Управление запасами лесоматериалов в лесозаготовительном производстве

Неравномерность ЛП можно рассматривать как случайный процесс, разворачивающийся во времени. При этом операционную неравномерность можно рассматривать как случайный процесс с дискретными состояниями и непрерывным временем. Организационно-технологическую неравномерность ЛП можно рассматривать как случайный процесс с непрерывными состояниями и дискретным временем. Характер случайного процесса определяет выбор метода моделирования: операционная неравномерность может быть представлена марковской цепью и, следовательно, к ней применимы методы теории массового обслуживания, а организационно-технологическая неравномерность таким свойством не обладает. Соответственно, методы имитационного моделирования неравномерности ЛП также различаются. Операционную неравномерность уместно представить в виде имитационной модели со случайным шагом, а организационно-технологическую неравномерность - в виде имитационной модели с постоянным шагом. Рациональные методы имитационного моделирования неравномерности ЛП представлены в таблице 7.

Таблица 7. Методы имитационного моделирования неравномерности ЛП

Рассмотрим задачу определения оптимальных уровней запасов лесоматериалов на верхних и нижних лесоскладах на имитационной модели ЛП. В качестве критерия оптимальности принят минимум суммарных приведенных затрат по ЛП с учетом снижения качества лесоматериалов при хранении. Оптимизация загрузки ЛП предполагает решение двух взаимосвязанных задач:

1. Определение оптимальных интенсивностей работ на отдельных фазах ЛП при заданных начальных запасах лесоматериалов.

2. Определение оптимальных начальных запасов лесоматериалов при заданных интенсивностях работ на отдельных фазах лесозаготовок.

Решение сформулированных задач в силу существенной зависимости ЛП от влияния природных факторов целесообразно осуществлять по периодам: весенне-летнему и осенне-зимнему. Выполним решение поставленных задач для весенне-летнего периода лесозаготовок. На рис. 11 представлено изменение значений приведенных затрат З, руб./м³, от начального запаса хлыстов на верхних лесоскладах V, суток, при разных соотношениях интенсивности заготовки к вывозке К.

Полученные результаты показывают, что областью предпочтительных значений соотношения интенсивности заготовки к вывозке в весенне - летний период является диапазон К = 1,03 … 1,07.

Вариант равной интенсивности заготовки и вывозки в летний период не является самым эффективным из-за необходимости поддержания относительно большего запаса хлыстов на верхних складах.

При соотношении интенсивности заготовки к вывозке К более 1,07 начинают расти потери на раскряжевке вследствие недостаточных запасов хлыстов на нижнем складе при относительном уменьшении объемов вывозки.

На рис. 12 представлены зависимости показателя приведенных затрат З, руб./м³, от начального запаса хлыстов на верхних лесоскладах V, суток, при разных отношениях интенсивности заготовки к вывозке К.

Полученные результаты показывают, что при увеличении отношения интенсивности заготовки к вывозке К требуемое значение начального запаса хлыстов на верхних складах снижается. При изменении отношения интенсивности заготовки к вывозке в пределах К = 1,00 … 1,015 требуемый начальный запас хлыстов на верхних складах должен быть равен девятисуточному объему вывозки, при К = 1,015 … 1,06 требуемый запас - 7 суток, при К = 1,06 … 1,10 требуемый запас - 5 суток.

Общий анализ полученных результатов показывает, что зона оптимальных значений является достаточно широкой. Это позволяет выдвинуть предположение о сравнительно нерезкой чувствительности зоны оптимальности к изменениям параметров основных факторов ЛЗП и, следовательно, о достаточно широкой применимости полученных результатов моделирования. Аналогичный вывод о свойствах зоны оптимальности для производственных процессов лесозаготовок ранее был сформулирован в работах А.К. Редькина.

Широкое применение в ЛП качественных оценок создает предпосылки для применения нечеткой логики и нечетких множеств в задачах оптимизации с реализацией их в нейронных сетях.

Рассмотрим нечеткую модель управления запасами и вывозкой лесоматериалов одновременно из нескольких лесопогрузочных пунктов. Центральное место в нечетком моделировании занимает база правил нечетких продукций.

