8

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Специальность 05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

Научно-методологические основы формирования парка лесосечных машин предприятия

Макуев Валентин Анатольевич

Москва 2010

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет леса»

Официальные оппоненты:

Быков Владимир Васильевич доктор технических наук, профессор

Григорьев Игорь Владиславович доктор технических наук, профессор

Мясищев Дмитрий Геннадьевич доктор технических наук, профессор

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Защита диссертации состоится 1 октября 2010 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.212.146.03 при ГОУ ВПО «Московский государственный университет леса» по адресу: 141005, г. Мытищи-5, Московская обл., 1-я Институтская ул., дом 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Московский государственный университет леса»

Автореферат разослан _____ августа 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Б.М. Рыбин

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. По данным Рослесхоза в 2009 г. было заготовлено около 156,0 млн. м3 древесины. Лесозаготовительные работы ведут как крупные лесопромышленные компании, так и небольшие предприятия, имеющие разное техническое оснащение. Структура парка, технический уровень лесозаготовительных машин и объемы их применения определяют материальную базу и технологию лесозаготовительного производства.

При формировании парка лесосечных машин и построении системы их технического сервиса необходимо учитывать тенденции инновационного развития отраслей экономики в России и за рубежом. В современных условиях необходим критический анализ использования лесозаготовительной техники, в том числе зарубежной, нужны новые подходы к выбору парка машин. Необходимость такой постановки задачи связана с коренными изменениями, сложившимися на рынке лесосечных машин в последние годы: изменилась технология и структура парка, появилась техника зарубежных фирм, отечественные производители резко снизили выпуск машин. Эффективность использования лесосечных машин во многом зависит и от работы сервисной инфраструктуры, в которой в последние годы произошли резкие изменения (многие ремонтные предприятия прекратили деятельность, некоторые перепрофилировались), что сказалось на простоях по причине неисправностей и на затратах по техническому обслуживанию и ремонту лесосечных машин.

Поэтому целью работы является повышение эффективности лесозаготовительного производства путем научно обоснованного формирования парка лесосечных машин и их обслуживания.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются лесозаготовительные предприятия, отдельные лесосечные машины и парк машин предприятия в целом и система их обслуживания, а предметом исследования - технологические, производственные и экологические параметры комплекса лесосечных работ.

Методы исследования. В работе применены методы исследования, включающие: анализ литературных источников, посвященных вопросам выбора и определения необходимого числа машин для проведения лесосечных работ; анализ и систематизация существующих и перспективных технологических процессов и систем машин, как объектов исследований при формировании парка лесосечных машин с учетом особенностей предприятия.

В работе использованы методы исследования операций, математической статистики и математического моделирования на ЭВМ, натурные экспериментальные исследования с хронометражными наблюдениями.

Научная новизна. В работе приведены следующие положения, обладающие научной новизной:

? разработаны научные основы формирования парка лесосечных машин с учетом природно-производственных условий и системы их обслуживания;

? получена экономико-математическая модель, позволяющая для различных экономических и природно-производственных условий лесозаготовительного предприятия формировать парк лесосечных машин, в том числе на перспективу, в зависимости от заданной динамики заготовки древесины;

? разработана новая типизация условий применения лесосечной техники, позволяющая решить вопрос первоначального выбора машин для работы в природно-производственных условиях предприятия;

? впервые получены математические зависимости производительностей основных типов лесосечных машин, учитывающие природные и технологические параметры, позволяющие определить максимальную и минимальную производительность машин (поле значений) для благоприятных и неблагоприятных условий работы;

- предложена методика принятия решения о включении дополнительных машин в основную систему лесосечных машин, учитывающая их технические возможности;

? предложена методика объединения лесосек в однородные группы и выделения среди них модельных;

? дана оценка влияния основных природно-производственных и технологических факторов на эффективность работы парка машин предприятия;

? предложен новый подход в определении потребности парка лесосечных машин в обслуживании, в том числе его обеспечение запасными частями и обменными агрегатами.

Практическая значимость полученных результатов. Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяют:

- решать задачи проектирования лесосечных работ лесозаготовительного предприятия на основе разработанных алгоритмов, компьютерных программ и созданной базы данных;

- определять оптимальный парк машин в условиях, характерных для конкретного предприятия;

- решать задачи оперативного управления парком лесосечных машин предприятия, в том числе рационального распределения машин по операциям;

- принимать управленческие решения по выбору оборудования и необходимой квалификации исполнителей для проведения операций лесосечных работ с заданными технологическими параметрами;

- определять эффективность работы лесосечных машин в зависимости от различных природно-производственных условий и технологических параметров машин и достигать максимальной их загрузки в конкретных условиях;

- определять потребность парка лесосечных машин в обслуживании с учетом снижения их простоев по причине неисправностей;

- совершенствовать научные основы и расширять знания для составления требований к технике и технологии лесозаготовок.

Реализация результатов работы. Основные положения диссертации использованы в практике работы ФГНУ «ГНЦ ЛПК», Управления лесами Владимирской области, Талдомским, Рузским ЛПХ и Волоколамским лесокомбинатом Московской области, Зейским ЛПХ Амурской области, Кольчугинским ЛПХ, ОАО «Гусевский леспромхоз», ООО «ПКП-лидер», ГУ «Гусевской лесхоз», Гусь-Хрустальным филиалом ГУП «Владжилкомхоз», Вышинским ЛПХ Республики Мордовия. По договорам с предприятиями выполнены исследования и подготовлены четыре отчета о НИР с рекомендациями по выбору парка лесосечных машин.

Результаты исследований внедрены в учебный процесс в Московском государственном университете леса и Уральском государственном лесотехническом университете, где полученные результаты используются при чтении лекций, в том числе на факультете повышения квалификации работников отрасли, подготовке аспирантов, путем использования подготовленных автором учебника, учебных пособий, энциклопедии и монографии «Формирование парка лесосечных машин для лесозаготовительного предприятия».

