Оптимизация параметров технологических процессов лесопромышленного комплекса Дальнего Востока на принципах устойчивого лесопользования

D= - 0,127 +0.236 q₀ (1,012 + 0,076 К +0,039 t₄), (13)

где: q₀ - запас леса на 1 га, м³, К - класс товарности насаждения.

При проведении лесозаготовок происходит негативное изменение не только биоресурсов и почв, но и существенно изменяется состояние атмосферного воздуха за счет выбросов углекислого газа лесозаготовительной техникой.

В расчетах по определению выбросов в атмосферу продуктов сгорания дизельного топлива в процессе разработки лесосек приняты параметры силовых установок лесосечных машин, использующихся на лесопромышленных предприятиях ДФО, выполняющих весь цикл лесосечных работ.

Валовой выброс, Вi (т/год) рассчитывался для каждого сезона заготовки по каждой системе ЛЗМ по формуле:

,(14)

где Мдвik и Мххik - удельные выбросы загрязняющих веществ ЛЗМ, соответственно, при работе в режимах без нагрузки и на холостом ходу;

Мдвik - удельные выбросы загрязняющих веществ ЛЗМ при работе под нагрузкой, рассчитанные исходя из того, что при увеличении нагрузки на двигатель расход топлива увеличивается на 25-30 %;

tдв, tнагр. и tхх - время движения без нагрузки, под нагрузкой и работы на холостом ходу, соответственно;

k - количество видов ЛЗМ в комплексе по технологическим операциям лесосечных работ;

Dф - количество дней работы ЛЗМ.

Ущерб, наносимый приземной атмосфере при работе комплексов ЛЗМ на заготовке и транспортировке древесины, определяется формулой:

, (15)

где; - показатель удельного ущерба от загрязнения атмосферного воздуха, руб./усл.т, - константа опасности загрязнения атмосферы территорий различных типов,

- опасность загрязнения атмосферы.

Результаты расчетов представлены на рисунке 5.

В пятом разделе изложено обоснование выбора критериев применимости систем ЛЗМ и эффективности технологических процессов лесопромышленных предприятий; разработана математическая модель функционирования ТП ЛПК, разработан алгоритм решения задачи по оценке эффективности ТП и систем ЛЗМ. При реализации данного алгоритма (рис. 5) использовался следующий порядок действий:

1 На базе информации, полученной по отчетной документации лесничеств и лесозаготовительных предприятий субъектов ДФО в 2001-2006 гг., материалов, предоставленных ФГУ “ДальНИИЛХ”, а также результатов собственных исследований, осуществлялось формирование массива исходных характеристик природных условий (ПУ) в виде лесоэксплуатационных показателей древостоя: рельефа местности, категории грунтов, наличия подроста и т.д. по i-м участкам лесного фонда.

Рисунок 5 - Ущерб от загрязнения атмосферы лесозаготовительными машинами по видам технологий лесосечных работ.

2 Полученный массив информации с использованием математического аппарата преобразован в свертки (таксоны), на базе которых создавалась математическая модель ПУ.

3 Формируется массив принципиально возможных технологических процессов j-ТП, с помощью которых может быть реализовано изменение качественного состояния (свойств) предмета труда (деревьев) и его перемещение в пространстве и во времени.

4 На основе проведенного анализа конструкций современной лесосечной техники и патентного поиска по данному направлению исследований, формировалась база данных по конструктивным и технологическим параметрам лесозаготовительных машин и обрабатывающего оборудования (k-ЛЗМ) для всех возможных j-ТП.

5 Используя принцип разворачивания процесса по технологическим переходам (операциям) создавались математические модели ТП и систем ЛЗМ по выбранным критериям качества - энергоемкости и затратам времени на выполнение переходов.

6 Переходы включались в модель отдельно по разделяющим (обрабатывающим) и переместительным операциям.

7 Вычислялись показатели качества k-ЛЗМ для реализации j-ого ТП путем обращения к подпрограммам пооперационного расчета.

8 Все полученные значения показателей качества для j-х ТП сводились в единый массив и сохранялись в памяти ПК.

9 Определяются ограничения сочетаний ПУ, при которых целесообразность реализации технологического процесса лесозаготовок из всего множества j-х ТП и k-х ЛЗМ отсутствует (из всего массива i-х ПУ удаляется до 30 % в виде территорий) и остается l-ПУ, li.

10 С использованием математического аппарата теории многопараметрической оптимизации определялся эффективный, по Паретто, глобальный диапазон значений экстремумов показателей качества, с учетом ограничений разработчика из всего множества j-х ТП и k-х ЛЗМ остаются m-ТП и n-ЛЗМ (m j; n k).

11 Полученные значения показателей качества с учетом l-ПУ сводились в единый массив и сохранялись в памяти ПК.

12 Производился вывод результатов синтеза m-ТП и n-ЛЗМ для l-ПУ Дальневосточного региона и выполнялось ранжирование их по критерию применимости.

Поиск эффективных систем лесосечных машин и технологий лесосечных работ реализован постановкой и решением задачи многокритериального структурно-параметрического синтеза, где основными критериями управления являются эффективность лесоэксплуатационных и лесоводственных действий; параметрами управления - лесоэксплуатационные и регионально-производственные условия, а управляющими воздействиями - структура и технические характеристики ЛЗМ и технологии лесозаготовок.