В качестве входных параметров системы нечеткого вывода будем рассматривать две нечеткие лингвистические переменные: «темпы заготовки лесоматериалов» и «наличие запасов лесоматериалов на погрузочном пункте», а в качестве выходного параметра - нечеткую лингвистическую переменную - «интенсивность вывозки».

В качестве терм-множества первой лингвистической переменной «темпы заготовки лесоматериалов» будем использовать множество Т₁ = {«низкие», «средние», «высокие»}, а в качестве терм-множества второй лингвистической переменной «наличие запасов лесоматериалов на погрузочном пункте» будем использовать множество Т₂ = {«недостаточные», «достаточные», «избыточные»}. В качестве терм-множества выходной лингвистической переменной «интенсивность вывозки» будем использовать множество Т₃ = {«малая», «средняя», «большая»},

При этом каждый из термов первой и второй входной переменной будем оценивать по 10-балльной порядковой шкале, при которой цифре 0 соответствует наименьшая оценка, а цифре 10 - наилучшая оценка. Интенсивность вывозки принята в% от имеющихся запасов лесоматериалов. Сформулируем правила нечетких продукций следующего вида (система нечеткого вывода типа Мамдани):

ПРАВИЛО 1: ЕСЛИ «темпы заготовки лесоматериалов низкие» И «запасы лесоматериалов на погрузочном пункте недостаточные» ТО «интенсивность вывозки малая».

ПРАВИЛО 2: ЕСЛИ «темпы заготовки лесоматериалов низкие» И «запасы лесоматериалов на погрузочном пункте достаточные» ТО «интенсивность вывозки средняя».

ПРАВИЛО 3: ЕСЛИ «темпы заготовки лесоматериалов низкие» И «запасы лесоматериалов на погрузочном пункте избыточные» ТО «интенсивность вывозки средняя».

ПРАВИЛО 4: ЕСЛИ «темпы заготовки лесоматериалов средние» И «запасы лесоматериалов на погрузочном пункте недостаточные» ТО «интенсивность вывозки малая».

ПРАВИЛО 5: ЕСЛИ «темпы заготовки лесоматериалов средние» И «запасы лесоматериалов на погрузочном пункте достаточные» ТО «интенсивность вывозки средняя».

ПРАВИЛО 6: ЕСЛИ «темпы заготовки лесоматериалов средние» И «запасы лесоматериалов на погрузочном пункте избыточные» ТО «интенсивность вывозки большая».

ПРАВИЛО 7: ЕСЛИ «темпы заготовки лесоматериалов высокие» И «запасы лесоматериалов на погрузочном пункте недостаточные» ТО «интенсивность вывозки средняя».

ПРАВИЛО 8: ЕСЛИ «темпы заготовки лесоматериалов высокие» И «запасы лесоматериалов на погрузочном пункте достаточные» ТО «интенсивность вывозки большая».

ПРАВИЛО 9: ЕСЛИ «темпы заготовки лесоматериалов высокие» И «запасы лесоматериалов на погрузочном пункте избыточные» ТО «интенсивность вывозки большая».

Заключение

В работе выполнен анализ структуры ЛП, составлены структурные схемы его осуществления. Установлено, что ЛП представляет собой сложную эргатическую (человеко-машинную) систему, отличающуюся высоким уровнем неравномерности, для сглаживания которой создаются запасы лесоматериалов разной степени технологической обработки и товарной готовности.

Выполнен анализ методов и моделей управления запасами лесоматериалов, разработанных учеными и исследователями отрасли. Уточнены роль и значение запасов лесоматериалов в организации ЛП, сформулированы требования к запасам лесоматериалов и предложено их определение. Предложено определение жизненного цикла запасов лесоматериалов. Дополнена классификация запасов лесоматериалов на основе признака наличия (отсутствия) взаимодействия процессов их создания и использования, сформулированы критерии решения задач управления запасами лесоматериалов в ЛП с учетом полноты охвата производственного процесса.