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях МЛТИ (Московского лесотехнического института, 1985-1993 гг.); МГУЛ (Московского государственного университета леса, 1994-2009 г.г.); ПетрГУ (Петрозаводском государственном университете, 1992 г.); УГЛТУ (Уральском государственном лесотехническом университете, 1992 г); СПбЛТА (Санкт-Петербургской лесотехнической академии, 1990 г); научно-технической конференции «Ученые вузов - народному хозяйству» (НРБ, г. София, Высший лесотехнический институт, 1989 г.); V Всесоюзной научно-технической конференции «Механизация и автоматизация переместительных работ на предприятиях лесного комплекса» (г. Пушкино, 1989 г.); технических совещаниях в Московском и Владимирском ТПОЛХ (1987-1989 г.г.); кафедре механизации лесного хозяйства и лесозаготовок Зволенского лесотехнического института (ЧСФР, г. Зволен, 1990 г.); международной выставке-ярмарке «Российский лес» (г. Вологда, 2002, 2005, 2009 гг.); международном форуме «Лес и человек» (г. Москва, 2002 г.); международной научно-технической конференции «Рациональное использование лесных ресурсов» (Югославия, г. Белград, Высший лесной университет, 1997 г.); семинаре «Наука и религия - история и современность» (Израиль, г. Нетания, 1998 г.); кафедре лесного дела Хельсинского университета (Финляндия, г. Хельсинки, 1998 г.); международном семинаре «Техника и технология процессов лесозаготовок» (Чехия, г. Зволен, Технический университет, 1998 г.); первой международной конференции «Заготовка и переработка лесной продукции» (Португалия, г. Порто, университет Фернандо Пессоа, 2004 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности механических и энергетических систем» (г. Саранск, Мордовский государственный университет); международной научно-практической конференции «Научные проблемы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей (Москва, ГОСНИТИ); совместном заседании кафедр МГУЛ (Москва, МГУЛ, февраль 2010 г.).

Публикации. Основное содержание работы отражено в 47 работах, в том числе: монографии, учебнике и учебных пособиях, статьях в научно-технических журналах, в том числе изданиях, рекомендуемых ВАК для публикации результатов докторских диссертаций, других изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Содержание работы изложено на 313 страницах машинописного текста, иллюстрировано 46 рисунками и 21 таблицами. Список использованных источников содержит 272 наименования.

Основные научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту.

1. Методология повышения эффективности работы техники для лесосечных работ за счет минимизации потерь, связанных с выбором парка машин (оптимального по структуре и численности) и построения оптимальной системы их обслуживания.

2. Экономико-математические модели, алгоритмы и компьютерные программы для формирования парка лесосечных машин в различных природно-производственных условиях.

3. Методологический подход к обоснованию и разработке типизации условий применения лесосечной техники.

4. Математические модели производительности основных лесосечных машин, позволяющих определить поле значений сменной производительности для различных природно-производственных условий.

5. Критерий и результаты оценки основных природно-производственных, экологических и технологических факторов (годовой объем заготовки древесины, соотношение в общем объеме заготовки различных видов рубок, влияние лесохозяйственных требований по сохранению подроста, крупномерный древостой) на эффективность работы парка машин.

6. Новый подход в определении потребности парка лесосечных машин в обслуживании, в том числе его обеспечение запасными частями и обменными агрегатами.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

лесосечный машина обслуживание

Во введении содержится общая характеристика работы, обоснование актуальности темы и основные положения диссертации, выносимые на защиту.

В первой главе показано состояние механизации лесосечных работ, дан анализ методических подходов к выбору парка машин и обоснованию системы их обслуживания. Намечена цель и определены задачи исследования. Отмечено, что износ основных производственных фондов на лесозаготовках высокий, а коэффициент обновления самый низкий из всех отраслей лесопромышленного комплекса. В возрастной структуре действующего парка лесосечных машин более 60 % занимает полностью амортизированная техника, которая в соответствии с действующими нормативными документами должна быть списана. Например, около 65% тракторов ТТ-4 (ТТ-4М) Алтайского тракторного завода эксплуатируются свыше 5 лет. За пределами пятилетнего срока эксплуатации находится 43% тракторов ТДТ-55А Онежского тракторного завода. Неблагоприятное положение сложилось с бесчокерными трелевочными машинами. Свыше 70% парка машин ЛП-18Г и ЛТ-154А имеют срок службы более 5 лет. Остается низкой и производительность трелевочных тракторов. Так, в группе обследованных предприятий годовая выработка среднесписочного трелевочного трактора типа ТДТ-55А составила 4,5 тыс. м3, сменная выработка 47 м3, отработано в среднем 96 смен в год; трелевочного трактора ТТ-4 (ТТ-4М) соответственно 5,5 тыс.м3 и 58 м3, 96 смен. Проблему технического уровня отечественных лесосечных машин обостряет и то, что в условиях либерализации внешнеэкономической деятельности и самостоятельности лесопромышленных предприятий возрастает поток импортной техники. По сравнению с отечественной техникой она имеет более высокие показатели использования. Так, в ОАО «Белозерский ЛПХ» Вологодской области, годовая выработка среднесписочного форвардера компании Джон Дир (США) составила 13,7 тыс.м3.

