Введение к работе
Актуальность темы исследования. Лесная отрасль России в настоящее время переживает период значительной трансформации, связанной с общими проблемами становления рыночной экономики в стране, изменением лесного законодательства.
Лесопромышленный комплекс использует лишь 20 % лесных ресурсов страны, обеспечивая лесной продукцией около 3 % мирового рынка. Сложившееся положение вызвано отставанием в развитии лесного хозяйства и перерабатывающих отраслей лесной промышленности, низким организационным и технологическим уровнем лесопромышленного производства. В России на 1178 млн. га лесной площади (69 % территории) для лесопромышленного комплекса до сих пор не создана оптимальная инфраструктура, которая в значительной степени определяется густотой дорожно-транспортной сети.
Практическое лесопользование встретило переход от планового к рыночному ведению лесного хозяйства без должной проработки теоретических вопросов даже в рамках имеющегося опыта. Поэтому в области лесозаготовок необходимо обеспечить переход от очагового лесопользования и диспропорций в размещении лесоперерабатывающих производств и сырьевых ресурсов к устойчивому развитию территорий. В регионе лесозаготовительных и деревоперерабатывающих предприятий необходимо создать единую транспортную сеть для перевозки лесных грузов, в которой лесовозные автомобильные дороги (ЛАД) являются необходимыми звеньями с одновременным решением задачи совместимости инженерных сооружений, транспортных средств дорожно-транспортного комплекса с экосистемой придорожной полосы с наименьшим ущербом для природы.
Развитие крупных интегрированных саморазвивающихся многоуровневых структур рыночного типа прогрессивный путь к восстановлению производственно-хозяйственных связей предприятий лесного комплекса. Основные направления интеграции структур в лесной отрасли – увязывание предприятий, входящих в единую технологическую систему, углубление переработки сырья, создание новых видов продукции и завоевание новых сегментов рынка. При этом государство будет выполнять координирующую роль – модернизацию всего лесного сектора страны, начальный этап которой – оптимизация его инфраструктуры: транспортной, перерабатывающей и природоохранной.
Проводимая модернизация лесной отрасли и использование современных технологий на промышленных предприятиях приводят к необходимости разработки новых математических моделей, а развитие вычислительной техники и программного обеспечения делает возможным их реализацию. Указанное обстоятельство требует разработки новых моделей и методов транспортного освоения лесосырьевых баз с учётом техногенного воздействия.
Работа выполнялась в рамках научно-исследовательской темы «Разработка ресурсосберегающих и экологически перспективных технологий эксплуатации лесовозного автотранспорта» (№ гос. регистрации 01960010574) и Федеральной программой развития лесопромышленного комплекса Российской Федерации, утвержденной Постановлением Правительства Российской Федерации №1123 от 20.11.95 г.
Степень разработанности проблемы. Решению вопросов, касающихся проектирования технологических процессов лесозаготовительного производства с параметрами, близкими к оптимальным посвящены работы В.И. Алябьева, А.К. Редькина,
В.Г. Заллегаллера и др.
Значительный вклад в изучение вопросов совершенствования транспортировки лесопродукции по лесовозным автомобильным дорогам внесли такие учёные как
Д.Н. Афоничев, Н.П. Вырко, Б.И. Кувалдин, В.К. Курьянов, А.А. Камусин, Ю.Д. Силуков, Э.О. Салминен, А.В. Скрыпников, С.И. Сушков, М.Ю. Смирнов.
Важные исследования в области разработки методов расчётов показателей эффективности совершенствования транспортно-технологических потоков лесозаготовительного производства принадлежат П.В. Ласточкину, Б.Г, Заллегаллеру, В.С. Петровскому, Г.А. Рахманину. Вопросами совершенствования транспортного освоения лесных регионов занимались С.И. Сушков, Ф.В. Пошарников, М.С. Замахаев, А.С. Ройзман,
Ю.М. Ситников.
Различным аспектам в области техногенного воздействия транспортно-производственных систем лесного комплекса на лесные экосистемы посвящены работы Ю.А. Израэля, Г.М. Илькуна, В.Н. Василенко, В.П. Подольского, И.М. Бартенева,
В.К. Курьянова, О.В. Рябовой, А.В. Скрыпникова, В.Д. Фёдорова.
Но достигнутый уровень качества функционирования транспортных систем лесного комплекса нельзя считать высоким по причине недоиспользования производственных мощностей, отсутствием концентрации транспортных потоков отдельных видов древесного сырья, неравномерным соотношением между объёмами и видами транспорта, системного подхода в определении показателей загрязнения лесных экосистем. Таким образом, по рассматриваемой проблеме разработаны только отдельные вопросы анализа и оптимизации, не решающие рассматриваемую проблему в целом.
Цель и задачи исследования. Цель работы – повышение эффективности использования автотранспорта в лесном комплексе с одновременным снижением техногенного воздействия.
Задачи исследований:
1. Разработать методику оптимизации транспортно-технологических связей предприятий лесного комплекса.
2. Разработать теоретические основы моделирования движения транспортных потоков лесных грузов.
3. Разработать методику организации планирования и управления материальными потоками лесопродукции в транспортно-производственных системах лесной отрасли.
