Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы и задачи исследования 17
1.1. Роль и значение запасов лесоматериалов в ЛП 17
1.2. Анализ методов управления запасами 21
1.3. Обзор работ по исследованию ЛП и управлению запасами лесоматериалов 26
1.4. Основные выводы и задачи исследования 40
2. Лесозаготовительное производство и его особенности 44
2.1. Организационная и технологическая структура ЛП 45
2.2. Производственный процесс ЛП 47
2.2.1. Технологический процесс ЛП 51
2.2.1.1. Лесосечные работы 53
2.2.1.2. Лесотранспортные работы 57
2.2.1.3. Нижнескладские работы 58
2.3. Особенности осуществления ЛП 61
2.3.1. Влияние запасов хлыстов на верхних склада на уровень вывозки 62
2.3.2. Влияние переполнения склада сортиментов на производительность основных технологических линий 65
2.3.3. Снижение качества древесины при хранении 70
2.3.4. Нормирование выработки и расходов в задачах оптимизации и моделирования ЛП 75
2.4. Выводы 78
3. Запасы лесоматериалов в ЛП 80
3.1. Классификация запасов лесоматериалов 82
3.2. Классификация задач управления запасами лесоматериалов 89
3.2.1. Критерии решения задач управления запасами лесоматериалов 95
3.3. Процессное управление запасами лесоматериалов 96
3.4. Выводы 102
4. Неравномерность ЛП и ее оценка 103
4.1 Организационно-технологическая неравномерность ЛП 105
4.1.1. Неравномерность суточных объемов заготовки древесины 106
4.1.2. Неравномерность суточных объемов вывозки древесины 107
4.1.3. Неравномерность суточных объемов раскряжевки древесины... 109
4.1.4. Неравномерность отгрузки круглых
лесоматериалов с нижних складов 110
4.2. Операционная неравномерность ЛП 111
4.2.1. Потоки транспортных средстве ЛП 111
4.2.2. Транспортный поток отгрузки вагонов 113
4.2.3. Неравномерность выполнения технологических операций 114
4.3. Сезонная неравномерность ЛП 115
4.4. Выводы 119
5. Прогнозирование спроса на лесоматериалы 120
5.1 Математические методы прогнозирования 122
5.2. Прогнозирование ЛП 123
5.3. Прогнозирование в искусственных нейронных сетях 128
5.3.1. Моделирование запасов лесоматериалов в ИНС 128
5.4 Экспертные (эвристические) методы прогнозирования 131
6. Методы оптимизации управления запасами лесоматериалов 134
6.1. Методы моделирования технологических процессов ЛЗП 139
6.2. Методы расчета резервных (пассивных) запасов лесоматериалов 143
6.2.1. Расчет сезонных запасов хлыстов (деревьев) 145
6.2.1.1. Определение коэффициента сезонности работы лесовозного транспорта Р 147
6.2.1.2. Определение коэффициента сезонной вывозки у 148
6.2.2. Расчет резервных запасов хлыстов (деревьев) по перерывам работы дорог 149
6.2.3. Расчет резервных запасов лесоматериалов методом экспертных оценок 150
6.2.4. Расчет резервных запасов лесоматериалов двухуровневым методом 151
6.2.5. Расчет резервных запасов лесоматериалов методом имитационного моделирования 151
6.2.6. Нечеткое управление запасами лесоматериалов 152
6.3. Методы расчета межоперационных (активных) запасов лесоматериалов 155
6.3.1. Определение запаса лесоматериалов между двумя станками по критерию гарантированного предотвращения простоев 2-го станка.. 157
6.3.2. Определение запаса лесоматериалов по критерию минимума суммарных издержек 158
6.3.3. Определение запаса между двумя станками при групповой обработке пачек лесоматериалов разного объема
по критерию обеспечения заданной производительности 161
6.3.4. Оптимизация запаса лесоматериалов между двумя станками по критерию минимума суммарных затрат на содержание запаса и простои второго станка из-за остановок первого станка 165
6.3.5. Расчет межоперационных запасов лесоматериалов двухуровневым методом 166
6.3.6. Оптимизация вместимости склада под межоперационный запас древесного сырья для основных технологических линий 167
7. Моделирование технологических процессов и оптимизация запасов лесоматериалов 168
7.1. Основы моделирования 172
7.1.1. Принципы моделирования 174
7.1.2. Этапы математического моделирования 175
7.2. Аналитическое моделирование 179
7.2.1. Математическое программирование 180
7.2.1.1. Линейное программирование 182
7.2.1.2. Динамическое программирование 183
7.2.1.3. Теория массового обслуживания 186
7.3. Имитационное моделирование 194
7.3.1. Построение имитационной модели 197
7.3.2. Моделирование случайных факторов 200
7.3.3. Моделирование случайных объектов 202
7.3.4. Управление модельным временем 203
7.3.4.1. Изменение времени с постоянным шагом 205
7.3.4.2. Продвижение времени по особым состояниям 206
7.3.5. Обработка и анализ результатов моделирования 208
7.3.5.1. Оценка качества ИМ 210
7.3.5.2. Оценка адекватности модели 211
7.3.5.3. Оценка устойчивости модели 212
7.3.5.4. Оценка чувствительности модели 213
7.3.6. Имитационное моделирование ЛП 214
7.4. Нечеткое моделирование ЛП 226
Заключение 233
Библиографический список
- Анализ методов управления запасами
