Лесотранспортные работы являются связующим звеном между лесосечными и нижнескладскими работами. Работы, выполняемые на нижних складах, относятся к третьей фазе ТП ЛП.

Наряду с общими закономерностями осуществления, ЛП отличают особенности, проявляющиеся в предельных условиях.

1. Выполнено исследование влияния запасов хлыстов на верхних лесоскладах на уровень вывозки, представленное на рис. 1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Зависимость уровня суточной вывозки У в% к плану от запаса хлыстов на верхних лесоскладах Х, суток

2. Выполнено исследование влияния переполнения склада сортиментов на производительность основных технологических линий для типовых нижних лесоскладов на базе консольно-козловых кранов ККС-10 и башенных кранов КБ-572А. Линия тренда такой зависимости для нижнего лесосклада на базе консольно-козловых кранов ККС-10 представлена на рис. 2. Аналогичная зависимость получена для нижнего лесосклада на базе башенных кранов КБ-572А.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Зависимость уровня производительности основных технологических линий У, % от уровня заполнения проектной вместимости склада сортиментов (круглых лесоматериалов) Х, %

3. Выполнена статистическая обработка результатов снижения качества древесины при хранении хлыстов в весенне-летний период в условиях Вологодской области за два календарных года при объеме древесины 300 тыс. кбм. Изменение выхода сортиментов из хлыстов весенне-летнего хранения представлено на рисунке 3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Зависимость выхода сортиментов У, % из хлыстов весенне-летнего хранения, получаемых при раскряжевке, от количества месяцев хранения хлыстов Х (для мая Х = 1, для июня Х = 2 и т.д.)

4. Выполнена количественная оценка возможной погрешности в определении норм выработки и расходов при дискретном представлении, которая может достигать 10%. Показана целесообразность перехода к непрерывному представлению норм разных видов в целях повышения точности и обеспечения возможности применения компьютерных технологий.

Третий раздел посвящен запасам лесоматериалов в ЛП. В силу неравномерности осуществления технологических процессов ЛП на стыках операций формируются запасы лесоматериалов. В современных условиях организации ЛП о взаимном соответствии режимов смежных операций говорить не приходится, поэтому уровень запасов «пульсирует» во времени. Рациональное управление технологическими процессами предполагает согласование интенсивностей и режимов осуществления операций с созданием и потреблением запасов лесоматериалов.

Запасы лесоматериалов в ЛП играют важную роль своеобразного буфера, сглаживающего неравномерность выполнения смежных технологических операций. Динамика изменения этих операций порой значительно отличается друг от друга как по интенсивности, так и по характеру: одна из них может увеличиваться при снижении другой. Это особенно характерно для стыков фаз: лесосечные работы - вывозка, вывозка - нижнескладские работы. Различная динамика технологических процессов на смежных фазах и операциях ЛП определяет необходимость ее учета при решении задач управления запасами лесоматериалов.

В большинстве научных работ при рассмотрении вопросов управления запасами лесоматериалов само понятие запаса предполагается вполне очевидным и не требующим особого определения. Такой подход к понятию запаса вуалирует особенности запасов лесоматериалов в технологических процессах. При этом не определяются обязательные требования к лесоматериалам, составляющим запасы.

Под запасами лесоматериалов будем понимать едино управляемый в рамках производственного процесса объем древесины с определенными размерно-качественными характеристиками, готовый к использованию по определенному назначению. Указанные свойства запасов: соответствие предъявляемым требованиям и возможность их оперативного использования по назначению (ликвидность) являются обязательными для того, чтобы объем древесины стал полноценным запасом.

ЛП требует создания запасов лесоматериалов разной степени готовности. Запасы лесоматериалов отличаются тем, что имеют внутрипроизводственный характер, определяемый организацией технологических процессов и операций. Процессы создания и потребления запасов лесоматериалов в значительной степени или полностью управляемы.

В лесной промышленности принято классифицировать запасы по назначению. Различают сезонные, резервные, межоперационные, технологические, буферные, гарантийные, неснижаемые запасы. Применяемые определения различных видов запасов зачастую перекрывают друг друга. «Резервные», «гарантийные», «буферные» запасы являются в известном смысле синонимами, характеризуя то, что они являются страховыми на случай несоответствия спроса и предложения при пиковых проявлениях спроса или остановках на отдельных технологических операциях по погодно-климатическим, организационно-технологическим или иным причинам. «Межоперационные» запасы создаются на стыках между смежными технологическими операциями. Для запасов этого вида также применяется понятие «буферные» запасы. Наличие неоправданно большого числа разноименных запасов ведет к дроблению аддитивных по сути запасов лесоматериалов одинакового назначения, и удлинению сроков пролеживания заготовленных лесоматериалов. А это в свою очередь ведет к замораживанию оборотных средств, снижению качества лесоматериалов, производительности рабочих и выработки механизмов.

