Имитационное моделирование взаимосогласованной работы комплектов адаптивно-модульных лесных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

ZnBrO~kpnWnrO аП SMB )Х{

dX

У^ПВ

а

+50ул/ягох

(dy s 0,55у)+6я(5+0,55у)]}

(26)

Представленные алгоритм и аналитические зависимости дополняют математическое обеспечение системы автоматизированного проектирования сетей дорог в сырьевых базах лесозаготовительных предприятий и автоматизированной системы технологической подготовки лесозаготовительного производства. На основе приведенного в данной работе алгоритма авторы разработали программу для ЭВМ.

Библиографический список

1. Ильин, Б.А. Основы размещения лесовозных дорог в сырьевых базах лесозаготовительных предприятий / Б.А. Ильин. - Л.: ЛТА, 1987. - 63 с.

2. Афоничев, Д.Н. Алгоритм расчета в системе автоматизированного проектирования оптимальных параметров размещения лесовозных веток и усов / Д.Н. Афоничев // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2010. - № 5. - С. 82-86.

3. Афоничев, Д.Н. Размещение лесовозного уса на лесосеке / Д.Н. Афоничев // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2009. - № 3. - С. 92-94.

4. Пядухов, А.В. Размещение лесовозного уса на лесосеке с учетом направления грузопотока / А.В. Пядухов // Ресурсосберегающие и экологически перспективные технологии и машины лесного комплекса будущего: Матер. междунар. научно-практич. конф., посвящ. 55-лет. лесоинженерного факультета ВГЛТА / ВГЛТА. - Воронеж, 2009. - С. 340-344.

5. Пядухов, А.В. Влияние угла примыкания лесовозного уса к ветке на величину смещения уса по направлению грузопотока / А.В. Пядухов // Актуальные проблемы лесного комплекса: Межьуз. сб. науч. тр. / ВГЛТА. - Воронеж, 2010. - Вып. 1. - Т 2. - С. 98-103.

6. Иевлев, А.И. Моделирование и оптимизация лесопромышленных процессов . В 2-х ч. Ч. 2. / А.И. Иевлев, И.А. Сидельников. - Воронеж: ВГЛТА, 1997. - 76 с.

7. Афоничев, Д.Н. Оптимизация размещения внутриплощадочных дорог в сырьевых базах лесозаготовительных предприятий / Д.Н. Афоничев // Природопользование: ресурсы, техническое обеспечение: межвуз. сб. научн. тр. / ВГЛТА. - Воронеж, 2007. - Вып. 3. - С. 36-42.

8. Афоничев, Д.Н. Размещение погрузочных пунктов вдоль лесовозного уса / Д.Н. Афоничев, А.В. Пядухов, П.С. Рыбников // Перспективные технологии, транспортные средства и оборудование при производстве, эксплуатации, сервисе и ремонте: Межвуз. сб. науч. тр. / ВГЛТА. - Воронеж, 2010. - Вып. 5. - С. 84-87.

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОСОГЛАСОВАННОЙ

работы комплектов адаптивно-модульных лесных машин

К.П. РУКОМОЙНИКОВ, доц., докторант каф.ТОЛПМарГТУ, канд. техн. наук

Перед лесозаготовителями постоянно встает проблема подбора систем машин, позволяющих обеспечить бесперебойную работу в конкретных природно-производственных условиях с минимальными затратами [1]. Особую значимость постановка данного вопроса приобретает при попытке обоснования эффективной технологии использования адаптивно-модульных лесных машин. Возникает необходимость анализа не отдельной лесозаготовительной единицы, а совокупности энергетических и технологических модулей, попарно функционирующих на лесосеке с возможностью их взаимозаменяемости, комбинирования и дополнения при выполнении основных и вспомогательных операций лесосечных работ.

[email protected] Анализируя возможности технологии использования адаптивно-модульных лесных машин при выполнении всего комплекса операций лесосечных работ, можно отметить, что для полного освоения участка лесного фонда на лесосеках должен быть использован один или более энергетический модуль и столько же или более технологических модулей. На первом этапе подбора энергетических и технологических модулей необходимо определить операцию с максимальной производительностью. Для выравнивания объемов выработки на смежных операциях необходимо наличие одного-двух дополнительных технологических модулей на смежной менее производительной операции. Производительность технологических модулей в отличие от

154

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

требований к подбору систем лесозаготовительных машин не обязательно должна быть одинаковой или кратной, достаточно иметь один дополнительный технологический модуль на наиболее трудоемкой операции.

