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 обеспе- чить переход от очагового лесопользования и диспропорций в размещении лесоперерабатывающих производств и сырьевых ресурсов к устойчивому развитию территорий. В регионе лесозаготовительных и деревообрабатывающих предприятий необходимо создать единую транспортную сеть для перевозки лесных грузов, в которой лесовозные автомобильные дороги (ЛАД) являются необходимыми звеньями [2]. Развитие крупных интегрированных саморазвивающихся многоуровневых структур рыночного типа − прогрессивный путь к восстановлению производственнохозяйственных 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, природоохранной [1].
Теоретический анализ. Оценка эффективности системы региональных транспортных связей лесопромышленных предприятий производится по векторному критерию:
При наличии ряда критериев оптимизации (1) каждый из частных критериев выделяет свою совокупность оптимальных параметров системы транспортных связей. Многокритериальные задачи решаются путем ранжировки критериев по важности или путем синтеза глобального критерия. Нами использован первый способ. Суть его заключается в том, что все критерии располагают в порядке их относительной важности, определяемой, например, экспертным путем или на основе качественного анализа. Каждому критерию оптимальности соответствует определенная уступка (приоритет) δ.
Методика. Порядок решения задачи заключается в следующем. Находится экстремальное значение наиболее важного критерия minЗпр. При этом может возникнуть случай неопределенности оптимального решения. Многочисленные расчеты показали, что в большинстве случаев для оптимизационных задач характерна пологость изменения величины критерия оптимальности при приближении к экстремальному значению. При наличии зоны неопределенности оптимальных решений следует стремиться к нахождению возможно более однозначных решений.
Пусть при оптимизации системы транспортных связей по критерию минимума приведенных затрат получена зона равноэкономичных вариантов B1, B2, ..., Bn B1, характеризующихся существенно отличающимися совокупностями параметров U1, U2, ..., Un. Полученные значения приведенных затрат по вариантам равны
Результаты расчетов удобно свести в матрицу возможных решений. Здесь по главной диагонали располагаются величины 
, соответствующие минимальным значениям приведенных затрат для каждого варианта системы транспортных связей предприятий.
В общем виде задача выбора наиболее экономичного из возможных вариантов Bi (i = 1, 2, ..., n) точного численного решения не имеет. Поэтому нами использован эвристический метод. Суть его заключается в следующем. Заполняются все элементы матрицы ||Зпрij||, т.е. для каждого варианта системы транспортных связей определяются значения приведенных затрат при всех совокупностях параметров Uj (j = 1, 2, ..., n). Затем строятся специальные критерии выбора лучшего варианта из зоны неопределенности. Использованы два вида критерия раскрытия неопределенности.
1. Средние приведенные затраты по каждой совокупности параметров Uj. Они получаются как сумма чисел горизонтальных колонок, деленная на число вариантов.
В качестве лучшего решения выбирается вариант с совокупностью параметров Uj, при которой достигается минимум среднего арифметического значения приведенных затрат:
Этот критерий предполагает, что вероятности осуществления отдельных вариантов транспортных связей одинаковы. Но иногда на различных стадиях исследования имеются сведения о возможных вероятностях выполнения различных вариантов системы связей Bi (i = 1, 2, ..., n) с совокупностями параметров Uj. Тогда экспертным путем каждая совокупность параметров Uj оценивается своим баллом (сумма всех баллов равна единице) и в критерии (2) используется не среднее, а средневзвешенное по этим баллам значение приведенных затрат.
2. Критерий минимаксных затрат. Согласно этому критерию выбирается тот вариант транспортно-технологических связей, для которого наихудший результат лучше, чем наихудший вариант для любого другого варианта.
Этот критерий является более осторожным по сравнению с minj З‾, так как он страхует от отрицательных последствий при самой неблагоприятной совокупности параметров Uj.
