Одной из важнейших задач, стоящих перед компаниями, занимающимися лесозаготовками, является задача рациональной организации производственных процессов. Успешность решения этой задачи во многом определяется правильным выбором применяемых машин и технологий [1, 4, 6]. На этот выбор влияют самые разные факторы: природно-производственные условия, в том числе преобладающие характеристики древостоев, почвенно-грунтовые условия, густота дорожной сети и др.; производственно- технические характеристики оборудования (производительность, экономичность, экологичность, эргономичность и т. д.). Кроме того, следует учитывать согласованность разных машин по производительности, по выполняемым функциям и т. п.

Таким образом, принять обоснованное и эффективное решение можно только при условии одновременного учета влияния многочисленных факторов и условий. Одним из подходов, которые позволяют решать подобные задачи, является имитационное моделирование производственных процессов [2, 3, 5].

В настоящей статье для решения данной задачи предлагается использовать специально разработанную имитационную модель [3] и метод дискретно-событийного имитационного моделирования на сетях Петри [7]. Исходными данными для работы модели служат результаты хронометрирования и последующей оценки производительности работы машин на конкретных исследуемых лесосеках.

В настоящей статье будет описано применение предлагаемого подхода на примере одной лесосеки, главной особенностью которой является преобладание ветровального леса (практически сто процентов древесины, отведенной под рубку, лежит на земле). Это, в свою очередь, сильно затрудняет процесс заготовки сортиментов харвестерами. Снижение производительности связано с потерей времени на разбор бурелома. На работу трелевочных машин данная особенность лесосеки сказывается в меньшей степени. Основные затруднения вызывают выкорчеванные пни, которые мешают беспрепятственному перемещению форвардеров. Средний объем хлыста составляет 0,16 м3, общий запас ликвидной древесины – 3270 м3, расстояние трелевки – 0…250 м. Схематическое изображение лесосеки показано на рисунке 1.

На лесосеке работу осуществлял комплекс машин в составе харвестера Komatsu 931 и форвардера Komatsu 890.3. Результаты хронометражных исследований на данной лесосеке показали следующее. Средняя производительность харвестера составила 113 м3 в смену. Производительность форвардера составляет 6,5 рейса за смену. Средний объем древесины, вывезенной за один рейс форвардера, составляет 17 м3. Результаты хронометража в разрезе отдельных операций, выполняемых форвардером, приведены в таблице 1.

Для имитационного моделирования рассматриваемого производственного процесса была использована имитационная модель, построенная в среде пакета программ HPSim. Подробное описание данной модели содержится в статье [3].

Таблица 1 – Результаты хронометража процесса трелевки

 

Время на загрузку		Время движения груженым		Время разгрузки		Время движения пустым
мин. сек.	мин.	мин. сек.	мин.	мин. сек.	мин.	мин. сек.	мин.
18:47	18,78	0:47	0,78	5:13	5,22	1:34	1,57
19:09	19,15	0:49	0,81	5:21	5,35	1:29	1,48
22:12	22,2	0:41	0,68	5:48	5,8	2:26	2,43
22:26	22,43	1:37	1,62	4:46	4,8	2:09	2,15
20:18	20,3	1:59	1,98	4:58	4,97	1:45	1,75
20:37	20,62	2:44	2,73	5:40	5,7	0:45	0,75
21:08	21,13	2:56	2,93	6:21	6,35	1:49	1,82
18:58	18,97	3:17	3,28	5:53	5,88	1:41	1,68
21:35	21,58	3:02	3,03	6:34	6,57	0:11	0,18
21:41	21,68	2:48	2,8	6:06	6,1	0:19	0,32
22:10	22,17	2:35	2,58	4:52	4,87	0:38	0,63
20:57	20,95	1:49	1,82	5:29	5,5	2:12	2,2
21:52	21,87	2:01	2,02	5:49	5,82	1:32	1,53
20:09	20,15	1:13	1,22	5:05	5,08	0:28	0,47
19:55	19,91	0:43	0,72	6:20	6,33	1:57	1,95
18:26	18,44	0:56	0,93	6:17	6,28	2:19	2,32
18:17	18,29	1:20	1,34	5:36	5,6	1:59	1,98
Средние значения
20:30	20,5	1:50	1,84	5:39	5,66	1:29	1,48
Среднее квадратичное отклонение
1,4		0,91		0,55		0,73

При выполнении данной сети Петри были получены следующие основные результаты. Время выполнения всего процесса составило 289 часов. При этом загрузка машин очень сильно различалась (см. табл. 2).