- Влияние запасов хлыстов на верхних склада на уровень вывозки
- Классификация задач управления запасами лесоматериалов
- Неравномерность суточных объемов вывозки древесины
Введение к работе
Лесозаготовительное производство (далее ЛП) относится к добывающим отраслям промышленности. Оно в значительной степени зависит от природных, климатических, лесорастительных условий. Объект труда - древесина — представляет собой природный продукт достаточно равномерно распределенный по лесопокрытой площади с запасом от ста до трехсот кубометров на гектаре или, если представить его в виде сплошного покрытия, слоем от одного до нескольких сантиметров. Для того, чтобы заготовить тысячу кубометров древесины необходимо обработать в среднем около 10 га лесопокрытой площади, проложить до полукилометра автодорог, около трех километров трелевочных волоков. Затем заготовленную древесину необходимо доставить за несколько десятков километров на нижний склад. На нижнем складе она подвергается дальнейшей механической, транспортно - технологической, химической, термической обработке и отгружается потребителям лесопродукции.
Таким образом, ЛП представляет собой сложную производственно - хозяйственную систему, отличающуюся высоким уровнем случайной неравномерности его осуществления. Первичным объектом работы в ЛП является растущее дерево, которое по мере его обработки превращается в круглые и пиленные лесоматериалы или измельчается в технологическую щепу либо подвергается химико-технологической переработке. Технологический процесс лесозаготовок представляет собой последовательность обрабатывающих и пе-реместительных операций, в ходе выполнения которых растущее дерево превращается в товарные лесоматериалы разных видов и назначений.
Неизбежная рассогласованность ритма ЛП в сложных природно-производственных условиях его осуществления на значительной территории при выполнении большинства операций на открытом воздухе, разнородные систем машин и технологические линии, дискретность поставок лесоматериалов, действие случайных причин, обусловливающих колебания в интенсивно-стях создания и потребления запасов, переменные длительности интервалов
между поставками лесоматериалов относительно среднего (расчетного) уровня, вынуждают создавать запасы. Хранение запасов во многих случаях обходится дешевле, чем любой другой способ обеспечения ритмичного производства: резервные производственные мощности, дополнительные трудовые ресурсы, экстренные поставки, авральные работы и т.п.
ЛП традиционно осуществляется с созданием значительных запасов лесоматериалов разной степени товарной готовности на всех технологических операциях. Создание запасов лесоматериалов имеет очень важное значение для эффективной организации лесозаготовок в силу характерных особенностей ЛП. Уровень запасов лесоматериалов разной степени готовности достигал в лесозаготовительной отрасли Минлеспрома СССР 60% всех оборотных средств. Однако содержание запасов лесоматериалов дорого обходится лесозаготовительным предприятиям: пролеживающие в запасе 5 тысяч кубометров хлыстов на верхнем складе или 2 тысяч кубометров сортиментов на нижнем складе равноценны новому трелевочному трактору или лесовозу.
Лесная промышленность, как и любая отрасль материального производства нуждается в создании запасов. В лесопромышленных предприятиях создаются запасы двух принципиально различных видов:
материально-технические ресурсы и запчасти, необходимые для организации полноценного производственного процесса;
лесоматериалы разной степени товарной готовности.
Запасы материально-технических ресурсов являются внешними для организации ЛП и их оптимизация может выполняться методами общей теории управления запасами. Запасы лесоматериалов являются внутренними в рамках ЛП и их оптимизация требует учета особенностей и своеобразия производственного процесса.
ЛП включает ряд разнородных технологических операций, традиционно
объединяемых в три фазы: лесосечные, лесотранспортные и нижнескладские работы. Последовательные технологические операции ЛП выполняются разными системами машин на значительном удалении друг от друга. Основной
объект труда - деревья, отведенные в рубку, отличаются значительным разнообразием размерно-качественных признаков. Технологические операции ЛП выполняются преимущественно на открытом воздухе, т.е. в процессе работы и люди и техника и объект труда постоянно подвергаются влиянию переменных погодных условий. Выполнение лесосечных и лесотранспортных работ существенно зависит от грунтово-почвенных условий разрабатываемых лесосек и времени года. Совокупное действие вышеуказанных факторов ведет к высокому уровню случайной неравномерности осуществления ЛП. В этих условиях запасы лесоматериалов способствуют сглаживанию неравномерности производственного процесса лесозаготовок, повышению производительности труда, улучшению технико-экономических показателей в целом.