Для особо важных случаев выбор окончательного варианта производится по критерию минимаксного риска. Матрица затрат ||Sij|| преобразуется в матрицу рисков ||Rij|| согласно соотношению
Смысл критерия (4) сводится к устранению риска иметь слишком большие убытки от принимаемого решения при появлении одного из неблагоприятных условий реализации транспортных связей предприятий.
После определения оптимального варианта системы транспортных связей по первому, наиболее важному критерию, иногда с использованием дополнительных специальных критериев (2), (3), (4), находится значение второго критерия (например, min R) при условии, что значение первого должно отличаться от своей экстремальной величины не более чем на δз. Находим экстремум третьего по важности критерия (например, max Пл) при условии, чтобы значения первых двух критериев не отличались от ранее найденных экстремальных значений больше, чем на величины соответствующих уступок δз и δR, и так далее. Оптимальным считается вариант, который получен при решении задачи отыскания условного экстремума последнего критерия. Таким образом, решается последовательность задач: 1) найти 
; 2) найти 
;
3) найти 
Величины уступок δ последовательно назначают в результате изучения взаимосвязи частных критериев Зпр, R, П, … Вначале решается вопрос об уступке δ3 от значения критерия min Зпр. Для этого задают несколько уступок 
и определяют экстремальные значения 
второго критерия. Отсюда ясна зависимость величины уступки δ3 и выигрыша по второму критерию (рис. 1).
Точная оценка уступок критериям минимума приведенных затрат δ3, максимума расчетной прибыли δпр и другим экономическим показателям выходит за рамки данной работы. Решение практических вопросов формирования транспортных связей лесопромышленных предприятий в многокритериальной постановке осуществлялось лексикографическим способом (δ3 = 0, δпр = 0).
При учете влияния технологических факторов на формирование системы транспортных связей предприятий лесного комплекса нами использован принцип рассмотрения общего рабочего цикла линии tц по головной машине – раскряжевочной установке (табл. 1) и деления цикла на четыре группы составляющих: чистое время работ головной машины tг, наложенные простои на чистый цикл от всех других машин изза недостаточной надежности (отказов) τот и из-за вариации значений циклов τv, и группа функциональных простоев τф.
В линиях с жесткой связью из m машин, где головной является k-я машина, цикл равен
Здесь τфi(τг) – величина функциональных простоев i-й машины в зависимости от интенсивности работы линии (т.е. цикла головной машины); τvi (tг, ti, νг, νi) – величина простоев головной машины из-за вариации циклов головной и i-й машины, зависящая от соотношения циклов tг и ti.
В общем случае цикл линии, состоящей из nу участков, разделенных гибкими связями, равен наибольшему циклу среди всех циклов участков
tц
где Tпрi – суммарные потери времени i-го участка линий; ψ – коэффициент наложения потерь времени между i-м и (i + 1)-м участками линий.
Действительная производительность линии определяется с учетом простоев τo по причинам, общим для всех машин.
Зависимость коэффициента возрастания цикла линии B от параметров циклов в виде уравнения регрессии B по ψ, v1, v2 имеет вид
Bn 
где ψ = t2‾ /t1‾ соотношение средних значений циклов второй и первой машин.
