Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
КЛИМУШЕВ НИКОЛАЙ КОНСТАНТИНОВИЧ
УПРАВЛЕНИЕ ЗАПАСАМИ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ
В ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
05.21.01. - Технология и машины лесного хозяйства
и лесозаготовок
А В Т О Р Е Ф Е Р А Т
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Москва - 2008
Работа выполнена в ГОУ ВПО Московский государственный университет леса.
Официальные оппоненты - доктор технических наук,
Суханов Валерий Сергеевич
- доктор технических наук,
профессор Ширнин Юрий Александрович
- доктор технических наук,
профессор Дорошенко Виктор Андреевич
Ведущая организация:
Сыктывкарский лесной институт - СЛИ филиал Санкт -
Петербургской государственной лесотехнической академии
им. С.М. Кирова
Защита состоится л 2008 г. в часов на заседании диссертационного совета Д.212.146.03. при ГОУ ВПО Московский
государственный университет леса по адресу: 141005 г. Мытищи - 5, Московская область, МГУЛ.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета леса.
Автореферат разослан л _________________ 2008 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Рыбин Б.М.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. есозаготовительное производство (далее ЛП) относится к добывающим отраслям промышленности и в значительной степени зависит от природных, климатических и лесорастительных условий. Объект труда - древесина - представляет собой природный продукт достаточно равномерно распределенный по лесопокрытой площади. Для того, чтобы заготовить тысячу кубометров древесины необходимо обработать в среднем около 10 га лесопокрытой площади, проложить до полукилометра автодорог, около трех километров трелевочных волоков. Затем заготовленную древесину необходимо доставить за несколько десятков километров на нижний лесосклад. На нижнем лесоскладе она подвергается дальнейшей обработке и отгружается потребителям лесопродукции.
Технологический процесс лесозаготовок представляет собой последовательность обрабатывающих и переместительных операций, в ходе выполнения которых растущее дерево превращается в товарные лесоматериалы разных видов и назначений.
Неизбежная рассогласованность ритма ЛП в сложных природно-производственных условиях его осуществления на значительной территории при выполнении большинства операций на открытом воздухе вынуждает создавать запасы лесоматериалов. Хранение запасов во многих случаях обходится дешевле, чем любой другой способ обеспечения ритмичного производства: резервные производственные мощности, дополнительные трудовые ресурсы, экстренные поставки, авральные работы и т.п.
Запасы лесоматериалов различных видов и степени товарной готовности создаются практически между всеми смежными технологическим операциями, когда происходит передача обрабатываемых древесных заготовок от одной машины к следующей или от одного станка к другому. ЛП традиционно осуществляется с созданием значительных запасов лесоматериалов разной степени товарной готовности на всех технологических операциях. Создание запасов лесоматериалов имеет очень важное значение для эффективной организации лесозаготовок в силу характерных особенностей ЛП. Задача управления запасами лесоматериалов всех видов по всему производственному процессу лесозаготовок является очень сложной и актуальной и требующей решения.
П включает ряд разнородных технологических операций, традиционно объединяемые в три фазы: лесосечные, лесотранспортные и нижнескладские работы. Последовательные технологические операции ЛП выполняются разными системами машин на значительном удалении друг от друга. Одной из особенностей ЛП являются различающиеся интенсивности выполнения смежных операций.
Технологические операции ЛП выполняются преимущественно на открытом воздухе, т.е. в процессе работы и люди и техника и объект труда
постоянно подвергаются влиянию переменных погодных условий. Выполнение лесосечных и лесотранспортных работ существенно зависит от грунтово-почвенных условий разрабатываемых лесосек и времени года. Совокупное действие вышеуказанных факторов ведет к высокому уровню случайной неравномерности осуществления ЛП. В этих условиях запасы лесоматериалов способствуют сглаживанию неравномерности производственного процесса лесозаготовок, повышению производительности труда, улучшению технико-экономических показателей в целом.
Цель и задачи исследования. Цель работы - повышение эффективности лесозаготовительного производства посредством процессного (по всему производственному процессу) управления запасами лесоматериалов разной степени обработки и товарной готовности во взаимосвязи с переменными интенсивностями работ на фазах и операциях на основе сглаживания неравномерности технологических процессов.
К запасам лесоматериалов предъявляются противоречивые требования: с одной стороны их должно быть достаточно много, чтобы обеспечить непрерывность и ритмичность производственного процесса, а с другой стороны - их должно быть как можно меньше, с тем, чтобы минимизировать затраты на их создание и содержание. Данное противоречивое требование создает необходимость и возможность поиска обоснованных решений по оптимизации запасов лесоматериалов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- Изучить основные свойства и характерные особенности осуществления ЛП в современных условиях рыночной экономики, в т.ч. в лесопромышленных предприятиях входящих в холдинги.
- Установить характер взаимосвязей и взаимодействия машин и оборудования в технологических процессах лесозаготовок, вывести количественные соотношения.
- Выявить структуру, характер и особенности запасов лесоматериалов, создаваемых в процессе осуществления ЛП. Сформулировать требования к запасам лесоматериалов и определить понятие запасов лесоматериалов.
- Исследовать структуру неравномерности осуществления ЛП, выявить основные закономерности ее проявления на уровне процессов и операций. Исследовать параметры неравномерности ЛП. Оценить сезонную динамику ЛП.
- Изучить характер спроса на лесоматериалы и разработать модели его прогнозирования.
- Разработать модели взаимодействия машин в технологическом процессе, образования и потребления запасов лесоматериалов между ними.
- Разработать количественные модели изменения качества древесины при хранении.
- Разработать математические, имитационные и нейро - нечеткие модели движения (создания и потребления) запасов лесоматериалов.
- Установить оптимальные значения отношений интенсивностей работ на смежных операциях, позволяющих обеспечить непрерывность производственного процесса при минимально необходимых значениях запасов лесоматериалов.
- Разработать рекомендации по оптимальным размерам запасов и управлению ими.
Для решения поставленных задач используются методы системного анализа, теории массового обслуживания, теории выбора и принятия решений, статистического анализа, методы исследования операций и аналитические методы, имитационное и нейро-нечеткое моделирование, а также прикладные пакеты компьютерных программ. Они основаны на результатах исследований лесозаготовительного производства и особенностей его осуществления в разных условиях севера Европейской части РФ.
Научная новизна работы.
На основе результатов исследований разработана имитационная модель ЛП, позволяющая решать задачи управления запасами лесоматериалов разной степени товарной готовности по всему производственному процессу и интенсивностями работ с учетом снижения качества лесоматериалов. Отклонение результатов моделирования на опытных данных не превышает 3 - 5%.
Разработана гибридная (нечеткая) модель прогнозирования спроса на лесоматериалы класса ANFIS, построенная в среде Matlab, отличающаяся тем, что ошибка данной модели на свежих данных не превышает 1,5%.
Разработана нейро-нечеткая модель управления запасами лесоматериалов и вывозкой из нескольких лесопогрузочных пунктов, отличающаяся тем, что позволяет использовать оперативные данные экспертов (водителей лесовозов, мастеров леса и др.).
Уточнены роль и значение запасов лесоматериалов в организации ЛП, сформулированы требования к запасам лесоматериалов и предложено их определение. Предложено определение жизненного цикла запасов лесоматериалов. Дополнена классификация запасов лесоматериалов на основе признака наличия (отсутствия) взаимодействия процессов их создания и использования, сформулированы критерии решения задач управления запасами лесоматериалов в ЛП.
Исследована структура неравномерности ЛП и установлены принципиальные различия на уровне операций и процессов. Предложена классификация неравномерности ЛП и получены результаты исследований операционной, организационно-технологической и сезонной неравномерности ЛП, в том числе в лесозаготовительных предприятиях в составе холдингов в условиях рыночной экономики.
Дана количественная оценка изменения выхода сортиментов из хлыстов при их хранении в весенне-летний период.
Выполнен анализ погрешности при дискретном представлении норм выработки и расходов в ЛП и показана целесообразность перехода от дискретного к непрерывному представлению норм выработки и расходов.
Исследованы особенности осуществления ЛП в условиях лесопромышленных предприятий Севера Европейской части России, в том числе в условиях рыночной экономики.
Практическая значимость работы. Результаты исследований представлены в виде рекомендаций, методик расчета, математических, имитационных и нейро-нечетких моделей, компьютерных программ, позволяющих решать задачи оптимизации размеров запасов лесоматериалов. Реализация рекомендаций позволит снизить приведенные затраты на 1 кбм заготовленной древесины на 15..25 руб, повысить оборачиваемость оборотных средств лесозаготовительных предприятий и эффективность производства в целом.
На защиту выносятся:
- Результаты исследований операционной, организационно-технологической и сезонной неравномерности ЛП, в том числе в условиях рыночной экономики в лесозаготовительных предприятиях в составе холдингов.
- Модель нечеткого прогнозирования спроса на лесоматериалы в нейронных сетях.
- Имитационная модель производственного процесса ЛП с учетом снижения качества лесоматериалов.
- Нейро-нечеткая модель управления запасами лесоматериалов и вывозкой.
- Дополненная классификация запасов лесоматериалов по признаку взаимодействия их создания и использования.