Цель работы - повышение эффективности лесозаготовительного производства посредством процессного (по всему производственному процессу) управления запасами лесоматериалов разной степени товарной готовности во взаимосвязи с переменными интенсивностями работ на фазах и операциях на основе сглаживания неравномерности технологических процессов.
К запасам лесоматериалов предъявляются противоречивые требования: с одной стороны их должно быть достаточно много, чтобы обеспечить неразрывность и ритмичность производственного процесса, а с другой стороны — их должно быть как можно меньше, с тем, чтобы минимизировать затраты на их создание и содержание. Данное противоречивое требование создает необходимость и возможность поиска компромиссных обоснованных решений по оптимизации запасов лесоматериалов.
Исходя из изложенного, задачи исследования состоят в следующем:
Изучить основные свойства и характерные особенности осуществления ЛП в современных условиях рыночной экономики, в т.ч. в лесопромышленных предприятиях входящих в холдинги.
Установить характер взаимосвязей и взаимодействия машин и оборудования в технологических процессах лесозаготовок, вывести количественные соотношения.
Выявить структуру, характер и особенности запасов лесоматериалов, создаваемых в процессе осуществления ЛП. Сформулировать требования к запасам лесоматериалов и определить понятие запасов лесоматериалов.
Исследовать неравномерность осуществления ЛП, выявить основные закономерности ее проявления на уровне процессов и операций. Исследовать параметры неравномерности ЛП. Оценить сезонную динамику ЛП в современных условиях.
Изучить характер спроса на лесоматериалы и разработать модели его прогнозирования.
6. Разработать модели взаимодействия машин в технологическом про-
цессе, образования и потребления запасов лесоматериалов между ними.
Разработать количественные модели изменения качества древесины при хранении.
Разработать математические, имитационные и нейро - нечеткие модели движения (создания и потребления) запасов лесоматериалов.
Установить оптимальные значения отношений интенсивностей работ на смежных операциях, позволяющих обеспечить непрерывность производственного процесса при минимально необходимых значениях запасов лесоматериалов.
10. Разработать рекомендации по оптимальным размерам запасов и
управлению ими.
Объектом исследования являлась организация лесозаготовительного производства в лесопромышленных предприятиях, в том числе в составе вертикально - интегрированных структур (холдингов).
Предметом исследования являлись запасы лесоматериалов разной степени технологической обработки и товарной готовности, образующиеся между смежными операциями в процессе осуществления лесозаготовительного производства.
и Методологическую и теоретическую основу исследования составили научные труды отечественных и зарубежных авторов в области управления запасами, логистики, организации и оптимизации лесопромышленного производства. Для решения поставленных задач используются методы системного анализа, теории массового обслуживания, имитационное и нейро-нечеткое моделирование, статистического анализа, методы исследования операций и аналитические методы, а также прикладные пакеты компьютерных программ.
Необходимость решения проблем управления запасами вызвала появление в 1888 г. первой работы Ф. Эджворта по определению оптимальных партий заказа, положивших начало развитию теории управления запасами (ТУЗ) в рамках исследования операций [109]. Широко известны последующие работы зарубежных ученых Уайтина Т., Хедли Д., Дж. Букана, Прабху Н., Саати Т.Л. и многих других [16, 108, 109, 123]. В нашей стране проблемам управления запасами общеотраслевого характера посвящены работы Рыжикова Ю.И., Ру-бальского Г.Б., Потоцкого В.А., Феклисова Г.И. и многих других [93, 119, 121, 122,133]. Проблемам управления запасами лесоматериалов посвящены работы ведущих ученых отрасли: Алябьева В.И., Редькина А.К., Багаева Н.Г., Гончаренко Н.Т., Курьянова В.К. и многих других [1-5, 10, 11, 114-117].
В XX веке начала формироваться логистика. Логистика - наука о планировании, организации, управлении и контроле движения материальных и информационных потоков в пространстве и времени от первичного источника до конечного потребителя [97, 124, 125].