С другой стороны, именно запасы лесоматериалов являются связующим фактором ЛП. Запасы сглаживают неравномерность выполнения отдельных технологических операций, недостаточную надежность техники и переменную производительность труда работников, изменяющиеся в широком диапазоне таксационные показатели древостоев и грунтово-почвенные условия, территориальную отдаленность мест производства работ единого технологического цикла и невысокую надежность транспортной сети для доставки заготовленной древесины. Запасы лесоматериалов могут классифицироваться по следующим основным признакам, представленным в таблице 2.

Таблица 2. Классификация запасов лесоматериалов

Технологические запасы лесоматериалов отличаются тем, что имеют внутрипроизводственный характер. т.е. интенсивности их создания и потребления могут постоянно изменяться. При этом очень важно наличие или отсутствие взаимодействия этих процессов, одновременность или разновременность их протекания. Поэтому для учета данного фактора предлагается подразделение запасов лесоматериалов на активные (межоперационные) и пассивные (резервные).

Для запасов лесоматериалов целесообразно говорить о жизненном цикле. Жизненный цикл запасов лесоматериалов включает три фазы:

- создание запасов лесоматериалов;

- хранение запасов лесоматериалов;

- потребление запасов лесоматериалов.

Характерной особенностью активных запасов является наличие постоянного взаимодействия процессов создания и потребления запасов, одновременность их протекания. Активный запас призван сглаживать текущую неравномерность смежных технологических операций.

В случае пассивных запасов процессы создания и потребления запасов разнесены во времени: запас сначала создается, затем расходуется, а интенсивность процесса создания запаса не зависит от интенсивности процесса потребления; она определяется конечным размером создаваемого запаса и временем на его создание.

Тип запаса (активный или пассивный) определяет выбор применяемых моделей и методов расчета оптимальных размеров запасов лесоматериалов. Так межоперационный запас хлыстов (деревьев) на нижних лесоскладах является активным: его необходимая величина определяется взаимной неравномерностью операций нижнескладского производства и транспорта леса. Межсезонный же запас хлыстов на нижних лесоскладах является пассивным. Его потребная величина определяется ожидаемой продолжительностью распутицы и планируемым объемом раскряжевки на этот же период. Таким образом, уровень межоперационных (активных) запасов хлыстов определяется текущим спросом со стороны одновременно выполняемых последующих операций, а межсезонных (пассивных) - отложенным спросом, проявляющимся с некоторым временным лагом в последующие периоды.

С учетом вышеизложенного, запасы лесоматериалов по видам и характеру взаимодействия можно классифицировать следующим образом:

1. Пассивные запасы лесоматериалов:

- сезонные запасы деревьев (хлыстов) на промежуточных и нижних лесоскладах;

- резервные запасы хлыстов (деревьев, сортиментов) на верхних лесоскладах и лесопогрузочных пунктах;

- резервные запасы полуфабрикатов перед цехами переработки;

- резервные запасы готовой продукции (лесоматериалов круглых, пиломатериалов и др.) на нижних лесоскладах.

2. Активные запасы лесоматериалов:

- межоперационные запасы деревьев (хлыстов, сортиментов) между технологическими и транспортными машинами на смежных операциях лесосечных работ;

- межоперационные запасы деревьев (хлыстов, сортиментов) на лесопогрузочных пунктах;

- межоперационные запасы деревьев (хлыстов) на нижних лесоскладах перед основными технологическими линиями;

- межоперационные запасы сортиментов перед цехами деревообработки или отдельными деревообрабатывающими станками и технологическими линиями;

- межоперационные запасы пиломатериалов, шпал, сортиментов, технологической щепы у фронтов погрузки.

В свою очередь по характеру спроса запасы лесоматериалов можно подразделить на две группы:

1) Технологические запасы лесоматериалов разной степени товарной готовности, размер которых определяется из условия обеспечения непрерывности технологических процессов или минимизации экономических затрат.

2) Страховые запасы товарных лесоматериалов, размер которых определяется параметрами и характером внешнего спроса.