Над совершенствованием техники и технологии лесосечных работ трудились большие коллективы ученых вузов и НИИ. Из теоретических работ следует отметить исследования В.И. Алябьева, Г.К. Виногорова, К.И. Вороницына, Ю.Н. Венценосцева, А.Т. Гурьева, Э.Ф. Герца, В.М. Захарикова, Н.Ф. Ковалева, В.Г. Кочегарова, В.Ф. Кушляева, П.М. Мазуркина, А.П. Матвейко, В.Н. Меньшикова, В.И. Обыденникова, С.Ф. Орлова, В.И. Патякина, В.С. Петровского, А.П. Полишука, И.В. Турлая, Ю.А. Ширнина, С.Б. Якимовича и других. Вопросам формирования систем лесосечных машин для работы в различных условиях и обоснования их параметров посвящены работы П.И. Аболя, К.И. Вороницына, Е.Г. Гладкова, И.В. Григорьева, В.М. Захарикова, Н.Ф. Кусакина, Д.Г. Мясищева, В.П. Немцова, В.Б. Прохорова и др. Исследования по влиянию лесосечных машин на лесную среду проводились А.С. Баранцевым, Г.К. Виногоровым, Г.М. Гугелевым, З.Н. Кистерней, В.М. Котиковым, Ю.Д. Силуковым, В.С. Сюневым, В.С. Федуловым, Ю.Н. Ягудиным и др. За рубежом этими вопросами занимались Wasterlund I., Leinss C., Athanassiadis D., Moskalik T., Sadovski J., Fries J. и другие.

Основы моделирования и принятия оптимальных решений при формировании парка машин рассмотрены в работах Ю.Ю. Герасимова, А.А. Камусина, В.А. Кузнецова, Б.Я. Курицкого, Х.Майна, С. Осаки, А.В. Питухина, А.К. Редькина, М.Т. Реклейтиса, В.С. Сюнева, В.И. Чернецкого, И.Р. Шегельмана и ряда других исследователей. Анализ изложенных в работах методов выбора парка машин для проведения лесосечных работ позволил разделить их на нормативные, графические и расчетные. Анализ указанных методов показал, что они, в основном, позволяют решить лишь ряд частных задач проектирования технологических процессов лесосечных работ.

Эффективность парка лесосечных машин во многом определяется функционированием системы их оперативного управления, в том числе рационального распределения машин по операциям, и их техническим состоянием. Управление техническим состоянием лесосечных машин (коэффициент технической готовности, простои) возможно через планирование их потребности в обслуживании, в том числе затрат на ремонтно-обслуживающие работы и запасные части. Проблемам надежности, в том числе, обеспечение запасными частями лесозаготовительных машин с использованием вероятностно-статистических методов расчета посвящены работы В.В. Амалицкого, В.Н. Андреева, К.Н. Баринова, И.М. Бартеньева, В.С. Волкова, Ю.Ю. Герасимова, Ю.А. Добрынина, Ю.П. Кононова, В.И. Кучерявого, Ф.П. Попова, В.П. Тюкавина, А.С. Федорова и ряда других исследователей. Вопросы, связанные с совершенством технической эксплуатации и технического сервиса, освещены в работах В.В. Балихина, В.В. Быкова, В.Н. Винокурова, И.В. Воскобойникова, Н.С. Еремеева, А.М. Задирана, Ю.М. Кулагина, М.А. Мазуркевича, Е.А. Пучина, Э.А. Северного, А.В. Серова, В.Н. Шиловского и других исследователей.

Анализ подходов к выбору критерия эффективности функционирования системы обслуживания машин в различных отраслях показал, что одним из обобщающих показателей является надежность техники и, как следствие, минимум простоев из-за неисправностей. Поэтому оптимизация затрат и структуры работ по снижению потерь, связанных с простоями является основой современных методик определения потребностей в обслуживании машин.

На основании анализа состояния проблемы сформулирована цель диссертационной работы.

Для достижения поставленной цели в работе намечено решение следующих задач:

- выполнить анализ и систематизацию технологических процессов и систем лесосечных машин, составляющих парк лесосечных машин, как объектов исследования;

- разработать математическую модель процесса лесосечных работ с целью выбора оптимальных решений путем оценки вариантов по ряду показателей эффективности и с учетом экологических и других ограничений;

- провести типизацию природно-производственных условий применения лесосечной техники и разработать методику объединения лесосек в однородные группы с целью определения области эффективного применения парка лесосечных машин для группы предприятий или региона;

- дать оценку работы парка машин на базе наиболее распространенных и перспективных лесосечных машин для определения их эксплуатационных характеристик;

- разработать методику выбора парка лесосечных машин для предприятий и внедрить ее в практику лесозаготовительного производства;

- обосновать потребность парка лесосечных машин в услугах системы обслуживания, в том числе обеспечения запасными частями и обменными агрегатами;

- дать рекомендации по совершенствованию управления парком лесосечных машин и оценить их экономическую эффективность.

Во второй главе разработана модель формирования парка лесосечных машин. Для этого определены факторы, влияющие на формирование парка лесосечных машин. Установлено, что на выбор машин, составляющих парк, влияют природно-производственные условия, характерные для данного предприятия (таксационная характеристика, параметры среды, виды и способы рубок, объемы лесозаготовок по каждому из видов и способов рубок и т.д.). Анализ природных факторов, оказывающих основное влияние на эффективность работы парка лесосечных машин, позволил выделить среди них следующие (в порядке значимости): средний объем хлыста; ликвидный запас деревьев на 1 га; рельеф; почвенно-грунтовые условия; породный состав насаждений. Выделение этих факторов, как наиболее значимых, позволило составить структуру математических моделей для оптимизации области применения различных лесосечных машин. Для оценки эффективности применения лесосечных машин и формирования из них систем составлена классификация технологических процессов лесосечных работ и матрица условий применения машин с учетом видов рубок. Для выбора областей эффективного применения парка машин составлены конкретные системы по маркам машин и ручных инструментов с учетом типа технологического процесса, вида рубок, классификации систем машин по уровню механизации труда и возможного освоения ими древостоев. С учетом этого все системы лесосечных машин (СЛМ) разделены на три типа:

- I тип - СЛМ, имеющая в своем составе бензиномоторные пилы и тракторы с канатной оснасткой, то есть такие СЛМ, которые, с одной стороны, используют ручной труд, а с другой - не имеют ограничений по своим техническим возможностям;

- II тип - СЛМ, составленная машинами, исключающими ручной труд на лесосечных работах, однако имеющая ограничения по своим техническим возможностям;

- III тип - комбинированный вариант СЛМ, составленный из машин, исключающих ручной труд, а также бензиномоторные пилы и тракторы с канатной оснасткой для дозаготовки той древесины, которая не может быть заготовлена машинизированным комплексом в силу ограничений по его техническим возможностям.