В работе [124] выделяется два принципиальных направления в определении лесопромышленной логистики. Одно из них связано с функциональным подходом к товародвижению, т.е. управлением всеми физическими операциями, которые необходимо выполнять при доставке товаров от поставщика к потребителю. Второе направление является более широким и помимо управления операциями товародвижения включает анализ рынка поставщиков, потребителей, конкурентов, координацию спроса и предложения на рынке товаров и услуг, а также гармонизацию интересов всех участников процесса това-
родвижения. В рамках логистики решаются также задачи управления запасами, прежде всего в плане определения размера заказа и времени поставок. В числе информационных источников диссертации использованы:
а) научные источники в виде данных и сведений из книг, журнальных статей,
научных докладов и отчетов, материалов научных конференций, семинаров;
б) статистические источники в виде отчетов органов государственной, отрас
левой, региональной статистики, материалов разных организаций, институтов;
в) официальные материалы в виде положений, инструкций, приказов, докла
дов, проектов;
г) результаты собственных наблюдений, исследований, расчетов и проведен
ных экспериментов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
На основе результатов исследований разработана имитационная модель ЛП, позволяющая решать задачи процессного управления запасами лесоматериалов разной степени товарной готовности и интенсивностями работ с учетом снижения качества лесоматериалов. Отклонение результатов моделирования на опытных данных не превышает 3 - 5%.
Разработана гибридная (нечеткая) модель прогнозирования спроса на лесоматериалы класса ANFIS, построенная в среде Matlab, отличающаяся тем, что ошибка данной модели на свежих данных не превышает 1,5%.
Разработана нейро-нечеткая модель управления запасами лесоматериалов и вывозкой из нескольких погрузочных пунктов, отличающаяся тем, что позволяет использовать оперативные данные экспертов (водителей лесовозов, мастеров леса и др.).
4. Уточнены роль и значение запасов лесоматериалов в организации ЛП,
сформулированы требования к запасам лесоматериалов и предложено их оп
ределение. Предложено определение жизненного цикла запасов лесоматериа
лов. Дополнена классификация запасов лесоматериалов на основе признака
наличия (отсутствия) взаимодействия процессов их создания и использования,
сформулированы критерии решения задач управления запасами лесоматериалов в ЛП.
Исследована структура неравномерности ЛП и установлены принципиальные различия на уровне операций и процессов. Предложена классификация неравномерности ЛП и получены результаты исследований операционной, организационно-технологической и сезонной неравномерности ЛП, в том числе в лесозаготовительных предприятиях в составе холдингов в условиях рыночной экономики.
Дана количественная оценка выхода сортиментов из хлыстов при их хранении в весенне-летний период.
Выполнен анализ погрешности при дискретном представлении норм выработки и расходов в ЛП и показана целесообразность перехода от дискретного к непрерывному представлению норм выработки и расходов.
Исследованы особенности осуществления ЛП в условиях лесопромышленных предприятий Севера Европейской части России, в том числе в условиях рыночной экономики.
Практическая значимость работы. Результаты исследований представлены в виде рекомендаций, методик расчета, математических, имитационных и нейро-нечетких моделей, компьютерных программ, позволяющих решать задачи оптимизации размеров запасов лесоматериалов. Реализация рекомендаций позволит снизить приведенные затраты 1 кбм заготовленной древесины на 15..25 руб/кбм, повысить оборачиваемость оборотных средств лесозаготовительных предприятий и эффективность производства в целом.
Полученные результаты и разработанные рекомендации нашли применение в организации производственного процесса ряда лесозаготовительных предприятий Республики Коми, научно-исследовательской работе и в учебном процессе в виде учебных пособий и методических разработок, в лекциях по дисциплине «Моделирование и оптимизация производственных процессов лесопромышленного производства», при выполнении курсовых работ и диплом-
ном проектировании по специальности «Лесоинженерное дело» в Ухтинском государственном техническом университете.
Результаты работы внедрены в лесопромышленном комплексе Сосногор-ского района Республики Коми, в предприятиях ООО «СКС» в Республике Коми и Пермской области, в ООО «Койгородский лесокомбинат», ООО «Компания Северный лес» и других предприятиях и организациях.
Результаты работы отражены в 5 научных отчетах, выполненных в рамках договоров с организациями и предприятиями и научно-исследовательских проектов.
Основные положения и результаты данной работы докладывались и обсуждались на:
ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Московского государственного университета леса (МЛТИ, МГУЛ) в 1985-1988 гг., в 2002 и 2006-2007гг.;
ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Ухтинского государственного технического университета (УИИ, УГТУ) в 1987-2007 гг.;
международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в лесном комплексе» в 2000 г. (Сыктывкар, Сыкт. лесной институт);
международной научно-практической конференции «Новые образовательные и информационные технологии в обучении» в 2001 г. (Сыктывкар, Сыкт. лесной институт);
III пленуме Коми Областного правления Всесоюзного лесного НТО (г. Сыктывкар, 1988 г.);
- техническом совещании во всесоюзном лесопромышленном объедине
нии «Комилеспром» в 1990 г.;
- совещании в Министерстве лесного комплекса и транспорта Республи
ки Коми (г. Сыктывкар, 1999 г.);
техническом совещании в Министерстве лесного комплекса и транспорта Республики Коми (г. Сыктывкар, 2000 г.);
технических совещаниях в ООО «Койгородский ЛК», в ООО «Удора-лес», ООО «Компания Северный лес» и других предприятиях и организациях.
