информационными потоками, посредством имитационного моделирования производственных лесозаготовительных процессов, системы учета и идентификации перемещений партий древесины.
АРМ – автоматизированное рабочее место, ИУС – информационно-управляющая система, ЛПР – лицо, принимающее решение, КБД – корпоративная база данных
Структура организации информационно-управляющей системы учета и идентификации потоков круглых лесоматериалов Такая структура информационно-управляющей систем наиболее приемлема для организации учета и мониторинга КЛМ, поскольку не нарушает устоявшийся корпоративный порядок ведения транспортных и перевалочных работ [17, 32 и др.].
Обоснование способа бесконтактного автоматизированного учета круглых лесоматериалов при погрузке на подвижной состав
В настоящее время создаются специализированные комплексы для сканирования и получения условно достоверной информации об объемах продукции. Условность достоверности получаемой информации об объемах транспортируемой продукции ручными средствами и такими системами, заложена в допусках, которые варьируются от 8 до 15% соответственно [4, 31].
Однако, известны методы, обеспечивающие не только большую точность учета всей производимой древесины, но и автоматизацию процесса [17, 40, 48 и др.].
Современные облачные технологии в сочетании с обычными смартфонами в рамках предложенных и обоснованных решений, позволят отказаться от дорогостоящих стационарных объектов и даже от специализированных мобильных технических средств, применяемых для целей сканирования перемещаемой древесины в целях её мониторинга [32, 44, 17, 48 и др.].
Однако для обеспечения практического применения указанных средств мониторинга древесины необходимы как минимум следующие меры это виртуальная электронная маркировка деревьев на основе дистанционной локация леса и физическое клеймение электронными идентификаторами обрабатываемой древесины непосредственно в процессе заготовки в автоматическом режиме [17, 48]. При этом возможна организация клеймения продукции только при погрузке на подвижной состав в целях ее учета и мониторинга.
Основополагающим здесь является дистанционная локация леса, выполняемая в глобальных и локальных координатах, на данных которых выполняется трехмерное пространственное и математическое моделирование лесосеки. Для решения практических задач осуществляется формирование виртуальной среды функционирования техники, электронная маркировка деревьев и виртуальное планирование технологических операций, опирающееся на физические законы и являющиеся компонентой управляющей программы для системы автоматического управления машинами и элементами их технологического оборудования в реальной лесосеке [17, 48].
Таким образом, на лесосеке вся обрабатываемая древесина имеет клеймо в виде электронного пассивного идентификатора, на базе методов и средств РЧИ. Данное клеймо имеет уникальный номер, связанный в корпоративной информационной базе с адресной привязкой к месту произрастания источника продукции (дерева) и физическими размерами древесины, подлежащей вывозке с лесосеки. В целях организации автоматизированного учета древесины, подлежащей вывозке с лесосеки предложен способ, основанный на применении программно-аппаратных криптосредств, обеспечивающий автоматическое отражение всех операций с древесиной и её мониторинга в корпоративной информационной базе. При этом автоматически формируются документы, и включающая информация декларируется в «Единой государственной автоматизированной информационной системе “Учёта древесины и сделок с ней”.
Предложенный способ бесконтактного автоматизированного учета круглых лесоматериалов при погрузке на подвижной состав и автоматического формирования сопроводительных документов (в т.ч. для ЕГАИС ЛЕС), защищенных программно-аппаратными средствами, потенциально обеспечивает (полную гарантию) соответствие действительного объема и состава перемещаемой партии КЛМ, заявленной документации [48].
Способ включает предварительное автоматическое клеймение модифицированными пассивными идентификаторами КЛМ в процессе заготовки, описанном в разделе 1 настоящей главы. Погрузка КЛМ на подвижной состав выполняется из временных штабелей, расположенных на лесосеке.
Транспортный процесс — это совокупность организационно и технологически взаимосвязанных действий и операций, включающих: подготовку грузов к перевозке, подачу подвижного состава, погрузку грузов, оформление перевозочных документов, перемещение, выгрузку и сдачу груза грузополучателю [50]. Однако организовать учет по всей транспортной составляющей достаточно проблематично, хотя многие элементы этого процесса находят отражение, как непосредственно на предприятиях автотранспорта, так и в других организациях, например, в ГИБДД [50].
