На правах рукописи
Чулуунбаатар Болдбаатар
ОРГАНИЗАЦИЯ ТРАНСПОРТНОГО ОСВОЕНИЯ
АРЕНДУЕМЫХ УЧАСТКОВ ЛЕСНОГО ФОНДА
ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
05.21.01.- Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Санкт-Петербург – 2009 2
Работа выполнено в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова
Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор Тюрин Николай Александрович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Овчинников Михаил Михайлович кандидат технических наук, доцент Кочанов Анатолий Николаевич
Ведущая организация: Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт лесного хозяйства
Защита диссертации состоится «09» сентября 2009 г. в 11 часов на заседании диссертационного Совета Д 212. 220. 03 при Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии (194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, главное здание, зал заседаний).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СанктПетербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова.
Автореферат разослан «29» июня 2009г.
Ученый секретарь диссертационного совета Анисимов Г.М.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Создание эффективной системы лесоэксплуатации на принципах неистощительного лесопользования требует четкой плановопроектной взаимосвязи лесопромышленной и лесохозяйственной деятельности, учета лесоводственных, экологических и природных ограничений, потребностей рынка. Комплексного решения этих вопросов можно достичь путем создания интегрированных систем автоматизированного проектирования и управления лесопользованием.
Решение должно быть таковым, чтобы обеспечить выгодность, экономическую целесообразность проведения всех видов хозяйственной деятельности, включая лесозаготовки, лесотранспорт, используя методы направленные на повышение продуктивности лесов и уменьшение затрат, сохранение экологической устойчивости лесов и лесохозяйственных требований.
Для рациональной организации лесных грузопотоков региона необходимо применение комплексного логистического подхода, составной неотъемлемой частью которого является транспортное освоение арендуемых участков лесного фонда каждого лесозаготовительного предприятия (ЛЗП).
Существующая система организации лесосечно-транспортного процесса в ЛЗП предлагает годовое, квартальное и помесячное его планирование.
Особо актуальной задачей является планирование лесозаготовок и транспорта леса на период срока действия лесохозяйственного регламента в 10 лет. Оно осуществляется на уровне планово-производственных отделов предприятия и предполагает определение не только объемов, но и местоположение лесозаготовок и строительство необходимых лесных дорог, что, в конечном счете, определяет эффективность всего лесозаготовительного процесса.
Существующая практика планирования последовательности транспортного освоения арендуемых участков лесного фонда, содержит множество неформализованных субъективных этапов, в основном основанных на интуиции специалиста и опыте предыдущих лет.
Одним из актуальных путей решения задач такого рода является разработка математических моделей и их реализация на ЭВМ с принятием обоснованных плановых и проектных решений.
С учетом вышеизложенного, разработка методики на основе системного подхода, математического моделирования и оптимизации, позволяющей комплексно решать задачу планирования рациональной организации транспортного освоения арендуемых участков лесного фонда ЛЗП с выбором годичных лесосек лесных деклараций на плановый период вплоть до 10 лет, является актуальной задачей.
Цель работы. Целью работы является повышение эффективности лесотранспортных процессов путем создания математических моделей рациональной пространственно-временной динамики лесозаготовок и дорожного строительства.
логистическая подсистема рациональной пространственно-временной динамики лесозаготовок и транспортного освоения арендных лесов с формированием лесных деклараций лесозаготовительного предприятия на плановый период.
Предмет исследования: модель рациональной пространственновременной динамики лесозаготовок и транспортного освоения арендуемых участков лесного фонда.
Методы исследования. Решение поставленных задач получено на основе системного подхода, метода динамического программирования и вычислительного машинного эксперимента на ЭВМ. При экспериментальных исследованиях и разработке системы использовались объектноориентированный язык Borland Pascal, геоинформационная система MapInfo, Microsoft Excel, Microsoft Access 2000 и операционная система Windows XP.
Научная новизна исследования. Разработаны и апробированы математические модели рациональной пространственно-временной динамики лесозаготовок и транспортного освоения арендуемых лесов при формировании лесных деклараций лесозаготовительного предприятия на плановый период, что позволит повысить эффективность лесотранспортных процессов заготовки древесины.
Практическая значимость работы. Практическая значимость работы заключается в разработке математической модели, алгоритма и программного обеспечения рациональной пространственно-временной динамики лесозаготовок, которые могут быть использованы лесозаготовительными, научно-исследовательскими, проектными и учебными организациями лесной отрасли при решении задач планирования и управления лесозаготовительным производством.