Процесс решения задачи проектирования лесосечных работ представлен как последовательность взаимосвязанных этапов принятия решений. Выделены три основных типа моделей принятия проектных решений: модель согласования заданий, модель согласования ресурсов и модель согласования критериев.

Структура указанных моделей применительно к исходной постановке задачи проектирования парка лесосечных машин выглядит следующим образом.

Модель согласования заданий:

В пределах ограничений и при ресурсах требуется определить вектор решения , который обеспечивает максимальную степень выполнения заданий . Если , то указанные задания выполнимы при решении . Рассматриваемая модель принятия решений соответствует оптимизации решения х по критерию максимума объема заготовки леса с максимальной загрузкой систем лесосечных машин.

Модель согласования ресурсов:

Требуется определить такое решение , которое удовлетворяет ограничениям , обеспечивает выполнение заданий и отклоняется от заданных ресурсов в минимальной степени. Переменная z определяет степень потребления ресурсов . Если оптимальное значение , то решение обеспечивает выполнение заданий в пределах выделяемых ресурсов.

Модель согласования критериев:

Требуется определить решение такое, чтобы выполнялись задания при потреблении ресурсов в пределах , а значения частных критериев были приближены к значениям .

Переменная z является степенью отклонения значений критериев от значений . Если оптимальное значение , то все значения F являются достижимыми.

В моделях принятия решений частные показатели имеют следующий смысл:

- желаемые объемы заготовки древесины;

- желаемые объемы ресурсов;

- желаемые значения критериев.

Модели принятия решений обеспечивают формирование эффективного решения с достигнутыми значениями показателей, равномерно приближенными к их желаемым значениям.

Эффективное решение в общем случае не гарантируется в результате непосредственного решения задач математического программирования, соответствующих моделям принятия решений, а требует использования специальных вычислительных алгоритмов.

Лесозаготовительному предприятию (новому или действующему) известен планируемый объем заготовки древесины, в том числе по различным видам рубок и отдельным операциям. Для выполнения производственного задания необходимо спланировать лесозаготовительный процесс в определенной последовательности и взаимосвязи в заданный срок.

Исходными данными для решения задачи являются:

- планируемый объем заготовки древесины;

- группы и виды рубок;

- технологические процессы и системы машин, рекомендованные для использования в заданном лесоэксплуатационном районе;

- достигнутые и ожидаемые уровни механизации труда;

- достигнутая, планируемая и нормативная выработка машин;

- ожидаемые показатели выбытия машин по степени их износа;

- характеристика природно-производственных условий предприятия;

- режим работы лесосечных машин.

Задача состоит в определении способа и сроков выполнения различных видов рубок, а также марки, типы и количество машин, из которых можно составить парк машин, необходимый для выполнения операций по наиболее эффективным технологиям лесосечных работ. Необходимо также определить и состав средств, обеспечивающих работоспособность техники, так как выбор машин может зависеть не только от эксплуатационных затрат, производительности и стоимости техники, но и от того, какие ресурсы потребуются для обеспечения их работоспособности.

При комплектовании парка лесосечных машин необходимо обеспечить выполнение всех операций с наименьшей суммой затрат на весь комплекс лесосечных работ. При этом предполагается, что заданы объемы лесосечных работ по видам рубок, перечень и технико-экономические характеристики средств механизации.

Пусть на предприятии предстоит выполнить видов рубок леса за промежуток времени, состоящий из расчетных периодов, продолжительности которых . Для каждой рубки

заданы: ее объем , начальный и конечный периоды и и количество возможных операций их выполнения . На всех рубках рассматривается



операций и типов машин для их выполнения. Также известны работы по обслуживанию техники, объемы которых зависят от интенсивности использования лесосечных машин. Системы лесосечных машин, необходимые для выполнения операций, составлены из марок машин и обслуживаются рабочими специальностей.

Для -го способа выполнения операций принято:

- сменная производительность машины при выполнении рубки леса ;

-изменение сменной производительности машины, зависящее от организации использования и обслуживания техники;

- число типов машин -й марки при выполнении рубки леса ;

- число рабочих -й специальности, необходимых для обслуживания машины -й марки при выполнении рубки леса ;

- количество машин -й марки на предприятии, которые используют в период ;

- количество -х средств технического обслуживания в период ;

- производительность средств технического обслуживания вида в период ;

- коэффициент сменности при выполнении рубки леса в период ;

- коэффициент использования календарного времени, учитывающий влияние метеоусловий (или других случайных факторов) при выполнении в период рубки леса .

Задача состоит в том, чтобы определить следующие величины:

- количество машин -й марки -го типа, которые нужно использовать для выполнения -й рубки леса в -й период;

- количество машин -го вида, которые необходимо приобрести для предприятия;

- количество машин -й марки, которые нужно привлечь в период ;

- количество машин марки , которые целесообразно отдать в аренду в период ;

- количество машин марки , которые целесообразно снять с баланса предприятия;

- количество рабочих специальности , которых необходимо привлечь дополнительно в штат предприятия;

- количество рабочих специальности , которых следует привлечь на работу в период ;

- количество средств технического обслуживания вида , которые нужно приобрести для того, чтобы обеспечить работоспособность техники.