Эффективность использования подвижного состава и объем выполняемых перевозок зависят от дополнительных операций, что предопределяет необходимость контроля и учета выполнения погрузо-разгрузочных операций, которые на грузовом транспорте следует рассматривать как самостоятельный вид работ [50].
В способе, в целях снижения ручного труда, объемов нарушений и простоев подвижного состава применена концепция сквозного процесса лесозаготовок [51]. Разработанный способ автоматического учета КЛМ при выполнении погрузо-разгрузочных операций включат стандартный перечень операций [4, 10, 50 и др.]. Отличие заключается в использовании бесконтактной идентификации для автоматизированного учета круглых лесоматериалов при погрузке на подвижной состав и автоматического формирования сопроводительных документов, защищенных программно-аппаратными средствами (рис. 3.2) [40, 48]. Организация автоматического учета круглых лесоматериалов при погрузке на подвижной состав строится на учетном оборудовании включающем: считыватель РЧИ 3, динамометр 4 и автоматизированное ра Способ реализуется следующим образом, лесовоз выдвигается на площадку для погрузки КЛМ, подлежащих вывозке с лесосеки. На погрузочной площадке оператор погрузочной установки выполняет манипулятором 1 наведение захвата 2 на продукцию и ее фиксацию.
В процессе погрузки на подвижной состав выполняется сканирование приспособлением 3 электронного клейма продукции и автоматическая передача идентифицированной информации техническим средствам 4 для формирования (т.н. товарно-транспортной накладной) сопроводительного документа на транспортировку древесины (СДТД). Погрузку продукции осуществляют известными способами, а сканирование электронного клейма и автоматическое формирование СДТД с элементами криптозащиты содержащейся информации в целях учета и контроля передвижений древесины следующим образом. После захвата продукции, подлежащей к вывозке, встроенное приспособление 3 в процессе ее перемещения на подвижной состав сканирует, внедренное в древесину (сортимент), электронное клеймо, уникальный код которого поступает в техническое средство 4, где формируется СДТД с элементами криптозащиты содержащейся информации, включающими нанесение двухмерного штрих кода (QR-код) и приклеивание чипа РЧИ. При этом технические средства 4 снабжены каналом зашифрованной связи с корпоративной информационной системой, интегрированной с ЕГА-ИС УДС для учета и контроля передвижений древесины.
Форма сопроводительного документа, а также правила ее заполнения утверждены постановлением Правительства РФ от 21.06.2014 г. № 571. Исходя из норм 415-ФЗ, сопроводительный документ необходимо заполнять на каждую партию транспортируемой древесины. В настоящее время процесс учета погружаемой древесины осуществляется с применением ручных средств измерения и неизменных таблиц расчета объема круглого леса, это является источником искажения данных о переработанной, произведенной и перемещаемой древесине. В отличие от аналогов предлагаемое решение обеспечивает повышение надежности учета и контроля передвижений древесины техническими средствами, за счет автоматизации учета и применения элементов скрытой защиты содержащейся информации.
В целях подтверждения работоспособности описанного способа был проведен вычислительный эксперимент, включающий:
- сбор, опубликованных в авторитетных изданиях, данных лабораторных экспериментов радиочастотной идентификации, применительно к суровым условиям эксплуатации, таких как лесосека.
- формирование плана вычислительного эксперимента;
- имитационное моделирование операций учета и погрузки клейменых КЛМ на подвижной состав;
- имитационное моделирование операций транспорта леса (клейменых КЛМ) и бесконтактной системы привязки подвижного состава к заданному пути следования.
Вычислительный эксперимент осуществлялся с помощью разработанных в соавторстве и зарегистрированных программных комплексов, заявленных изобретений и полезных моделей, подробно описанных в работах Н.В. Казакова, П.Б. Рябухина [48, 34, 33, 5 и др.].
Таким образом, предложенный способ, обеспечивает ведение бесконтактного автоматизированного учета круглых лесоматериалов при погрузке на подвижной состав и автоматически способен формировать сопроводительные документы, которые защищаются как программными, так и аппаратными средствами.