При решении задач управления запасами лесоматериалов необходимо учитывать большое количество существенных факторов. В основе решения задач управления внутренними (технологическими) запасами лесоматериалов лежит стремление к оптимизации взаимодействия машин и механизмов на смежных технологических операциях и / или обеспечение непрерывности производственного процесса, а в решении задач управления 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 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 общем случае задачи управления запасами лесоматериалов можно представить следующим набором информации:

<P, А, К, I, T, E, R >,

где P - постановка задачи (например, выбрать наилучшую альтернативу или выбрать адекватную модель для данных условий);

А - множество допустимых альтернативных вариантов;

К - множество критериев выбора;

I - множество методов измерения предпочтений (например, использование различных шкал);

T - отображение множества допустимых альтернатив в множество критериальных оценок (исходы);

E - система предпочтений эксперта;

R - решающее правило, отражающее систему предпочтений.

Любой из элементов этого набора может служить классификационным признаком.

Целевая функция критериев решения задач управления запасами лесоматериалов имеет следующий вид:

1. по критерию минимума удельных приведенных затрат:

F(Z) = + min (1)

где - сумма издержек от дефицита запасов лесоматериалов на i-х операциях по j-м механизмам или рабочим; - сумма издержек на создание и хранение запасов лесоматериалов на i-х операциях по j-м механизмам или рабочим.

2. по критерию непрерывности ТП:

G(t) = min (2)

где - сумма произведений простоев при дефиците запасов лесоматериалов на i-х операциях по j-м механизмам или рабочим () на удельные издержки от простоев () на i-х операциях по j-м механизмам или рабочим.

3. по критерию максимума прибыли от реализации продукции:

П_р = РП - Н_d - A - C_p, > max, (3)

где РП - объем реализованной продукции в действующих ценах предприятия, выполненных работ или оказанных услуг, руб.;

Н_d - налог на добавленную стоимость, руб.;

А - величина акцизов по подакцизным товарам, руб.;

C_p - полная себестоимость реализованной продукции, выполненных работ или оказанных услуг, руб.

Для организации полноценного производственного процесса лесозаготовок чрезвычайно важна проблема управления запасами лесоматериалов всех видов, распределенных по производственной цепи и проходящих определенную перманентную трансформацию в конечный продукт в ходе производственного процесса. Устойчивый английский термин для этого вида запасов - Work - in - process (кратко - WIP). Определение оптимального уровня WIP - это одна из центральных задач современного производственного менеджмента.

В случае WIP различают прямую и обратную задачи. Прямая задача может быть сформулирована следующим образом: исходя из рассчитанных, фактических или заданных уровней запасов на начальных и промежуточных операциях или фазах производственного процесса рассчитать запасы на последующих операциях и / или конечный уровень (готовую продукцию).

Обратная задача формулируется следующим образом: исходя из сложившегося, существующего, рассчитанного или нормативно заданного уровня запасов лесоматериалов на конечной операции (готовой продукции для данного производственного процесса) рассчитать оптимальные уровни запасов на всех предшествующих операциях.

В четвертом разделе выполнено исследование неравномерности ЛП и предложена ее классификация. ЛП отличает высокая неравномерность его осуществления. Большинство технологических процессов ЛП осуществляется вне помещений в условиях непосредственного воздействия на людей и технику большого комплекса природно-климатических факторов. Помимо воздействия природных факторов неравномерность ЛП усиливается в связи с рассредоточенностью технологических операций на большой территории и разнородностью применяемых систем машин и технологических процессов на разных фазах производственного процесса. Неравномерность ЛП обусловлена причинами природно-климатического, организационного и технико-технологического характера. Причины неравномерности носят как случайный, так и систематический характер.

Основные проявления неравномерности ЛП можно объединить в три основные группы. Предлагаемая классификация неравномерности ЛП по основным видам представлена в таблице 3.

Таблица 3. Классификация неравномерности ЛП

Операционная неравномерность характеризует единичные проявления случайной неравномерности отдельных технологических операций. Результаты аппроксимации фактических рядов распределений, характеризующих операционную неравномерность ЛП, представлены в таблице 4 и на рисунке 4.

Таблица 4. Результаты аппроксимации фактических рядов распределений, характеризующих операционную неравномерность ЛП

Результаты исследований операционной неравномерности потоков транспортных средств не противоречат, как правило, распределению Пуассона или Эрланга. Результаты исследований неравномерности продолжительности выполнения технологических операций, не противоречат, как правило, нормальному и логнормальному распределениям и могут, при соблюдении определенных математических условий, аппроксимироваться. распределением Эрланга.