С усетом накопленного опыта, целесообразным представляется разработка компьютеризированной советующей системы принятия решений по обоснованию выбора машин и формирования лесозаготовительных бригад для проведения рубок главного пользования. Имитационное моделирование - один из самых эффективных инструментов исследования сложных систем, когда решение приходится принимать в условиях неопределенности [2-5].

На рис. 1 представлена блок-схема имитационной модели работы с использованием адаптивно-модульных лесных машин в течение всего срока разработки лесосеки с заданным объемом производства.

На первом этапе функционирования модели (блок 1) пользователь вводит исходные данные, касающиеся вырубаемого запаса на лесосеке (^); планируемых межоперационных запасов для каждой (i) операции (z2+, z3+, z.+, ... zb+); минимальных значений межоперационный запасов для каждой (i) операции (z2min, z3mm, z.mm, ... zbmm); максимальных значений межоперационный запасов для каждой (i) операции (z2max, z3max, z.max, ... zbmax); количества операций технологического процесса (b); - времени смены (Tm), с; нормативного времени замены модуля (t ), с; первоначального количества энергетических модулей на каждой операции технологического процесса (n1, n2, n, ... nb); первоначального количества технологических модулей на каждой операции технологического процесса (kp k2, k., ... kb); число часов работы в смену (Tm).

В начале работы модели происходит обнуление основных показателей, отвечающих за начальную стадию функционирования модели (блок 2). Такими показателями являются: z2, z3, z ... zb - сформированные межоперационные запасы для i машины; i- анализируемая машина в системе; k2, ..., km - коэффициенты, фиксирующие достижение планируемой величины межоперационного запаса для i машины. tm - текущее значение модельного времени, с;С -анализируемая машина на i технологической

операции; S1, S2, S, ... Sb -количество машин, состоящих из энергетического и технологического модулей на каждой из операций технологического процесса в анализируемый период времени; t - время, оставшееся до полной замены технологических модулей машины С на каждой из i технологических операций, с.

Модель учитывает продвижение модельного времени в течение всего периода разработки лесосеки (блок 3). За единицу модельного времени принято значение At, которое может быть изменено в зависимости от требований к точности расчета при имитировании технологического процесса лесосечных работ.

Обоснование организации рабочего процесса в течение смены осуществляется в блоках 4, 5. Отслеживание состояния процесса разработки лесосеки происходит в блоках 6, 9.

На основе указанной пользователем информации о наличии на лесосеке определенного числа энергетических и технологических модулей отслеживается возможность компоновки новых машин на каждой технологической операции (блоки 7, 8, 13). Таким образом, достигается возможность обоснования рационального времени замены модуля на одной из операций в том случае, если между двумя смежными технологическими операциями сформировался значительный технологически нерациональный запас лесоматериалов, а на одной из рассматриваемых операций (менее производительной) имеется дополнительный технологический модуль. Если все условия позволяют произвести формирование машины исходя из имеющихся в модельный момент времени на технологической операции энергетических и технологических модулей (блок 14), то в дальнейшем после генерации объема выполненной работы происходит дальнейший расчет взаимодействия машин между технологическими операциями. Если же условия не позволяют произвести формирование машины, например энергетический модуль в данный момент задействован на другой технологической операции, то осуществляется переход к следующей технологической операции в обход предыдущей (блок 10). Дальнейший переход анализа между операциями осуществляется посредством блоков 11, 12, 19, 22. Время на

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

155

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

1 Ввод исходных данных

fz+ z+ z+ z+ = z2’*3’ zi •••’zb ~ ?; k , k2, k

z2 , Z3 , Zi ,... zTn = ?; Tm

Zi = ?; b = ?; t3M = ?; n, n2,

ч z2nax, zзmax, zlmax,.. , zb°" =?и

Начало работы

tm =0; ч, ^ zZm =0; i = i; tc = 0; C, C2,..., Cb = 0;

Продвижение модельного времени

t„, = t„, + At

156

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Все ли машины на техн. операции

рассмотрены C > S

0

28

Запас меньше минимально необходимого

zi+1 ^ h+1

Кол-во техн.модулей на текущейоперации больше чем

энергетич? ki > П

Межоперационный запас сформирован?