Научные положения, выносимые на защиту:
пространственно-временной динамики транспортного освоения арендуемых участков лесного фонда ЛЗП с выбором годичных лесосек лесных деклараций ЛЗП на плановый период;
- разработанные алгоритмы рациональной организации транспортного освоения арендуемых участков лесного фонда ЛЗП с выбором годичных лесосек на плановый период с помощью метода динамического программирования;
- разработанный программный комплекс, реализующий алгоритмы рациональной организации транспортного освоения арендуемых участков лесного фонда ЛЗП с обоснованием годичных лесосек на плановый период.
диссертационной работы доложены, обсуждены и получили одобрения на заседаниях кафедры сухопутного транспорта леса СПбГЛТА, научных конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЛТА в 2006годах; на Молодежном саммите - 2006: Формирование глобальной ответственности “Энергетические ресурсы” (2006 г.).
Реализация результатов. Созданная система была использована при планировании транспортного освоения участков лесного фонда, арендуемых ООО «П и М» в Оятском лесничестве Лодейнопольского района Ленинградской области в 2007 и 2008 году.
Полученные результаты внедрены и используются в учебном процессе, курсовых и дипломных проектах студентов СПбГЛТА.
Публикации. По результатам научных исследований опубликовано печатные работы, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и выводов, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на 148 страницах машинописного текста, включая иллюстративный материал и приложения.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи работы, научная новизна, практическая значимость результатов работы и основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе изложено состояние вопроса и задачи исследования.
Одной из основных задач ЛЗП является решение вопроса об организации рационального пространственно-временного освоения арендуемых участков лесосечного фонда.
Транспортное освоение арендных лесов должно рассматриваться как комплексный процесс использования, охраны, защиты, и воспроизводства лесов с учетом экономических и экологических требований. Одной из концептуальных основ нового лесного законодательства выступает замена разрешительного порядка использования лесов, заявительным. Лесная декларация ЛЗП представляет собой заявление об использовании лесов в расчетном году. Её формируют на основе проекта освоения арендных лесов, содержащего ведомость лесотаксационных выделов, в которых допускается заготовка древесины в течение ближайших 10 лет. Проекты освоения лесов по сравнению с прежними проектами рубок не содержат материалов с размещением (нарезкой) лесосек по годам планового периода.
Предполагается, что лесопользователи будут самостоятельно выбирать необходимые лесосеки в пределах допустимых объемов в соответствии с действующими нормами и правилами. Вместе с тем сам подбор лесосек для заготовки по годам планового периода является сложной техникоэкономической задачей пространственно-временной динамики лесозаготовок, основанной на транспортном освоении лесов. Эти задачи попрежнему решаются по старинке – основываясь на интуиции и субъективном опыте конкретного специалиста.
Известно, что проблемами транспортного освоения лесов и организации лесосечно-транспортных работ в разное время занимались следующие ученые: Б.И. Кувалдин, Б.А. Ильин, В.Я. Ларионов, Г.А. Борисов, И.П. Аболь, С.И. Орешкин, С.Ф. Орлов, М.В. Плаксин, И.В. Турлай, Г.К.
Виноградов, А.И. Трегубов, В.И. Алябьев, Ф.А. Павлов, А.К. Редькин, Р.Н.
Ковалев, В.Н. Меньшиков, В.И. Патякин, С.М. Базаров, И.Р. Шегельман, Э.О.
Салминен, Е.Г. Гладков, Н.А. Тюрин, Т.В. Коваленко и др., которыми разработаны методы, и автоматизированные системы по решению данного вопроса. С вводом действий нового Лесного кодекса Российской Федерации и новой системы планирования лесопользования большинство этих методов устарело и требует новых подходов и решений.
Новое лесное законодательство коренным образом изменило методологию проведения отдельных видов работ в лесном хозяйстве и, в частности, в вопросах лесоустройства и лесного планирования, лесного мониторинга, государственной инвентаризации лесов, сопровождения государственного лесного реестра и отчетности по использованию лесов.
Был введен целый ряд основополагающих, принципиально новых для лесной отрасли терминов, таких, как лесной план, лесохозяйственный регламент, проект освоения лесов, лесная декларация, государственный лесной реестр и т.п., что требует разработки новых методов планирования, проектирования и управления лесопользованием.
Согласно проекту освоения лесов, арендатор должен составлять лесную декларацию, базирующуюся, в том числе, на схеме транспортного освоения арендуемых участков лесного фонда, обоснование которой может быть выполнено на основе предлагаемых в диссертации методов и рекомендаций.
На современном этапе развития лесозаготовительного производства работа, связанная с выбором лесосек на очередной год с формированием лесной декларации, выполняется в основном вручную на основании интуиции и личного опыта специалиста.
Существующие субъективные методы планирования и управления этими процессами становятся малоэффективными. Для принятия обоснованных плановых и управленческих решений требуется использование специальных математических методов теории исследования операций и их реализации на ЭВМ.