Однако формировать и отправлять полученные при погрузке данные в «ЕГАИС ЛЕС», возможно только после сеанса связи с корпоративной информационной системой, что в реальных условиях леса обеспечить сложно технически и достаточно дорого. Указанные обстоятельства (отсутствие постоянного интернет канала) подтвердили необходимость использования именно распределенной базы данных, обеспечивающей работоспособность всей системы, начиная от сбора данных и заканчивая их передачей в корпоративную информационную систему и соответственно в систему «ЕГАИС ЛЕС».
Автоматизация клеймения для ведения сквозного бесконтактного учета заготовленных круглых лесоматериалов
Производители современных лесосечных машин наделяют их автоматическими функциями для оперативного и текущего сбора данных о их функционировании. Так, например, компания PONSSE использует для этих целей программно-аппаратный инструмент Fleet Management [5]. С помощью этого приложения, лесопромышленники могут контролировать работу узлов машин и технологического оборудования в режиме реального времени, а для получения более подробных отчетов о производительности и эффективности используется приложение Opti Report [5]. Для целей учета заготовленных КЛМ в отличии от традиционно применяемых систем объемного учета в PONSSE разработано устройство для количественной оценки объема сортиментов путем их взвешивания.. В процессе работы r автоматически взвешиваются получаемые КЛМ и приложение Load Optimize определяет их объем и управляет данными о загрузке на всех стадиях работы [5].
В то же время существует целый спектр проблем, связанных с машинным учетом заготовленной древесины, основной из которых является отсутствие у иностранной техники методов приемки, совпадающих с отечественным ГОСТом [5, 67, 74]. Так в соответствии с ГОСТ 32594-2013 «Лесоматериалы круглые. Методы измерений», действующим с 01.01.2015г., объём круглых лесоматериалов определяется объёмом цилиндра по нормированной длине (без учета технических припусков) и диаметру верхнего торца [2, 4, 12, 13, 17, 50, 51, 63, 70 и др.]. Система измерения процессорной головки харве-стера требует регулярной калибровки и настройки измерительной системы, что даже при регулярном их квалифицированном выполнении, приводит к расхождению измерения плотного объёма от 2 до 3% [4, 32, 100, 102, 108 и др.]. При этом не менее существенной является проблема машинного ведения учета всего плотного объёма заготовленных сортиментов без учета припусков и т.д. Кроме того, естественным дестабилизирующим фактором является машинный учет объёма КЛМ без вычета (или не корректного вычета) длин припусков, коры, окомлёвок, фаутной древесине и т.п. [5].
Анализ применяемых в лесной отрасли технологии учета и маркировки КЛМ, а также технических устройств, обеспечивающих автоматизированное считывание закодированных в маркере данных, показал, что фактически используются методы, реализованные на алгоритмах записи, идентификации и считывании визуальных маркеров, использующих штрих-код [5, 57, 100 и др.]. Для этого применяют разнообразные методики и устройства, что делает маркировку и учет трудоёмким, длительным и дорогостоящим [5]. Применение в промышленных масштабах такой маркировки КЛМ, связанной с использованием ручного труда, крайне не эффективно из-за недостатков визуальной маркировки древесины в реальных условиях лесосеки [5, 71, 74]. Не смотря на обилие способов, изобретений и технически реализованных систем применения автоматизированных средств учета и маркировки изделий в других отраслях, в промышленном лесопользовании практически используется только бумажный учет и рукописная условно-знаковая маркировка КЛМ [5, 14, 40, 41, 100 и др.]. При этом для экспорта пиломатериалов чаще всего используется также информационная табличка, на которой размещены надписи атрибутов пакета и штрих-код, имеющий привязку к корпоративной базе данных замаркированной древесины [5].
Очевидные сложности применения для маркировки штрих-кодовых ярлыков в реальных условиях транспорта леса предопределили применение в отрасли электронных идентификаторов различных типов, в том числе на основе РЧИ-технологий [17, 33, 42, 44, 64, 74].