Рис. 1. Графическая интерпретация определения последовательных уступок δR, δП частным критериям оптимальности minR, maxП транспортных связей предприятий
Таблица 1
|
Порода хлыстов |
Параметры цикла |
Тип распределения |
Параметры распределения |
|||
|
t p, c |
v |
b1 |
b2 |
|||
|
Береза |
46,1 |
0,316 |
0,42 |
3,67 |
Гамма-распределение |
η = 10,46 μ = 0,233 |
|
Ель |
39,4 |
0,375 |
0,68 |
3,77 |
Логнормальное |
Млн = 3,548 σлн = 0,368 |
|
Сосна |
33,7 |
0,321 |
0,39 |
5,59 |
Гамма-распределение |
η = 0,76 μ = 0,309 |
|
Осина, липа и др. |
42,2 |
0,489 |
0,68 |
4,01 |
Логнормальное |
Млн = 3,608 σлн = 0,401 |
|
Все породы |
41,0 |
0,406 |
0,64 |
3,69 |
Гамма-распределение |
η = 7,72 μ = 0,199 |
|
Береза |
44,2 |
0,365 |
0,58 |
3,71 |
Логнормальное |
Млн = 3,66 |
|
Ель |
42,8 |
0,403 |
0,68 |
3,95 |
Нормальное |
М = 42,8 σ = 14,4 |
|
Сосна |
32,1 |
0,334 |
0,43 |
3,59 |
Логнормальное |
М = 3,34 σлн = 0,332 |
|
Все породы |
41,6 |
0,419 |
0,71 |
4,06 |
Логнормальное |
М = 3,6 σлн = 0,405 |
|
Береза |
44,8 |
0,441 |
0,73 |
4,09 |
Гамма-распределение |
η = 5,16 μ = 0,124 |
|
Ель |
43,6 |
0,529 |
0,24 |
2,83 |
Гамма-распределение |
η = 3,56 μ = 0,084 |
|
Сосна |
38,7 |
0,401 |
0,63 |
4,12 |
Гамма-распределение |
η = 6,25 μ = 0,191 |
|
Все породы |
39,3 |
0,438 |
0,72 |
4,18 |
Гамма-распределение |
η = 5,15 μ = 0,138 |
Полученное уравнение справедливо в следующих диапазонах факторов:
- если v1 € (0; 0,3), v2 € (0; 0,3), то ψ € (0,6; 1,2);
- если v1 € (0,3; 0,6), v2 € (0,3; 0,6), то ψ € (0,7; 1,8);
- если v1 € (0,6; 1,0), v2 € (0,3; 0,6), то ψ € (0,8; 2,5).
Аналитические зависимости коэффициента ψ от отношения циклов ψ = t2‾ /t1 при различных v, вычисленные по результатам моделирования, приведены в табл. 2.
Расхождение между экспериментальными и теоретическими значениями коэффициента не превышает 4 %.
Переход к расчету многопоточных линий нелинейной структуры осуществляется путем последовательного их приведения сначала к более простым линейным, а затем к двух-, трехфазным [3].
Для линии в составе подающего механизма, раскряжевочной установки и сортировочного транспортера получено уравнение регрессии коэффициента возрастания цикла линии Bт по циклу раскряжевочной установки , средней длине сортиментов lб и скорости тягового органа лесотранспортера Vтс (м/с):
83,8 * 10-4 l6 + 2,71 / t‾p
Оно справедливо в диапазонах факторов: Vтс € (0,6; 1,8); l € (0,6; 1,8).
С целью определения характера влияния параметров циклов машин на параметры общего цикла линии выполнено статистическое моделирование работы трехфазного участка технологического потока при различных отношениях индивидуальных производительностей машин.
Результаты. Обеспечение необходимой величины цикла технологического потока возможно при различных вариантах соотношений циклов отдельных машин. На рис. 2 при условии tг = 1 приведена графическая интерпретация областей допустимых отношений между циклами t1 и t2 для обеспечения заданного значения коэффициента использования линии K.
Графики представляют собой номограмму, состоящую из четырех квадрантов, каждый из которых соответствует определенному сочетанию коэффициентов вариации циклов v1 и v2 и коэффициенту использования линии. Каждая кривая соответствует крайним значениям отношений циклов t1 и t2 для обеспечения заданного значения коэффициента использования линии K. Точки пересечения кривых с осями t1 и t2 соответствуют значениям результирующих циклов t´ц выделенных участков в долях от цикла головной машины линии t2 = 1. Точки внутри области, ограниченной осями t1, t2 и кривой, соответствующей коэффициенту K, обеспечивают коэффициент использования линии выше заданного значения K.