h+1 > Z+1

26

Запас больше максимально необходимого

„ ^ —тах z+i > zi+1

Замена технологического модуля текущей операции на технологический модуль следующей операции

ni = ni -1; ni+i = n+i +1

Замена технологического модуля следующей операции на технологический модуль текущей операции

и. = и. + 1; й.+, = й.+, -1

Формируемый межоперационный запас

z+1 = z+1+q

1

27

Запас был ранее сформирован?

h+1 > 0

Кол-во техн.модулей на след.операции больше чем

энергетич? k+1 > П

Рис. 1 Модель функционирования комплекта машин на базе модульного принципа компоновки энергетических и технологических модулей

замену модуля регистрируется блоками 15, 17, 29, 30, 31, 32, 33. При этом фиксируется время технологического простоя модулей (блок 16). Замена технологических модулей предусматривается, когда объем межоперационных запасов меньше оговоренного пользователем на начальном этапе функционирования модели минимального значения межоперационных запасов на каждой операции z2mm, z3mm, z.mm, ... zbmm (блок 32), либо больше, чем их максимальное значение z2max, z3max, z.max, ... zbmax (блок 29).

Необходимость создания и поддержания на определенном, рассчитанном для конкретных условий уровне запасов деревьев (хлыстов, сортиментов) между каждой парой операций является важной задачей современного лесозаготовительного предприятия. Постоянное

отслеживание величины межоперационного запаса позволяет обосновать рациональное время замены модулей при его значительном накоплении или снижении ниже технологически рационального предела (блоки 20, 21, 23-28). Блок 27 предназначен для обеспечения достаточного запаса на первом этапе освоения лесосеки и позволяет обеспечить начальную стадию работы последующих машин после окончательного формирования запаса лесоматериалов, необходимого для их эффективной работы.

Генерация объема выполненной работы на каждой из операций технологического процесса осуществляется в блоке 18. Данный блок отслеживает работу каждой отдельной машины в системе на каждой технологической операции. Он учитывает время, необходимое на

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

157

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

захват дерева, его спиливание, пакетирование, обрезку сучьев, раскряжевку, трелевку и другие операции технологического процесса в каждый момент модельного времени с учетом времени, необходимого на перемещение по лесосеке машин, задействованных на трелевку древесины и прочие операции на основе генерации основных характеристик имитируемого древостоя.

Последовательность использования технологических модулей на различных технологических операциях может быть различна. Один из графических вариантов создания, пополнения, потребления и выработки объемов межоперационных запасов с учетом подключения дополнительных технологических модулей может иметь вид, изображенный на рис. 2.

Данная схема предусматривает использование четырех технологических и трех энергетических модулей. Наименее производительной машиной из имеющегося на предприятии комплекта машин является машина модульного типа, задействованная на валке деревьев. На этой же операции имеется дополнительный четвертый технологический модуль. В представленном варианте разработка лесосеки начинается с использования на валке двух энер-

1 - валка

2 - обрезка сучьев, раскряжевка

3 - трелевка

Рис. 2. Пример изменения объемов валки, обрезки сучьев, раскряжевки, трелевки и запасов между ними с учетом подключения дополнительного технологического модуля на валке деревьев

гетических и двух технологических модулей. Таким образом анализируется вариант первоначальной загрузки основного и дополнительного технологических модулей. Обрезка сучьев и раскряжевка по решению исследователя на данном этапе не предусматривается. Для этого пользователь наряду с основными параметрами вводит в модель следующую информацию:

- первоначальное количество энергетических модулей на каждой операции технологического процесса (n1 = 2, n2 = 0, n3 = 1);

- первоначальное количество технологических модулей на каждой операции технологического процесса (к1 = 2, k2 = 1, k3 = 1).

