Использование имитационного моделирования для оценки производительности лесовозного транспорта

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты использования имитационного моделирования для оценки производительности лесовозного транспорта. В работе обоснована актуальность развития лесозаготовительной отрасли. Производительность лесовозной техники и развитие качества лесной инфраструктуры выделены в качестве ключевых проблематик в повышении эффективности лесной отрасли. Основной метод исследования – имитационное моделирование, с помощью которого получены теоретические модели, позволяющие оценивать производительность лесовозной техники. Также произведен анализ факторов, влияющих на производительность. Полученные результаты апробированы на примере лесозаготовительных предприятий Красноярского края.

ABSTRACT

The article presents the results of a study of the productivity of timber transport using simulation modeling. The paper substantiates the relevance of the development of the logging industry. Productivity of logging equipment and development of the quality of forest infrastructure are identified as key issues in improving the efficiency of the forest industry. The main research method is simulation modeling, which is used to obtain theoretical models that allow evaluating the performance of logging equipment. The analysis of factors affecting productivity is also made. The results obtained were tested on the example of logging enterprises in the Krasnoyarsk territory.

Ключевые слова: имитационное моделирование; лесной участок; лесовозный транспорт; лесозаготовка; транспортировка.

Keywords: simulation modeling; forest plot; timber transport; logging; transportation.

Лесная отрасль включает комплекс разнообразных предприятий, осуществляющих взаимодополняющие производственные функции. Одной из наиболее важных и при этом зачастую «проблемных» является лесозаготовительная отрасль. Многие сложности здесь обусловлены географической разрозненностью и отдаленностью участков осуществления заготовки древесины от потребителей такой продукции [3]. При этом существенное влияние как на процесс лесозаготовок, так и на процесс доставки продукции потребителю оказывают природно-климатические условия (температура, рельеф, количество и интенсивность осадков, влажность, туман, высота снежного покрова и т.д.). Последние могут разительно отличаться в границах одного региона и даже района. Для лесозаготовительных предприятий крайне важно планирование собственной деятельности и учет множества воздействующих факторов для достижения ключевой цели – максимизации прибыли.

Одним из важнейших факторов эффективности лесозаготовительной отрасли является повышение производительности транспортировки древесины [5]. Очевидно, что двумя важнейшими аспектами при этом выступают качество и состояние инфраструктуры и в частности дорожного полотна, а также производительность лесовозного транспорта. Рассматривая лесозаготовительный период как таковой, следует отметить, что для повышения эффективности транспортировки предприятия дифференцируют лесосеки по степени сложности организации вывозки древесины с их территории [4]. В частности крупные предприятия осуществляют первоначальную доставку лесной продукции со «сложных лесосек» на промежуточные склады. Последние расположены существенно ближе к таким лесосекам, чем традиционные нижние склады. Благодаря меньшему расстоянию появляется возможность доставки на них значительно большего числа грузов, чем это возможно при полной вывозке на нижний склад. Такая вывозка в подавляющем числе случаев производится в зимний период. В весенний и летний периоды выполняется вывозка всех оставшихся объемов древесины на нижний склад. Это существенно повышает вариативность организации вывозки древесины и сказывается на достижении эффективности транспортировки и всей лесозаготовки.

Отмеченный фактор необходимости эффективного использования транспортных ресурсов согласуется с практикой работы лесозаготовительных предприятий, при которой данная техника – ее качество и количество формируются с учетом плановых показателей по заготовке (транспортировке) древесины и средних расстояний перемещения древесного сырья. При этом его непосредственная заготовка осуществляется на рассредоточенных по лесной территории лесосеках. Последние имеют различную удаленность от промежуточных и нижнего складов. Таким образом, возникают сложности с вывозкой древесины, обусловленные  простоями лесовозов на погрузочно-разгрузочных пунктах, возникающие вследствие их неравномерного движения по транспортной сети и, как следствие, одновременного нахождения в данных пунктах [1].

Поставленная в работе цель по составлению математических зависимостей  производительностей лесовозного транспорта от различных природно-производственных условий определялась с помощью закономерностей функционирования данной техники, выявляемых в ходе имитационного моделирования. При этом важнейшим методом исследования являлся метод агентного моделирования процессов [5]. Его использование позволило произвести анализ взаимодействий агентов, которые действуют децентрализовано, но опираются на единый набор правил и принципов поведения. Также данный инструмент позволил осуществить симулирование производственных процессов на лесной территории, а также оценку значимости их влияния на эффективность всего лесозаготовительного процесса.