- Предложенная классификация неравномерности ЛП.
Апробация результатов работы.
Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на:
- ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Московского государственного университета леса (МЛТИ, МГУЛ) в 1985-1988 гг., в 2002 и 2006-2007гг.;
- ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Ухтинского государственного технического университета (УИИ, УГТУ) в 1987-2008 гг.;
- международной научно-практической конференции Научно-технический прогресс в лесном комплексе в 2000 г. (г. Сыктывкар, Сыкт. лесной институт);
- международной научно-практической конференции Новые образовательные и информационные технологии в обучении в 2001 г. (г. Сыктывкар, Сыкт. лесной институт);
- техническом совещании во всесоюзном лесопромышленном объединении Комилеспром (г. Сыктывкар) в 1990 г.;
- совещании в Министерстве лесного комплекса и транспорта Республики Коми (г. Сыктывкар, 1999 г.);
- техническом совещании в Министерстве лесного комплекса и транспорта Республики Коми (г. Сыктывкар, 2000 г.);
- технических совещаниях в ООО Койгородский ЛК, в ООО Удоралес, ООО Компания Северный лес и других предприятиях.
Реализация результатов работы.
Полученные результаты и разработанные рекомендации нашли применение в организации производственного процесса ряда лесозаготовительных предприятий Республики Коми, научно-исследовательской работе и в учебном процессе в виде учебных пособий и методических разработок, при выполнении курсовых работ и дипломном проектировании по специальности Лесоинженерное дело в Ухтинском государственном техническом университете.
Результаты работы внедрены в лесопромышленном комплексе Сосногорского района Республики Коми, в предприятиях ООО СКС в Республике Коми и Пермской области, в ООО Койгородский лесокомбинат, в ООО Компания Северный лес и др.
Результаты работы отражены в 5 научных отчетах, выполненных в рамках договоров с организациями и предприятиями.
Публикации. Основное содержание диссертации и результаты выполненных исследований опубликованы в 41 научной статье, 2 монографиях, 4 учебных пособиях и 4 методических разработках для студентов лесотехнического профиля.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов, основных выводов и заключения, библиографического списка и семи приложений. Содержание работы изложено на 272 стр. машинописного текста, иллюстрировано 27 рисунками и 24 таблицами. Список литературы включает 142 наименования.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении приведены общие сведения о лесозаготовительном производстве (ЛП), показаны роль и значение запасов лесоматериалов в организации производственного процесса, отражено влияние неравномерности ЛП на характер и размеры потребных запасов лесоматериалов.
Определены цели, задачи, методы исследования, обоснованы актуальность и научная новизна темы диссертации.
В первом разделе более подробно показаны роль и значение запасов лесоматериалов в организации ЛП, выполнен анализ методов управления запасами и обзор работ ученых и исследователей отрасли по исследованию ЛП и управлению запасами лесоматериалов.
Необходимость решения проблем управления запасами вызвала появление в начале XX века первых работ по определению оптимальных партий заказа, положивших начало развитию теории оптимального управления запасами в рамках исследования операций. Основной причиной создания запасов признается необходимость предотвращения остановки производства в случае их недостаточности.
есная промышленность, как и любая отрасль материального производства нуждается в создании запасов. Своеобразие ЛП и запасов лесоматериалов накладывает свой отпечаток на характер запасов. Обзор работ по моделированию и оптимизации технологических процессов лесопромышленного производства, показывает, что для решения поставленных задач широко используются методы математического и имитационного моделирования, основанные на статистическом и логическом анализе существующих технологических процессов и особенностей с использованием вычислительной техники и компьютерных технологий.
Учеными и исследователями ЛП выполнено большое количество работ по управлению запасами лесоматериалов разных видов и разработке методов оптимального управления ими. Общий обзор методов и моделей решения задач управления запасами лесоматериалов показывает, что их можно сгруппировать следующим образом:
- модели, основанные на методах теории массового обслуживания;
- модели, основанные на известных свойствах теоретических распределений вероятностей;
- аналитические модели, основанные на сравнении и минимизации затрат, связанных с запасами;
- аналитические модели, основанные на использовании коэффициентов сезонности работы лесовозного транспорта и сезонной вывозки;
- аналитические модели, основанные на статистических данных о перерывах работы лесовозных дорог по организационным и климатическим причинам;
- аналитические модели, основанные на теории линейного программирования;
- двухуровневые модели вида ();
- по специально разработанным номограммам.
Выполнен сравнительный анализ классификационных признаков запасов лесоматериалов. На основании анализа существа запасов лесоматериалов предложен дополнительный признак классификации, основанный на наличии (или отсутствии) взаимодействия процессов создания и потребления запасов.
Исследованиям технологических процессов и характерных особенностей лесозаготовительного производства посвящены работы ученых МЛТИ (МГУЛеса), ЛЛТА (СПбЛТА), ЛЛТИ, БТИ, АЛТИ (АГТУ), ВЛТИ (ВГЛТА), УЛТИ (УГТУ), МПТИ (МГТУ), ЦНИИМЭ (НПОЛеспром), Гипролестранс, ВНИПИЭИлеспром, СНПО и других институтов и научно-исследовательских организаций.
Вопросам совершенствования техники и оптимизации технологических процессов лесопромышленных предприятий (ЛПП), исследованиям потоков лесоматериалов, транспортных средств, отказов машин и оборудования, интенсивностей и характера распределения вероятностей обслуживания технологическими машинами и оборудованием в лесозаготовительном производстве посвящены работы В.И. Алябьева, Н.Г. Багаева, И.В. Батина, Б.А. Васильева, Д.К. Воеводы, В.С. Ганжи, Н.Т. Гончаренко, Д.Л. Дудюка, Б.Г. Залегаллера, А.А. Камусина, Куръянова В.К., Ю.В. Лебедева, А.К. Редькина, В.Г. Рогулина, Ю.А. Садовского, Салминенена Э.О., И.В. Турлая, В.Р. Фергина, Ширнина Ю.А.и многих других.
Проф. А.К. Редькиным разработаны основы теории потоков древесины на нижних лесоскладах лесозаготовительных предприятий.
Обобщая результаты анализа выполненных работ можно констатировать, что основной упор в управлении запасами лесоматериалов делается на методы и модели, допускающие формализацию основных факторов или основанные на известных распределениях вероятностей.
Обзор работ по управлению запасами лесоматериалов в ЛП позволяет сделать выводы:
- не выработаны явно сформулированные требования к запасам и единое определение понятия запаса лесоматериалов;
- отсутствуют единая терминология и общепринятая классификация запасов лесоматериалов в технологическом процессе ЛП;
- не выполнена классификация неравномерности ЛП, играющая определяющую роль в выборе методов решения задач управления запасами лесоматериалов;
4. для расчетов запасов лесоматериалов разработано достаточно много моделей и методик решения частных задач;
5. в качестве показателя оптимальности при решении задач управления запасами лесоматериалов, как правило, используется критерий минимума приведенных затрат;
6. для решения задач управления пассивными (резервными, страховыми, сезонными и т.п.) запасами лесоматериалов применяются либо усредненные аналитические методы (среднесуточный объем работ умножается на продолжительность планируемого периода), либо находится решение по известному или предполагаемому распределения вероятностей исследуемого процесса при заданном уровне доверительной вероятности;
7. не представлены модели и методы управления запасами лесоматериалов всех видов и степени товарной готовности (по законченному циклу ЛП) в условиях рыночной экономики.
Во втором разделе представлены структура ЛП и результаты исследования особенностей его осуществления в граничных условиях, приведены результаты статистической обработки снижения качества древесины при хранении хлыстов в весенне-летний период, обоснована необходимость перехода от дискретного представления норм выработки и расходов к непрерывному, что повышает точность планирования и позволяет использовать компьютерные технологии.
Организация ЛП определяется его технологическими процессами, которые характеризуются составом применяемой техники (оборудования), количеством, последовательностью и местом выполнения технологических и транспортно-переместительных операций в ходе осуществления технологического процесса ЛП. Технологический процесс (ТП) ЛП принято объединять в три основные фазы: лесосечные работы, транспорт леса и нижнескладские работы.
В настоящее время в лесной промышленности сложились в основном три типа ТП лесозаготовок: 1ТП - заготовка и вывозка деревьев, 2ТП - заготовка и вывозка хлыстов, 3ТП - заготовка и вывозка сортиментов. Формирующийся в настоящее время технологический процесс 4ТП на основе вывозки технологической щепы обладает пока малым удельным весом. Основные типы ТП лесосечных работ различаются применяемыми системами машин и комплексом технологических операций. Структурная схема операций основных типов ТП лесосечных работ представлена в таблице 1.
Таблица 1
Структурная схема операций основных типов ТП
есосечных работ
Тип ТП | Исходное состояние предмета труда | Основные операции технологического процесса | Конечное состояние предмета труда |
1ТП | Растущие деревья, отведенные в рубку | В, Т | Деревья на ПП |
2ТП | В, ОС, Т | Хлысты на ПП | |
3ТП | В, ОС, Р, Т | Сортименты на ПП | |
4ТП | В, Т, Щ | Технологическая щепа |
Прим.: ПП - погрузочный пункт на верхнем лесоскладе; В - валка деревьев; ОС - обрезка сучьев; Т - трелевка; Р - раскряжевка; Щ - производство технологической щепы.
