Введение к работе
Актуальность темы. Основными направлениями дальнейшего со-верненствования работы отраслей лесного комплекса являются: разработка и внедрение технологических процессов, сберегающих энергетические и материальные ресурсы,высокопроизводительных машин . и оборудования, прогрессивных методов управления технологическими процессами и производством на основе применения'математического моделирования и средств вычислительной техники; рациональнее и комплексное использование древесного сырья "и технических средств как активней часта основных производственных фондов; сокращение сроков воспроизводства .и повышение продуктивности лесных насаждений. Наилучшие условия для решения перечисленных задач создаются при неистощительном лесопользовании.
В связи с экономической реформой и в соответствии с генеральной линией технической политики в лесозаготовительной отрасли, особую роль приобретают' вопросы обоснованности принятия технологических, технических и организационных решений. При отказе в новых условиях хозяйствования от организационно-распорядительных і административных^ и переходе к организационно-экономическим методам управления, без математического моделирования и оптимизации (широко используемых в других отраслях народного хозяйства) практически невозможно вскрыть и до конца использовать имеющиеся резервы повышения эффективности производства, связанной, в первую очередь, с уровнем использования технических средств.
Расширение масштабов внедрения в отрасли методов математического моделировнния и оптимизации лесопромышленных процессов сдерживается недостаточней пока проработкой вопросов математического и информационного обеспечения. Именно по этой причине в отраслях лесного комплекса недопустимо слабо используется вычислительная техника, особенно для а-втоматизаиии технологических расчетов.
Разработанные в диссертации теоретические положения, базирующиеся на системном подходе к созданию математического и информационного обеспечения решения оптимизационных задач, являются .основой развития систем автоматизированного технологического проектирования и технологической подготовки производства лесозагото-
вок, способствуют более широкому использованию в отрасли информационных компьютерных технологий.
Работа выполнялась в соответствии с координационными планами НИР по целевым комплексным программам Минвуза РСФСР "Комплексное использование лесных ресурсов" (№ госрегистрации 01.83.00047777) и "Человек и окружающая среда. Проблемы охраны природы" ( № госрегистрации 01.87.000908).
Цель работы заключается в создании теоретической базы и практических приемов выполнения процедур принятия оптимальных,по результатам имитационных экспериментов на математических моделях, решений, обеспечивающих наибольшую эффективность технологических . процессов лесосечных работ на всех _этапах от разработки до опера- . тивного планирования и управления-ЗГ действукзщх предприятиях.
Объекты и методы исследований. Объектами исследований являлись производственные процессы предприятий лесного комплекса и технологические процессы лесосечных работ.
Для решения поставленных задач использованы методы, системного, анализа, аналитической гесметрии на плоскости, теоремы теоретической механики, дифференциального и интегрального исчисления, теории вероятностей и математической статистики, теории надежности, параметрической и структурной оптимизации, аппаратурные методы измерений и регистрации информации в производственном эксперименте.
Научная новизна. Разработан способ кодирования информации о вариантах технологического процесса лесосечных работ, отличающийся тем, что она представляется в виде кода из десяти цифр, позволяющего регистрировать и хранить исчерпывающую информацию о про-*цессе.на машинных носителях; унифицирована структура и предложено стратифицированное описание процессов предприятий лесного комплекса, обеспечивающие применение единых подходов к их математическому моделированию; обоснованы принципы и разработаны методы количественной оценки технологических процессов и их элементов,, предложен;,' обобщенные критерии оптимизации операционных и комплексных процессов, а также локальные критерии оптимизации отдельных их характеристик; созданы' и апробирован:-.' многоцелевые композиционные математические модели основных операций лесосечных ра-
бот в модульно-блочном представлении, чувствительные к характеристикам предмета труда, параметрам рабочих органов и их приводов, математические модели информационного обеспечения, позволяющие, в отличие от известных комплексных, существенно- снизить их размерность и затраты времени на реализацию; разработаны вычислительные процедуры принятия оптимальных решений по результатам имитационных экспериментов на математических моделях.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается материалами производственного эксперимента, результатами, полученными другими исследователями, а также практикой работы лесопромышленных предприятий. Теоретические зависимости получены с учетом сущности физических явлений,' сопровождающих взаимодействие рабочих органов с предметом труда, и не противоречат положениям механики, теории надежности. Расчета выполнены с применением современных средств вычислительной техники, а результаты их достаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Достоверность результатов производственного эксперимента доказана проверкой, гипотезы об однородности дисперсий и значений числовых характеристик случайных величин.