С математической точки зрения поиск оптимальных систем ЛЗМ и технологических операций для основных лесосечных работ можно представить как задачу синтеза технологии и техники для заданных условий эксплуатации, при которых показатели качества стремятся к экстремальным значениям. Математическая постановка задачи поиска структуры и параметров систем ЛЗМ и технологий сведена к минимизации векторного критерия () :

где; W,T,D,M,P,В - целевые функционалы частных критериев (показателей качества);

(16)

где; - соответственно, математические модели удельных затрат энергии, времени, и потерь древесного сырья, минерализации почвы, повреждений оставляемых деревьев, молодняка, подроста;

tn,tk- временной интервал изменения условий;

Yimin, Yimax - граничные значения i-ой характеристики разрабатываемых лесосек;

XM- технические параметры и технологическая структура лесосечной машины;

XT,Y - соответственно, параметры технологического процесса и природно-производственных условий эксплуатации техники;

- обобщенная совместная плотность распределения лесорастительных характеристик лесосек.

Физический смысл данной постановки задачи сводится к поиску таких параметров машин (ХM) и технологических процессов (Хт) из области их реализуемости для заданных состояний предмета труда (дерево, хлыст и т.д.), которые в различных природных условиях (Yp) минимизируют энергию и время на осуществление технологического процесса; потери древесного сырья; повреждение почвы и уничтожение оставляемых на лесосеке деревьев, молодняка и подроста. При этом параметры техники и технологии должны соответствовать действующим лесоводственным требованиям, правилам заготовки древесины и техники безопасности. Для решения поставленной задачи необходимо получить вероятностную модель характеристик лесосек, основные показатели которых определены во второй главе.

Для построения математических моделей всех показателей качества, характеризующих работу лесосечной техники и степень изменения лесной среды при разработке лесосек, в третьем разделе диссертации проведена формализация операций лесосечных работ, включающая математическое описание как техники, так и технологий лесозаготовок.

Одним из центральных моментов в решении вопросов оптимизации структуры и параметров технических систем является проблема выбора критериев, характеризующих степень эффективности использования этих технических систем. Проведение исследований с анализом эффективности лесозаготовительных процессов по нескольким критериям возникает, прежде всего, в силу необходимости одновременного учета ряда показателей, характеризующих качество технологического процесса: экономических, технологических, лесоводственных и ресурсосберегающих.

Принципы устойчивого лесопользования должны быть описаны количественными показателями (критериями), поэтому для комплексной оценки лесосечных работ и всего технологического процесса лесозаготовительного предприятия выбрана группа частных критериев, включающая:

· - удельную энергоемкость (W, мДж/м3) технологического процесса;

· - удельные затраты времени (Т, с/м3);

· - потери древесного сырья (D, м3/га);

· - минерализацию почвы (М, %);

· - повреждения оставляемых на лесосеке деревьев, молодняка, подроста и тонкомерных деревьев, не подлежащих рубке (Р, %).

· - валовой выброс загрязняющих веществ (Вi, т/год).

Процесс поиска оптимальной структуры систем лесосечных машин и определения уровня их эффективности при эксплуатации в различных природно-производственных условиях сводится к решению задачи векторного нелинейного программирования. Анализ физической сущности критериев оптимизации показывает, что они носят противоречивый характер. Естественно, что оптимизация технических систем по каждому из критериев в отдельности приведет к различным значениям оптимальных параметров. В связи с этим, для совместного учета всей совокупности частных критериев рассмотрим векторный критерий оптимальности:

(17)

Векторный критерий позволяет решить задачу многокритериальной оптимизации, результат которой, в общем случае, не являясь оптимальным для одного из частных критериев, оказывается компромиссным для вектора в целом. При решении задачи многокритериальной оптимизации компромиссное решение () является эффективной точкой пространства, если для нее справедливо неравенство:

. (18)

Рисунок 6 - Алгоритм решения задачи по оценке эффективности ТП и систем ЛЗМ

Из определения эффективной точки следует, что она не единственная. Множество всех эффективных точек называется областью компромиссов или областью решений, оптимальных по Паретто. Оптимальность по Паретто векторного критерия означает, что нельзя более улучшать значения одного из частных критериев, не ухудшая, хотя бы, одного из остальных. Для определения экстремума по Парето осуществим переход от задачи векторной оптимизации к задаче нелинейной оптимизации с помощью сконструированной скалярной функции цели:

.(19)

Для этого сконструирована следующая свертка критериев:

- для минимизируемых критериев;

- для максимизируемых критериев;

где; - значение i-го критерия, полученное при выборе оптимальных параметров с учетом только i-го показателя качества.

Таким образом, обобщенная целевая функция, для нашего случая, представлена в следующем виде:

(20)

где; - диапазон экстремальных значений частных критериев (показателей качества);

- текущие значения частных критериев.

Формализация показателей качества выполнена с использованием аналитических методов решения технологических задач.

При определении энергоемкости машин и оборудования (W), участвующих в реализации технологических процессов лесозаготовок, в качестве базовых были использованы теоретические исследования М.В. Коломиновой. При этом энергоемкость ТП определяется по формуле:

(21)

где: N - номинальная (установленная) мощность двигателей, кВт; К_N - коэффициент использования мощности двигателя; К_B - коэффициент использования рабочего времени; П_Ч - часовая производительность оборудования, м³/час.

