Исследование направлений повышения эффективности автомобильного транспорта леса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование направлений повышения эффективности автомобильного транспорта леса

А.М. Крупко

В условиях реформирования российской экономики эффективность использования лесных ресурсов оценивается исследователями как неудовлетворительная и существенно уступает зарубежной, а проводимые в лесном секторе преобразования далеки от прогрессивных и ориентированных на упрочение лесных богатств страны - они, зачастую, конъюнктурны, не системны и неудачно компилируют отдельные элементы зарубежной лесной политики [1], [2]. Для восстановления позиций российского лесопромышленного комплекса в мировой экономике и ухода от «сырьевой» ориентации экспорта требуются новые технологические и организационно-экономические исследования, важнейшую роль среди которых играют исследования в области автомобильного транспорта леса [3].

Вывозка леса лесовозными автопоездами - важнейшая часть производственного процесса лесозаготовок, во многом определяющая стоимость лесоматериалов и эффективность работы лесозаготовительных предприятии и варианты их связей с потребителями древесины. Затраты на транспорт составляют до 48 % от себестоимости ее заготовки. Доля автотранспорта в общем объеме вывозки древесины примерно 85 % и продолжает повышаться. Наряду с сохранением в нашей стране вывозки леса в хлыстах на нижние склады лесозаготовительных предприятии в настоящее время существенно возрастает объем транспортировки в сортиментах непосредственно с лесосек потребителям и на перерабатывающие предприятия [4], [5], [6].

Эффективность использования транспортных средств на вывозке леса может быть обеспечена только при рационально организованном процессе оперативного управления транспортом с использованием современных экономико-математических методов и информационных систем.

Математическое моделирование процессов управления в данный момент является одним из основных инструментов определения оптимальных параметров функционирования различных производственных систем. Модели, построенные на основании некоторых свойств исследуемого объекта, позволяют сделать вывод о дальнейшем развитии объекта и его составных подсистем, а также изменения его основных количественных характеристик. Методы и средства математического моделирования в сочетании с использованием современных компьютерных технологий позволяют весьма эффективно решать задачи эффективной организации материальных потоков и управления их деятельностью [7], [8].

Таким образом, применяя методы управления производством, учитывающие природно-климатические и почвенно-грунтовые условия, в которых работает предприятие, а также стратегию обновления, пополнения и ремонта парка машин, можно существенно повысить эффективность лесозаготовительного процесса, снизить затраты на выработку лесопродукции и увеличить рентабельность предприятия.

Целью диссертационной работы является снижение транспортных издержек на перевозку лесоматериалов между лесозаготовительными и лесоперерабатывающими предприятиями лесопромышленного региона на базе математического моделирования.

Разработана математическая модель управления производственными мощностями лесотранспортного предприятия, позволяющую предприятию получить максимальный доход от распределения инвестиций в заданный период времени.

Зависимость дохода предприятия в период от его мощности зададим уравнением вида:

(1)

где - прибыль предприятия за период ; - мощность парка машин в период времени ; - коэффициенты зависимости дохода предприятия от мощности парка, учитывающие сезонный характер работ.

Учитывая амортизацию и инвестиции в период времени , найдём выражение для мощности парка машин в период времени :

(2)

где - мощность парка машин в период времени ; - инвестиции в начале периода ; - коэффициент амортизации парка лесовозных автомобилей.

Сформулируем задачу оптимального распределения инвестиций в заданный период времени, позволяющую предприятию получить максимальный доход:

(3)

где - суммарные инвестиции за весь период .

Используя метод множителей Лагранжа, получаем оптимальное распределение инвестиций в различные периоды времени:

(4)

Данная математическая модель учитывает сезонный характер работ, амортизацию парка лесовозных автомобилей, коэффициент которой изменяется с течением времени, а также разбиение парка машин на разные классы по маркам и возрастам.

Предложена математическая модель оптимизации парка машин лесозаготовительного предприятия, интегрированного в лесоперерабатывающий холдинг, позволяющая оптимизировать транспортные затраты путём минимизации порожнего пробега, учитывающая затраты на заготовку древесины в точках рубки при заданной максимальной границе, штраф за недорубленную древесину, продажу другим потребителям, а также внешнюю закупку у других потребителей.

Таким образом, модель предполагает составление оптимального плана рубки для удовлетворения спроса потребителей с учётом транспортных затрат и ряда ограничений, сформулированных выше.