есотранспортные работы являются связующим звеном между лесосечными и нижнескладскими работами. Работы, выполняемые на нижних складах, относятся к третьей фазе ТП ЛП.
Наряду с общими закономерностями осуществления, ЛП отличают особенности, проявляющиеся в предельных условиях.
1. Выполнено исследование влияния запасов хлыстов на верхних лесоскладах на уровень вывозки, представленное на рис. 1.
Рис. 1. Зависимость уровня суточной вывозки У в % к плану от запаса хлыстов на верхних лесоскладах Х, суток.
2. Выполнено исследование влияния переполнения склада сортиментов на производительность основных технологических линий для типовых нижних лесоскладов на базе консольно-козловых кранов ККС-10 и башенных кранов КБ-572А. Линия тренда такой зависимости для нижнего лесосклада на базе консольно-козловых кранов ККС-10 представлена на рис. 2. Аналогичная зависимость получена для нижнего лесосклада на базе башенных кранов КБ-572А.
Рис. 2. Зависимость уровня производительности основных технологических линий У, % от уровня заполнения проектной вместимости склада сортиментов (круглых лесоматериалов) Х, %
3. Выполнена статистическая обработка результатов снижения качества древесины при хранении хлыстов в весенне-летний период в условиях Вологодской области за два календарных года при объеме древесины 300 тыс. кбм. Изменение выхода сортиментов из хлыстов весенне-летнего хранения представлено на рисунке 3.
Рис. 3. Зависимость выхода сортиментов У,% из хлыстов весенне-летнего хранения, получаемых при раскряжевке, от количества месяцев хранения хлыстов Х (для мая Х = 1, для июня Х = 2 и т.д.).
4. Выполнена количественная оценка возможной погрешности в определении норм выработки и расходов при дискретном представлении, которая может достигать 10%. Показана целесообразность перехода к непрерывному представлению норм разных видов в целях повышения точности и обеспечения возможности применения компьютерных технологий.
Третий раздел посвящен запасам лесоматериалов в ЛП. В силу неравномерности осуществления технологических процессов ЛП на стыках операций формируются запасы лесоматериалов. В современных условиях организации ЛП о взаимном соответствии режимов смежных операций говорить не приходится, поэтому уровень запасов пульсирует во времени. Рациональное управление технологическими процессами предполагает согласование интенсивностей и режимов осуществления операций с созданием и потреблением запасов лесоматериалов.
Запасы лесоматериалов в ЛП играют важную роль своеобразного буфера, сглаживающего неравномерность выполнения смежных технологических операций. Динамика изменения этих операций порой значительно отличается друг от друга как по интенсивности, так и по характеру: одна из них может увеличиваться при снижении другой. Это особенно характерно для стыков фаз: лесосечные работы - вывозка, вывозка - нижнескладские работы. Различная динамика технологических процессов на смежных фазах и операциях ЛП определяет необходимость ее учета при решении задач управления запасами лесоматериалов.
В большинстве научных работ при рассмотрении вопросов управления запасами лесоматериалов само понятие запаса предполагается вполне очевидным и не требующим особого определения. Такой подход к понятию запаса вуалирует особенности запасов лесоматериалов в технологических процессах. При этом не определяются обязательные требования к лесоматериалам, составляющим запасы.
Под запасами лесоматериалов будем понимать едино управляемый в рамках производственного процесса объем древесины с определенными размерно-качественными характеристиками, готовый к использованию по определенному назначению. Указанные свойства запасов: соответствие предъявляемым требованиям и возможность их оперативного использования по назначению (ликвидность) являются обязательными для того, чтобы объем древесины стал полноценным запасом.
П требует создания запасов лесоматериалов разной степени готовности. Запасы лесоматериалов отличаются тем, что имеют внутрипроизводственный характер, определяемый организацией технологических процессов и операций. Процессы создания и потребления запасов лесоматериалов в значительной степени или полностью управляемы.
В лесной промышленности принято классифицировать запасы по назначению. Различают сезонные, резервные, межоперационные, технологические, буферные, гарантийные, неснижаемые запасы. Применяемые определения различных видов запасов зачастую перекрывают друг друга. Резервные, гарантийные, буферные запасы являются в известном смысле синонимами, характеризуя то, что они являются страховыми на случай несоответствия спроса и предложения при пиковых проявлениях спроса или остановках на отдельных технологических операциях по погодно-климатическим, организационно-технологическим или иным причинам. Межоперационные запасы создаются на стыках между смежными технологическими операциями. Для запасов этого вида также применяется понятие буферные запасы. Наличие неоправданно большого числа разноименных запасов ведет к дроблению аддитивных по сути запасов лесоматериалов одинакового назначения, и удлинению сроков пролеживания заготовленных лесоматериалов. А это в свою очередь ведет к замораживанию оборотных средств, снижению качества лесоматериалов, производительности рабочих и выработки механизмов.
С другой стороны, именно запасы лесоматериалов являются связующим фактором ЛП. Запасы сглаживают неравномерность выполнения отдельных технологических операций, недостаточную надежность техники и переменную производительность труда работников, изменяющиеся в широком диапазоне таксационные показатели древостоев и грунтово-почвенные условия, территориальную отдаленность мест производства работ единого технологического цикла и невысокую надежность транспортной сети для доставки заготовленной древесины. Запасы лесоматериалов могут классифицироваться по следующим основным признакам, представленным в таблице 2.
Таблица 2
Классификация запасов лесоматериалов
№ п/п | Наименование признака | Группы |
1 | Вид лесоматериалов | запасы хлыстов |
2 | запасы деревьев | |
3 | запасы круглых лесоматериалов | |
4 | запасы пиленных лесоматериалов | |
5 | запасы технологической и топливной щепы | |
6 | запасы древесных отходов | |
7 | Место расположения запасов | на лесосеке |
8 | на буферных и промежуточных складах | |
9 | на нижних складах | |
10 | у цехов переработки древесины | |
11 | у фронта погрузки лесоматериалов | |
12 | Периодичность создания и использования запасов | постоянного пользования |
13 | периодического пользования | |
14 | сезонного пользования | |
15 | Назначение запасов | технологические |
16 | товарные (готовая продукция) | |
17 | Характер потоков лесоматериалов | дискретные |
18 | непрерывные | |
19 | комбинированные | |
20 | Одновременность процессов создания и потребления запасов | пассивные (резервные) |
21 | активные (межоперационные) |
Технологические запасы лесоматериалов отличаются тем, что имеют внутрипроизводственный характер. т.е. интенсивности их создания и потребления могут постоянно изменяться. При этом очень важно наличие или отсутствие взаимодействия этих процессов, одновременность или разновременность их протекания. Поэтому для учета данного фактора предлагается подразделение запасов лесоматериалов на активные (межоперационные) и пассивные (резервные).
Для запасов лесоматериалов целесообразно говорить о жизненном цикле. Жизненный цикл запасов лесоматериалов включает три фазы:
- создание запасов лесоматериалов;
- хранение запасов лесоматериалов;
- потребление запасов лесоматериалов.
Характерной особенностью активных запасов является наличие постоянного взаимодействия процессов создания и потребления запасов, одновременность их протекания. Активный запас призван сглаживать текущую неравномерность смежных технологических операций.
В случае пассивных запасов процессы создания и потребления запасов разнесены во времени: запас сначала создается, затем расходуется, а интенсивность процесса создания запаса не зависит от интенсивности процесса потребления; она определяется конечным размером создаваемого запаса и временем на его создание.
Тип запаса (активный или пассивный) определяет выбор применяемых моделей и методов расчета оптимальных размеров запасов лесоматериалов. Так межоперационный запас хлыстов (деревьев) на нижних лесоскладах является активным: его необходимая величина определяется взаимной неравномерностью операций нижнескладского производства и транспорта леса. Межсезонный же запас хлыстов на нижних лесоскладах является пассивным. Его потребная величина определяется ожидаемой продолжительностью распутицы и планируемым объемом раскряжевки на этот же период. Таким образом, уровень межоперационных (активных) запасов хлыстов определяется текущим спросом со стороны одновременно выполняемых последующих операций, а межсезонных (пассивных) - отложенным спросом, проявляющимся с некоторым временным лагом в последующие периоды.
С учетом вышеизложенного, запасы лесоматериалов по видам и характеру взаимодействия можно классифицировать следующим образом:
- Пассивные запасы лесоматериалов:
- сезонные запасы деревьев (хлыстов) на промежуточных и нижних лесоскладах;
- резервные запасы хлыстов (деревьев, сортиментов) на верхних лесоскладах и лесопогрузочных пунктах;
- резервные запасы полуфабрикатов перед цехами переработки;
- резервные запасы готовой продукции (лесоматериалов круглых, пиломатериалов и др.) на нижних лесоскладах.