Основное содержание диссертации и результаты выполненных исследований опубликованы в 41 научной статье, 2 монографиях, 4 учебных пособиях и 4 методических разработках для студентов лесотехнического профиля.
В первой главе диссертационной работы показаны общая роль и значение запасов лесоматериалов в организации ЛП, выполнен анализ методов управления запасами и обзор работ ученых и исследователей отрасли по исследованию ЛП и управлению запасами лесоматериалов, представлены выводы и сформулированы задачи исследования.
Во второй главе представлены собственно ЛП и результаты исследования особенностей его осуществления в граничных, предельных условиях, приведены результаты статистической обработки снижения качества древесины при хранении хлыстов в весенне-летний период, обоснована необходимость перехода от дискретного представления норм выработки и расходов к непрерывному, что повышает точность планирования и позволяет использовать компьютерные технологии.
В третьей главе работы более детально представлены роль и значение запасов лесоматериалов в организации ЛП, сформулированы требования к запасам лесоматериалов и их определение, предложены классификация запасов лесоматериалов и классификация задач управления запасами лесоматериалов, сформулированы критерии решения задач управления запасами лесоматериалов в ЛП.
В четвертой главе выполнено исследование неравномерности ЛП и предложена ее классификация. Представлены результаты исследования операционной, организационно-технологической и сезонной неравномерности ЛП.
Пятая глава посвящена вопросам прогнозирования спроса на лесоматериалы. Рассмотрены существующие и применяемые в отрасли методы прогно-
зирования спроса на лесоматериалы. Предложены новые для отрасли методы прогнозирования спроса на лесоматериалы в искусственных нейронных сетях и представлена гибридная модель управления запасами лесоматериалов.
Шестая глава посвящена разработанным и применяемым в отрасли методам расчета активных (межоперационных) и пассивных (резервных) запасов лесоматериалов.
Седьмая глава посвящена моделированию технологических процессов и оптимизации запасов лесоматериалов. Рассмотрены общие методы решения задач такого класса. Особое внимание уделено имитационному моделированию и процедурам их построения и оценки. Установлено, что решение задач управления запасами лесоматериалов целесообразно осуществлять на основе моделирования неравномерности ЛП. Определение локальных запасов требует моделирования операционной неравномерности, а решение задач процессного управления запасами требует моделирования организационно-технологической и сезонной неравномерности ЛП. Предложены рациональные методы имитационного моделирования разных видов неравномерности ЛП. Для решения задач процессного управления запасами лесоматериалов разработана имитационная модель организационно-технологической неравномерности ЛП. Рассмотрены вопросы нейро-нечеткого моделирования и представлена нечеткая модель управления запасами лесоматериалов на верхних складах и вывозкой.
В заключении приведена общая характеристика работы и основные выводы по результатам исследований.
Анализ методов управления запасами
Необходимость решения проблем управления запасами вызвала появление в начале XX века первых работ по определению оптимальных партий заказа, положивших начало развитию теории управления запасами (ТУЗ) в рамках исследования операций. Основной причиной создания запасов признается необходимость предотвращения остановки производства в случае недостаточности поставки у потребителей и в системе снабжения [121].
К необходимости (или целесообразности) создания запасов приводят факторы [121]: 1. Дискретность поставок при непрерывном (или близком к непрерывному) потреблении. 2. Случайные колебания: а) в спросе за период между поставками; б) в объеме поставок; в) в длительности интервала между поставками. 3. Предполагаемые изменения конъюнктуры: а) сезонность спроса; б) сезонность производства; в) ожидаемое повышение цен. Имеется также ряд соображений в пользу минимальных запасов [121]: 1) плата за физическое хранение запаса; 2) упущенный доход; 3) потери в количестве и качестве запаса; 4) устаревание (моральный износ), приводящее к снижению спроса. Управление запасами заключается в установлении моментов и объемов заказа на восполнение их и в распределении вновь прибывшей партии по нижестоящим звеньям системы снабжения. Совокупность правил, по которым принимаются эти решения, называют стратегией управления запасами [121].
Каждая такая стратегия связана с определенными (чаще всего в вероятностном смысле) затратами по доведению материальных средств до потребителей. Считается оптимальной стратегия управления запасами, которая минимизирует эти затраты. Отыскание оптимальных стратегий является предметом теории оптимального управления запасами (ТОУЗ). Естественно при сравнении стратегий учитывать лишь переменные составляющие функции затрат, зависящие от выбора стратегии [121] .
Основными элементами задачи оптимального управления запасами являются [121]: 1) система снабжения; 2) спрос на предметы снабжения; 3) возможность пополнения запасов; 4) функции затрат; 5) ограничения; 6) принятая стратегия управления запасами.