Для отражения экономических взаимоотношений между лесозаготовительными предприятиями и лесоперерабатывающими предприятиями строится матрица производственно-транспортных затрат, которая выглядит следующим образом:

(5)

где - матрица, показывающая затраты на заготовку единицы продукции, - матрица максимально допустимых объёмов продаж лесосырья, - матрица минимальных объёмов закупки лесосырья, - матрица транспортных затрат для пунктов производства.

Далее осуществляется переход от матрицы транспортно-производственных затрат к маршрутной матрице, столбцы которой являются множествами заранее сгенерированных ординарных, четных и нечетных маршрутов: транспорт инвестиция информационный сортимент

(6)

где - множество ординарных маршрутов (маршрутов, соединяющих один пункт производства и один пункт потребления); - множество нечётных маршрутов (маршрутов, соединяющих два пункта производства с двумя пунктами потребления, при этом осуществляя нечётное количество перевозок); - множество чётных маршрутов (маршрутов, соединяющих два пункта производства с двумя пунктами потребления, при этом осуществляя чётное количество перевозок).

Для каждого типа маршрута опишем правила построения столбца маршрутной матрицы . Ординарный маршрут характеризуется следующей спецификацией:

(7)

где -- количество повторений циклов типа:

Для чётного маршрута используем следующую спецификацию столбца маршрутной матрицы:

(8)

где -- количество повторений циклов типа

Для нечётного маршрута столбцы матрицы выглядят следующим образом:

(9)

где -- количество повторений циклов типа

.

Исходя из предложенной классификации маршрутов, вычисляем ряд их параметров, таких как длина, время передвижения лесовозного автомобиля и затраты на реализацию данного типа маршрута. Покажем параметры для нечетного маршрута (остальные параметры для других типов маршрутов вычисляются аналогичным образом)

Длина нечётного маршрута определяется следующим образом:

(10)

где -- длина дуги, соединяющей гараж с пунктом производства ; -- длина дуги, которая связывает пункт потребления и гараж;

-- длина дуги, по которой осуществляется перевозка продукции вида от производителя к потребителю; -- длина дуги, по которой осуществляется перевозка продукции вида от производителя к потребителю ; -- длины дуг, по которым осуществляется порожний пробег лесовозного автомобиля; -- количество перевозок.

Время передвижения лесовозного автомобиля по нечетному маршруту вычисляется по формуле:

(11)

где -- время передвижения по дуге, которая соединяет гараж с пунктом производства , -- время передвижения автомобиля из пункта потребления в гараж; -- время передвижения по дуге, связывающей производителя продукции вида с потребителем ; -- время передвижения лесовозного автомобиля из пункта производства продукции вида продукции вида с потребителем ; -- время, затраченное на порожний пробег лесовозного автомобиля; -- количество перевозок.

Затраты на реализацию нечётного маршрута представляются следующим образом:

(12)

где -- затраты на передвижение по дуге, соединяющей гараж с пунктом производства , -- затраты на передвижение автомобиля из пункта потребления в гараж; -- затраты на передвижение по дуге, связывающей производителя продукции вида с потребителем; -- затраты на передвижение лесовозного автомобиля из пункта производства продукции вида продукции вида в пункт потребления;

-- затраты на порожний пробег лесовозного автомобиля; -- количество перевозок.

Анализируя параметры маршрута можно сделать выводы о допустимости маршрута. Далее введём критерии допустимости маршрута, которые необходимы для определения оптимальности текущего решения. Зададим множество критериев допустимости маршрутов:

(13)

где -- критерий времени движения по маршруту ; -- критерий длины маршрута ; -- критерий затрат на реализацию маршрута .

Критерии допустимости маршрута соответствуют определённым ранее параметрам маршрута. Для каждого типа маршрутов определим множество допустимых маршрутов. Множество допустимых ординарных маршрутов задаётся следующим образом:

(14)

где -- ограничение на реализацию ординарного маршрута по критерию . Аналогичным образом определяются множества допустимости четных и нечетных маршрутов.

Для нахождения оптимального маршрута перевозки продукции каждого вида необходимо определить функции цели, причём для каждого типа маршрутов целевые функции выглядят по-разному. Для ординарных маршрутов функция цели примет вид:

 (15)

где -- ограничение, соответствующее критерию ; -- количество перевозок; -- вид продукции, -- двойственные переменные задачи. Для нечётных маршрутов целевая функция определяется следующим образом:

(16)

где -- ограничение, соответствующее критерию ; -- количество перевозок; -- вид продукции, -- двойственные переменные задачи. Для чётных маршрутов целевая функция задаётся следующим образом:

(17)

где -- ограничение, соответствующее критерию ; -- количество перевозок; -- вид продукции, -- двойственные переменные задачи.