Так в метрополитене используются автоматические системы учета подвижного состава, которые базируются на стационарных считывателях информации с активных электронных идентификаторов, установленных на проходящих вагонах [69 и др.]. Применение для управления движением электроподвижного состава в метрополитене именно активных электронных идентификаторов обусловлено высокими скоростями движения вагонов и помехами, вызванными множества железных конструкций [69]. Также использование активных электронных идентификаторов (РЧИ-технологий) и систем дистанционного считывания оправдано при размещении большого количества объектов, рассредоточенных на значительной площади, не имеющей электронной или читаемой визуальной разметки [112].
В настоящее время сбор необходимой информации в корпоративной базе данных о деревьях лесного фонда осуществляется с применением дистанционных методов различного уровня [5]. Однако открытым остается вопрос физической привязки имеющейся информации и данных о заготовленных круглых лесоматериалах к каждому конкретному изделию и получению этой информации с корпоративной базы данных, путем считывания идентификационного кода с использованием технических средств [5, 17, 58, 65, 72]. Разработка методов, технических систем и средств автоматической маркировки или клеймения КЛМ является актуальным направлением исследования [2, 17, 33, 65, 74-77, 100 и др.].
Как отмечалось выше современные лесозаготовительные комбайны (харвестеры) имеют встроенные функции учета производимых сортиментов, использующие различные типы измерительного оборудования [5]. Известен также ряд изобретений, направленных на решение вопросов маркировки сортиментов различными способами [5, 39, 40, 48, 100, 110 и др.]. Однако фактическое нанесение харвестером традиционной маркировки в процессе лесосечных работ практически не осуществляется [5, 100, 102].
Таким образом, из выше описанного вытекает актуальность задачи автоматизации учета, клеймения и считывания информации о заготовленных и клейменных КЛМ с использованием технических средств. Для решения поставленной задачи разработаны метод и алгоритм, реализованные в виде патентно-защищенной конструкции технологического оборудования ЛЗМ [40, 48]. Обоснование конструкции ЛЗМ, снабженной устройством для автоматического клеймения и учета произведенной древесины (сортиментов) и ее приведено в разделе 2 главы 3.
В данном разделе рассмотрены вопросы практического применения способа лесопользования и технические приложения, обеспечивающие совмещение учета и маркировки древесных ресурсов с их заготовкой и транспортировкой [17, 40, 48].
Область применения разработанного способа и устройства относится к учету, маркировке и клеймению древесины в процессе ее заготовки [48]. Учет и маркировка древесины регламентируются нормами ЛК РФ [47]. При этом информацию о маркировке древесины необходимо представлять в единую государственную автоматизированную информационную систему учета древесины и сделок с ней (ЕГАИС ЛЕС). В настоящее время нормами права и отраслевыми директивами предусматривается поштучная маркировка только ценных пород древесины, которая должна обеспечивать возможность счи 76 тывания информации с замаркированной древесины с использованием технических средств [5].
Анализ отраслевых автоматизированных систем, устройств и средств учета, маркировки и клеймения древесных материалов, компьютерных систем и технических устройств считывания сведений маркировки показал, что для этих целей используются комплексы устройств, функционирование которых построено на алгоритмах нанесения и считывания штрих-кодов [5]. В практике лесопользования информационная табличка, на которой размещены идентификационные надписи и штрих-код, прикрепляется различными способами к маркируемой древесине и затем сканируется считывателем [5]. Однако широкое применение в практике лесопользования такой маркировки и/или клеймения древесных материалов очень проблематично в силу высоких затрат, связанных с использованием ручного труда и низкой эффективности их применения по ряду показателей, главным из которых на практике в реальных условиях эксплуатации являются недостатки визуальной маркировки произрастающих древесных ресурсов и КЛМ.
Очевидны также проблемы применения визуальных штрих-кодовых идентификаторов в реальных условиях транспортировки маркированных изделий из древесины [5].
Указанные выше недостатки визуальных маркировок в различных отраслях, использующих маркировку, контактируемую с внешней средой, предопределили применение электронных идентификаторов, обеспечивающих их дистанционное зондирование.
В настоящее время при практическом учете больших количеств электронно-маркируемых изделий выбор в пользу использования электронного пассивного идентификатора (ПИ) определяется их бесконтактной работой, низкой стоимостью, малыми габаритами, практичностью, высокой надежностью и долговечностью [5, 17, 74].