В процессе исследования ЛП установлены особенности его осуществления в предельных ситуациях:

- для поддержания бесперебойной вывозки необходим запас хлыстов, равный шестисуточному объему вывозки;

- при переполнении склада сортиментов происходит плавное уменьшение производительности основных технологических линий на нижних складах на базе кранов типа ККС-10 и КБ-572А.

Выполнен анализ погрешности при дискретном представлении норм выработки и расходов в ЛП. Установлено, что относительная погрешность может достигать 10%. Переход от дискретного представления норм выработки и расходов в ЛП к непрерывному повышает точность планирования и позволяет использовать компьютерные технологии.

Выполнено исследование структуры неравномерности ЛП и предложена ее классификация. Сложный характер неравномерности ЛП дает основания выделить и различать операционную, организационно-технологическую и сезонную неравномерность. Результаты исследований показывают возможность аппроксимации операционной неравномерности ЛП законами Пуассона и Эрланга. Организационно-технологическая неравномерность может характеризоваться, как правило, нормальным или логнормальным законами распределения. Сезонная неравномерность ЛП характеризуется существенными показателями вариации, выражаемыми, например, в форме коэффициента неравномерности. Отличительной особенностью результатов исследований является то, что они характеризуют также неравномерность ЛП в лесопромышленных предприятиях в составе холдингов. Получены параметры потоков древесины и транспортных средств, в целом совпадающие и подтверждающие результаты ранее проводившихся исследований (в условиях до рыночной экономики).

В результате статистического анализа изменения качества круглых лесоматериалов, получаемых из хлыстов весенне-летнего хранения, установлено, что выход лесоматериалов 1-го и 2-го сортов уменьшается, а 3-го и 4-го сортов увеличивается.

Установлено, что решение задач процессного управления запасами лесоматериалов целесообразно осуществлять на основе моделирования неравномерности ЛП. Определение локальных запасов требует моделирования операционной неравномерности, а решение задач управления WIP запасами требует моделирования организационно-технологической неравномерности ЛП. На основе представления ЛП как случайных процессов предложены рациональные методы имитационного моделирования различных видов ее неравномерности.

Разработана гибридная (нечеткая) модель прогнозирования спроса на лесоматериалы класса ANFIS, построенная в среде Matlab. Ошибка данной модели на свежих данных не превышает 1,5%.

Разработана нейро-нечеткая модель управления запасами лесоматериалов и вывозкой из нескольких лесопогрузочных пунктов, позволяющая использовать оперативные данные и производственный опыт экспертов (водителей лесовозов, мастеров леса и др.).

На основе результатов исследований ЛП разработана имитационная модель ЛП, позволяющая решать задачи процессного управления запасами лесоматериалов и интенсивностями работ с учетом снижения качества сортиментов, отличительной особенностью которой является возможность взаимоувязанной оптимизации интенсивностей работ и запасов лесоматериалов как по критерию минимума приведенных затрат, так и по критерию максимизации прибыли. В результате имитационного моделирования установлено, что:

вариант равной интенсивности заготовки и вывозки древесины не является наиболее эффективным из-за необходимости поддержания сравнительно большого запаса древесины на верхних складах;

при соотношении интенсивности заготовки к вывозке К более 1,07 начинают расти потери на раскряжевке вследствие недостаточных запасов хлыстов на нижнем складе при относительном уменьшении объемов вывозки;

необеспеченность вывозки оперативными запасами древесины на верхних складах в весенне-летний период ведет к снижению объемов вывозки;

областью предпочтительных значений отношения интенсивности заготовки к вывозке в весенне-летний период при наличии соответствующих запасов древесины на верхних лесоскладах и обеспеченности раскряжевки ресурсами является диапазон 1.03……1.07;

при увеличении отношения интенсивности заготовки к вывозке К требуемое значение начального запаса хлыстов на верхних складах снижается. При изменении отношения интенсивности заготовки к вывозке в пределах К = 1,00 … 1,015 требуемый начальный запас хлыстов на верхних складах должен быть равен девятисуточному объему вывозки, при К = 1,015 … 1,06 требуемый запас - 7 суток, при К = 1,06 … 1,10 требуемый запас - 5 суток;

полученные результаты показывают, что для соотношения интенсивности заготовки к вывозке К > 1,07 начальный запас хлыстов на верхних складах, равный 7 - суточному объему вывозки, позволяет полностью избежать потерь на вывозке из - за недостатка запасов. Для значения К = 1,03 …1,07 начальный запас хлыстов, позволяющий полностью избежать потерь на вывозке, равен 9 - суточному объему вывозки, для К = 1,00 … 1,03 соответствующее значение запаса хлыстов равно 12-суточному объему вывозки.