Реализация полученных аналитических зависимостей в виде компьютерных программ позволила получить численные значения удельной энергоемкости всех операций исследуемых вариантов ТП, выполняемых различными системами ЛЗМ и складского оборудования.

Удельное время на выполнение операций технологического цикла (T) при работе лесосечных машин использовано для оценки их технологических параметров. Основные составляющие затрат времени на обработку одного дерева определены по аналитическим формулам, полученным для различных технологических схем работы ЛЗМ при проведении сплошных и несплошных рубок:

. (22)

Т_П - время, затрачиваемое на движение машины при выполнении технологической работы (переезды между технологическими стоянками) на расчетном участке лесосеки, с.; Т_Х - время, затрачиваемое машиной на холостые движения (зависит от принятой схемы разработки лесосеки), с; Т_ДЕР - время, затрачиваемое на обработку всех деревьев на расчетном участке лесосеки (технологическая работа); Т_У - время установки машины на технологических стоянках.

При этом более детально изучен вопрос по определению значений среднего пути наведения стрелы манипулятора (формула 23) и среднего угла его поворота при всех возможных вариантах укладки пачек деревьев ВПМ при пакетировании деревьев для условий сплошных и несплошных рубок.

В пределах площадки, разрабатываемой на технологической стоянке, при различных способах рубок и методах пакетирования деревьев можно выделить различные геометрические фигуры, соответствующие отдельно разрабатываемым площадям или площадям, с которых производится выборка запаса различной интенсивности (рис.7).

, (23)

где: - превышение интенсивности рубки участков, подвергаемых сплошной рубке над интенсивностью вырубки участков, разрабатываемых несплошной рубкой;

и - средний путь наведения стрелы манипулятора при работе ВПМ на площадке, разрабатываемой с технологической стоянки, при сплошной рубке и рубке с выборкой доли запаса, м;

и - площади фигур, разрабатываемых сплошной и несплошной рубками, м².



Рисунок 7 - Схема работы ВПМ на технологической стоянке при проведении сплошных рубок и несплошных рубок с выборкой запаса: AB и GH - прямые, проведенные по осям укладки пачек деревьев, VZXY - часть технологической стоянки, приходящаяся на волок, CVZ и C₁X - полупасеки, разрабатываемые в процессе несплошных рубок с выборкой доли запаса.

Средний путь наведения стрелы манипулятора как при работе ВПМ на площадке, разрабатываемой с технологической стоянки при сплошной рубке и рубке с выборкой доли запаса, определится по формуле:

, (24)

где: и - координаты центров тяжести площадок, разрабатываемых сплошнолесосечным способом и с выборкой доли запаса, м.

,(25)

где: и - значение среднего угла поворота стрелы манипулятора при разработке площадок, расположенных по обе стороны от оси укладки пачки при сплошной рубке, град.;

и - значение среднего угла поворота стрелы манипулятора при разработке площадок, расположенных по обе стороны от оси укладки пачки при выборочной рубке, град.;

, - площади фигур, расположенных по обе стороны от оси укладки пачки при сплошной рубке, град.;, - площади фигур, расположенных по обе стороны от оси укладки пачки при сплошной рубке, град.

Затраты времени на трелевку пачек деревьев колесным трелевочным трактором, работающим в комплексе с ВПМ, также определены аналитическим методом для различных технологических схем. Для их математической обработки были составлены компьютерные программы, которые послужили подпрограммным продуктом при создании программы для реализации основной комплексной модели эффективности ТП и систем ЛЗМ.

В связи с достаточно глубокой изученностью вопроса в области выполнения технологических операций лесосечными машинами для нас наибольший интерес представляли задачи по изучению эффективности работы системы «машина-человек-среда» при эксплуатации современных лесозаготовительных машин. В частности, нами изучена проблема, связанная с определением затрат времени оператором на оценку обрабатываемого дерева и времени на подачу управляющих команд. В результате произведенных исследований определено, что наибольшее влияние на время, затрачиваемое оператором на оценку дерева, подлежащего рубке, и подачу одной управляющей команды оказывает технологическая продолжительность рабочей смены. Для аппроксимации полученных зависимостей подобрано несколько уравнений регрессии. Наилучшим из них оказалось уравнение функции Вингерта. Данная функция была предложена для исследования биологических систем и имеет следующий общий вид:

,(26)

где; , , , - параметры (коэффициенты) функции, (табл.2)

t - продолжительность технологической работы.

Графическая иллюстрация полученных результатов представлена на рисунке 8.

Таблица 2 - Результаты аппроксимации времени подачи команд и оценки дерева

Показатели	Коэффициенты
					Корреляции
Среднее время подачи оператором команды	9	1,7	-0,01	-0,03	0,998
Время оценки заготавливаемого дерева	2,85	1,3	-0,095	-0,16	0,997

а) б)

Рисунок 8. - Графическая иллюстрация аппроксимации времени подачи управляющих команд оператором ЛЗМ а - среднее время подачи оператором одной команды, б - время оценки дерева.

Для определения показателей качества, характеризующие степень воздействия лесозаготовок на окружающую среду, используются зависимости 11-14.

