24 марта 2018г.
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.