Планируемые рубки леса должны быть выполнены в установленные сроки по выбранным вариантам технологий:

,

где - суточная производительность машины,

.

Одновременно не может быть использовано машин больше, чем имеется на предприятии, вновь покупается и привлекается из других предприятий за вычетом тех, которые подлежат снятию с баланса и которые в период следует отдать в аренду.

; ; .

Количество рабочих специальности , занятых на выполнении операций лесосечных работ, не может превышать общего количества имеющихся на предприятии и вновь привлекаемых на постоянную и сезонную работу:

; ; .

Количество повреждений лесной среды не должно превышать допустимых значений, определяемых эколого-лесоводственными требованиями к технологическим процессам. Анализ повреждений лесной среды можно определить из сравнения параметров и , где - суммарные повреждения лесной среды; - допустимые минимальные повреждения лесной среды (согласно требованиям действующих нормативных документов).

Если

,

то отыскиваются такие параметры технологий и парка лесосечных машин, которые обеспечивают соблюдения условий по допустимым количественным характеристикам компонентов среды (подрост, повреждаемость древостоя, уплотнение почвы и др.).

Планируемые рубки леса в заданных объемах должны быть выполнены в установленное время:

,

где - количество систем лесосечных машин, отличающихся типом и марками машин, ;

- количество делянок, отведенных в рубку, ;

ДГ - годовой фонд рабочего времени, дней;

- объем заготовки древесины - й СЛМ на l - й делянке, м3;

- нормативные непроизводительные затраты времени на -ю систему машин при разработке одной лесосеки (время на перебазировку, врабатывание и т.д.), дней;

- суточная производительность -й СЛМ на l - й делянке, м3/сутки:

,

где - сменная техническая производительность i-й СЛМ на l-й делянке, м3/сутки;

- коэффициент сменности;

- коэффициент простоев по организационным причинам;

- коэффициент, учитывающий влияние метеоусловий (или других случайных факторов);

- изменение суточной производительности СЛМ, зависящее от организации использования или обслуживания техники, м3/сутки.

Расчетная потребность количества СЛМ , необходимых для проведения рубок леса, определяется объемом их выполнения

.

Принимаемое количество СЛМ определяется с учетом величины допустимого превышения норм выработки на лесозаготовках

,

где ? - допустимое превышение норм выработки на лесозаготовках, %.

При решении задачи формирования парка лесосечных машин искомые величины могут получить нецелочисленные значения. Хотя при этом главная ценность - выявление основных тенденций эффективного комплектования и использования парка машин не теряется, нецелочисленность затрудняет практическое использование результатов. Выбор наиболее рациональных способов округления значений зависит от конкретных ситуаций.

Искомые величины должны быть определены таким образом, чтобы удовлетворялся минимум функционала

,

где - удельные затраты при работе -й СЛМ на l-й делянке.

Модель формирования парка лесосечных машин может применяться при решении следующих частных задач:

- определение целесообразности ремонта или замены машины;

- оптимизация пополнения парка лесосечных машин;

- расчет оптимальной структуры парка лесосечных машин;

- оценка эффективности работы лесосечных машин;

- определение уровней концентрации лесосечных машин на предприятии;

- комплектование парка лесосечных машин;

- распределение лесосечных машин по операциям.

Функционирование современных лесозаготовительных предприятий невозможно без рационально организованной системы технического обслуживания. В работе получена математическая модель и теоретически обоснована потребность парка лесосечных машин в обслуживании.

Потребность в каждом виде средств технического обслуживания для каждого периода определяется тем объемом рубок леса, который выполняется обслуживаемыми машинами:

,

где: ;

 ? норматив выработки для машин марки до технического обслуживания вида ;

- номера (виды) технических обслуживаний в порядке возрастания трудоемкости;

- трудоемкость одного технического обслуживания вида машины марки .

Количество технических обслуживаний () вида для машины марки в период равно:

.

Трудоемкость всех видов обслуживания для всех машин в период будет равна:

; ,

где - трудоемкость одного технического обслуживания вида для машины марки .

Обоснован основной параметр системы обслуживания лесосечных машин - оперативность устранения неисправностей во время работы. Планируемые затраты на устранение неисправностей машин можно определить по формуле

,

где - транспортные расходы на выезды к месту устранения неисправностей машин, тыс. руб;

- стоимость трудозатрат на устранение неисправностей машин, тыс. руб;

-затраты на запасные части и материалы для устранения неисправностей во время проведения лесосечных работ, тыс. руб.

В третьей главе составлена программа и дана методика исследований. Разработан комплекс математических моделей формирования парка лесосечных машин, предполагающий несколько вариантов использования (рис.1).



8

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рис.1 Комплекс математических моделей формирования парка лесосечных машин

Для сравнения показателей эффективности работы парка лесосечных машин разработана оптимизационная детерминированная модель (3 уровень), где в основу положены аналитические выражения частных показателей эффективности для целей определения оптимальной численности машин в системе. Определение эксплуатационных показателей машин и систем машин (2 уровень) имеет принципиально важное значение, так как они входят составляющими в любой показатель эффективности. Точное значение производительностей машин и парка может быть определено только с учетом основных эксплуатационных параметров сырья и среды (1 уровень). Таковыми являются эксплуатационные показатели лесосек, отведенных в рубку (варианты решения задач 1 и 2) или показатели модельных лесосек, определяемых в процессе группировки отведенных в рубку лесосек нескольких предприятий (вариант решения задачи 3).