Для оценки возможности применения (применимости) в конкретных лесорастительных условиях и эффективности систем лесосечных машин и технологий лесозаготовок предлагается методика, основанная на возможностях математических систем и систем управления базами данных. Алгоритмы методики разработаны в виде диаграмм активности и диаграммы вариантов (рис. 9). Основным преимуществом данной методики являются дополнительные возможности операций хранения, обработки и обновления информации, что позволяет оперативно проводить оценку экономической эффективности систем машин и технологий лесозаготовок на текущий момент времени и выполнять анализ её динамики.

Шестой раздел посвящен разработке модели экономической эффективности ТП и систем ЛЗМ, возможных к использованию по комплексу оценочных критериев и выбору способа ее реализации.

Поскольку после определения глобального диапазона значений экстремумов показателей качества дальнейший поиск эффективных ТП и ЛЗМ не возможен без ухудшения одного из них, на завершающем этапе оценки сформированного подмножества m-ТП и n-ЛЗМ в рамках данных исследований применен метод определения оптимального технологического процесса ТП_опт и состава ЛЗМ _опт для его реализации по критерию экономической эффективности. В качестве показателя экономической эффективности принята величина прибыли предприятия от реализации продукции, полученной из всего объема древесины, отпущенной в рубку. Используемый показатель позволяет учесть не только экономическую эффективность ТП, но и уровень использования древесного сырья и, как следствие, степень занятости населения. Тем самым, комплексно отражаются основные критерии устойчивого лесопользования - экономический, экологический, социальный. Для реализации одной из задач исследований по выявлению экономической целесообразности использования НТДО в качестве сырья для дальнейшей переработки нами разработана методика проведения сравнительного экономического анализа технологических процессов ЛЗП с различной степенью использования древесины. При этом за базовый вариант приняты существующие технологические процессы без реализации НТДО, а предлагаемый к внедрению - с вывозкой всего объема стволовой НТДО из лесосеки и концентрации ее на лесопромышленном складе для дальнейшей реализации сторонним потребителям.

С учетом распределения стволовой древесины на 4 категории (пиловочник экспортный и внутреннего рынка, НТДО, лесосечные остатки), прибыль предприятия от реализации продукции может быть записана в следующем виде:

П_р =

где: б, в - коэффициенты, показывающие долю экспортных сортиментов и сортиментов внутреннего рынка в объеме деловой древесины (зависит от класса товарности древостоя, бонитета, породы насаждения);

г - коэффициент, показывающий долю НТДО в объеме деловой древесины при раскряжевке хлыстов;

- коэффициент, учитывающий долю дровяной древесины в объеме ликвидной древесины;

- коэффициент, показывающий долю лесосечных остатков при лесозаготовках;

V_отп - объем ликвидной древесины, введенной в рубку;

Ц_отх - цена реализации лесосечных остатков.

Рисунок 9 - Диаграмма вариантов использования приложения по оценке систем машин и технологий лесосечных

(27)

Математическая модель экономической эффективности j-ого ТП представлена в общем виде:

,(28)

где; П_р, РП, З - прибыль, сумма реализации продукции и затраты на производство продукции, соответственно;

n, m - количество наименований ассортимента продукции из круглых лесоматериалов, низкотоварной древесины и стволовых остатков (НТДО),

- объем и цена реализации ассортимента продукции, сконцентрированного на лесопромышленном складе (лпс) за период времени t.

где; C_ij - себестоимость работ на i-ой фазе j-ого ТП,

- объем n-ой и m-ой продукции, прошедший через каждую i-ую фазу j-ого ТП с использованием k-ой системы ЛЗМ и оборудования,

i - фазы лесозаготовительного производства, i = 1, 2, 3 (1 - лесосечные работы; 2 - вывозка; 3 - лесопромышленный склад)

j - типы ТП, j = 1…5 (1 - вывозка хлыстов; 2 - вывозка сортиментов; 3 - комбинированная вывозка деловой древесины и НТДО, 4 - вывозка щепы, 5 - вывозка пиломатериалов).

На исследуемые переменные налагаются условие неотрицательности и ограничения, отражающие основные условия и факторы, которые определяют:

· условие по выпуску круглых лесоматериалов представлено в виде следующего неравенства:

j = 1..5;

где; P^t_j - плановое задание ЛЗП при реализации j-ого ТП на исследуемый период времени t;

· условие образования стволовой НТДО на различных фазах ТП и концентрации ее в качестве сырья для дальнейшей реализации на лесопромышленном складе ЛЗП, выраженное как:

где; - объем ликвидной древесины, отпущенной в рубку на период времени t,

- объем стволовой НТДО, сконцентрированной на ЛПС за период времени t.

· условие по использованию древесных ресурсов ЛЗП в соответствии с годовым отпуском леса в рубку

Математическая модель экономической эффективности ТП и систем ЛЗМ строится комплексным способом, при этом одна часть показателей определена аналитически, а другая статистическими методами.

Представленное выше описание ограничительных условий является определяющим при использовании древесных ресурсов лесозаготовительного предприятия в случае производства и реализации сторонним предприятиям готовой продукции в виде круглых лесоматериалов, низкотоварной древесины и стволовых остатков. Построенная модель по определению прибыли ЛЗП от реализации избранного технологического процесса полностью отражает условия использования лесосырьевых и производственных ресурсов предприятия в условиях рыночной экономики. В качестве подпрограмм использовался стандартный пакет программ LP 98.