Таблица 2 – Загрузка машин

 

Ресурс	Время работы (ч)	Время простоя (ч)	Доля времени работы, %
Харвестер	288,3	0,7	99,9%
Форвардер	96	193	33,2%

 

Результаты моделирования показали, что в условиях данной лесосеки средняя производительность форвардера примерно в три раза превышает возможную в данных условиях производительность харвестера, что приводит к вынужденным простоям форвардера, которые составляют около 66% времени. Распределение времени работы форвардера по операциям показано на рис. 2.

Таким образом, в результате имитационного моделирования было выявлено недопустимо неэффективное использование одной из машин.

Разработанная модель позволяет оценить различные варианты организации работ для последующего выбора более эффективного из них. В качестве мероприятия направленного на повышение эффективности работы комплекса лесозаготовительных машин в данных конкретных условиях, было предложено рассмотреть вариант с переводом харвестера на двухсменный режим работы, при сохранении односменного режима для форвардера.

В имитационную модель были внесены соответствующие изменения, которые привели к следующим результатам (см. табл. 3 и рис. 3).

Таблица 3 – Загрузка машин при двусменной работе харвестера

 

Ресурс	Время   работы (ч)	Время междусменного простоя (ч)	Время   простоя (ч)	Доля времени   работы, %
Харвестер	283,6	–	0,7	99,8%
Форвардер	99,6	177,5	7,2	93%

Проведенные расчеты показали, что внедрение предложенного технологического варианта позволит сократить удельные затраты на заготовку древесины на 1,2 %. Таким образом, при решении реальной производственной задачи была доказана эффективность предлагаемого подхода к оценке вариантов комплектования и организации работы систем машин на заготовке древесины.

 

Список литературы

 

1.                       Герасимов Ю. Ю. Апробация системы поддержки принятия решений по использованию древесины в биоэнергетике: технико-экономическое обоснование [Текст] / Ю. Ю. Герасимов, А. П. Соколов, В. С. Сюнёв, Ю. В. Суханов // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. - 2012. - № 8-1 (129). - С. 90-94.

2.                       Гурьев А. Т. Основы моделирования работы комплексов лесосечных машин [Текст] / А. Т. Гурьев, А. А. Блок // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. - 2004. - № 3. - С. 116-125.

3.                   Соколов А. П. Имитационное моделирование производственного процесса заготовки древесины с помощью сетей Петри [Текст] / А. П. Соколов, Е. В. Осипов // Лесотехнический журнал. – 2017. – Т.7, №3. – С. 307-314.

4.                       Селиверстов А. А. Повышение эффективности использования харвестеров [Текст] / А. А. Селиверстов, В. С. Сюнёв, Ю. Ю. Герасимов, А. П. Соколов // Системы. Методы. Технологии. - 2010. - № 8. - С. 133-139.

5.                       Суханов Ю. В. Имитационное моделирование операций трелевки форвардером: алгоритмы и реализация [Текст] / Ю. В. Суханов, А. А. Селиверстов, А. П. Соколов, С. Н. Перский // Resources and Technology. - 2012. - Т.9, № 1. - С. 58-61.

6.                       Gerasimov, Y. Development trends and future prospects of cut-to-length machinery [Text] / Y. Gerasimov, A. Sokolov, V. Syunev // Advanced Materials Research. – 2013. – V. 705. – P. 468- 473.

7.                       Jensen, K. Coloured Petri Nets and CPN Tools for Modelling and Validation of Concurrent Systems [Text] / K. Jensen, L.M. Kristensen, L. Wells. // International Journal on Software Tools for Technology Transfer. - 2007. - Volume 9, Issue 3–4. - P. 213–254.