Разработанные в диссертационной работе методы и модели управления запасами лесоматериалов позволяют повысить эффективность ЛП, снизить затраты на создание и поддержание запасов. Экономический эффект от их реализации составляет 15… 25 руб./кбм. заготовленной древесины.

Основные результаты диссертационного исследования представлены в следующих публикациях

1. Климушев Н.К. Системный анализ производственного процесса объединения «Мезеньлес»/ Н.К. Климушев // Сб. науч. тр. МЛТИ. - Вып. 172. - М.: 1985. - С. 17 - 21.

2. Климушев Н.К. Оптимизация загрузки лесозаготовительного производства/ Н.К. Климушев // Сб. науч. тр. МЛТИ. - Вып. 189. - М.: 1987. - С. 32 - 39.

3. Климушев Н.К. К оценке влияния переполнения склада сортиментов на объем производства/ Н.К. Климушев // Сб. науч. тр. МЛТИ. - Вып. 189. - М.: 1987. - С. 27 - 31.

4. Климушев Н.К. Влияние маршрутной отгрузки на вместимость склада сортиментов/ Н.К. Климушев // Сб. науч. тр. МЛТИ. - Вып. 200. - М.: 1988. - С. 83 - 88.

5. Климушев Н.К. Имитационная модель лесозаготовительного производства / Н.К. Климушев, В.А. Самоделкин // Лесн. пром-сть. - 1988. - №2.-С. 21.

6. Климушев Н.К. Агрегат для изготовления замковых шпал [Текст] /Н.К. Климушев, В.В. Лагутин // Лесная промышленность. - 1988. - №4.-с. 33.

7. Климушев Н.К. Научно обоснованное управление запасами лесоматериалов в лесозаготовительном производстве как фактор экологического совершенствования/ Н.К. Климушев // Север и экология - 21 век: Сб. науч. тр. к межрегиональной конференции / УГТУ. - Ухта. - 1999.-С. 54-56.

8. Климушев Н.К. О характере запасов лесоматериалов/ Н.К. Климушев // Рациональное использование лесных ресурсов: Материалы междунар. НПК / МарГТУ. - Йошкар-Ола. - 1999.-С. 127-128.

9. Климушев Н.К. Сертификация лесных технологий для условий Республики Коми/ Н.К. Климушев // Север и экология - 21 век: Сб. науч. тр. к межрегиональной конференции / УГТУ. - Ухта. - 1999.-С. 53-54.

10. Климушев Н.К. О классификации запасов лесоматериалов/ Н.К. Климушев // Междунар. НПК «Научно - технический прогресс в лесном комплексе», Сыктывкар, 2000. - С. 42 - 43.

11. Климушев Н.К. К оценке сезонности в лесозаготовительном производстве/ Н.К. Климушев // Междунар. НПК «Научно - технический прогресс в лесном комплексе», Сыктывкар, 2000.-С. 58 - 60.

12. Климушев Н.К. О программе реструктуризации и развития Сосногорского лесопромышленного узла/ Н.К. Климушев, В.И. Солдатенков, А.М. Чупраков // Научно - технический прогресс в лесном комплексе: Материалы междунар. НПК/ СЛИ. - Сыктывкар. - 2000.-С. 39-40.

13. Климушев Н.К. Управление лесозаготовительным производством по спросу на лесоматериалы/Н.К. Климушев // Междунар. НПК «Научно-технический прогресс в лесном комплексе», Сыктывкар, 2000.-С. 51 - 52.