Анализ планирования лесозаготовительного процесса позволил сделать следующие выводы:
- задачи транспортного освоения арендуемых участков лесного фонда ЛЗП решались разными способами, но не существует универсального метода, пригодного к новой системе планирования лесоуправления и лесопользования;
- все лесозаготовительные предприятия ежегодно выполняют работу, связанную с выбором лесосек лесной декларации на очередной год, но делают это в основном вручную на основании субъективного опыта и знаний конкретного специалиста. План освоения лесосек лесной декларации составляется только на очередной год, в то время как сумма годовых локально – оптимальных планов не является оптимальным планом на весь период планирования, предусмотренный проектом освоения арендных лесов.
На основании анализа состояния вопроса сформулированы задачи исследований.
Задачи исследования:
1. Разработана математическая модель рациональной пространственновременной динамики транспортного освоения арендуемых участков лесного фонда ЛЗП, с набором лесосек лесной декларации по годам планового периода.
2. Разработаны алгоритмы рациональной организации транспортного освоения арендуемых участков лесного фонда ЛЗП с выбором годичных лесосек на плановый период с помощью метода динамического программирования.
3. Разработан программный комплекс, реализующий алгоритмы рациональной организации транспортного освоения арендуемых участков лесного фонда ЛЗП с выбором годичных лесосек на плановый период.
4. Проведен машинный эксперимент с использованием этого комплекса, с целью апробирования его работоспособности и оценки эффективности его использования.
5. С помощью разработанного программного комплекса решена задача транспортного освоения арендуемых участков лесного фонда действующего лесозаготовительного предприятия и дана оценка его эффективности.
Во второй главе рассматриваются теоретические предпосылки пространственно-временного размещения лесозаготовок и организации транспортного освоения, арендуемых участков лесосечного фонда ЛЗП.
Представлена математическая модель оптимального транспортного освоения арендуемых лесных участков, выбран и обоснован метод оптимизации.
Задача решается в такой последовательности.
Содержательное описание рассматриваемой задачи сводиться к следующему. Имеется ведомость лесотаксационных выделов, в которых допускается заготовка древесины в соответствии с проектом освоения лесов.
Предметная область ограничивается рассмотрением лесосечно-транспортных работ, исключая перегрузочные и нижнескладские работы.
Система существующих дорог представлена магистралями, ветками и усами, требующими затрат на строительство и содержание. Полагается, что по каждому элементу пути известны оценки затрат на транспортировку единицы груза на единицу пути.
Лесопромышленные условия задаются параметрами лесосек с корреспондирующими им номерами. Каждая лесосека описывается системой общепринятых показателей: породно-товарным составом, ликвидным запасом древесины, координатами центроида запасов и т.д.
Лесохозяйственные условия описываются сроками примыкания лесосек, условием полной вырубки отведенной лесосеки в течение года, действующими нормами и правилами заготовки древесины.
Внешне экономическое условие задается портфелем заказов предприятия, детерминированным по годам планирования.
Условия разработки лесосек определяются номерами лесосек и связанными с ними удельными затратами.
Задача заключается в том, что необходимо нарастить дорожную сеть и обосновать план отвода лесосек по годам на расчетный период, так чтобы критерий оптимизации – затраты на строительство лесных дорог, лесотранспорт и лесозаготовки – были минимальны.
Для математического описания задачи введены следующие обозначения:
T - длительность планируемого периода (до 10лет);
N - список лесосек в лесосырьевой базе из проекта освоения лесов;
n – номер лесосеки;
t - год учетного периода;
Ln(t) - общая протяженность построенных лесных дорог к концу t – ого года учетного периода для обслуживания n – й лесосеки, км;
Ln(t-1) - протяженность построенных лесных дорог в предыдущем t- году, км;
an – стоимость строительства одного километра проектируемой лесовозной дороги, в n – ую лесосеку, р./км;
b - стоимость единицы грузовой работы вывозки заготовленной древесины по технологическим путям и магистрали, р./м3 км;
c - стоимость содержания одного километра лесовозной дороги, р./км;
l(t) - протяженность магистрали и технологических путей к концу t – ого года учетного периода, км;
Rn - затраты на лесосечные и лесовосстановительные работы на n –й лесосеке, р.;
Ln – расстояние вывозки по магистрали до точки примыкания дороги, ведущей к лесосеке, км;
Qn - вырубаемый запас на n –й лесосеке, куб. м.;
P(t) - планируемый объем заготовки в лесном фонде в t –м году учетного периода, куб.м.;
Lmax - суммарная длина дорог, которую может построить лесозаготовительное предприятие за год, км;