Разработанная модель экономической эффективности ТП позволяет произвести расчет оптимального состава лесозаготовительных предприятий в структуре ЛПЦ (лесоперерабатывающих центров) с определением допустимых значений расстояния доставки сырья и его стоимости по критерию «безубыточности производства».

Все алгоритмы, заложенные в программе, основаны на математических моделях и алгоритмах, рассмотренных в главах 4 и 5 данной работы. После спецификации возможностей разрабатываемой программы и разработки основных алгоритмов проводится ее моделирование на основе языка UML в рамках рационального унифицированного процесса моделирования, согласно которому построение диаграмм производится в установленной последовательности. Для проектирования внутренней логической структуры программы используется диаграмма классов. Заключительным этапом создания модели программы является создание ее физического представления. Для полного описания физического представления программной системы использована диаграмма компонентов, представленная на рисунке 10.

После этапа моделирования программы, реализующей методику по оценке применимости и эффективности систем машин и технологий, следует этап создания файлов расчета в математической системе MathCAD и программирования в системе управления базами данных Microsoft Access. Создание файлов расчета в системе MathCAD 11.0 PRO проведено с применением методик, изложенных в диссертации и в литературных источниках. Программирование баз данных выполнялось на языке Visual Basic of Application 6.0 с применением методов реляционной алгебры, а также методик программирования и алгоритмов.

Завершающим в главе является составление отчетов по оценке объемов их применения в лесных фондах субъектов ДФО и ранжированию систем ЛЗМ в рамках исследуемых критериев качества. Возможные объемы применения существующих и перспективных лесосечных машин определены путем сопоставления формализованных описаний техники и статистической модели лесного фонда и в случае удовлетворения лесоводственным требованиям распределялись по региону или по конкретным предприятиям. В таблице 3 представлены численные значения всех исследуемых показателей качества анализируемых технологических процессов и систем ЛЗМ и их ранжирование для лесохозяйственных и регионально-производственных условий ЛПЦ ОАО «Горинский КЛПХ»

Рисунок 10 - Диаграмма компонентов приложения по оценке применимости и эффективности систем машин и технологических процессов.

Основные выводы и рекомендации

Проведенные исследования, опытно-производственные и теоретические разработки в области оптимизации управления процессами лесозаготовительного производства позволили сформулировать следующие выводы.

1. Сформированная база данных лесорастительных условий и лесоэксплуатационных характеристик древостоев ДФО позволяет произвести формализацию технологических операций и систем ЛЗМ для реализации разработанных математических моделей. Кроме того, она позволяет оценить законы распределения характеристик лесосек региона, отражающие стохастические и детерминированные связи между их параметрами, а также построить математические модели микропрофиля лесных участков. Установлено, что широкий спектр лесоэксплуатационных характеристик (параметров) лесосек различных регионов ДФО может быть условно представлен совокупностью семи таксонов.

2. Структура лесного фонда и природные условия дальневосточного региона неоднородны и их целесообразно рассматривать дифференцировано. Южные районы ДФО более благоприятны для лесозаготовок, поскольку здесь сосредоточены наиболее производительные насаждения. В связи с преобладанием разновозрастных древостоев и наличием в составе запрещенных к рубке пород целесообразно проведение в них выборочных рубок. В северных районах (Республика Саха-Якутия, Магаданская область, Приохотье Хабаровского края и север Амурской области) с преобладанием лиственничных лесов в большинстве своем более предпочтительны сплошнолесосечные рубки.

3. Результаты аналитических и натурных исследований по изучению запасов древесины во всех лесных формациях ДФО по возрастной структуре и составу древостоев, рельефу и условиям мест произрастания насаждений, а также с учетом требований «Правил заготовки древесины», показывают, что, необходимо произвести коренное перераспределение систем рубок в следующих пропорциях: сплошнолесосечные - 10-30 %, выборочные - 70-90 %, в том числе постепенные - 20-35 %. Такое соотношение способов рубок обеспечит реализацию основополагающих средозащитных принципов.

4. При проектировании технологических процессов в лесопромышленном комплексе необходимо учитывать особенности лесоэксплуатационных, лесоводственных, социально-экономических и экологических факторов; осуществлять выбор оптимального управления этими процессами с учетом комплекса таких оценочных критериев как: минимизация удельной энергоемкости и затрат времени на выполнение технологических операций; сохранение лесной среды; снижение потерь древесного сырья; уменьшение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Эффективность технологического процесса предприятия должна рассматриваться как определенный компромисс в решении данного комплекса задач.

5. Комплексный подход к оценке функционирования технологических процессов предприятий лесопромышленного комплекса и их взаимодействия с обществом и экосистемой позволяет установить наиболее эффективную структурную схему технологии лесопользования и степень использования древесных ресурсов леса. Разработанная методика учета связей природно-производственных условий и ее реализация в виде математической модели дают возможность оценить реализуемый или прогнозируемый технологический процесс функционирования ЛПК с учетом лесоводственных, технологических, экономических и социальных требований.

6. Для выхода лесопромышленного комплекса ДФО на более рентабельный уровень необходимо провести реорганизацию отрасли в направлении создания лесоперерабатывающих центров (ЛПЦ) на базе предприятий для комплексной переработки древесины, включающих в себя три основные составляющие: лесозаготовку, деревообработку и целлюлозно-бумажное производство, утилизирующие низкокачественную древесину и отходы. Это позволит планомерно и эффективно распределять материально-денежные средства между технологическими фазами производства и осуществлять комплексный подход к реализации принципов устойчивого лесопользования.

