Математическое моделирование оптимизации параметров и режимов работы лесозаготовительных машин ЛПК Иркутской области Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

2. Алоян, А.Е. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды / А.Е. Алоян, В.В. Пе-ненко, В.В. Козодеров // Современные проблемы вычислительной математики и математического моделирования. - М.: Наука, 2005. - Т. 2. - С. 279-351.

3. Адмаев, О.В. Моделирование оценки выбросов автотранспорта в Красноярске / О.В. Адмаев // Вестн. Краснояр. гос. ун-та. - 2005. - №4. - С. 143-151.

4. Адмаев, О.В. Моделирование выбросов автотранспортного потока при различных скоростях ветра с использованием уравнений газовой динамики в программном комплексе CREDO / О.В. Адмаев, Т.В. Гавриленко // Информационные и математические технологии в науке, технике и образовании: тр. Х Байкальской Всерос. конф. Ч. 1. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2005. - С. 160-166.

5. CAD_CREDO. Проектирование автомобильных дорог. Руководство пользователя. - Т. 5. - Кн. 1. - 43 с.

6. Говорущенко, Н.Я. Проблемы и методы оценки экологического и энергетического качества автомобильных дорог // Н.Я. Говорущенко, В.В. Филиппов, Г.В. Величко // Автоматизированные технологии CREDO-2000. - С. 45-51.

7. Ковтун, С.В. Оценка уровня выбросов транспортных потоков на улично-дорожной сети г. Красноярска / С.В. Ковтун, И.С. Тетерин // Тез. докл. науч. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых-физиков НКСФ - XXXV (2006) / под ред. доц. П.П. Турчина; Краснояр. гос. ун-т. - Красноярск: РИО КрасГУ, 2006. - С. 32.

УДК 630* 3; 630*3:51-7 А.Н. Сухих

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛЕСОЗАГОТОВИЕЛЬНЫХ МАШИН ЛПК ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ

Предлагаются методики оценки использования лесозаготовительных машин. Для каждого условия предлагаемые модели помогут провести оптимизацию параметров и режимов работы лесозаготовительных машин, выбрать менее затратную технологию с целью их дальнейшего внедрения в ЛПК Иркутской области.

Ключевые слова: лесопромышленное производство, моделирование, методика, оптимизация, параметры и режимы работы, лесозаготовительные машины.

A.N. Sukhikh MATHEMATICAL MODELING OF PARAMETERS AND OPERATION MODES OPTIMIZATION OF THE LUMBERING MACHINES OF THE IRKUTSK REGION TPC

Estimation techniques of the lumbering machines use are offered. For each condition the proposed models will help to optimize the parameters and operation modes of the lumbering machines and choose the cheapest technology in order to implement them in the Irkutsk region TPC.

Key words: timber production, modeling, technique, optimization, parameters and operation modes, lumbering machines.

Современные условия динамично развивающегося лесопромышленного производства определяют требования к современной науке по созданию высокоэффективных и производительных лесозаготовительных машин, при этом должны выполняться условия эксплуатации и эффективной технологии заготовки лесных ресурсов.

Для определения производственной мощности лесозаготовительного производства используется методика [1].

ПМ = Рсм ■ Нсм • Др ■ Ксм ■ КП1г ■ Кр ■ Кор , (1)

где ПМ - производственная мощность;

Рсм - сменная производительность техники, м3;

N0^1 - среднесписочное количество техники, шт.;

Др - режимное число дней в году;

Ком - коэффициент сменности работы техники;

Ктг - коэффициент технической готовности;

Кр - коэффициент, учитывающий простой техники в резерве;

Кор - коэффициент использования техники на основных работах.