Стратегия управления запасами, т.е. структура правил определения момента и объема заказа обычно считается известной и задача управления запа сами сводится к определению нескольких констант (параметров стратегии). Оптимизация чаще всего проводится в классе так называемых простейших стратегий - периодических и с критическими уровнями. В периодических стратегиях заказ производится в каждом периоде Т, в стратегиях с критическими уровнями - при снижении текущего запаса до порога заказа у или ниже. Простейшие стратегии различаются и по способу определения объема заказа: заказ либо имеет постоянный объем q, либо делается до максимального уровня Y. Таким образом, каждая из четырех простейших стратегий характеризуется двумя параметрами: (T,q), (T,Y), (y,q), (уJ) [117].
Многообразие реальных ситуаций вызывает необходимость в рассмотрении огромного числа вариантов задачи управления запасами, которые систематизированы лишь частично. Одна из классификаций моделей управления запасами представлена в [121].
Лесная промышленность, как и любая отрасль материального производства нуждается в создании запасов. В лесопромышленных предприятиях создаются запасы двух принципиально различных видов: - материально-технические ресурсы и запчасти, необходимые для организации полноценного производственного процесса; - лесоматериалы разной степени товарной готовности.
Запасы материально-технических ресурсов являются внешними для организации ЛП и их оптимизация может выполняться методами ТОУЗ. Запасы лесоматериалов являются внутренними в рамках ЛП и их оптимизация требует учета особенностей и своеобразия производственного процесса.
ЛП включает ряд разнородных технологических операций, традиционно объединяемых в три фазы: лесосечные, лесотранспортные и нижнескладские работы. Последовательные технологические операции ЛП выполняются разными системами машин на значительном удалении друг от друга. Основной объект труда — деревья, отведенные в рубку, отличаются значительным разнообразием размерно-качественных признаков.
Влияние запасов хлыстов на верхних склада на уровень вывозки
Межоперационные запасы хлыстов (деревьев) создаются на лесопогрузочных пунктах у трасс лесовозных дорог. Запасы хлыстов (деревьев, сортиментов) этого вида необходимы для того, чтобы исключить простои погрузчиков и автопоездов вследствие недостатка или отсутствия древесины для погрузки на подвижной состав. Межоперационные запасы обеспечивают также устранение простоев машин из-за случайных несоответствий производительности машин на смежных операциях в отдельные периоды рабочего времени.
Создание межоперационных запасов древесины на лесопогрузочных пунктах является мерой необходимой, вынужденной, но вместе с тем нежелательной. Нежелательность создания запасов древесины обусловлена тем, что она влечет за собой дополнительные расходы на обустройство погрузочных площадок, удлинение пробегов лесопогрузчиков, ведет к снижению качества древесины при хранении. Поэтому основной проблемой в области нормирования запасов является установление такой их величины, при которой непрерывность производственного процесса обеспечивалась бы минимальными размерами запасов.
При определении оптимального уровня запасов хлыстов на погрузочных площадках следует различать два основных случая:
1. погрузка и вывозка древесины ведутся одновременно с лесосечными работами на одной или нескольких погрузочных площадках (делянках);
2. погрузка и вывозка древесины ведутся на части разрабатываемых делянок, в то время как в остальных делянках заготавливаемая древесина укладывается в запас.
Оптимизация межоперационных запасов древесины для первого случая выполняется методами теории массового обслуживания. Решение задач оптимизации запасов древесины методами теории массового обслуживания широко представлено в работах ряда ученых отрасли [2, 10, 23, 36, 114-117] и нашло практическое применение в ЛП.
Второй случай организации работ на верхних складах позволяет реализовать преимущество концентрации лесопогрузчиков и автолесовозов, выражающееся в повышении эффективности группового использования этих машин. Однако схема решения задачи определения оптимального уровня запасов для данного случая несколько усложняется, поскольку запас в данном случае складывается из активной и пассивной составляющих. Искомую зависимость влияния уровня фазовых (т.е. совокупных по всей фазе лесосечных работ) запасов хлыстов на верхних лесоскладах на вывозку возможно получить двумя путями: 1. имитационным моделированием комплекса работ на валке -трелевке— погрузке - вывозке; 2. выведением статистической зависимости из опыта работы лесозаготовительных предприятий в соответствующих условиях.