В результате исследования получены следующие результаты, отличающиеся новизной и актуальностью с научной точки зрения:

1. Создана модель технологического процесса транспортировки древесины с лесной территории.

2. Получена модель регрессионного уравнения, позволяющая рассчитывать среднюю часовую производительность лесовозной техники.

В частности, в среде имитационного моделирования AnyLogic была создана модель технологического процесса транспортировки древесины с лесной территории (рис. 1). На представленном рисунке демонстрируется съема размещения лесосек, варианты расположения промежуточного склада и освоения лесосек. В любом случае для повышения эффективности вывозки следует рассчитывать варианты вывозки с лесосеки как к нижнему лесопромышленному складу с затратами времени на движение лесовоза равными , и вывозки к промежуточному складу с затратами времени . Также следует обосновать оптимальное количество лесовозной техники, основываясь на возможных сроках разработки лесосек, для чего, очевидно, требуется увеличение единиц используемого транспорта.

-лесосеки; - промежуточный склад; - нижний склад;

- лесовозы; - погрузчики

Рисунок 1. Схема движения лесовозов в режиме имитационного эксперимента

В ходе имитационного моделирования были исследованы закономерности работы лесозаготовительного предприятия на вывозке древесины. В частности были исследованы количественные и качественные параметры лесовозной техники, временные характеристики работы лесовозной техники, а также параметры погрузочно-разгрузочных работ на складах (промежуточном и нижнем). Данные результаты являются необходимыми для определения средней часовой производительности лесовозной техники в зависимости от совокупности природно-производственных условий.

В результате исследования и обработки практических данных в работе техники была получена модель регрессионного уравнения, позволяющая рассчитывать среднюю часовую производительность лесовозной техники:

В данной модели факторными признаками являются: производительность погрузчика, м³; время движения от места погрузки древесины до нижнего лесопромышленного склада (НС) и обратно, час; время движения от лесосеки (ЛС) до промежуточного склада (ПС) и обратно, час; количество лесовозов на предприятии, шт; доля лесовозов, едущих сразу к нижнему складу; грузовместимость лесовозов, м³.

Расчет в программном комплексе Statistica определил значение множественного коэффициента детерминации R² полученной регрессионной модели равный 0,979, что свидетельствует об адекватности модели.

Полученные в ходе имитационного моделирования закономерности работы лесозаготовительного предприятия при вывозке древесины позволили осуществить комплексный анализ результатов и разработку регрессионной модели расчета средней часовой производительности комплекта лесовозов в зависимости от совокупности природно-производственных условий освоения лесосек. Полученная зависимость отличается возможностью анализа производительности с учетом возможных простоев лесовозного автотранспорта в очереди на погрузку и возможности разделения движения лесовозного автотранспорта предприятия на два потока, одновременно следующих от лесосеки как к промежуточному, так и к нижнему лесопромышленным складам крупных лесозаготовительных районов. Регрессионная зависимость дает возможность определения искомых значений часовой производительности и позволяет рационализировать долю использования территории промежуточных складов при обосновании направления вывозки древесины с лесосек.

Проект «Разработка и внедрение эффективной технологии комплексной переработки лесосечных отходов» проведен при поддержке Красноярского краевого фонда науки». Исследование выполнено при поддержке гранта Президента РФ - для молодых ученых - кандидатов наук МК-1902.2019.6.

Список литературы:

1. Введение в математическое моделирование транспортных потоков /  Гасников А.В. [и др.]. – Москва: МЦНМО, 2013.- 427 с. 2
2. Доленко Д.В., Мороз Д.Г., Филиппова Н.А. Применение метода сетевого планирования и управления для планирования мультимодальной перевозки / Д.В. Доленко, // International Journal of Advanced Studies. - 2018. - Т. 8. № 3-2. - С. 49-68. 3
3. Коваленко Т.В. К вопросу об учете скоростных параметров в системе оптимизации транспортного освоения лесов // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2013. - № 1. - С. 61-62. 4
4. Рукомойников К.П., Мохирев А.П. Обоснование технологической схемы лесозаготовительных работ путем создания динамической модели функционирования предприятия // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. - 2019. - № 4 (370). - С. 94-107. 5
5. Siebers P. O., Macal C. M., Garnett J., Buxton D., Pidd M. Discrete-event simulation is dead, long live agent-based simulation // Journal of Simulation, Volume 4, 2010 - Issue 3 Published Online: 19 Dec 2017 https://doi.org/10.1057/jos.2010.14.