Однако необходимо учитывать, что сегодня развитие технического прогресса в лесозаготовительной отрасли требует использования передового опыта, технологии, техники и организации производства, а также создания отечественных разработок, отвечающих передовому мировому уровню. По многим интересующим российских специалистов вопросам технико-экономического анализа лесозаготовительного производства (производительности, экономической эффективности и т.п.) недостаточно методик, а существующие недостаточно эффективны. Поэтому с учетом реализации всех направлений стратегии развития ЛПК нельзя упускать из поля зрения основные показатели эффективности развития, деятельности и неистощительного лесопользования ЛПК Иркутской области, это параметры и режимы работы лесозаготовительных и лесохозяйственных машин. Внося изменения в существующую методику с учетом решения поставленных задач, направленных на решение задач оптимизации параметров и режимов работы лесозаготовительных машин для оценки возможной производительности лесозаготовительных машин, предлагается математическая методика оценки (2), отражающая основные показатели, влияющие на производительность лесозаготовительного оборудования, определяющиеся организацией производства и условиями работ на предприятии.

Е = Р-к„

■КР- N ■

^ п ^ ^ 1--п

N ,

V

1-

п

V

N — п

- /

1

п

■п.

(2)

р У

где Е - объемный показатель использования лесозаготовительного оборудования и машин, м3;

Р - нормативная производительность лесозаготовительных машин и оборудования, м3;

кем - коэффициент сменности;

кпр - коэффициент продолжительности смены;

N - используемое время оцениваемого периода производственного процесса, день;

Пп - показатель затрат времени из-за выходных и праздничных дней, день;

Пр - показатель затрат времени на техническое обслуживание и ремонты, день;

По - показатель организации производства определяется использованием календарного времени, инженерно технической подготовкой и человеческим фактором неблагоприятными природными воздействиями, день.

Коэффициент продолжительности смены

п*

(3)

п

где кпр - коэффициент продолжительности смены;

Пд - фактическая продолжительность смены, ч;

П - продолжительность смены в соответствии с нормой выработки, ч.

Используя в качестве модели зависимость (2) как основную составляющую или единицу лесозаготовительной техники для каждого условия использования лесозаготовительных машин, можно судить о положительной динамике использования основного лесозаготовительного оборудования и интенсивности использования машин, повышении эффективности организации производственного процесса и необходимости распространения данного технологического решения на основные фазы технологического процесса лесозаготовок. Для оценки производств по фазам заготовки на различных предприятиях предлагается использовать зависимость (2) в расчете на единицу состава лесозаготовительного оборудования различных марок машин, но одного назначения или комплекса выполняемых работ формула (4).

' \ г „ \ ( ^

Р 'ксм‘ кПр-N1 1-

Е =■

N

1-

N-п

п /

1-

п

N -п-п„

р/у

(4)

где

Ее - объемный показатель использования единицы лесозаготовительного оборудования и машин, м3; Р - нормативная производительность лесозаготовительных машин и оборудования, м3;

N - используемое время оцениваемого периода производственного процесса, день;

п

Р

п

Пп - показатель затрат времени из-за выходных и праздничных дней, день;

Пр - показатель затрат времени на техническое обслуживание и ремонты, день;

По - показатель организации производства определяется использованием календарного времени, инженерно-технической подготовкой и человеческим фактором, неблагоприятными природными воздействиями, день;

77 - количество единиц лесозаготовительного оборудования или машин, шт.

При оценке и выборе наиболее производительного комплекса на разных фазах заготовки из различных систем машин предлагается определять выработку на списочную машину комплекса формулы (5), (6). Для машин, выполняющих одну операцию лесосечных работ из комплекса лесосечных работ: валку (ЛП-19А, ЛП-19Б, МЛ-119); трелевку (ТТ-4М, 2ЛП18, ЛТ187); погрузку (ЛП-65, ПЛ-87, ЛТ188).

X

Р'Км-к„р-N.

Е. =■

V

N

1- пр

1---------5—

N-п —п

V п р /

V

(5)

Для различных систем машин, выполняющих весь комплекс лесосечных работ, может быть определена средневзвешенная производительность одной единицы лесозаготовительной техники: МЛ-119+ 2ЛТ187+ЛТ-188; ЛП-19+2ЛП18+ЛТ188; ЛП-19+2ЛП18+ЛП-33+ЛТ188А.

Е=-

Р -к„,

V

1-

(

\\

N -п

1-

п У \

N -п-п..