В данной главе обоснован выбор природно-производственных условий и приведена методика определения показателей модельной лесосеки. Выборочным методом выполнен сбор и обработка фактических данных 16 лесхозов, расположенных в Московской, Владимирской, Ленинградской, Новгородской областях, Республиках Карелия и Мордовия. Анализ данных позволяет выделить следующее: во всех районах, кроме Московской области, преобладают хвойные насаждения (от 68 до 82%). Большая часть лесопокрытой площади всех районов приходится на вторую категорию почвенно-грунтовых условий (от 54 до 67%). Преобладающая крутизна склонов от 0 до 10°. При проведении прореживаний объемы стволов составляют 0,01…0,1 м3, при проходных рубках 0,1…0,5 м3, а запасы на 1 га, соответственно, 30…80 и 100…200 м3. Средняя площадь делянок при прореживаниях составляет 7 га, при проходных и выборочных рубках, соответственно, 10 и 8 га, при сплошных рубках - 14 га. С 1 га эксплуатационной площади делянок в среднем назначается в рубку (м3): по прореживаниям - 28; проходным рубкам - 51; санитарным выборочным - 19. Основные параметры выбираемых деревьев: средний диаметр на высоте 1,3 м (см), средняя высота (м), средний объём стволовой древесины (м3): при прореживаниях - 12, 12 и 0,062; при проходных рубках - 16, 15 и 0,136 и при санитарных выборочных рубках - 18, 16 и 0,186.

В силу ограничений на геометрические и нагрузочные параметры лесосечные машины не могут обеспечить заготовку всей древесины в большинстве древостоев. С целью определения объемов древесины, остающихся за пределами технических возможностей машины (зона , рис.2) разработана методика для принятия решения о включение в основную систему лесосечных машин дополнительных машин по операциям.

Объем древесины , который машина не может заготовить по своим техническим возможностям, определяется из соотношения:

,

где - плотность вероятности распределения деревьев (хлыстов) по объему;

- максимальный объем дерева (хлыста), начиная с которого деревья (хлысты) не могут быть обработаны машиной.

Рис. 2 Определение объема древесины (заштрихованная область), который машина не может обработать по своим техническим возможностям

Задача состояла: в определении законов распределения выбираемых деревьев; предельных параметров деревьев, начиная с которых необходимо включение дополнительных машин; суммарных объемов дозаготовки древесины для отдельных машин и для СЛМ.

Особенностью методики является то, что при работе на лесосеке со средним объемом хлыста дополнительные машины в системе работают в условиях с «большим» средним объемом хлыста , в то время как у основных машин в системе происходит «снижение» среднего объема хлыста до . Таким образом, в системах машин III типа у дополнительных машин производительность значительно «увеличивается», а у основных машин «уменьшается».

При разработке математической модели производительности лесосечной машины использованы результаты хронометражных и фотохронометражных наблюдений за продолжительностью выполнения элементов операций; материалы режимов работы оборудования, его технические характеристики, а также учитывались организационно-технические условия и технология выполнения работ. Производительность лесосечных машин устанавливалась через продолжительность выполнения циклов с использованием зависимостей и результатов исследований. Для определения показателей эффективности работы парка машин использовались аналитические функционалы, в которые входят как эксплуатационные показатели, так и экономические, технические, технологические, организационные. В качестве основного метода поиска оптимальной по составу (типам) и численности СЛМ принят метод сплошного перебора.

Для реализации изложенного метода и принципов определения областей эффективного использования парка лесосечных машин построен алгоритм, блок-схема (рис. 3) и компьютерная программа. Разработанный пакет программ позволяет:

- рассчитывать показатели эффективности машин и их систем в конкретных условиях;

- определять оптимальный по численности набор машин в системе;

- выбирать эффективные системы машин для лесосечных работ;

- определять влияние изменения природных и производственных факторов на показатели эффективности выполнения лесосечных работ;

- определять оптимальное количество систем машин для лесосечных работ (парк машин) для выполнения годового задания предприятия.



Рис. 3. Блок-схема задачи формирования парка лесосечных машин

Информация собиралась, обрабатывалась и анализировалась по разработанной схеме (рис. 4.).

Рис.4 Схема формирования информационной базы для выбора парка лесосечных машин

Изложенные методологические подходы были использованы при исследованиях в 1988-1993 годах для системы лесосечных машин, сформированных из отечественной техники. Для формирования парка лесосечных машин с учетом современных условий в работе сформированы варианты систем машин, в том числе на основе зарубежных машин, которые могут использоваться лесозаготовительными предприятиями на различных видах рубок.

Сбор исходной информации для определения потребности в услугах технического сервиса лесосечных машин производился с целью получения следующих основных сведений: численность парка машин в регионе; техническая готовность парка лесосечных машин; нормативы расхода запасных деталей; расходы лесозаготовительных предприятий, направляемые на ремонт и обеспечение имеющегося парка машин запасными частями.

В качестве объектов исследования были выбраны лесозаготовительные предприятия, эксплуатирующие трелевочные тракторы ОАО «Алттрак». Исследования производились 2005-2008 гг. во Владимирской, Тверской областях, Республике Мордовия. Сбор информации производился с целью получения сведений как технического, так и экономического характера. Разработанная методика может быть использована для определения потребности в услугах технического сервиса лесосечных машин любых производителей, в том числе зарубежных. В работе использовали разработанную методику для определения потребности в услугах технического сервиса трелевочных тракторов ТТ-4М, так как эти тракторы занимают основную долю в структуре парка лесосечных машин указанных регионов, а также по ним имеется возможность сбора информации. Для установления влияния основных факторов на потребность в услугах технического сервиса были отобраны типичные предприятия. Такими предприятиями выбраны: Киржачский, Вышинский и другие лесозаготовительные предприятия. Анализу были подвергнуты 45 предприятий. В качестве исследуемых факторов были выбраны готовность парка машин и простои, связанные с их неисправностью. В качестве результативного признака выбрана величина затрат лесозаготовительных предприятий, направляемых на ремонтно-обслуживающие работы и запасные части в расчёте на одну машину. Предварительно была произведена группировка предприятий по готовности парка; по величине затрат, направляемых на ремонтно-обслуживающие работы, в том числе на запасные части к машинам; по простоям из-за неисправностей, в расчёте на одну машину.