В силу ряда условий лесозаготовительные предприятия, как правило, организуют производственный процесс лесозаготовок при наличии избыточных запасов хлыстов на верхних лесоскладах. Однако в отдельные периоды времени предприятия все-таки ощущают недостаток доступных к вывозке запасов хлыстов на верхних лесоскладах. В процессе погрузки - вывозки часть запасов древесины на отдельных лесопогрузочных пунктах время от времени становится недоступной по ряду причин, например, в связи с необходимостью ремонта уса или выходом из строя погрузчика и т.п. Нами исследована работа отдельных крупных лесозаготовительных предприятий республики Коми в условиях недостатка запаса хлыстов к вывозке, иными словами «вывозка из -под пилы». Оценка значимости основных производственных факторов методами корреляционного анализа показала, что значимое влияние на уровень текущей вывозки оказывает только величина доступного запаса хлыстов к вывозке. Уровень запасов хлыстов в период наблюдений изменялся в диапазоне от 3 до 7 суток. При превышении семисуточного уровня запасов хлыстов суточные объемы вывозки были равны или превышали плановый. Обработка данных работы в таких условиях методами регрессионного анализа на ЭВМ позволила получить уравнение статистической зависимости вида: У = 0,4214 - 0,3908 Х + 0,1562 Х2 - 0,0122 Х3, (2.1) где У - уровень суточной вывозки; X — запас хлыстов на верхних лесоскладах, суток.
Статистическая зависимость уровня суточной вывозки от запаса хлыстов на верхних лесоскладах представлена на рис. 2.3. Разумеется, полученная зависимость отражает также и влияние конкретных, присущих данному предприятию, организационно — технологических особенностей. Вместе с тем можно предположить, что подобная качественная оценка присуща и другим лесопромышленным предприятиям.
Классификация задач управления запасами лесоматериалов
Различные сочетания этих и ряда других признаков определяют многообразие задач управления запасами лесоматериалов.
В основе решения задач управления внутренними (технологическими) запасами лесоматериалов лежит стремление к оптимизации взаимодействия машин и механизмов на смежных технологических операциях и/или обеспечение неразрывности производственного процесса, а в решении задач управления внешними (товарными) запасами — учет коммерческого спроса на лесоматериалы.
В решении задач управления пассивными (резервными) запасами лесоматериалов наиболее важное значение имеют оценка альтернатив, прогнозирование и перспективное планирование. В этой связи возрастает роль экспертных методов и моделей, максимально учитывающих и использующих опыт и знания специалистов отрасли.
В то же время для расчета активных запасов с успехом применимы более формальные методы и модели, основанные на теории массового обслуживания, линейном, динамическом и целочисленном программировании и др.
Задачи управления запасами лесоматериалов отличаются большим многообразием. В основу их классификации могут быть положены различные признаки, характеризующие количество и качество доступной информации. В об щем случае задачи управления запасами лесоматериалов можно представить следующим набором информации: P)A,K I,T E,R 9 где Р — постановка задачи (например, выбрать наилучшую альтернативу или выбрать адекватную модель для данных условий); А — множество допустимых альтернативных вариантов; К—множество критериев выбора; / — множество методов измерения предпочтений (например, использование различных шкал); Т - отображение множества допустимых альтернатив в множество критериальных оценок (исходы); Е — система предпочтений эксперта; R - решающее правило, отражающее систему предпочтений. Любой из элементов этого набора может служить классификационным признаком. Рассмотрим традиционные классификации:
1. По постановке задачи управления запасами лесоматериалов. Ос новными видами задач являются определение фиксированных уровней запасов лесоматериалов (статические задачи) или уровней запасов различных видов лесоматериалов в условиях переменной интенсивности работ (динамические задачи) на разных стадиях технологического процесса, определение оптималь ных интенсивностей работ на смежных операциях при заданных уровнях запа сов или ограничении вместимости склада.
2. По мощности множества критериев выбора К. Множество критериев выбора может содержать один элемент или несколько. В соответствии с этим задачи управления запасами лесоматериалов можно разделить на задачи со скалярным критерием и задачи с векторным критерием (многокритериальные задачи). Наиболее часто в лесозаготовительном производстве в качестве ска лярного критерия применяются удельные приведенные затраты по циклу ра бот.
3. По виду отображения Т. Отображение множества А в К может иметь детерминированный характер, вероятностный или неопределенный вид, в соответствии с которым задачи управления запасами лесоматериалов можно разделить на задачи в условиях риска и задачи в условиях неопределенности.
4. По типу системы Е. Предпочтения могут формироваться одним лицом или коллективом, в зависимости от этого задачи управления запасами лесоматериалов можно классифицировать на задачи индивидуального приня тия решений и задачи коллективного принятия решений.
Задачи управления запасами лесоматериалов в условиях определенности. К данному классу относятся задачи, для решения которых имеется достаточная и достоверная информация. В таких случаях успешно применяются методы математического программирования, суть которых состоит в нахождении оптимальных решений на основе использования математической модели реального объекта. Основные условия применимости методов математического программирования состоят в следующем: 1. Задача должна быть хорошо формализована, т.е. имеется адекватная математическая модель реального объекта. 2. Существует некоторая единственная целевая функция (критерий оптимизации), позволяющая судить о качестве рассматриваемых альтернативных вариантов. 3. Имеется возможность количественной оценки значений целевой функции. 4. Задача имеет определенные степени свободы (ресурсы оптимизации), т.е. некоторые параметры функционирования системы, которые можно произвольно изменять в некоторых пределах в целях улучшения значений целевой функции.