(6)

Л

Применение данного подхода позволит определять стратегию эффективной организации производства, технологию лесозаготовок, высвободить выработавшие свой ресурс машины, что сэкономит средства, затрачиваемые на ремонт, повысить экономичность технологического процесса.

Неизбежные потери при создании комплексов систем машин вызываются несоответствием производительности отдельных единиц комплекса и потерями времени при начале технологического процесса и его окончании. Оценка производительности и методика выбора оптимального комплекса, его эффективная эксплуатация важны и актуальны для лесопромышленного производства. Для выбора оптимального сочетания лесозаготовительных машин, выполняющих последовательные операции при работе их в комплексе с использованием зависимости (2), предлагается методика оценки их совместимости с применением формулы (7) на примере совместимости валочных и трелевочных машин

оР

с-ыг:ш <7>

т

где С - совместимость по относительной производительности лесозаготовительных машин различного назначения при работе их в комплексе последовательно, %;

Ев - объемный показатель использования валочных машин, м3;

Ет - объемный показатель использования трелевочных машин, м3;

а и Ь - соответственно количество валочных и трелевочных машин в комплексе, шт. Аналогично выполняется расчет совместимости других машин комплекса.

Дополнительной оценкой оптимальности использования лесозаготовительных машин на исследуемом предприятии послужит показатель часовой выработки за исследуемый период, месяц (8), год (9) или другой необходимый период:

Г „ Л ( т \ С '

Р-к„

-К-**'

Е,... = ■

V

1-^ N

V

1—л-^-N -и

1 —

N -п,„ — п.

р /

Р-к„

■КР-к-

V

1-^ N

Ф

\ (

1-

У V

п.

N — п.

1-

п.

Ф

(8)

(9)

п

о

о

где ЕЧм - объемный часовой показатель за месяц использования лесозаготовительного оборудования и

машин, м3;

ЕЧг - объемный часовой показатель использования лесозаготовительного оборудования и машин за год, м3;

Р - нормативная производительность лесозаготовительных машин и оборудования, м3;

кем - коэффициент сменности;

кпр - коэффициент продолжительности смены;

N - используемое время оцениваемого периода производственного процесса, день;

Пп - показатель затрат времени из-за выходных и праздничных дней;

Пр - показатель затрат времени на техническое обслуживание и ремонты, день;

по - показатель организации производства определяется использованием календарного времени, инженерно технической подготовкой и человеческим фактором неблагоприятными природными воздействиями, день;

Ф - часовой фонд периода оценки времени месяца или года, ч.

Часовой фонд оцениваемого периода времени рассчитывается по формуле

где Ф - часовой фонд периода времени оценки месяца или года, ч;

24 - возможное к использованию время, количество часов в сутках, ч;

N - используемое время оцениваемого периода производственного процесса, день.

Вместе с тем было бы абсурдно предполагать, что планирование не оказывает прямого воздействия на эффективную организацию производства, поэтому проведенный анализ производственных планов лесозаготовительных предприятий Братского и Усть-Илимского района и литературных источников позволил сделать некоторые обобщения, ряд выводов и необходимые предложения, которые позволят проводить более достоверную оценку организации производства и использования лесозаготовительных машин, что позволит дать рекомендации по совершенствованию и современные методики оценки из сложившейся практики, оценки состояния эффективности технологии лесозаготовок и самой организации производства. Решение по данной задаче позволит принять предлагаемая модель, где коэффициент использования Ки отдельных по назначению групп машин и оборудования за определенный период времени (месяц, квартал, год) представляет собой отношение числа машино-дней в работе МДэ к числу машино-дней пребывания машин и оборудования в хозяйстве [2]:

Для реализации объективной оценки предлагается изменить сложившуюся методику, известная зависимость (11) примет следующий вид:

где N0 - продолжительность работы машины в течение суток;

24 - количество часов в сутках.