Таблица 2. Зависимости коэффициента возрастания цикла линии
|
Тип связи |
Коэффициент вариации цикла подачи v1 (v = 0,35) |
Зависимость коэффициента B от отношения циклов |
Область определения отношения ψ |
|
Жесткая |
0,3 |
B = 1,17 0,056ψ + 0,005ψ2 |
(2; 4) |
|
0,6 |
B = 1,57 0,253ψ + 0,031ψ2 |
(2; 5) |
|
|
1 |
B = 1,97 0,425ψ + 0,048ψ2 |
(2; 6) |
|
|
Гибкая |
0,3 |
B = 1,07 0,01ψ + 0,001ψ2 |
(2; 3,5) |
|
0,6 |
B = 1,32 0,140ψ + 0,018ψ2 |
(2; 5,5) |
|
|
1 |
B = 1,53 0,255ψ + 0,025ψ2 |
(2; 6) |
Рис. 2. Графики допустимых соотношений между циклами машин в технологическом потоке (t = 1)
Вывод. Установлено, что система транспортно-технологических связей во многих случаях характеризуется неопределенностью оптимальных решений по отдельным показателям. Раскрывать неопределенность предложено по специальным критериям минимаксных затрат и минимаксного риска, позволяющим избежать наибольших отрицательных последствий при самой неблагоприятной реализации формируемой системы связей. Существенное влияние технологических факторов на формирование региональных транспортно-технологических связей предприятий лесного комплекса следует учитывать путём ввода в целевые функции:
- установленных закономерностей параметров распределений циклов машин от технологической сущности операций и конкретных производственных условий различных предприятий региона;
- зависимостей для определения циклов линий по циклу головной машины лесных складов с делением его на четыре группы составляющих с выделением простоев машин из-за вариации циклов;
- оптимальных соотношений средних значений циклов, коэффициентов вариации и технического использования машин и механизмов лесного комплекса;
- рациональных уступок критериям максимума производительности и минимума приведенных затрат, равных для линий 2...4 %, технологических потоков 3...7 %.
Транспортно-технологические связи между предприятиями не исследуются с целью поиска рациональных вариантов.
Приведение резервов повышения эффективности производства в действие в лесозаготовительной отрасли возможно лишь при взаимной увязке решений вопросов рационализации территориальной организации производства и совершенствования технологических процессов на предприятиях лесного комплекса.
Список литературы
- Курьянов В.К. Научные основы создания комплексных предприятий постоянного действия / В.К. Курьянов, Д.Н. Афоничев, Е.Т. Батищев // Ресурсосберегающие и экологические перспективные технологии и машины лесного комплекса будущего: материалы международной научно-практической конференции, посвященной 55-летию ЛИФ ВГЛТА, сентябрь, 2009. С. 47-53.
- Сильянов В.В. Транспортно-эксплуатационные качества автомобильных дорог / В.В. Сильянов. М.: Транспорт,1984. 287 с.
- Сушков С.И. Оптимизационное проектирование транспортных связей в предприятиях лесного комплекса: методологические основы. Воронеж: Воронеж. гос. лесотехн. акад. Воронеж, 2003. 165 с. Деп. в ВИНИТИ 21.10.2003 № 1832-В03.
Рецензенты:
- Чижов М.И., д.т.н., профессор кафедры АОМП Воронежского государственного технического университета, г. Воронеж;
- Подольский В.П., д.т.н., профессор, зав. кафедрой строительства автомобильных дорог Воронежского архитектурно-строительного университета, г. Воронеж;
- Важенин А.Н., д.т.н., профессор ФГОУ ВПО Нижегородская ГСХА, г. Нижний Новгород;
- Арютов Б.А., д.т.н., зав. кафедрой прикладной механики, профессор ФГОУ ВПО «Нижегородская ГСХА», г. Нижний Новгород.
Работа поступила в редакцию 15.03.2011.