14. Климушев Н.К. Выбор систем машин для сортиментной заготовки древесины/ Н.К. Климушев, В.И. Солдатенков, В.Е. Оскерко // Лесн. пром-сть. - 2001. - №1.-С. 15.

15. Климушев Н.К. Методы и модели управления запасами лесоматериалов: монография / Н.К. Климушев. - Ухта.: изд-во УГТУ, 2001.-76 с.

16. Климушев Н.К. Введение в исследование операций: Учеб. пособие / Климушев Н.К. Введение в исследование операций: Учеб. пособие / Н.К. Климушев. - Ухта: УГТУ, 2001. - 74 с.

17. Климушев Н.К. Имитационное моделирование лесопромышленного производства/ Н.К. Климушев // Материалы междунар. НПК, посвященной 100-летию со дня рождения В.Е. Печенкина/ МарГТУ. - Йошкар - Ола. - 2001. - С. 53.

18. Климушев Н.К. Автоматизация выбора систем машин для сортиментной заготовки древесины/ Н.К. Климушев // Материалы междунар. НПК, посвященной 100-летию со дня рождения В.Е. Печенкина/ МарГТУ. - Йошкар - Ола. - 2001. - С. 54-55.

19. Климушев Н.К. Методы расчета запасов лесоматериалов/ Н.К. Климушев // Материалы междунар. НПК, посвященной 100-летию со дня рождения В.Е. Печенкина/ МарГТУ. - Йошкар - Ола. - 2001. - С. 190-192.

20. Климушев Н.К. Имитационное моделирование лесопромыш-ленных процессов/ Н.К. Климушев // Новые образовательные и информационные технологии в обучении: Материалы международного семинара / СЛИ. - Сыктывкар. - 2001.-С. 52-55.

21. Климушев Н.К. Информационные технологии в подготовке лесоинженеров/ Н.К. Климушев, В.И. Солдатенков // Новые образовательные и информационные технологии в обучении: Материалы международного семинара / СЛИ. - Сыктывкар. - 2001.-С. 59-61.

22. Климушев Н.К. Компьютерные технологии в нормировании лесопромышленного производства / Н.К. Климушев // Новые образовательные и информационные технологии в обучении: Материалы международного семинара / СЛИ. - Сыктывкар. - 2001.-С. 49-52.

23. Климушев Н.К. Математическое моделирование лесопромышленных процессов/ Н.К. Климушев, О.М. Прудникова // Новые образовательные и информационные технологии в обучении: Материалы международного семинара / СЛИ. - Сыктывкар. - 2001.-С. 55-58.

24. Климушев Н.К. Разработка рациональной структуры имитационной модели лесозаготовительного производства/ Н.К. Климушев; УГТУ. - 2001.-7 с.-Деп. в ВИНИТИ 19.01.2001, №687-В2001.

25. Климушев Н.К. Совершенствование нормирования лесозаготовительного производства/ Н.К. Климушев; УГТУ. - 2001.-7 с.-Деп. в ВИНИТИ 04.05.2001, №1157-В2001.

26. Климушев Н.К. Оценка сезонной неравномерности лесозаготовительного производства/ Н.К. Климушев // Вестн. Моск. гос. ун-та леса - Лесной вестник. - 2002. - №2 (22).-С. 156-159.

27. Климушев Н.К. Оценка снижения качества древесины при хранении / Н.К. Климушев, О.М. Прудникова // Вестн. Моск. гос. ун-та леса - Лесной вестник. - 2002. - №2.-С. 162-164.

28. Климушев Н.К. Матричное исчисление в задачах оптимизации лесопромышленного производства: Учеб. пособие/И.И. Волкова, Е.А. Канева, Н.К. Климушев, О.М. Прудникова.-Ухта: УГТУ, 2002. - 94 с.

29. Климушев Н.К.: Основы научных исследований: Учеб. пособие / Н.К. Климушев, О.М. Прудникова. - Ухта: УГТУ, 2002. - 76 с.

30. Климушев Н.К. Оптимизация систем машин для сортиментной заготовки в условиях Республики Коми / Н.К. Климушев. - сб. науч. тр. УГТУ. - Вып.5. - Ухта. - 2002. - С. 85-88.