В четвертой главе даны результаты исследований и их анализ. Определено количество градаций и диапазон изменения природно-производственных факторов и их влияние на эффективность применения парка лесосечных машин. Разработан кодификатор природно-производственных условий предприятий (табл. 1).

Кодификатор природно-производственных условий

Рис. 5

Представлены результаты влияния условий применения на производительность валочно-пакетирующих машин, трелевочных тракторов, сучкорезных, сучкорезно-раскряжевочных и других лесосечных машин. Модели сменных производительностей описывают реальные процессы работ, выполняемых лесосечными машинами.

На рис. 5 показаны зависимости сменной производительности некоторых лесосечных машин от условий их применения.



Рис. 6 Поле значений сменной производительности лесосечных машин: а - валочно-пакетирующая машина; б ? сучкорезная машина;1 - нормативное значение; 2,3 - теоретические значения, соответственно, для благоприятных и неблагоприятных условий работы

Установлено, что производительность парка машин в смену при несплошных рубках (кроме выборочных) существенно снижается (в 1,7…3,0 раза) так как при этом осваиваемая часть насаждений имеет более низкие лесотаксационные показатели, а также большие расстояние трелевки.

Влияние соотношения видов рубок на производительность парка машин показано на рис.

Рассмотрено влияние технологий рубок на эффективность лесосечных машин. С увеличением среднего объема хлыста эффективность работы парка машин как при работе по технологии с сохранением подроста, так и без сохранения растет, а величина удельных приведенных затрат (УПЗ) уменьшается. Особенно заметно снижение затрат на участке 0<q<0,3 м3. Далее - либо плавное незначительное снижение затрат, либо некоторый рост их (при q>0,9 м3) для СЛМ II-го типа из-за необходимости включения в систему дополнительных машин, не имеющих ограничений по своим техническим возможностям (рис.7).



Рис. 7 Влияние соотношения видов рубок на производительность парка лесосечных машин

Рис. 8 Зависимость удельных приведенных затрат от среднего объема хлыста для парка машин: сплошная рубка без сохранения подроста; сплошная рубка с сохранением подроста

Затраты на парк машин по технологии с сохранением подроста, естественно, больше, чем при работе без сохранения подроста. Максимальную проектную производительность имеют СЛМ III-го типа. При работе по технологии без сохранения подроста производительность СЛМ несколько выше (на 2...15%) и растет при увеличении объема хлыста с 0,1 м3 до 0,9 м3 приблизительно в три раза. Наибольшую проектную выработку на одного основного рабочего обеспечивают СЛМ II типа, имеющие в своем составе трелевочные тракторы-пачкоподборщики, особенно на колесном ходу. В зависимости от среднего объема хлыста выработка на одного рабочего в таких СЛМ составляет 12...35 м3/чел при работе по технологии с сохранением подроста и 16...55 м3/чел при работе по технологии без сохранения подроста. Анализируя численный состав парка машин при работе с сохранением и без сохранения подроста, можно сделать вывод, что наименьшее влияние технологий на численный состав испытывают СЛМ II-го типа. Существенное влияние эти технологии оказывают на СЛМ I и II типов. Анализ результатов исследований позволяет сделать также вывод о том, что работать по технологии с сохранением подроста экономически выгодно, начиная с объема хлыста 0,45...0,5 м3.

Дана оценка результатов эффективности работы лесосечных машин в крупномерном древостое. Приведены рекомендации по среднему объему хлыста , начиная с которого необходимо включение дополнительной машины. Для определения целесообразности использования дополнительной машины на лесосеке определен объем древесины , который может остаться на лесосеке. Если этот объем превышает допустимый по региональным лесохозяйственным условиям, то использование дополнительной машины необходимо. Зависимость дополнительных затрат от среднего объема хлыста на дозаготовку крупномерных деревьев показана на рис. 8.



Рис. 9 Зависимость дополнительных денежных затрат на дозаготовку крупномерных деревьев при работе лесосечных машин в древостоях с различным средним объемом хлыста: ВТМ - валочно-трелевочная машина; ВПМ-валочно-пакетирующая машина; СРМ - сучкорезно-раскряжевочная машина; ТММ - трелевочная машина манипуляторного типа; СМ-сучкорезная машина

Исследовано влияние объема заготовки древесины на разные варианты СЛМ при различных технологических процессах и технологиях рубок. Графическая иллюстрация исследования показана на рис. 9.



Рис. 10 Поле значений зависимости удельных приведенных затрат от годового объема заготовки древесины для разных вариантов СЛМ

По мере увеличения загрузки машин в системе затраты снижаются, а при введении в работу новой СЛМ затраты резко, скачкообразно возрастают ввиду неполной годовой загрузки машин в пределах фонда рабочего времени. Для СЛМ I-го типа полная загрузка машин наступает при годовом объеме заготовки древесины 12...14 тыс.м3; для СЛМ II-го типа - при 16...20 тыс.м3; для СЛМ III-го типа - при 40...52 тыс.м3. СЛМ I-го типа эффективнее СЛМ II-го и III-го типов практически при любых объемах заготовки леса и особенно до 14 тыс.м3. СЛМ II-го типа эффективнее СЛМ III-го типа при объемах заготовки от 14 тыс. м3 до 26 тыс. м3, и менее эффективны при объемах 26...52 тыс.м3.

Результаты исследований парка современных лесосечных машин, в том числе зарубежных, выявили общую тенденцию увеличения коэффициента загрузки при увеличении объема заготовки (рис.10). Полученные значения удельных приведённых затрат при разных объёмах заготовки на сплошных рубках приведены на рис. 11.