- Активные запасы лесоматериалов:
- межоперационные запасы деревьев (хлыстов, сортиментов) между технологическими и транспортными машинами на смежных операциях лесосечных работ;
- межоперационные запасы деревьев (хлыстов, сортиментов) на лесопогрузочных пунктах;
- межоперационные запасы деревьев (хлыстов) на нижних лесоскладах перед основными технологическими линиями;
- межоперационные запасы сортиментов перед цехами деревообработки или отдельными деревообрабатывающими станками и технологическими линиями;
- межоперационные запасы пиломатериалов, шпал, сортиментов, технологической щепы у фронтов погрузки.
В свою очередь по характеру спроса запасы лесоматериалов можно подразделить на две группы:
- Технологические запасы лесоматериалов разной степени товарной готовности, размер которых определяется из условия обеспечения непрерывности технологических процессов или минимизации экономических затрат.
- Страховые запасы товарных лесоматериалов, размер которых определяется параметрами и характером внешнего спроса.
При решении задач управления запасами лесоматериалов необходимо учитывать большое количество существенных факторов. В основе решения задач управления внутренними (технологическими) запасами лесоматериалов лежит стремление к оптимизации взаимодействия машин и механизмов на смежных технологических операциях и/или обеспечение непрерывности производственного процесса, а в решении задач управления товарными запасами - учет коммерческого спроса на лесоматериалы.
В решении задач управления пассивными (резервными) запасами лесоматериалов наиболее важное значение имеют оценка альтернатив, прогнозирование и перспективное планирование. В этой связи возрастает роль экспертных методов и моделей, максимально учитывающих и использующих опыт и знания специалистов отрасли. В то же время для расчета активных запасов с успехом применимы формальные методы и модели, основанные на теории массового обслуживания, линейном, динамическом и целочисленном программировании и др.
Задачи управления запасами лесоматериалов отличаются большим многообразием. В основу их классификации могут быть положены различные признаки, характеризующие количество и качество доступной информации. В общем случае задачи управления запасами лесоматериалов можно представить следующим набором информации:
<P, А, К, I, T, E, R >,
где P - постановка задачи (например, выбрать наилучшую альтернативу или выбрать адекватную модель для данных условий);
А - множество допустимых альтернативных вариантов;
К - множество критериев выбора;
I - множество методов измерения предпочтений (например, использование различных шкал);
T - отображение множества допустимых альтернатив в множество критериальных оценок (исходы);
E - система предпочтений эксперта;
R - решающее правило, отражающее систему предпочтений.
юбой из элементов этого набора может служить классификационным признаком.
Целевая функция критериев решения задач управления запасами лесоматериалов имеет следующий вид:
- по критерию минимума удельных приведенных затрат:
F(Z) = + min (1)
где - сумма издержек от дефицита запасов лесоматериалов на i-х операциях по j-м механизмам или рабочим; - сумма издержек на создание и хранение запасов лесоматериалов на i-х операциях по j-м механизмам или рабочим.
- по критерию непрерывности ТП:
G(t) = min (2)
где - сумма произведений простоев при дефиците запасов лесоматериалов на i-х операциях по j-м механизмам или рабочим () на удельные издержки от простоев () на i-х операциях по j-м механизмам или рабочим.
- по критерию максимума прибыли от реализации продукции:
Пр = РП - Нd - A - Cp, max, (3)
где РП - объем реализованной продукции в действующих ценах предприятия, выполненных работ или оказанных услуг, руб.;
Нd - налог на добавленную стоимость, руб.;
А - величина акцизов по подакцизным товарам, руб.;
Cp - полная себестоимость реализованной продукции, выполненных работ или оказанных услуг, руб.
Для организации полноценного производственного процесса лесозаготовок чрезвычайно важна проблема управления запасами лесоматериалов всех видов, распределенных по производственной цепи и проходящих определенную перманентную трансформацию в конечный продукт в ходе производственного процесса. Устойчивый английский термин для этого вида запасов - Work- in- process (кратко - WIP). Определение оптимального уровня WIP - это одна из центральных задач современного производственного менеджмента.
В случае WIP различают прямую и обратную задачи. Прямая задача может быть сформулирована следующим образом: исходя из рассчитанных, фактических или заданных уровней запасов на начальных и промежуточных операциях или фазах производственного процесса рассчитать запасы на последующих операциях и/или конечный уровень (готовую продукцию).
Обратная задача формулируется следующим образом: исходя из сложившегося, существующего, рассчитанного или нормативно заданного уровня запасов лесоматериалов на конечной операции (готовой продукции для данного производственного процесса) рассчитать оптимальные уровни запасов на всех предшествующих операциях.
В четвертом разделе выполнено исследование неравномерности ЛП и предложена ее классификация. ЛП отличает высокая неравномерность его осуществления. Большинство технологических процессов ЛП осуществляется вне помещений в условиях непосредственного воздействия на людей и технику большого комплекса природно-климатических факторов. Помимо воздействия природных факторов неравномерность ЛП усиливается в связи с рассредоточенностью технологических операций на большой территории и разнородностью применяемых систем машин и технологических процессов на разных фазах производственного процесса. Неравномерность ЛП обусловлена причинами природно-климатического, организационного и технико-технологического характера. Причины неравномерности носят как случайный, так и систематический характер.
Основные проявления неравномерности ЛП можно объединить в три основные группы. Предлагаемая классификация неравномерности ЛП по основным видам представлена в таблице 3.
Таблица 3
Классификация неравномерности ЛП
Вид неравномерности | Временные интервалы проявления | Формы проявления неравномерности | Характер проявления неравномерности |
Операционная | Минуты, десятки минут | Простои на последующих опе-рациях из-за недостатка межоперационных запасов | Случайный, обусловленный воздействием ряда факторов: параметрами древесного сырья, климатическими условиями и др. |
Организационно- технологическая | Смена, сутки, неделя, декада, месяц, квартал | Целосменные и более длительные простои из-за недостатка запасов | Предопределенный, систематический, плановый в сочетании с действием комплекса случайных факторов |
Сезонная | Сезон | Длительные простои на при сезонных перерывах работ | Проявление закономерно, продолжительность случайна в определенные периоды года |
Операционная неравномерность характеризует единичные проявления случайной неравномерности отдельных технологических операций. Результаты аппроксимации фактических рядов распределений, характеризующих операционную неравномерность ЛП, представлены в таблице 4 и на рисунке 4.
Рис. 4. Гистограмма неравномерности потока сортиментовозов
Таблица 4
Результаты аппроксимации фактических рядов распределений,
характеризующих операционную неравномерность ЛП
Технологическая операция или поток | Количество потоков | Размах средних | Теоретическое распределение | Критерий |
Потоки груженных автолесовозов в ЛЗПр, шт/час: - независимые - с радиосвязью - в холдингах | 3 7 3 | 0,58 - 1,81 3,98 - 7,84 2,47 - 4,58 | Пуассона Пуассона Пуассона | ПЦ3; К - 3 ПЦ7; К - 7 ПЦ3; К - 3 |
Потоки отгрузки в вагонах в ЛЗПр: - независимые - в холдингах | 5 3 | 12,2 - 28,5 8,5 - 20,5 | Пуассона Нормальное | П - 5; К - 5 П - 3 |
Продолжительность рабочих циклов машин и механизмов , сек: | 11 | 4,1 - 102,8 | Нормальное, Эрланга | ПЦ11 |
Прим.: 1) в таблицах 4 и 5 для установления непротиворечивости фактического распределения теоретическому использовались критерии ХИ-квадрат Пирсона (обозначение П) и Колмогорова (К). Количество не противоречащих критерию потоков показано числом через дефис.
2) Сокращение ЛЗПр означает тип предприятия: а) независимые; б) оснащенные радиосвязью; в) в составе холдингов.
Результаты исследований операционной неравномерности потоков транспортных средств не противоречат, как правило, распределению Пуассона или Эрланга. Результаты исследований неравномерности продолжительности выполнения технологических операций, не противоречат, как правило, нормальному и логнормальному распределениям и могут, при соблюдении определенных математических условий, аппроксимироваться. распределением Эрланга.
Организационно-технологическая неравномерность является обобщающей характеристикой некоторой связанной совокупности многократно повторяющихся технологических операций, составляющих технологические процессы. Результаты аппроксимации фактических рядов распределений, характеризующих организационно-технологическую неравномерность ЛП, представлены в таблице 5 и на рисунках 5, 6 и 7.
Таблица 5
Результаты аппроксимации фактических рядов распределений,
характеризующих организационно-технологическую неравномерность
Технологический процесс | Количество потоков | Размах средних, м3 | Теоретическое распределение | Критерий |
Заготовка | 11 3 | 714-3704 341 - 913 | Нормальное огнормальное | П Ц8; КЦ9 П - 3 |
Вывозка в ЛЗПр: - независимые - с радиосвязью - в холдингах | 5 4 3 2 | 690 - 1273 1809Ц3217 615 - 1877 679 - 1036 | Нормальное Нормальное Нормальное огнормальное | П Ц3; К - 5 П Ц4; К - 4 П Ц3; К - 3 П - 2 |
Раскряжевка в ЛЗПр: - независимые - в холдингах | 7 3 | 508 - 3162 562 - 954 | Нормальное Нормальное | П Ц6; К - 7 П Ц3; К - 3 |
Отгрузка лесоматериалов в ЛЗПр: - независимые - в холдингах | 5 3 | 694 - 1622 480 - 1170 | Нормальное Нормальное | П - 5; К - 5 П - 3 |
Рис. 5. Гистограмма неравномерности суточной заготовки
Рис. 6. Гистограмма неравномерности суточной вывозки
Рис. 7. Гистограмма неравномерности суточной отгрузки.