31. Климушев Н.К. Динамическая оптимизация лесопромышленных процессов/Н.К. Климушев. - сб. науч. тр. УГТУ.-Вып.5.-Ухта. - 2002.-С. 88-93.

32. Климушев Н.К.: Моделирование технологических процессов лесопромышленного производства: Учеб. пособие / Н.К. Климушев, О.М. Прудникова. - Ухта: УГТУ, 2003. - 76 с.

33. Климушев Н.К. Управление запасами лесоматериалов/ Н.К. Климушев // Лесопромышленная логистика и информационные системы лесного комплекса: Материалы межд. НТК /СПбГЛТА. СПб., 2003. - С. 98-103.

34. Климушев Н.К. Автоматизация формирования бюджета лесозаготовительного предприятия /Н.К. Климушев, И.Н. Климушев. - сб. науч. тр.: материалы НТК УГТУ. - Ухта. - 2003. - С. 207-211.

35. Климушев Н.К. К оценке погрешности дискретного нормирования в лесозаготовительном производстве / Н.К. Климушев, И.Н. Климушев. - сб. науч. тр.: материалы НТК УГТУ. - Ухта. - 2003. - С. 211-215.

36. Климушев Н.К. Сезонная неравномерность лесозаготовительного производства/ Н.К. Климушев // ИВУЗ «Лесной журнал» №1-2, 2005 г., С. 52-54.

37. Климушев Н.К. Управление запасами лесоматериалов: монография / Н.К. Климушев. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005.-187 с.

38. Климушев Н.К. Нечеткая модель управления вывозкой/ Н.К. Климушев // Вестн. Моск. гос. ун-та леса - Лесной вестник. - №6/2005, с. 102-104.

39. Климушев Н.К. Моделирование запасов хлыстов на лесосеке / Н.К. Климушев // Вестн. Моск. гос. ун-та леса - Лесной вестник. - №6/2005, с. 99-102.

40. Климушев Н.К. Эффективное моделирование лесозаготовительного производства/ Н.К. Климушев, О.М. Прудникова. - сб. науч. тр.: материалы НТК УГТУ. - Ухта. - 2005. - С. 56-59.

41. Климушев Н.К. Прогнозирование спроса на лесоматериалы/ Н.К. Климушев, О.М. Прудникова; УГТУ. - 2005.-14 с.-Деп. в ВИНИТИ 06.04.2005, №464-В2005.

42. Климушев Н.К. Нечеткое моделирование лесозаготовительного производства/ Н.К. Климушев, О.М. Прудникова; УГТУ. - 2005.-13 с.-Деп. в ВИНИТИ 06.04.2005, №463-В2005.

43. Климушев Н.К. Методы прогнозирования спроса на лесоматериалы / Н.К. Климушев, О.М. Прудникова // Сб. материалов НТК УГТУ, Часть 1.-Ухта: УГТУ, 2005., С. 325-329.

44. Климушев Н.К. Неравномерность лесозаготовительного производства и ее моделирование // Вестн. Моск. гос. ун-та леса - Лесной вестник. - №1/2006, с. 75-77.

45. Климушев Н.К. Процессное управление запасами лесоматериалов/ Н.К. Климушев // Вестн. Моск. гос. ун-та леса - Лесной вестник. - №6/2006, с. 102-104.

46. Климушев Н.К. Имитационное моделирование неравномерности лесозаготовительного производства/ Н.К. Климушев // Вестн. Моск. гос. ун-та леса - Лесной вестник. - №4/2007, с. 114-116.

47. Климушев Н.К. Нечеткое моделирование неравномерности лесозаготовительного производства / Н.К. Климушев, О.М. Прудникова // Сб. материалов НТК УГТУ, Часть 2.-Ухта: УГТУ, 2008., С. 66-70.

48. Климушев Н.К. Математическое моделирование неравномерности лесозаготовительного производства Н.К. Климушев, О.М. Прудникова // Сб. материалов НТК УГТУ, Часть 2.-Ухта: УГТУ, 2008., С. 70-74.

Размещено на Allbest.ru