Организационно-технологическая неравномерность является обобщающей характеристикой некоторой связанной совокупности многократно повторяющихся технологических операций, составляющих технологические процессы. Результаты аппроксимации фактических рядов распределений, характеризующих организационно-технологическую неравномерность ЛП, представлены в таблице 5 и на рисунках 5, 6 и 7.

Таблица 5. Результаты аппроксимации фактических рядов распределений, характеризующих организационно-технологическую неравномерность

Сезонная неравномерность ЛП имеет периодический характер и ее принято выражать коэффициентом неравномерности, показывающим уровень месяца к среднемесячному годовому объему работ. Уровни сезонной неравномерности ЛП ряда предприятий по кварталам за 1998-2000 гг.

Таблица 6. Уровни сезонной неравномерности лесозаготовительного производства по кварталам за 1998-2005 гг.

Пятый раздел посвящен прогнозированию спроса на лесоматериалы. Рассмотрены существующие и применяемые в отрасли методы прогнозирования спроса на лесоматериалы. Предложены новые для отрасли методы прогнозирования спроса на лесоматериалы в искусственных нейронных сетях и экспертные методы.

Прогнозирование спроса очень важно для повышения эффективности ЛП, особенно в весенне - летний период. От того, насколько обоснованно и правильно составлен прогноз, зависит планирование интенсивностей работ и уровней запасов лесоматериалов разных видов, а в конечном итоге - эффективность производственного процесса в целом.

Прогнозирование производственного процесса лесозаготовок на основе временных рядов реальных производств широко используется при решении задач оптимизации и управления запасами лесоматериалов. Запас товарных лесоматериалов в некоторый период времени можно представить в виде рекуррентного соотношения:

= + - , (4)

где - запас на начало периода

- интенсивность производства товарных лесоматериалов

- продолжительность i-го периода

- спрос на лесоматериалы в i-е периоды времени.

Из выражения (4) можно вывести стратегию управления ЛП через запасы и спрос на лесоматериалы:

= . - + (5)

В выражении (5) представляет обоснованную величину гарантийного (страхового) запаса, призванного обеспечить непрерывность производственного процесса и / или выполнение договорных обязательств.

Во всех задачах управления запасами, охватывающих более или менее длительный промежуток Т, приходится считаться с возможным изменением характеристик распределения спроса и периодически уточнять эти характеристики.

Простейшим способом прогноза среднего спроса является усреднение фактических данных за все предыдущие периоды. Однако при этом тенденция изменения среднего, наиболее четко прослеживаемая по самым свежим данным, будет нивелироваться данными устаревшими.

Метод экспоненциального сглаживания предусматривает расчет ожидаемого среднего согласно

a(t) = a (t-1) + t-1 - a (t-1), (6)

где (0 1) определяет степень учета рассогласования между прогнозом а (t-1) и фактическим значением спроса Х (t-1) в предыдущий период. Иначе говоря,

a(t) = (t-1) + (1-)a (t-1). (7)

С помощью последовательных подстановок получаем

a(t)=(t-1)+(1-)(t-2)+(1-)²(t-3)+ … +(1-)^k-1(t-k)+….

или a(t) = (1-)^k-1(t-k). (8)

Метод экспоненциального сглаживания обеспечивает устойчивую реакцию системы на изменение спроса, причем скорость реакции легко регулируется параметром . Если определить тренд b(t) как

b(t) = a(t) - a (t-1), (9)

то прогноз тренда

b(t) = b (t-1) + (1-)b (t-2), (10)

а уточненный прогноз среднего

а(t) = a(t) + b(t), (11)

где а(t) вычисляется по (7).

Эквивалентом такой системы является система 2-го порядка, работа которой описывается формулой

а(t) = *(t-1) + 2 (1-)a (t-2) + (1-)a (t-3). (12)

Недостатком регрессионных моделей являются их статичность и ограниченная идеализация. Альтернативой является нечеткое моделирование. Рассмотрим гибридную модель прогнозирования влияния запасов хлыстов на лесопогрузочных пунктах на вывозку, построенную на основе обучения на примере реального производственного процесса. Выполненный анализ влияния основных факторов лесозаготовительного процесса позволил установить достаточно высокую степень корреляции объемов вывозки от уровня запасов. Однако степень влияния остальных производственных факторов оказалась незначительной. Гибридная сеть класса ANFIS представлена на рисунке 9. Безусловным достоинством такой модели является высокий уровень адаптивности. Ошибка данной обученной модели, измеряемая по отношению к свежим данным, не превышает 1,5%.