Рис.11 Зависимость коэффициента загрузки парка лесосечных машин от годового объема заготовки леса при сплошных рубках

Рис. 12 Зависимость удельных приведенных затрат от годового объема заготовки древесины при проведении сплошных рубок

Как показывают исследования, удельные приведенные затраты на проходных, выборочных и постепенных рубках выше по сравнению со сплошными в 1,3…3,2 раза. Результаты произведённых расчётов удельной прибыли при различных объёмах заготовки древесины на сплошных рубках, приведены на рис. 12. Общий характер кривых удельной прибыли в расчете на 1 м3 древесины отражает характер кривых удельных приведённых затрат.

Рис. 13 Зависимость удельной прибыли от годового объема заготовки древесины при проведении сплошных рубок

Эффективность функционирования парка лесосечных машин во многом зависит от системы их обслуживания. Анализ структуры себестоимости ремонтных работ показал, что большой удельный вес в общих затратах составляют именно затраты на запасные части от 61 до 86,6 %. Это связано с тем, что владельцы машин сами выполняют ремонтно-обслуживающие работы, в основном, путем замены деталей и агрегатов. Обеспеченность запасными частям значительно влияет на готовность и простои лесосечных машин. Одной из важнейших причин низкой готовности и высокого показателя простоев парка машин является отсутствие на предприятиях запасных частей и финансовых средств на их приобретение.

Проанализированы причины простоев лесосечных машин в некоторых лесных регионах. Свыше 60 % техники простаивает из-за отсутствия у лесозаготовителей запасных частей. В группе тракторов с наибольшей готовностью, затраты направляемые на технический сервис, в том числе на закупку запасных частей самые высокие. В группе тракторов с простоями свыше 300 часов затраты, направляемые на технический сервис, в том числе на закупку запасных частей самые низкие. На основании обработки и анализа информации получены зависимости влияния затрат владельцев лесосечных машин, направляемых на запасные части, в расчёте на одну машину, которые влияют на их простои. Обосновано создание резервного фонда запасных частей и агрегатов. В этом случае объём затрат на запасные части возрастёт, но за счёт оперативности устранения последствий отказов снизятся простои машин во время работ в лесу. В настоящее время такой подход используется при техническом сервисе машин зарубежными дилерами. В качестве эксперимента такой подход использовался для некоторых лесозаготовительных предприятий Вологодской, Владимирской областей и Республики Мордовия. Результаты эксперимента показали, наличие резервного фонда запасных частей снижает простои лесосечных машин по причине их неисправностей. В структуре затрат на техническое обслуживание тракторов 27,3 % составляет стоимость запасных частей; в структуре затрат на текущий ремонт тракторов их доля 33,1 %. В структуре затрат на капитальный ремонт тракторов 49,0 % составляет стоимость запасных частей. В структуре затрат на услуги по устранению неисправностей машин во время лесосечных работ около свыше 80 % составляют затраты на запасные части и материалы. Установлена связь между готовностью и простоями парка лесосечных машин и объемом используемых запасных частей. Так увеличение объемов закупок запчастей (создание резервного фонда) для тракторов ТТ-4М от 20,7 до 37,8 тыс. руб. приводит к сокращению простоев тракторов за счет повышения оперативности устранения последствий отказов в 1,8 раз. Для снижения простоев машин определен норматив резервного запаса деталей для устранения последствий отказов во время лесосечных работ. Для трактора ТТ-4М стоимость запаса деталей должна составлять 0,2% цены трактора.

В пятой главе даны рекомендации по формированию и функционированию парка лесосечных машин. Выбор парка машин для лесосечных работ заключается в определении его структуры и состава для природно-производственных условий лесозаготовительного предприятия. Процесс решения задачи разделен на три этапа (рис. 13).

Рис.14 Организация задачи выбора парка лесосечных машин

Предложенная методика используется государственным научным центром лесопромышленного комплекса ФГНУ «ГНЦ ЛПК» для прогнозирования тенденций развития лесосечных машин в отрасли, а также при формировании парка лесосечных машин в практике Управления лесами Владимирской области, Талдомским, Рузским ЛПХ и Волоколамским лесокомбинатом Московской области, Зейским ЛПХ Амурской области, Кольчугинским ЛПХ, ОАО «Гусевский леспромхоз», ООО «ПКП-лидер», ГУ «Гусевский лесхоз», Гусь-Хрустальным филиалом ГУП «Владжилкомхоз». Экономический эффект от использования методики выбора парка лесосечных машин только по четырем лесозаготовительных предприятиям Владимирской области составил 2,7 млн. рублей, а удельная экономическая эффективность составила 27 руб. на куб. м.

Отличительной особенностью предложенных рекомендаций по обслуживанию парка машин является то, что они с учетом минимума ущерба от простоев позволяют определить потребность лесосечных машин в обслуживании.

Использование рекомендаций по определению потребности лесосечных машин в обслуживании позволит только от снижения простоев одного трактора ТТ-4М во время лесосечных работ получить годовой эффект 18500 рублей. Рекомендации использованы в Вышинском ЛПХ Республики Мордовия.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ методик выбора парка лесосечных машин показал, что они требуют совершенствования. Так нормативный и графический методы определения потребности в лесосечных машинах не приводят к поиску оптимального решения, а расчетный метод требует дальнейшего развития. Нет единых подходов и в методиках определения потребности парка лесосечных машин в обслуживании, в том числе запасными частями, с целью минимизации их простоев.

2. Выделены три типа систем лесосечных машин и составлена их классификация. Определены наиболее значимые факторы, влияющие на формирование парка лесосечных машин. Получена модель и разработана блок- схема принятия решения выбора парка лесосечных машин для предприятия с различными природно-производственными условиями.

...