7. Разработанная методика по обоснованию структурной схемы лесоперерабатывающих центров предоставляет возможность выбора оптимального состава технологического оборудования для обеспечения перерабатывающего производства древесным сырьем, определить диапазон предельно-допустимых значений расстояния от поставщиков древесины до ЛПЦ, а также произвести расчет цены реализации сырья сторонним поставщиками по критерию «безубыточности производства» с учетом лесорастительных и территориально-производственных условий

8. Реализации комплексной математической модели показывает, что для функционирования технологического процесса лесоперерабатывающих центров наиболее эффективной является система машин и оборудования, работающая по технологии, которая предусматривает транспортировку деревьев в конечную точку технологического маршрута и их переработку до конечного состояния с минимизацией числа разделительных и погрузочно-разгрузочных операций (технология «единого пакета»). При этом обеспечиваются наименьшие значения принятых оценочных показателей на всех фазах производства: снижение удельной энергоемкости и затрат времени происходит на 18,3 % и 35,4 %, соответственно; повреждаемость подроста и молодняка на вырубках снижается в 2-2.5 раза; выбросы загрязняющих веществ в атмосферу уменьшаются на 28-35 % по сравнению с традиционной технологией использования тех же систем машин и оборудования.

9. .Структурно-параметрический синтез систем ЛЗМ и технологий позволяет на основе комплексного анализа определять объемы применения существующих лесозаготовительных машин для конкретных лесохозяйствующих субъектов ДФО и в целом для региона, а также обосновать целесообразность и экономическую эффективность технологического процесса функционирования лесопромышленного предприятия.

10. Реализация выполненных научных разработок в ОАО «Горинский КЛПК» в течение 2004-2008 г.г позволила произвести научно-обоснованную реорганизацию технологических процессов предприятия с приобретением рекомендуемых систем ЛЗМ и перерабатывающего оборудования, что обеспечило снижение штрафных санкций за неполное использование лесосечного фонда и нарушение лесоводственных требований на 58-60%, увеличение объема и номенклатуры продукции за счет использования низкотоварной древесины и стволовых остатков, уменьшение затрат на заготовку древесины на 18-22%. Рентабельность производства увеличилась на 8%, штат квалифицированных работников увеличился на 12%.

Литература

Материалы диссертации опубликованы в 49 научных работах (в том числе в журналах, рекомендуемых ВАК - 8 , монографий -2), основные научные материалы изложены в следующих публикациях:

1. Рябухин П. Б. Определение объемов вторичного сырья на лесосеках Дальнего Востока / Г. С. Шмелев, П. Б. Рябухин, А. М. Култаев // Лесоэксплуатация и лесосплав. Экспресс-информация. - М.: ВНИПИЭИлеспром, 1990. № 9. - С. 9-11.

2. Рябухин П. Б. Освоение горных лесосек в Дальневосточном регионе / П. Б. Рябухин, В. И. Беспрозванный // Лесоэксплуатация и лесосплав. Экспресс-информация.- М.: ВНИПИЭИлеспром, 1991. № 7-8. - С. 20-21.

3. Рябухин П. Б. Об эксплуатации машин на заготовке леса в условиях Дальнего Востока. / П.Б. Рябухин, О.Л. Храмцова // Вопросы совершенствования техники и оборудования. Юбилейный сборник научных трудов ДВЛТИ./ ХГТУ. - Хабаровск: Изд-во Хабар.гос. техн. ун-та, 1998. - С. 22-25.

4. Рябухин П.Б. Исследования производительности харвестеров при эксплуатации в лесорастительных условиях ОАО «Эворонский ЛПХ». / П.Б. Рябухин, О.Л. Храмцова // Тезисы докладов на научно-технической конференции, посвященной 40-летию ХГТУ - г. Хабаровск: Изд-во Хабар.гос. техн. ун-та, 1998. - С.86-88.

5. Рябухин П.Б. Efeiciency increase of using loggin machines at the Russian far easten enteprises. / П.Б. Рябухин, Г.Ф. Храмцов // Проблемы научно-технического прогресса в Дальневосточном регионе. Пятый российско-китайский симпозиум - Изд-во: Хабар. гос. техн. ун-та, 1998. - С. 23-25.

6. Рябухин П.Б. Выбор критерия эффективности функционирования систем лесозаготовительных машин. Проблемы безопасности и совершенствования учебного процесса. / П.Б. Рябухин // Сборник научных статей. Под ред. Л.П. Майоровой, Хабаровск: Изд-во: Хабар. гос. техн. ун-та, 2001. - С. 103-105.

7. Рябухин П.Б. Эколого-экономические характеристики лесного фонда Хабаровского края. / Выводцев Н.А.Шмелев Г.С. // Вопросы совершенствования технологий и оборудования в лесопромышленном комплексе и строительстве: Сб.научн.тр./ Под ред.А.В.Лещинского. Хабаровск: Изд-во Хабар.гос.ун-та, 2003. Вып.2. - С.11-17.

8. Рябухин П.Б. Об использовании лесосечного фонда в лесах Хабаровского края. / Ковалев А.П., Шмелев Г.С. // Вопросы совершенствования технологий и оборудования в лесопромышленном комплексе и строительстве: Сб.научн.тр./ Под ред.А.В.Лещинского. Хабаровск: Изд-во Хабар.гос.ун-та, 2003. Вып.2. - С.23-29.