Шестой раздел посвящен разработанным и применяемым в отрасли методам оптимизации управления запасами лесоматериалов.

Математические модели, применяемые в задачах исследования процессов ЛП, можно подразделить на аналитические, статистические (вероятностные, имитационные). Для первых характерно установление аналитических зависимостей между параметрами процесса, записанных в виде алгебраических формул, дифференциальных уравнений и т.п. При помощи аналитических моделей удается с удовлетворительной точностью описать сравнительно простые процессы.

Сложные процессы, в которых переплетается взаимодействие большого количества факторов, в том числе и случайных, целесообразно моделировать статистическими (вероятностными, стохастическими), имитационными и нейро-нечеткими методами, используя для расчетов специализированные компьютерные пакеты прикладных программ. Преимущество статистических методов перед аналитическими состоит в том, что они позволяют учесть большое количество факторов и не требуют грубых упрощений. Однако результаты статистического моделирования труднее поддаются анализу, чем аналитические зависимости. Наилучшие результаты дает совместное применение аналитических, статистических имитационных и нейро-нечетких моделей.

Общепринятый подход к оптимизации запасов лесоматериалов основывается на целевой функции вида:

УС_деф + УС_хр = min, (13)

где УС_хр - сумма издержек на создание и хранение запаса;

УС_деф - потери от дефицита запасов лесоматериалов.

Резервные (пассивные) запасы лесоматериалов, создаваемые для обеспечения последующих технологических операций при длительных перерывах на предшествующих операциях или меньшей интенсивности работ на предыдущих операциях обусловлены прежде всего организационно-технологической и сезонной неравномерностью ЛП и межсезонными перерывами в работе лесовозных дорог.

Основными расчетными факторами, требующими учета их случайного характера, являются наступление планируемого или ожидаемого дня Х, к которому следует создать запас лесоматериалов данного вида, длительность периода создания и продолжительность последующего периода потребления запасов, определяющие общий потребный объем запасов, интенсивности процессов роста и потребления запасов лесоматериалов.

Сезонные (межсезонные) запасы хлыстов (деревьев) создаются для обеспечения нормального хода производственного процесса на стадиях раскряжевки и последующей обработки круглых лесоматериалов в периоды межсезонной распутицы.

Для расчета сезонных запасов хлыстов (деревьев) в качестве общепринятой признана методика расчета на основе применения коэффициентов сезонной вывозки и сезонности.

Сезонный запас хлыстов (деревьев) определяют по формуле:

Q_з = Q_г * К_з, (14)

где Q_з - годовой объем запаса хлыстов (деревьев), тыс. м³,

Q_г - годовой объем вывозки, тыс. м³;

К_з - коэффициент запаса.

К_з = ( - )*(1 - ), (15)

где - коэффициент сезонной вывозки (отношение объемов зимней qз и общегодовой вывозки Qг);

= q_з / Q_г. (16)

 - коэффициент сезонности (отношение количества зимних календарных дней N_з к общему количеству календарных дней в году N_г = 365),

= N_з / 365. (17)

Таким образом, достаточно определить коэффициент сезонной вывозки и коэффициент сезонности , с тем чтобы по формуле (16) определить объем запасов хлыстов (деревьев) на складах сырья, необходимый для ритмичной работы в течение всего года, при любом типе лесовозных дорог и с учетом возможных перерывов по климатическим условиям.

Достоверность оценки необходимых сезонных запасов по вышеизложенной методике зависит от степени взаимного соответствия условий базового и планового периодов. Для смягчения такой зависимости производят усреднение используемых параметров базового периода за ряд лет.

Расчет резервных запасов лесоматериалов часто выполняется двухуровневым методом. В модели такого класса предполагаются заданными два уровня, определяемые заданием двух действительных чисел s и S, причем 0?s<S<?. Спрос на продукт всегда удовлетворяется полностью. Как только уровень запаса становится меньше s, производится заказ, доводящий уровень запаса до S. В противном случае заказ не делается. Таким образом, размер заказа на пополнение запаса лесоматериалов определяется по формуле:

0, если s ? Z_n ? S

S - Z_n, если Z_n < S (18)

где Z_n - размер запаса лесоматериалов в момент времени n.

Седьмой раздел посвящен 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 неравномерности ЛП.

Наибольшее применение для решения ряда задач оптимизации лесопромышленного производства получили методы теории массового обслуживания, линейного, нелинейного и динамического программирования и некоторые другие, составляющие аппарат исследования операций.