Методика позволит на начальном этапе планирования выстроить эффективную организацию производственного процесса и даст действительную оценку использования машин. Вместе с этим в процессе эксплуатации не менее важным фактором, который необходимо учитывать, является падение производительности в результате износа машин и неэффективной организации производства. Совместное использование полученных зависимостей и предлагаемых позволит эффективно влиять на режимы работы лесозаготовительных машин и оптимизировать их параметры. Установлены зависимости производительности от длительности эксплуатации лесозаготовительных машин, позволяющие при их использовании делать оценку и влиять на технологию и организацию технологического процесса лесозаготовок, что даст возможность совершенствования технологического процесса и позволит повысить эффективность работы самого предприятия. Результаты расчетов по данным работы лесозаготовительных машин действующих предприятий Братского и Усть-Илимского районов (табл.) предполагают возможность изменения сложившихся на предприятиях режимов работы лесозаготовительных машин и технологии производства.

Ф = 24N,

(10)

(11)

к нс ■мдэ

" 24-МДсп

(12)

Расчетный баланс работы машин и механизмов предприятия

Данные о механизме, марка машин Год выпуска Расчетные данные месячного объема, м3 Выработка на одну машину по одной операции Выработка на одну машину комплекса Совместимость по относит. произв., % Объемный часовой показ. выраб., м3 Сущ. коэф. исполь. за период Предложенный фактический, коэф. исп.

ЛП-19 1999 1674,881 2,251 0,306 0,089

ЛП-19 1999 Резерв.

ЛП-19 2003 2144,214 2,882 0,393 0,114

ЛП-19 2004 2211,262 2,972 0,405 0,118

МЛ-119 2004 2211,262 2,972 0,405 0,118

ЛП-19 2006 4824,81 6,484 0,442 0,257

2613,286 3,512

ЛП-18 1992 Резерв.

ЛП-18 1993 784,52 1,054 0,289 0,084

ЛП-18 2004 1184,894 1,592 0,437 0,127

ЛП-18 2006 2554,577 3,433 0,471 0,275

ЛП-18 2006 1338,885 1,799 0,494 0,144

ЛП-18 2006 1338,885 1,799 0,494 0,144

ЛП-18 2006 1338,885 1,799 0,494 0,144

ЛТ-187 2003 1350,016 1,814 0,443 0,129

ЛТ-187 2003 1350,016 1,814 0,443 0,129

ЛТ-187 2004 1380,879 1,856 0,453 0,132

1402,395 103,52 1,884

ЛТ-188 2003 2653,257 3,566 0,445 0,130

ЛТ-188 2004 5065,143 6,807 0,425 0,248

ЛТ-188 2006 5789,257 7,781 0,486 0,283

ЛТ-188 2006 5789,257 7,781 0,486 0,283

4824,2 2499,1 65,407 6,484

Очевидны результаты оценки работы лесозаготовительных машин на анализируемом предприятии, указывающие на низкие показатели использования машин по объемным показателям производительности, совместимость по относительной производительности отдельных операций, низкий объемный часовой показатель за месяц использования лесозаготовительных машин. Предложенный коэффициент фактического использования лесозаготовительных машин более объективен.

Для оптимизации параметров и режимов работы лесозаготовительных машин необходимы интенсификация производства, отказ от эксплуатации машин, выработавших свой эффективный ресурс, оценка показателя совместимости по относительной производительности.

Предложенные методики позволяют сделать оценку использования лесозаготовительных машин. При этом необходимо учитывать вышеперечисленное при организации оптимального лесозаготовительного процесса применительно к местным климатическим условиям, рельефу, почвенно-грунтовым условиям. Для каждого условия предлагаемые модели помогут провести оптимизацию параметров и режимов работы лесозаготовительных машин, выбрать менее затратную технологию с целью дальнейшего внедрения в ЛПК Иркутской области.

Литература

1. Фетищева, З.И. Экономика предприятий лесной промышленности: учеб. пособие. - 2-е изд. доп. и перераб. / З.И. Фетищева. - М.: Изд-во ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. - 412 с.

2. Немцов, В.П. Справочник механика лесозаготовительного предприятия / В.П. Немцов, Б.А. Шестаков. - М.: Лесн. пром-сть, 1988. - 480 с.

'--------♦-----------