9. Рябухин П.Б. Организация ведения лесного хозяйства и лесопользования в ненарушенных природных комплексах (на примере бассейае р. Самарга Приморского края). / А.П.Ковалев, В.А.Челышев, П.Б.Рябухин, Г.С.Шмелев // Хабаровск: Изд-во ФГУ ДальНИИЛХ, 2003. - 109 с.

10. Рябухин П.Б. Сравнительная оценка применимости технологических процессов хлыстовой и сортиментной заготовки древесины в лесах дальневосточного региона. /Ковалев А.П., Шмелев Г.С. // Вопросы совершенствования технологий и оборудования в лесопромышленном комплексе и строительстве: Сб.научн.тр./ Под ред.А.В.Лещинского. Хабаровск: Изд-во Хабар.гос.ун-та, 2003. Вып.2. - С.30-34.

11. Рябухин П.Б. К вопросу выбора наиболее эффективной системы машин для сортиментной заготовки древесины в лесосеках Дальнего Востока. / Ковалев А.П.,Шмелев Г.С.// Вопросы совершенствования технологий и оборудования в лесопромышленном комплексе и строительстве: Сб.научн.тр./ Под ред.А.В.Лещинского. Хабаровск: Изд-во Хабар.гос.ун-та, 2003. Вып.2. - С.34-36.

12. Рябухин П.Б. Виды и объемы лесосечных остатков и пути их использования в условиях лесозаготовительных предприятий Хабаровского края. / Ковалев А.П.Шмелев Г.С.// Вопросы совершенствования технологий и оборудования в лесопромышленном комплексе и строительстве: Сб.научн.тр./ Под ред.А.В.Лещинского. Хабаровск: Изд-во Хабар.гос.ун-та, 2003. Вып.2. - С.36-39.

13. Рябухин П.Б. Методика оценки эффективности систем лесозаготовительных машин и технологий сортиментной лесозаготовки в горных массивах Дальнего Востока. / П.Б. Рябухин, Е.В. Луценко // Естественные и инженерные науки - развитию регионов. Труды Братского гос. технического университета. Том 2 - Братск: БрГТУ, 2003. - С. 256-258.

14. Рябухин П. Б. Технологические процессы лесопромышленного производства: учебное пособие / Г. С. Шмелев, А. М. Култаев, Н. И. Плужников, П. Б. Рябухин; под ред. Г. С.Шмелева. - Хабаровск : Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2003. - 251 с.

15. Рябухин П.Б. Оценка эффективности систем машин и технологий лесозаготовок. / П.Б. Рябухин, Е.В. Луценко // Естественные и инженерные науки - развитию регионов. Материалы международной научно-технической конференции. - Братск: БрГТУ, 2004. - С.158- 159.

16. Рябухин П.Б. О влиянии продолжительности рабочей смены на производительность многооперационных машин импортного производства. / П.Б. Рябухин, Е.В. Луценко // Актуальные проблемы лесного комплекса: Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 14. - Брянск: БГИТА, 2006. - С. 29-33. .

17. Рябухин П.Б. К вопросу определения применимости лесосечных машин. / П.Б. Рябухин, Е.В. Луценко // Актуальные проблемы лесного комплекса. Сборник научных трудов.- Брянск: БГИТА, 2006. Вып.16. - С. 23-26.

18. Рябухин П.Б. Динамика эффективности систем лесосечных машин в условиях Дальнего Востока. / Е.В. Луценко, П.Б. Рябухин // Актуальные проблемы лесного комплекса. Сборник научных трудов - Брянск: БГИТА, 2006. Вып.16. - С . 26-28.

19. Рябухин П.Б. Определение путей перемещения трелевочных тракторов, работающих в комплексе с валочно-пакетирующей машиной. / Е.В. Луценко, П.Б. Рябухин // Актуальные проблемы лесного комплекса. Сборник научных трудов. - Брянск: БГИТА, 2006. Вып.16. - С. 28-31.

20. Рябухин П.Б. В каком направлении будет развиваться лесопромышленный комплекс Дальнего Востока? / П.Б. Рябухин // ЛЕС ДВинфо - 2006 (ноябрь-декабрь). - С. 13.

21. Рябухин П.Б. Математическое моделирование доходности лесозаготовок и прогнозирование тенденций их развития. / П.Б. Рябухин, Е.В. Луценко // Вестник Поморского ун-та, - 2006. - № 6. - С. 342-346.

22. Рябухин П.Б. Динамика лесного фонда Дальнего Востока и эколого-лесоводственные подходы к оптимизации его использования. / А.П.Ковалев, П.Б. Рябухин // Лесная отрасль Востока России. Проблемы, задачи, перспективы : Дальневосточный международный экономический форум : материалы круглых столов. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2006. - С.58-68.

23. Рябухин П.Б. О рубках промежуточного пользования в лесах Дальнего Востока. / А.П. Ковалев, П.Б. Рябухин, Г.С. Шмелев // Вестник ТОГУ, № 1 (4). Изд-во Тихоокеанского гос. ун-та. - Хабаровск, 2007. - С. 141-156.

24. Рябухин П.Б. Оценка ущерба от загрязнения атмосферного воздуха при лесозаготовках. / П.Б. Рябухин, Л.П. Майорова // Лесное хозяйство, - М., 2007. №3 - С. 33-35.