Задачи управления запасами лесоматериалов в условиях риска (стохастической неопределенности). В тех случаях, когда возможные исходы можно описать с помощью некоторого вероятностного распределения, получаем задачи управления запасами лесоматериалов в условиях риска.
Неравномерность суточных объемов вывозки древесины
Входящим для фазы транспорта древесины является дискретный групповой ординарный поток пачек деревьев, хлыстов или сортиментов в объеме нагрузки на единицу подвижного состава. Результаты исследований показывают, что объемы суточной вывозки меняются случайным образом в значительных пределах. Анализ структуры технологических процессов и производственных данных показывают, что причины неравномерности вывозки древесины носят как случайный, так и систематический характер. Систематические факторы полностью контролируются. Наряду с систематическими факторами на вывозку оказывает воздействие комплекс причин случайного характера: разнообразие параметров и пород растущих деревьев; грузоподъемность тяговых машин и подвижного состава; различающиеся в разные периоды года дорожные условия; климатические условия; техническое состояние машин и оборудования; наличие, квалификация и работоспособность водителей и др. Взаимодействие этих причин обусловливает неравномерность осуществления вывозки древесины. Суммарный поток объемов вывозки древесины является непрерывным.
Особого внимания заслуживают исследования потоков вывозки в предприятиях, осуществляющих вывозку при наличии постоянной диспетчерской радиосвязи между операторами погрузчиков и водителями лесовозов и работа в составе предприятий, входящих в состав действующих холдингов. Неравномерность вывозки древесины исследовалась в ряде средних и крупных лесозаготовительных предприятий, работающих на территории Республики Коми и Архангельской области. Выбор категории предприятий (средние и крупные) определяется актуальностью постановки и решения задач управления запасами лесоматериалов: для мелких лесозаготовительных предприятий и частных предпринимателей создание запасов лесоматериалов по всему технологическому процессу, как правило, не столь актуально в связи с малыми объемами производства. Результаты аппроксимации неравномерности суточных объемов вывозки древесины представлены в приложении 3. Соответствие неравномерности суточных объемов вывозки древесины нормальному или логнор-мальному распределению подтвердилось во всех случаях. Характерная гистограмма неравномерности суточной вывозки представлена на рис. 4.2.
Особого внимания в настоящее время заслуживают исследования потоков раскряжеванной древесины в работе предприятий, входящих в состав холдингов.
Раскряжевка древесины, как и все лесозаготовительное производство, осуществляется неравномерно в силу воздействия на него как систематических, так и случайных факторов. Исследованиями проф. А.К. Редькина [114] установлено, что при средних значениях объемного выхода сортиментов V 20.. .25 м3 оно может рассматриваться как нормальное.
Неравномерность раскряжевки древесины исследовалась в ряде средних и крупных лесозаготовительных предприятий, работающих на территории Республики Коми и Архангельской области. Выбор категории предприятий (средние и крупные) определяется актуальностью постановки и решения задач управления запасами лесоматериалов: для мелких лесозаготовительных предприятий и частных предпринимателей создание запасов лесоматериалов по всему технологическому процессу, как правило, не актуально в связи с малыми объемами производства. Результаты аппроксимации неравномерности суточных объемов раскряжевки древесины представлены в приложении 4. Соответствие неравномерности суточных объемов заготовки древесины нормальному распределению подтвердилось во всех случаях.
Отгрузка круглых лесоматериалов планируется равномерной на длительные периоды времени: месяц, квартал. Фактические же объемы отгрузки круглых лесоматериалов отличаются значительной неравномерностью, что является результатом воздействия комплекса систематических и случайных факторов. Особого внимания в настоящее время заслуживают исследования потоков в работе предприятий, входящих в состав холдингов. Неравномерность отгрузки круглых лесоматериалов с нижних складов исследовалась в ряде средних и крупных лесозаготовительных предприятий, работающих на территории Республики Коми и Архангельской области. Выбор категории предприятий (средние и крупные) определяется актуальностью постановки и решения задач управления запасами лесоматериалов: для мелких лесозаготовительных предприятий и частных предпринимателей создание запасов лесоматериалов по всему технологическому процессу, как правило, не столь актуально в связи с малыми объемами производства. Результаты аппроксимации неравномерности суточных объемов отгрузки круглых лесоматериалов теоретическим распределением представлены в приложении 5. Соответствие неравномерности суточных объемов заготовки древесины нормальному распределению подтвердилось во всех случаях.