Таким образом, благодаря методу генерации маршрутов столбцов каждого типа возможен переход от громоздкой производственно-транспортной матрицы к матрице, состоящей из столбцов ординарных, четных и нечетных маршрутов. После чего возможно использование модифицированного симплексного метода, который приводит к решению производственно-транспортной задачи.

Разработана математическая модель генерации столбцов наиболее эффективных замкнутых маршрутов для перевозки лесоматериалов от лесозаготовительных предприятий к лесоперерабатывающим, оптимизирующая грузопотоки с помощью разбиения лесотранспортной сети на множество графов, в каждом из которых производится перевозка лишь одного вида продукции.

В данной модели маршрут характеризуется списком, состоящим из пунктов рубки , пунктов потребления , вида лесосырья , а также эффективностью и временем, затраченным на перевозку:

(18)

Таким образом, множество всевозможных маршрутов определяется следующим образом:

(19)

Пусть -- количество транспортных средств, выполняющих работу по маршруту ; -- максимальный объём производства продукции вида в пункте производства ; -- минимальный объём потребления продукции вида в пункте потребления . Тогда суммарный объём вывезенной из узла продукции вида не должен превышать максимального значения:

(20)

Объём ввезённой в узел продукции вида не должен превосходить минимально допустимый:

(21)

Тогда задача генерации маршрутов примет вид:

(22)

Транспортная сеть задачи, представленная графом , может быть разбита на множество транспортных сетей перевозок продукции:

(23)

Рис.1 Маршрут перевозки продукции , изображенный в виде цилиндра.

Таким образом, оптимизация грузопотоков происходит с помощью разбиения лесотранспортной сети на множество графов, в каждом из которых рассматривается и производится перевозка лишь одного вида продукции.

В результате исследований разработаны и апробированы три взаимоувязанные математические модели, оптимизирующие процесс транспортировки лесоматериалов в рамках территориально распределённых лесозаготовительных и лесоперерабатывающих предприятий лесопромышленного региона:

1) математическая модель управления производственными мощностями лесотранспортного предприятия;

2) математическая модель оптимизации парка машин лесозаготовительного предприятия, интегрированного в лесоперерабатывающий холдинг;

3) математическая модель генерации столбцов наиболее эффективных замкнутых маршрутов для перевозки лесоматериалов от лесозаготовительных предприятий к лесоперерабатывающим.

Результаты исследований являются научной основой для принятия стратегических и тактических решений по формированию грузопотоков в лесопромышленном регионе. Разработанный программный комплекс, являющийся реализацией разработанных математических моделей по оптимизации перевозок лесоматериалов, применим для решения прикладных производственно-транспортных задач лесопромышленных предприятий, интегрированных в лесоперерабатывающий холдинг.

Литература

1.Воронин А. В., Шегельман И. Р. Лесопромышленная интеграция: теория и практика. Петрозаводск, Изд-во ПетрГУ, 2009. 464 c.

2.Шегельман И. Р. К вопросу формирования отечественной технологической платформы развития лесного сектора России / И. Р. Шегельман, М. Н. Рудаков // Глобальный научный потенциал. - 2011. - № 9. - С. 104-107.

3.Вывозка леса автопоездами / И. Р. Шегельман, Скрыпник В. И., Кузнецов А. В., Пладов А. В.; СПб: ПРОФИКC, 2008. 304 с.

4.Моделирование движения лесовозных автопоездов на ПЭВМ / Шегельман И. Р., Скрыпник В. И., Пладов А. В., Кочанов А. Н., Кузнецов В. А.. Петрозаводск: ПетрГУ, 2003. 234 с.

5.Шегельман И. Р. Лесная промышленность и лесное хозяйство: Словарь / авт.-сост. И. Р. Шегельман. 5-е изд., перереб. и доп. Петрозаводск, Изд-во ПетрГУ, 2011. - 328 с.

6.Шегельман И. Р. Эффективная организация автомобильного транспорта леса: / И. Р. Шегельман, В. И. Скрыпник, А. В. Кузнецов. Петрозаводск, Изд-во ПетрГУ, 2007. 288 c.

7.Оптимизация в планировании и управлении предприятиями регионального лесопромышленного комплекса / Булатов А. Ф., Воронин А. В., Кузнецов В. А., Пладов В. А., Шегельман И. Р. Петрозаводск: ПетрГУ, 2001. 228 с.

8.Теория и практика принятия оптимальных решений для предприятий лесопромышленного комплекса/ А. В. Воронин, В. А. Кузнецов, И. Р. Шегельман, Л. В. Щеголева. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2008. - 180.

Размещено на Allbest.ru