На защиту выносятся, следующие положения и результаты:
-
Уточненные определения понятий и новые представления с закономерностях функционирования машинных лесопромышленных процессов, о^ажающих юс особенности в условиях неистощительного лесопользования.
-
Принципы и методы многосторонней количественной оценки процессов лесозаготовок и их элементов, обобщенные критерии оптимизации операционных и комплексных процессов.
-
Математические методы и методические подходы к построению, а также многоцелевые математические модели основных операций" лесосечных работ и модели информационного обеспечения.
-
Вычислительные процедуры и результаты имитационных экспериментов на математических моделях, используемые при решении за-дич параметрической и структурной оптимизации в АСШ, АСУТП, технологической и конструкторской САПР, технологической подготовке производства (ТПШ, оперативном планировании и организационно-эко-
номическом управлении.
5. Результаты использования практических рекомендаций в предприятиях и организациях отрасли и в учебном процессе подготовки специалистов для лесного комплекса.
Практическая гначимость заключается б использовании рабочих методик количественной оценки процессов, многоцелевых композиционных математических моделей операционных процессов, моделей информационного обеспечения и программного продукта для-проведения имитационных экспериментов и принятия по их результатам оптимальных решений в: НИИ и КБ лесного машиностроения (для оптимизации параметров и режимов функционирования операционных процессов в АСНИ и внешнем проектировании конструкторских САПР); проектных институтах и ПКТБ производственных объединений (задачи технологической САПР, АСУТ'П, ТИП, совершенствование действующей и разработка новой инструктивно-методической и нормативно-справочной документации); действующих предприятиях (задачи ТПП, оперативного планирования и управления, автоматизация технологических расчетов); вузах и техникумах лесного профиля (совершенствование и интенсификация.учебно-воспитательного процесса, повышения качества фундаментальных инженерных знаний и профессиональных практических навыков).
Реализация работы. Многоцелевая математическая модель процесса очистки'деревьев от сучьев, алгоритм и результаты имитационного эксперимента на ней переданы для использования в лабораторию очистки деревьев от сучьев ВНПО "Леспром" (ЦНИЖЭ), конструкторские бюро Сыктывкарского механического заводг. и АО "Свердлесмаш"; Алгоритмы автоматизированного управления самоходными сучкорезными"машинами ЛП-ЗОВ (ЛП-ЗОВ) и ЛП-ЗЗА реализован в системах их программного управления, прошедших опытно-производственную проверку и рекомендованных к выпуску опытней партии; алгоритмы решения задач параметрической и структурной оптимизации операционных процессов и выбора оптимального варианта комплексного процесса для заданных природно-производственных условий приняты к применению АО "Лесинвест" и Львовским филиалом Ивано-Франковск'ого ПКТИ Украины.
В учебном процессе подготовки специалистов (спец. 26.0J) в
ВЛТИ и УГЛУ используется более двух десятков алгоритмов и программного продукта решение задач параметрической и структурной оптимизации процессов лесозаготовок.
Апробация работы. Научные положения и результаты исследование обсуждались и бь'ли одобрены: на научных конференциях по итогам НИР ВлТИ ^9^5...1992 гг); на Всесоюзных и Республиканских конференциях (Могилев, Т979; Химки, т979; Москва, ВДНХ, Т9Є4 г.; Петроэа.водск, J986 г.; Воронеж, 1997 г.); выездных заседаниях лесотехнической секции НТС Минвуза СССР (Свердловск, 1983 г.; Воронеж, 1985 г.); совещании в техническом управлении и НТС Мин-лесбумпрома СССР (Химки, '986 г.); совещании специалистов при главном инженере проектного института Гипролєстранс (Т987 г.); на заседаниях кафедры механизации лесоразработок МЛТИ (ноябрь, Т987 г.) и технологии лесозаготовительного производства С.Петербургской лесотехнической академии (ноябрь, 1987 г. и октябрь, 1993 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 35 работ, б т.ч. 24 научные и ТІ авторских свидетельств.
Объем работы. Диссертация в двух томах состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованных источников (250 наименований) и приложений. Основное содержание изложено на 406 стр., в том числе таблиц 6, рисункоЕ 46. Приложения, составляющие неотъемлемую часть диссертации, оформлень1 отдельным томом и включают: структуризацию и многоцелевые математические модели основных операций лесосечных работ; алгоритмьт вычислительных процедур и распечатки результатов имитационных экспериментов на математических моделях; расчет экономической эффективности от внедрения некоторых рекомендаций; перечень и краткую характеристику ЭВМ-программ оптимизационных расчетов; акты внедрения.