В процессе функционирования модели достигается момент создания запаса, объем которого превышает введенное исследователем максимальное значение межоперационного запаса z2max. Этот этап работы имеет продолжительность t1. Дальнейшее действие алгоритма заключается в переводе одного из энергетических модулей на операцию обрезки сучьев и раскряжевки n2 = 1, k2 = 1. При этом модель формирует машину, задействованную на данной операции S2 = 1. На ее формирование, связанное с заменой технологического модуля, затрачивается время t . На следующем этапе в течение времени t2 одна полностью скомплектованная на основе модульного принципа машина используется на валке, а другая - на обрезке сучьев и раскряжевке. Ввиду того, что выявленная в результате имитационного моделирования выработка на валке меньше, чем на обрезке сучьев и раскряжевке, происходит постепенное уменьшение величины межоперационного запаса z что в результате приводит к его снижению до уровня менее определенного пользователем минимального значения запаса поваленных деревьев z2 < z2min Возникает целесообразность повторной замены технологических модулей и формирования двух машин на операции валки деревьев. Трелевка сортиментов начинается с момента формирования межоперационного запаса z3. Начало этого процесса обуславливается достижением соотношения z3 > z3+. Анализируя представленный рисунок, можно отметить, что в течение всего времени функционирования имитационной модели межоперационный запас сортиментов находился в пределах z3min <

158

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

< z3 < z3max, поскольку замены технологического модуля на трелевке сортиментов не наблюдается. В результате работы машины S3 происходит образование запаса z4, формируемого на погрузочном пункте.

Используя модель функционирования комплекта машин на базе модульного принципа компоновки энергетических и технологических модулей можно имитировать процесс выполнения комплекса технологических операций лесосечных работ на различных этапах освоения лесосек в разнообразных природно-производственных условиях. Расчеты могут быть проведены с учетом различных условий окружающей природной среды, технических показателей функционирования машин и механизмов, организационных и иных показателей, с возможностью перераспределения энергетических и технологических модулей между операциями лесосечных работ. Модель учитывает все многообразие вариантов комбинации энергетических и технологических модулей. Она не предусматривает оптимизации производственного процесса, но позволяет оценить эффективность различных вариантов его организации в различных природно-производсвенных условиях.

В результате расчетов может быть выявлена наиболее целесообразная технология освоения лесосеки и функционирования на ее базе рационально подобранных комплектов адаптивно-модульных лесных машин при выполнении всего комплекса операций лесосечных работ. Использование рационально подобранных комплектов адаптивно-модульных лесных машин позволит сократить затраты на

формирование парка машин и механизмов, организовать эффективный технологический процесс освоения участков лесного фонда с минимальными технологическими простоями.

Статья подготовлена в рамках научноисследовательской деятельности ФГБОУ ВПО «Марийский государственный технический университет» по заданию Министерства образования и науки РФ в 2012 г. N° 7.1846.2011. по теме «Разработка основных технико-технологических подходов к внедрению и реализации промышленной технологии освоения лесных участков на базе комплексного решения задач технологического процесса лесосечно-лесовосстановительных работ с совмещенным лесовосстановлением».

Библиографический список

1. Ширины, Ю.А. Технология и оборудование лесопромышленных производств. Ч. 1. Лесосечные работы : учеб. пособие / Ю.А. Ширнин - М.: МГУЛ, 2004. - 446 с.

2. Виногоров, Г.К. Лесосечные работы / Г.К. Виного-ров - М.: Лесн. пром-сть, 1981. -272 с.

3. Заикин, А.Н. Совершенствование теории, методов и моделей интенсификации лесосечных работ: дисс. ... д-ра техн. наук 05.21.01/ А.Н. Заикин.

- Брянск, 2010. - 40 с.

4. Климушев, Н.К. Моделирование технологических процессов лесопромышленного производства : учеб. пособие / Н.К. Климушев, О.М. Прудникова.

- Ухта: УГТУ 2003. - 76 с.

5. Рябухин, П.Б. Оптимизация параметров технологических процессов лесопромышленного комплекса Дальнего Востока на принципах устойчивого лесопользования: дисс. ... д-ра техн. наук 05.21.01/ П.Б. Рябухин - Хабаровск: Тихоокеан. гос. ун-т, 2008. - 38 с.

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ К СОЗДАНИЮ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КАрТЫ

поквартального освоения участков лесного фонда

К.П. РУКОМОЙНИКОВ, доц., докторант каф.ТОЛПМарГТУ, канд. техн. наук

Лесной кодекс РФ и положение об аренде участков лесного фонда вменяют в обязанности лесопользователя наряду с лесозаготовками выполнять лесовосстановительные работы. Одной из форм комплексного

[email protected] ведения работ в лесу является поквартальный и блочный методы. Сущность поквартального метода заключается в том, что во всем квартале проводятся все предусмотренные лесоустройством виды работ [1]. Блочный метод

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

159