4. Создать метод оценки техногенного воздействия транспортно-производственных систем на лесные экосистемы.
Предмет и объект исследования. Предметом исследования являются математические модели, методы и алгоритмы транспортно-производственных систем предприятий лесного комплекса.
Объектом исследования являются территориально-распределенные транспортно-производственные системы лесной отрасли и технологии их функционирования.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследований.
Методы теории организационных структур, системного анализа, современные стандарты. Исследование производственных процессов, построение моделей функционирования транспортно-производственных систем и разработка алгоритмов решения соответствующих оптимизационных задач проводятся с использованием методов математического программирования, оптимизации и исследования операций, теории алгоритмов и структур данных.
Научные результаты, выносимые на защиту:
1. Критерии оптимизации транспортно-технологических связей предприятий лесного комплекса.
2. Дифференциальные уравнения процесса функционирования транспортных систем предприятий лесного комплекса.
3. Методика рационального распределения материальных потоков лесных грузов.
4. Аналитические выражения по оценке техногенного воздействия транспортно-производственных систем на лесные экосистемы.
Научная новизна результатов исследования заключается в разработке комплексного подхода при транспортном освоении лесосырьевых баз в современных условиях с целью повышения экономической эффективности принимаемых решений.
К числу важнейших результатов диссертационной работы, обладающих научной новизной и выносимых на защиту, относятся следующие:
1. Методика оптимизации транспортно-технологических связей предприятий лесного комплекса, отличающаяся учётом дорожно-транспортных и технологических факторов, условий неопределенности оптимальных решений.
2. Метод моделирования движения транспортных потоков лесных грузов, отличающийся учётом: количества полос движения, числа скоростных групп, неограниченного диапазона вариаций дорожных условий, динамики тягово-скоростных свойств автомобилей, параметров плана, продольного и поперечного профилей, типа и качества дорожной одежды.
3. Методика организации планирования и управления транспортными потоками лесных грузов, отличающаяся учётом размещения предприятий и их технологических особенностей.
4. Метод определения пороговых значений при техногенном воздействии транспортно-производственных систем на древесные растения придорожной полосы, отличающийся учётом флуктуирующей асимметрии листьев, водообеспеченности и особенностей транспирации, всхожести и прорастания семян, жизненного состояния древостоя, изменении структуры энтомокомплексов лесных насаждений.
Теоретическая значимость работы заключается в том, что получены аналитические зависимости и разработаны математические модели, позволяющие: оптимизировать транспортно-технологические связи предприятий лесного комплекса с учётом дорожно-транспортных и технологических факторов; установить закономерности изменения параметров транспортных потоков, включая распределения скоростей как отдельных автомобилей, так и всего потока, распределения интервалов, вероятностей возможности обгона, плотностей потоков, дисперсий скорости и других показателей; управлять материальными потоками лесопродукции с учётом размещения предприятий; определить пороговые значения техногенного воздействия транспортных систем на лесные экосистемы с учётом изменения структуры энтомокомплексов лесных насаждений.
Практическая значимость работы заключается в том, что разработанные методы, модели и алгоритмы позволяют:
- определить оптимальный вариант транспортно-технологических связей лесозаготовительного или деревоперерабатывающего предприятия;
- установить режимы движения транспортных потоков для определения энергоемкости перевозок и улучшения экологических характеристик лесовозных дорог;
- рационально распределить материальные потоки лесных грузов в транспортно-производственных системах предприятий лесного комплекса;
- провести мониторинг, оценить состояние придорожных экосистем в транспортных системах предприятий лесного комплекса и назначить мероприятия по уменьшению техногенного воздействия на экососистемы придорожной полосы.
Рассмотренные в диссертации математические модели и методы решения задач обладают достаточной общностью и могут быть использованы в различных отраслях промышленности. Представленные в работе результаты исследований используются в проектных организациях и предприятиях лесной отрасли.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Наиболее существенные результаты, выносимые на защиту, относятся к пунктам [6, 15] паспорта специальности.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: методологической базой исследований; обеспечивается проведением системного анализа проблемы и применением математических, теоретических и экспериментальных методов исследований; применением методов математической статистики при обосновании числа экспериментов и обработке их материалов.
Апробация и реализация результатов диссертации. Разработанные на основе полученных результатов рекомендации и алгоритмы использовали: Семилукский филиал ОГУ «Лесная охрана» Семилукское лесничество (2010 г.); ЛОГУП «Задонский лесхоз» (2008, 2009 гг.); Управление лесного хозяйства Воронежской и Липецкой областей (2009, 2011 г.). Основные результаты диссертационной работы докладывались на международных и научно-технических конференциях ВГЛТА и УГТУ (2009-2010 гг.) и других конференциях и семинарах.
Публикации. Результаты исследований отражены в 8 научных работах, в том числе 1 монографии, 1 свидетельстве на программное обеспечение для ЭВМ, зарегистрированном в реестре программ Федеральной службой по интеллектуальной собственности и 3 изданиях, определенных ВАК Минобрнауки России.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 133 наименований, 2 приложений. Содержание работы изложено на 221 странице машинописного текста, иллюстрировано 38 рис. и 23 табл.