Сезонная неравномерность ЛП имеет периодический характер и ее принято выражать коэффициентом неравномерности, показывающим уровень месяца к среднемесячному годовому объему работ. Уровни сезонной неравномерности ЛП ряда предприятий по кварталам за 1998-2000г.г. представлены в таблице 6 и на рисунке 8.
Рис. 8. Распределение объемов работ на лесозаготовках У, т.м3 по кварталам Х за три года
Таблица 6
Уровни сезонной неравномерности лесозаготовительного
производства по кварталам за 1998-2005г.г.
есозаготовительное предприятие | Вид работ | Квартал | |||
1 | 2 | 3 | 4 | ||
ООО Койгородский ЛКБ | заготовка | 0,3929 | 0,1620 | 0,1573 | 0,2878 |
вывозка | 0,4633 | 0,1290 | 0,1429 | 0,2648 | |
производство деловой | 0,3875 | 0,2117 | 0,1899 | 0,2109 | |
ООО "Палаузский ЛКБ" | заготовка | 0,4986 | 0,1315 | 0,1344 | 0,2355 |
вывозка | 0,4811 | 0,1504 | 0,1289 | 0,2396 | |
производство деловой | 0,4498 | 0,1711 | 0,1294 | 0,2496 | |
ООО "Сысольский ЛКБ" | заготовка | 0,3723 | 0,1765 | 0,1864 | 0,2648 |
вывозка | 0,3967 | 0,1661 | 0,1757 | 0,2615 | |
производство деловой | 0,3571 | 0,1956 | 0,1841 | 0,2631 | |
ООО "Локчимлеспром" | заготовка | 0,3853 | 0,1622 | 0,1624 | 0,2901 |
вывозка | 0,3877 | 0,1828 | 0,1777 | 0,2517 | |
производство деловой | 0,3501 | 0,1957 | 0,2042 | 0,2501 | |
Пятый раздел посвящен прогнозированию спроса на лесоматериалы. Рассмотрены существующие и применяемые в отрасли методы прогнозирования спроса на лесоматериалы. Предложены новые для отрасли методы прогнозирования спроса на лесоматериалы в искусственных нейронных сетях и экспертные методы.
Прогнозирование спроса очень важно для повышения эффективности ЛП, особенно в весенне - летний период. От того, насколько обоснованно и правильно составлен прогноз, зависит планирование интенсивностей работ и уровней запасов лесоматериалов разных видов, а в конечном итоге - эффективность производственного процесса в целом.
Прогнозирование производственного процесса лесозаготовок на основе временных рядов реальных производств широко используется при решении задач оптимизации и управления запасами лесоматериалов. Запас товарных лесоматериалов в некоторый период времени можно представить в виде рекуррентного соотношения:
= + - , (4)
где - запас на начало периода
- интенсивность производства товарных лесоматериалов
- продолжительность i-го периода
- спрос на лесоматериалы в i-е периоды времени.
Из выражения (4) можно вывести стратегию управления ЛП через запасы и спрос на лесоматериалы:
= .- + (5)
В выражении (5) представляет обоснованную величину гарантийного (страхового) запаса, призванного обеспечить непрерывность производственного процесса и/или выполнение договорных обязательств. Во всех задачах управления запасами, охватывающих более или менее длительный промежуток Т, приходится считаться с возможным изменением характеристик распределения спроса и периодически уточнять эти характеристики.
Простейшим способом прогноза среднего спроса является усреднение фактических данных за все предыдущие периоды. Однако при этом тенденция изменения среднего, наиболее четко прослеживаемая по самым свежим данным, будет нивелироваться данными устаревшими.
Метод экспоненциального сглаживания предусматривает расчет ожидаемого среднего согласно
a(t) = a(t-1) + α[ Χ(t-1) - a(t-1)], (6)
где α ( 0< α< 1) определяет степень учета рассогласования между прогнозом а(t-1) и фактическим значением спроса Х(t-1) в предыдущий период. Иначе говоря,
a(t) = α*Χ(t-1) + (1-α)*a(t-1). (7)
С помощью последовательных подстановок получаем
a(t)=α*Χ(t-1)+α*(1-α)*Χ(t-2)+α*(1-α)2*Χ(t-3)+Е+α*(1-α)k-1*Χ(t-k)+Е.
или a(t) = α(1-α)k-1*Χ(t-k). (8)
Метод экспоненциального сглаживания обеспечивает устойчивую реакцию системы на изменение спроса, причем скорость реакции легко регулируется параметром α. Если определить тренд b(t) как
b(t) = a(t) - a(t-1), (9)
то прогноз тренда
b(t) = α*b(t-1) + (1-α)*b(t-2), (10)
а уточненный прогноз среднего
а′(t) = a(t) + * b(t), (11)
где а(t) вычисляется по (7).
Эквивалентом такой системы является система 2-го порядка, работа которой описывается формулой
а′(t) = α*Χ(t-1) + 2(1-α)*a(t-2) + (1-α)*a(t-3). (12)
Недостатком регрессионных моделей являются их статичность и ограниченная идеализация. Альтернативой является нечеткое моделирование. Рассмотрим гибридную модель прогнозирования влияния запасов хлыстов на лесопогрузочных пунктах на вывозку, построенную на основе обучения на примере реального производственного процесса. Выполненный анализ влияния основных факторов лесозаготовительного процесса позволил установить достаточно высокую степень корреляции объемов вывозки от уровня запасов. Однако степень влияния остальных производственных факторов оказалась незначительной. Гибридная сеть класса ANFIS представлена на рисунке 9. Безусловным достоинством такой модели является высокий уровень адаптивности. Ошибка данной обученной модели, измеряемая по отношению к свежим данным, не превышает 1,5%.
Рис. 9. Структура гибридной сети класса ANFIS
Шестой раздел посвящен разработанным и применяемым в отрасли методам оптимизации управления запасами лесоматериалов.
Математические модели, применяемые в задачах исследования процессов ЛП, можно подразделить на аналитические, статистические (вероятностные, имитационные). Для первых характерно установление аналитических зависимостей между параметрами процесса, записанных в виде алгебраических формул, дифференциальных уравнений и т.п. При помощи аналитических моделей удается с удовлетворительной точностью описать сравнительно простые процессы.
Сложные процессы, в которых переплетается взаимодействие большого количества факторов, в том числе и случайных, целесообразно моделировать статистическими (вероятностными, стохастическими), имитационными и нейро-нечеткими методами, используя для расчетов специализированные компьютерные пакеты прикладных программ. Преимущество статистических методов перед аналитическими состоит в том, что они позволяют учесть большое количество факторов и не требуют грубых упрощений. Однако результаты статистического моделирования труднее поддаются анализу, чем аналитические зависимости. Наилучшие результаты дает совместное применение аналитических, статистических имитационных и нейро-нечетких моделей.
Общепринятый подход к оптимизации запасов лесоматериалов основывается на целевой функции вида:
Сдеф + Схр = min, (13)
где Схр - сумма издержек на создание и хранение запаса;
Сдеф - потери от дефицита запасов лесоматериалов.
Резервные (пассивные) запасы лесоматериалов, создаваемые для обеспечения последующих технологических операций при длительных перерывах на предшествующих операциях или меньшей интенсивности работ на предыдущих операциях обусловлены прежде всего организационно-технологической и сезонной неравномерностью ЛП и межсезонными перерывами в работе лесовозных дорог.
Основными расчетными факторами, требующими учета их случайного характера, являются наступление планируемого или ожидаемого дня Х, к которому следует создать запас лесоматериалов данного вида, длительность периода создания и продолжительность последующего периода потребления запасов, определяющие общий потребный объем запасов, интенсивности процессов роста и потребления запасов лесоматериалов.
Сезонные (межсезонные) запасы хлыстов (деревьев) создаются для обеспечения нормального хода производственного процесса на стадиях раскряжевки и последующей обработки круглых лесоматериалов в периоды межсезонной распутицы.
Для расчета сезонных запасов хлыстов (деревьев) в качестве общепринятой признана методика расчета на основе применения коэффициентов сезонной вывозки и сезонности.
Сезонный запас хлыстов (деревьев) определяют по формуле:
Qз = Qг * Кз, (14)
где Qз - годовой объем запаса хлыстов (деревьев), тыс.м3,
Qг - годовой объем вывозки, тыс. м3;
Кз - коэффициент запаса.