25. Рябухин П.Б. Обоснование выбора основных показателей качества функционирования систем лесозаготовительных машин в условиях Дальнего Востока. / П.Б. Рябухин // Лесной вестник. №1(50) - Изд-во МГУЛ - М., 2007. - C. 129-132.

26. Рябухин П.Б. Идентификация рельефа лесосек методом математического моделирования. / П.Б. Рябухин // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии, вып.179. - СПб., 2007. - С. 59-64.

27. Рябухин П.Б. Реализация принципов устойчивого лесопользования в Хабаровском крае. / П.Б. Рябухин // Вестник КрасГАУ, № 4. - Красноярск, 2007. - С. 78-82.

28. Рябухин П.Б. Оценка загрязнения атмосферного воздуха в процессе лесозаготовок. / Л.П. Майорова, П.Б. Рябухин, М.А. Мелешко // Вестник КрасГАУ, № 4. - Красноярск, 2007 - С. 86-91.

29. Рябухин П.Б. Принципы устойчивого лесопользования в лесопромышленном комплексе Хабаровского края. / А.П.Ковалев, П.Б. Рябухин, В.В.Шкутко // Лесной комплекс Востока России. Проблемы и пути их решения: Второй Дальневосточный международный экономический форум: материалы круглого стола. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2007. - С. 33-43.

30. Рябухин П.Б. Состояние лесного фонда и пути его рационального использования. / А.П.Ковалев, П.Б. Рябухин // Лесное хозяйство, - М., 2008. №2 - С.26-28.

31. Рябухин П.Б. Алгоритм решения задачи по комплексной оценке технологических процессов лесопромышленных предприятий. / П.Б. Рябухин, Н.В. Казаков, Е.В. Луценко // Вестник КрасГАУ, № 1 - Красноярск, 2008 - С.26-33.

32. Рябухин П.Б. Лесохозяйственная оценка лесосечных машин по критерию сохранности подроста. / П.Б. Рябухин, А.П.Ковалев // Вестник КрасГАУ, № 1 - Красноярск, 2008 - С.216-222.

33. Рябухин П.Б. К решению вопроса повышения эффективности работы современных лесосечных машин. / Е.В. Луценко, П.Б. Рябухин, А.С Абраменко // Вестник ТОГУ, № 1 (8). Изд-во Тихоокеанского гос. ун-та. - Хабаровск, 2008. - С. 183-189.

Таблица 3 - Комплексная оценка технологических процессов и систем ЛЗМ (на примере расчёта по природным условиям второго таксона и регионально-производственным условиям ЛПЦ ОАО Горинский КЛПХ)

Наименование операций технологического процесса предприятия	Система ЛЗМ	Показатели качества ТП и ЛЗМ	Ранг, баллы
		Технологические	Эколого-лесоводственные (зимний сезон)	Конструктивные	Эконом.
		Уд. энергоемкость, кВт. ч/м3	Затраты времени, с/м3	Поврежд. подроста и тонкомера, %	Поврежд. почвы, %	Потери древ. сырья, м3/га	Валовый выброс загрязн. веществ,т	Проодольн. уклон, град.	Давление на грунт, кН/м2	Себестоимость 1 м3 стволовой древесины, Руб.
Хлыстовая технология	Валка-пакетирование (ВПМ) + трелевка пачек деревьев (ТМ) + обрезка сучьев (СМ) + нагрузка хлыстов (ЧП) + вывозка + разгрузка + раскряжевка (ЛО15С) + сортировка (ЛТ-86)	СМ3 (ХЗ)	44,01 4	844 4	60 8	20,5 8	24,8 4	7,66 8	27 10	50 6	1009 4	IV
	Валка-пакетирование (ВПМ) - транспортировка (ФТМ) + доставка формировочного модуля (ТМ) + удаление сучьев в установке бункерного типа + погрузка пачек хлыстов + вывозка + разгрузка + пачковая раскряжевка + + сортировка	СМ4 (Х3)	36,05 10	548 10	22 10	20,1 10	11,4 10	6,46 10	20 8	50 6	826 10	I
Сортиментная технология	Валка-пакетирование (ВПМ) + трелевка пачек деревьев (ТМ) + обрезка сучьев - раскряжевка (ПР) + погрузка сортиментов + вывозка + разгрузка + сортировка	СМ1 (С2)	40,21 6	656 8	60 8	20,5 8	21,3 6	10,89 6	27 10	50 6	906 8	III
	Валка - обрезка сучьев - раскряжевка (Х) + транспортировка сортиментов (Ф) - погрузка + вывозка + разгрузка + сортировка (ЛТ-86)	СМ2 (С3)	39,25 8	740 6	34 10	19,6 10	18,5 8	11,81 4	20 8	47 10	928 6	II

Примечание: в числителе - значение показателя; в знаменателе - оценочный балл: 1 место -10; 2 место - 8; 3 место - 6; 4 место - 4

Отпечатано в полном соответствии с качеством

представленного оригинал-макета

Подписано в печать ….. . Формат 60х90 1/16 Бумага 80 г/м

Ризография. Усл. печ. л. 2.5 Тираж 100 экз. Заказ №….

Издательство Тихоокеанского государственного университета

680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136, ТОГУ

Размещено на Allbest.ru