Кз = (γ - β)*(1 - β), (15)
где γ - коэффициент сезонной вывозки (отношение объемов зимней qз и общегодовой вывозки Qг);
γ = qз / Qг . (16)
β - коэффициент сезонности (отношение количества зимних календарных дней Nз к общему количеству календарных дней в году Nг = 365),
β = Nз / 365. (17)
Таким образом, достаточно определить коэффициент сезонной вывозки γ и коэффициент сезонности β, с тем чтобы по формуле (16) определить объем запасов хлыстов (деревьев) на складах сырья, необходимый для ритмичной работы в течение всего года, при любом типе лесовозных дорог и с учетом возможных перерывов по климатическим условиям.
Достоверность оценки необходимых сезонных запасов по вышеизложенной методике зависит от степени взаимного соответствия условий базового и планового периодов. Для смягчения такой зависимости производят усреднение используемых параметров базового периода за ряд лет.
Расчет резервных запасов лесоматериалов часто выполняется двухуровневым методом. В модели такого класса предполагаются заданными два уровня, определяемые заданием двух действительных чисел s и S, причем 0s<S<. Спрос на продукт всегда удовлетворяется полностью. Как только уровень запаса становится меньше s, производится заказ, доводящий уровень запаса до S. В противном случае заказ не делается. Таким образом, размер заказа на пополнение запаса лесоматериалов определяется по формуле:
0, если s Zn S
S - Zn, если Zn < S (18)
где Zn - размер запаса лесоматериалов в момент времени n.
Седьмой раздел посвящен моделированию технологических процессов и оптимизации запасов лесоматериалов.
Рассмотрены общие методы решения задач такого класса. Особое внимание уделено имитационному моделированию и процедурам их построения и оценки. Установлено, что решение задач управления запасами лесоматериалов целесообразно осуществлять на основе моделирования неравномерности ЛП. Определение локальных запасов требует моделирования операционной неравномерности, а решение задач процессного управления запасами требует моделирования организационно-технологической неравномерности ЛП.
Наибольшее применение для решения ряда задач оптимизации лесопромышленного производства получили методы теории массового обслуживания, линейного, нелинейного и динамического программирования и некоторые другие, составляющие аппарат исследования операций.
Возможности аналитического моделирования значительно ограничены в силу необходимости представления эмпирических зависимостей теоретическими законами и наличия существенных ограничений, накладываемых на условия и параметры реальных систем и моделируемых ситуаций. Имитационное и нейро-нечеткое моделирование в значительной степени свободны от статичности идеализации эмпирических распределений теоретическими законами.
Неравномерность ЛП можно рассматривать как случайный процесс, разворачивающийся во времени. При этом операционную неравномерность можно рассматривать как случайный процесс с дискретными состояниями и непрерывным временем. Организационно-технологическую неравномерность ЛП можно рассматривать как случайный процесс с непрерывными состояниями и дискретным временем. Характер случайного процесса определяет выбор метода моделирования: операционная неравномерность может быть представлена марковской цепью и, следовательно, к ней применимы методы теории массового обслуживания, а организационно-технологическая неравномерность таким свойством не обладает. Соответственно, методы имитационного моделирования неравномерности ЛП также различаются. Операционную неравномерность уместно представить в виде имитационной модели со случайным шагом, а организационно-технологическую неравномерность - в виде имитационной модели с постоянным шагом. Рациональные методы имитационного моделирования неравномерности ЛП представлены в таблице 7.
Таблица 7
Методы имитационного моделирования неравномерности ЛП
Характер неравномерности ЛП | Вид случайного процесса | Метод имитационного моделирования |
Операционная | Дискретный случайный процесс | Моделирование по особым состояниям |
Организационно-технологическая | Непрерывный случайный процесс | Моделирование с постоянным шагом |
Сезонная | Смешанный случайный процесс | Моделирование с постоянным шагом |
Рассмотрим задачу определения оптимальных уровней запасов лесоматериалов на верхних и нижних лесоскладах на имитационной модели ЛП. В качестве критерия оптимальности принят минимум суммарных приведенных затрат по ЛП с учетом снижения качества лесоматериалов при хранении. Оптимизация загрузки ЛП предполагает решение двух взаимосвязанных задач:
- Определение оптимальных интенсивностей работ на отдельных фазах ЛП при заданных начальных запасах лесоматериалов.
- Определение оптимальных начальных запасов лесоматериалов при заданных интенсивностях работ на отдельных фазах лесозаготовок.
Алгоритм имитационной модели ЛП представлен на рисунке 10.
Рис. 10. Алгоритм имитационной модели ЛП
Решение сформулированных задач в силу существенной зависимости ЛП от влияния природных факторов целесообразно осуществлять по периодам: весенне - летнему и осенне - зимнему. Выполним решение поставленных задач для весенне Цлетнего периода лесозаготовок. На рис. 11 представлено изменение значений приведенных затрат З, руб/м3, от начального запаса хлыстов на верхних лесоскладах V, суток, при разных соотношениях интенсивности заготовки к вывозке К.
Рис. 11. Зависимости показателя приведенных затрат З, руб/м3, от начального запаса хлыстов на верхних лесоскладах V, суток, при отношении интенсивности заготовки к вывозке К
Полученные результаты показывают, что областью предпочтительных значений соотношения интенсивности заготовки к вывозке в весенне - летний период является диапазон К = 1,03 Е 1,07.
Вариант равной интенсивности заготовки и вывозки в летний период не является самым эффективным изЦза необходимости поддержания относительно большего запаса хлыстов на верхних складах.
При соотношении интенсивности заготовки к вывозке К более 1,07 начинают расти потери на раскряжевке вследствие недостаточных запасов хлыстов на нижнем складе при относительном уменьшении объемов вывозки.
На рис. 12 представлены зависимости показателя приведенных затрат З, руб/м3, от начального запаса хлыстов на верхних лесоскладах V, суток, при разных отношениях интенсивности заготовки к вывозке К.
Полученные результаты показывают, что при увеличении отношения интенсивности заготовки к вывозке К требуемое значение начального запаса хлыстов на верхних складах снижается. При изменении отношения интенсивности заготовки к вывозке в пределах К = 1,00 Е 1,015 требуемый начальный запас хлыстов на верхних складах должен быть равен девятисуточному объему вывозки, при К = 1,015 Е 1,06 требуемый запас - 7 суток, при К = 1,06 Е 1,10 требуемый запас - 5 суток.
Рис. 12. Зависимости показателя приведенных затрат З, руб/м3, от отношения интенсивности заготовки к вывозке К для разных значений начального запаса лесоматериалов на верхних лесоскладах, V, суток
На рис. 13 представлено уменьшение интенсивности вывозки D из - за недостатка запасов хлыстов на верхних лесоскладах в % к плановому объему вывозки при начальных запасах хлыстов на верхних лесоскладах V, суток, и отношениях интенсивности заготовки к вывозке К.
Рис. 13. Уменьшение интенсивности вывозки D,%, из - за недостатка запасов хлыстов на верхних лесоскладах V.
Общий анализ полученных результатов показывает, что зона оптимальных значений является достаточно широкой. Это позволяет выдвинуть предположение о сравнительно нерезкой чувствительности зоны оптимальности к изменениям параметров основных факторов ЛЗП и, следовательно, о достаточно широкой применимости полученных результатов моделирования. Аналогичный вывод о свойствах зоны оптимальности для производственных процессов лесозаготовок ранее был сформулирован в работах А.К. Редькина.
Широкое применение в ЛП качественных оценок создает предпосылки для применения нечеткой логики и нечетких множеств в задачах оптимизации с реализацией их в нейронных сетях.
Рассмотрим нечеткую модель управления запасами и вывозкой лесоматериалов одновременно из нескольких лесопогрузочных пунктов. Центральное место в нечетком моделировании занимает база правил нечетких продукций.
В качестве входных параметров системы нечеткого вывода будем рассматривать две нечеткие лингвистические переменные: темпы заготовки лесоматериалов и наличие запасов лесоматериалов на погрузочном пункте, а в качестве выходного параметра - нечеткую лингвистическую переменную - линтенсивность вывозки.
В качестве терм-множества первой лингвистической переменной темпы заготовки лесоматериалов будем использовать множество Т1 = {лнизкие, средние, высокие}, а в качестве терм-множества второй лингвистической переменной наличие запасов лесоматериалов на погрузочном пункте будем использовать множество Т2 = {лнедостаточные, достаточные, лизбыточные}. В качестве терм-множества выходной лингвистической переменной линтенсивность вывозки будем использовать множество Т3 = {лмалая, средняя, большая},
При этом каждый из термов первой и второй входной переменной будем оценивать по 10-балльной порядковой шкале, при которой цифре 0 соответствует наименьшая оценка, а цифре 10 - наилучшая оценка. Интенсивность вывозки принята в % от имеющихся запасов лесоматериалов. Сформулируем правила нечетких продукций следующего вида (система нечеткого вывода типа Мамдани):
ПРАВИЛО 1: ЕСЛИ темпы заготовки лесоматериалов низкие И запасы лесоматериалов на погрузочном пункте недостаточные ТО линтенсивность вывозки малая.
ПРАВИЛО 2: ЕСЛИ темпы заготовки лесоматериалов низкие И запасы лесоматериалов на погрузочном пункте достаточные ТО линтенсивность вывозки средняя.
ПРАВИЛО 3: ЕСЛИ темпы заготовки лесоматериалов низкие И запасы лесоматериалов на погрузочном пункте избыточные ТО линтенсивность вывозки средняя.
ПРАВИЛО 4: ЕСЛИ темпы заготовки лесоматериалов средние И запасы лесоматериалов на погрузочном пункте недостаточные ТО линтенсивность вывозки малая.
ПРАВИЛО 5: ЕСЛИ темпы заготовки лесоматериалов средние И запасы лесоматериалов на погрузочном пункте достаточные ТО линтенсивность вывозки средняя.
ПРАВИЛО 6: ЕСЛИ темпы заготовки лесоматериалов средние И запасы лесоматериалов на погрузочном пункте избыточные ТО линтенсивность вывозки большая.
ПРАВИЛО 7: ЕСЛИ темпы заготовки лесоматериалов высокие И запасы лесоматериалов на погрузочном пункте недостаточные ТО линтенсивность вывозки средняя.
ПРАВИЛО 8: ЕСЛИ темпы заготовки лесоматериалов высокие И запасы лесоматериалов на погрузочном пункте достаточные ТО линтенсивность вывозки большая.
ПРАВИЛО 9: ЕСЛИ темпы заготовки лесоматериалов высокие И запасы лесоматериалов на погрузочном пункте избыточные ТО линтенсивность вывозки большая.
Поверхность нечеткого вывода управления вывозкой, полученная на основе разработанной модели в среде MATLAB, представлена на рис. 14.
Рис. 14. Поверхность нечеткого вывода управления запасами лесоматериалов и вывозкой
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе выполнен анализ структуры ЛП, составлены структурные схемы его осуществления. Установлено, что ЛП представляет собой сложную эргатическую (человеко-машинную) систему, отличающуюся высоким уровнем неравномерности, для сглаживания которой создаются запасы лесоматериалов разной степени технологической обработки и товарной готовности.
Выполнен анализ методов и моделей управления запасами лесоматериалов, разработанных учеными и исследователями отрасли. Уточнены роль и значение запасов лесоматериалов в организации ЛП, сформулированы требования к запасам лесоматериалов и предложено их определение. Предложено определение жизненного цикла запасов лесоматериалов. Дополнена классификация запасов лесоматериалов на основе признака наличия (отсутствия) взаимодействия процессов их создания и использования, сформулированы критерии решения задач управления запасами лесоматериалов в ЛП с учетом полноты охвата производственного процесса.
В процессе исследования ЛП установлены особенности его осуществления в предельных ситуациях:
- для поддержания бесперебойной вывозки необходим запас хлыстов, равный шестисуточному объему вывозки;
- при переполнении склада сортиментов происходит плавное уменьшение производительности основных технологических линий на нижних складах на базе кранов типа ККС-10 и КБ-572А.
Выполнен анализ погрешности при дискретном представлении норм выработки и расходов в ЛП. Установлено, что относительная погрешность может достигать 10%. Переход от дискретного представления норм выработки и расходов в ЛП к непрерывному повышает точность планирования и позволяет использовать компьютерные технологии.
Выполнено исследование структуры неравномерности ЛП и предложена ее классификация. Сложный характер неравномерности ЛП дает основания выделить и различать операционную, организационно-технологическую и сезонную неравномерность. Результаты исследований показывают возможность аппроксимации операционной неравномерности ЛП законами Пуассона и Эрланга. Организационно-технологическая неравномерность может характеризоваться, как правило, нормальным или логнормальным законами распределения. Сезонная неравномерность ЛП характеризуется существенными показателями вариации, выражаемыми, например, в форме коэффициента неравномерности. Отличительной особенностью результатов исследований является то, что они характеризуют также неравномерность ЛП в лесопромышленных предприятиях в составе холдингов. Получены параметры потоков древесины и транспортных средств, в целом совпадающие и подтверждающие результаты ранее проводившихся исследований (в условиях до рыночной экономики).
В результате статистического анализа изменения качества круглых лесоматериалов, получаемых из хлыстов весенне-летнего хранения, установлено, что выход лесоматериалов 1-го и 2-го сортов уменьшается, а 3-го и 4-го сортов увеличивается.
Установлено, что решение задач процессного управления запасами лесоматериалов целесообразно осуществлять на основе моделирования неравномерности ЛП. Определение локальных запасов требует моделирования операционной неравномерности, а решение задач управления WIP запасами требует моделирования организационно-технологической неравномерности ЛП. На основе представления ЛП как случайных процессов предложены рациональные методы имитационного моделирования различных видов ее неравномерности.
Разработана гибридная (нечеткая) модель прогнозирования спроса на лесоматериалы класса ANFIS, построенная в среде Matlab. Ошибка данной модели на свежих данных не превышает 1,5%.
Разработана нейро-нечеткая модель управления запасами лесоматериалов и вывозкой из нескольких лесопогрузочных пунктов, позволяющая использовать оперативные данные и производственный опыт экспертов (водителей лесовозов, мастеров леса и др.).
На основе результатов исследований ЛП разработана имитационная модель ЛП, позволяющая решать задачи процессного управления запасами лесоматериалов и интенсивностями работ с учетом снижения качества сортиментов, отличительной особенностью которой является возможность взаимоувязанной оптимизации интенсивностей работ и запасов лесоматериалов как по критерию минимума приведенных затрат, так и по критерию максимизации прибыли. В результате имитационного моделирования установлено, что:
вариант равной интенсивности заготовки и вывозки древесины не является наиболее эффективным из-за необходимости поддержания сравнительно большого запаса древесины на верхних складах;
при соотношении интенсивности заготовки к вывозке К более 1,07 начинают расти потери на раскряжевке вследствие недостаточных запасов хлыстов на нижнем складе при относительном уменьшении объемов вывозки;
необеспеченность вывозки оперативными запасами древесины на верхних складах в весенне-летний период ведет к снижению объемов вывозки;
областью предпочтительных значений отношения интенсивности заготовки к вывозке в весенне-летний период при наличии соответствующих запасов древесины на верхних лесоскладах и обеспеченности раскряжевки ресурсами является диапазон 1.03ЕЕ1.07;
при увеличении отношения интенсивности заготовки к вывозке К требуемое значение начального запаса хлыстов на верхних складах снижается. При изменении отношения интенсивности заготовки к вывозке в пределах К = 1,00 Е 1,015 требуемый начальный запас хлыстов на верхних складах должен быть равен девятисуточному объему вывозки, при К = 1,015 Е 1,06 требуемый запас - 7 суток, при К = 1,06 Е 1,10 требуемый запас - 5 суток;
полученные результаты показывают, что для соотношения интенсивности заготовки к вывозке К > 1,07 начальный запас хлыстов на верхних складах, равный 7 - суточному объему вывозки, позволяет полностью избежать потерь на вывозке из - за недостатка запасов. Для значения К = 1,03 Е1,07 начальный запас хлыстов, позволяющий полностью избежать потерь на вывозке, равен 9 - суточному объему вывозки, для К = 1,00 Е 1,03 соответствующее значение запаса хлыстов равно 12-суточному объему вывозки.
Разработанные в диссертационной работе методы и модели управления запасами лесоматериалов позволяют повысить эффективность ЛП, снизить затраты на создание и поддержание запасов. Экономический эффект от их реализации составляет 15Е 25 руб./кбм. заготовленной древесины.
Основные результаты диссертационного исследования представлены в следующих публикациях:
- Климушев Н.К. Системный анализ производственного процесса объединения Мезеньлес/ Н.К. Климушев // Сб. науч. тр. МЛТИ.- Вып. 172. - М.: 1985. - С. 17 - 21.
- Климушев Н.К. Оптимизация загрузки лесозаготовительного производства/ Н.К. Климушев // Сб. науч. тр. МЛТИ.- Вып. 189. - М.: 1987. - С. 32 - 39.
- Климушев Н.К. К оценке влияния переполнения склада сортиментов на объем производства/ Н.К. Климушев // Сб. науч. тр. МЛТИ.- Вып. 189. - М.: 1987. - С. 27 - 31.
- Климушев Н.К. Влияние маршрутной отгрузки на вместимость склада сортиментов/ Н.К. Климушев // Сб. науч. тр. МЛТИ.- Вып. 200. - М.: 1988. - С. 83 - 88.
- Климушев Н.К. Имитационная модель лесозаготовительного производства / Н.К. Климушев, В.А. Самоделкин // Лесн. пром-сть.-1988.-№2.-С.21.
- Климушев Н.К. Агрегат для изготовления замковых шпал [Текст] /Н.К. Климушев, В.В. Лагутин // Лесная промышленность.-1988.-№4.-с.33.
- Климушев Н.К. Научно обоснованное управление запасами лесоматериалов в лесозаготовительном производстве как фактор экологического совершенствования/ Н.К. Климушев// Север и экология - 21 век: Сб. науч. тр. к межрегиональной конференции / УГТУ.- Ухта.-1999.-С.54-56.
- Климушев Н.К. О характере запасов лесоматериалов/ Н.К. Климушев// Рациональное использование лесных ресурсов: Материалы междунар. НПК / МарГТУ.- Йошкар-Ола.-1999.-С.127-128.
- Климушев Н.К. Сертификация лесных технологий для условий Республики Коми/ Н.К. Климушев // Север и экология - 21 век: Сб. науч. тр. к межрегиональной конференции / УГТУ.- Ухта.-1999.-С.53-54.
- Климушев Н.К. О классификации запасов лесоматериалов/ Н.К. Климушев // Междунар. НПК Научно - технический прогресс в лесном комплексе, Сыктывкар, 2000. - С. 42 - 43.
- Климушев Н.К. К оценке сезонности в лесозаготовительном производстве/ Н.К.Климушев//Междунар. НПК Научно - технический прогресс в лесном комплексе, Сыктывкар, 2000.ЦС.58 - 60.
- Климушев Н.К. О программе реструктуризации и развития Сосногорского лесопромышленного узла/ Н.К. Климушев, В.И. Солдатенков, А.М. Чупраков // Научно - технический прогресс в лесном комплексе: Материалы междунар. НПК/ СЛИ.- Сыктывкар.- 2000.-С.39-40.
- Климушев Н.К. Управление лесозаготовительным производством по спросу на лесоматериалы/Н.К. Климушев//Междунар. НПК НаучноЦтехнический прогресс в лесном комплексе,Сыктывкар,2000.ЦС.51 - 52.
- Климушев Н.К. Выбор систем машин для сортиментной заготовки древесины/ Н.К. Климушев, В.И. Солдатенков, В.Е. Оскерко // Лесн. пром-сть.-2001.-№1.-С.15.
- Климушев Н.К. Методы и модели управления запасами лесоматериалов: монография / Н.К. Климушев.- Ухта.: изд-во УГТУ, 2001.-76с.
- Климушев Н.К. Введение в исследование операций: Учеб. пособие / Климушев Н.К. Введение в исследование операций: Учеб. пособие / Н.К. Климушев. - Ухта: УГТУ, 2001. - 74с.
- Климушев Н.К. Имитационное моделирование лесопромышленного производства/ Н.К. Климушев // Материалы междунар. НПК, посвященной 100-летию со дня рождения В.Е. Печенкина/ МарГТУ.- Йошкар - Ола.-2001. - С.53.
- Климушев Н.К. Автоматизация выбора систем машин для сортиментной заготовки древесины/ Н.К. Климушев // Материалы междунар. НПК, посвященной 100-летию со дня рождения В.Е. Печенкина/ МарГТУ.- Йошкар - Ола.-2001. - С.54-55.
- Климушев Н.К. Методы расчета запасов лесоматериалов/ Н.К. Климушев // Материалы междунар. НПК, посвященной 100-летию со дня рождения В.Е. Печенкина/ МарГТУ.- Йошкар - Ола.-2001. - С.190-192.
- Климушев Н.К. Имитационное моделирование лесопромыш-ленных процессов/ Н.К. Климушев //Новые образовательные и информационные технологии в обучении: Материалы международного семинара / СЛИ.- Сыктывкар.- 2001.-С.52-55.
- Климушев Н.К. Информационные технологии в подготовке лесоинженеров/ Н.К. Климушев, В.И. Солдатенков //Новые образовательные и информационные технологии в обучении: Материалы международного семинара / СЛИ.- Сыктывкар.- 2001.-С.59-61.
- Климушев Н.К. Компьютерные технологии в нормировании лесопромышленного производства / Н.К. Климушев //Новые образовательные и информационные технологии в обучении: Материалы международного семинара / СЛИ.- Сыктывкар.- 2001.-С.49-52.
- Климушев Н.К. Математическое моделирование лесопромышленных процессов/ Н.К. Климушев, О.М. Прудникова //Новые образовательные и информационные технологии в обучении: Материалы международного семинара / СЛИ.- Сыктывкар.- 2001.-С.55-58.
- Климушев Н.К. Разработка рациональной структуры имитационной модели лесозаготовительного производства/ Н.К. Климушев; УГТУ.- 2001.-7с.-Деп. в ВИНИТИ 19.01.2001, №687-В2001.
- Климушев Н.К. Совершенствование нормирования лесозаготовительного производства/ Н.К. Климушев; УГТУ.- 2001.-7с.-Деп. в ВИНИТИ 04.05.2001, №1157-В2001.
- Климушев Н.К. Оценка сезонной неравномерности лесозаготовительного производства/ Н.К. Климушев // Вестн. Моск. гос. ун-та леса - Лесной вестник.- 2002.-№2(22).-С.156-159.
- Климушев Н.К. Оценка снижения качества древесины при хранении / Н.К. Климушев, О.М. Прудникова // Вестн. Моск. гос. ун-та леса - Лесной вестник.- 2002.-№2.-С.162-164.
- Климушев Н.К. Матричное исчисление в задачах оптимизации лесопромышленного производства:Учеб. пособие/И.И. Волкова, Е.А. Канева, Н.К.Климушев, О.М.Прудникова.ЦУхта:УГТУ,2002. - 94с.
- Климушев Н.К.: Основы научных исследований: Учеб. пособие / Н.К. Климушев, О.М. Прудникова. - Ухта: УГТУ, 2002. - 76с.
- Климушев Н.К. Оптимизация систем машин для сортиментной заготовки в условиях Республики Коми / Н.К. Климушев.- сб. науч. тр. УГТУ.- Вып.5.- Ухта.-2002.- С.85-88.
- Климушев Н.К. Динамическая оптимизация лесопромышленных процессов/Н.К.Климушев.- сб. науч. тр.УГТУ.-Вып.5.-Ухта.-2002.-С.88-93.
- Климушев Н.К.: Моделирование технологических процессов лесопромышленного производства: Учеб. пособие / Н.К. Климушев, О.М. Прудникова. - Ухта: УГТУ, 2003. - 76с.
- Климушев Н.К. Управление запасами лесоматериалов/ Н.К. Климушев//Лесопромышленная логистика и информационные системы лесного комплекса: Материалы межд. НТК /СПбГЛТА. СПб., 2003.- С.98-103.
- Климушев Н.К. Автоматизация формирования бюджета лесозаготовительного предприятия /Н.К. Климушев, И.Н. Климушев.- сб. науч. тр.: материалы НТК УГТУ.- Ухта.-2003.- С.207-211.
- Климушев Н.К. К оценке погрешности дискретного нормирования в лесозаготовительном производстве / Н.К. Климушев, И.Н. Климушев.- сб. науч. тр.: материалы НТК УГТУ.- Ухта.-2003.- С.211-215.
- Климушев Н.К. Сезонная неравномерность лесозаготовительного производства/ Н.К. Климушев// ИВУЗ Лесной журнал №1-2, 2005г., С.52-54.
- Климушев Н.К. Управление запасами лесоматериалов: монография / Н.К. Климушев.- М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005.-187с.
- Климушев Н.К. Нечеткая модель управления вывозкой/ Н.К. Климушев// Вестн. Моск. гос. ун-та леса - Лесной вестник.- №6/2005, с.102-104. .
- Климушев Н.К. Моделирование запасов хлыстов на лесосеке / Н.К. Климушев // Вестн. Моск. гос. ун-та леса - Лесной вестник.- №6/2005, с. 99-102.
- Климушев Н.К. Эффективное моделирование лесозаготовительного производства/ Н.К. Климушев, О.М. Прудникова.- сб. науч. тр.: материалы НТК УГТУ.- Ухта.-2005.- С.56-59.
- Климушев Н.К. Прогнозирование спроса на лесоматериалы/ Н.К. Климушев, О.М. Прудникова; УГТУ.- 2005.-14с.-Деп. в ВИНИТИ 06.04.2005, №464-В2005.
- Климушев Н.К. Нечеткое моделирование лесозаготовительного производства/ Н.К. Климушев, О.М. Прудникова; УГТУ.- 2005.-13с.-Деп. в ВИНИТИ 06.04.2005, №463-В2005.
- Климушев Н.К. Методы прогнозирования спроса на лесоматериалы / Н.К. Климушев, О.М. Прудникова// Сб. материалов НТК УГТУ, Часть 1.-Ухта: УГТУ, 2005.,С. 325-329.
- Климушев Н.К. Неравномерность лесозаготовительного производства и ее моделирование// Вестн. Моск. гос. ун-та леса - Лесной вестник.- №1/2006, с. 75-77.
- Климушев Н.К. Процессное управление запасами лесоматериалов/ Н.К. Климушев // Вестн. Моск. гос. ун-та леса - Лесной вестник.- №6/2006, с. 102-104.
- Климушев Н.К. Имитационное моделирование неравномерности лесозаготовительного производства/ Н.К. Климушев // Вестн. Моск. гос. ун-та леса - Лесной вестник.- №4/2007, с. 114-116.
- Климушев Н.К. Нечеткое моделирование неравномерности лесозаготовительного производства / Н.К. Климушев, О.М. Прудникова// Сб. материалов НТК УГТУ, Часть 2.-Ухта: УГТУ, 2008.,С. 66-70.
- Климушев Н.К. Математическое моделирование неравномерности лесозаготовительного производства Н.К. Климушев, О.М. Прудникова// Сб. материалов НТК УГТУ, Часть 2.-Ухта: УГТУ, 2008.,С. 70-74.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям