Решение задач управления в многоуровневых транспортно-производственных системах лесного комплекса
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Лесное хозяйство
Издательство:
Воронежский государственный лесотехнический университет
Год издания: 2016
Кол-во страниц: 67
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-7994-0758-2
Артикул: 656967.01.99
В монографии предлагаются пути совершенствования транспортно-технологических процессов в многоуровневых системах лесного комплекса на основе математических методов моделирования, обеспечивающих эффективный процесс управления последними.
Результаты исследований показали эффективность разработанных математических моделей, алгоритмов и программ, позволяющих решать сетевые транспортно-технологические задачи управления доставки лесоматериалов в многоуровневых транспортно-производственных системах лесного комплекса. Монография может быть полезна студентам, аспирантам и ученым, занимающимися сетевыми транспортными процессами при доставке лесоматериалов потребителям.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- 35.00.00: СЕЛЬСКОЕ, ЛЕСНОЕ И РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВО
- ВО - Бакалавриат
- 35.03.01: Лесное дело
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
С.И. Сушков О.Н. Бурмистрова Ю.Н. Пильник РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ В МНОГОУРОВНЕВЫХ ТРАНСПОРТНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Г.Ф. МОРОЗОВА» С.И. Сушков О.Н. Бурмистрова Ю.Н. Пильник РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ В МНОГОУРОВНЕВЫХ ТРАНСПОРТНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА Монография Воронеж 2016
УДК 630*383 ББК 43.904 С91 Печатается по решению научно-технического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № 2 от 03 июня 2016 г.) Рецензенты: научно-технический совет ЗАО «ДОК Марфино»; заведующий кафедрой эксплуатации машинно-тракторного парка ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ д-р техн. наук проф. Е.В. Пухов Сушков, С. И. С91 Решение задач управления в многоуровневых транспортно производственных системах лесного комплекса / С. И. Сушков, О. Н. Бурмистрова, Ю. Н. Пильник ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – 67 с. ISBN 978-5-7994-0758-2 (в обл.) В монографии предлагаются пути совершенствования транспортно-технологических процессов в многоуровневых системах лесного комплекса на основе математических методов моделирования, обеспечивающих эффективный процесс управления последними. Результаты исследований показали эффективность разработанных математических моделей, алгоритмов и программ, позволяющих решать сетевые транспортно технологические задачи управления доставки лесоматериалов в многоуровневых транспортно-производственных системах лесного комплекса. Монография может быть полезна студентам, аспирантам и ученым, занимающимися сетевыми транспортными процессами при доставке лесоматериалов потребителям. УДК 630*383 ББК 43.904 © Сушков С. И., Бурмистрова О. Н., Пильник Ю. Н., 2016 ISBN 978-5-7994-0758-2 © ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г. Ф. Морозова», 2016
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение.................................................................................................. 5 1.1. Разработка методической базы формализации и процесса создания сетевых математических моделей транспортно технологических потоков лесоматериалов................................................ 7 1.2. Создание универсальных математических моделей сетевого планирования транспортно-технологических потоков лесоматериалов различных по назначению......................................................................... 13 1.2.1. Разработка сетевой математической модели при монополии на производство и сбыт различных по назначению лесоматериалов...... 15 1.2.2. Разработка структурных схем решения задач учета влияния эластичности спроса на стоимость транспортировки лесоматериалов.... 18 2. Разработка универсальных математических моделей, применяемых к широкому кругу проблем в сетевом планировании транспортно-технологических потоков лесоматериалов.......................... 23 2.1. Разработка методов сетевого планирования транспортно технологических потоков лесоматериалов................................................ 23 2.2. Результаты исследований безубыточности транспортно технологической сети лесопромышленного предприятия........................ 26 2.3. Разработка балансовой модели производства и потребления лесоматериалов с учетом минимизации транспортных издержек........... 31 2.4. Разработка методики определения оптимального планирования сетевых транспортно-технологических потоков лесоматериалов с помощью специальных методов линейного программирования............. 38 2.4.1. Разработка модели прикрепления поставщиков лесоматериалов к потребителям лесоматериалов..................................... 45 2.4.2. Разработка модели планирования оптимального расписания использования лесовозного транспорта по сети дорог............................ 46 2.5. Методика разработки оптимальных сетевых маршрутов, проходящих через транспортно-распределительные узлы предприятий 51 3. Создание алгоритмов и программ по совершенствованию сетевого планирования транспортно-технологических потоков лесоматериалов, учитывающих множество транспортных и технологических факторов........................................................................ 53
3.1. Разработка методики, алгоритма и программ определения оптимальной структуры парка транспортно-технологических машин в лесном комплексе..................................................................................... 53 Основные выводы.............................................................................. 60 Заключение......................................................................................... 62 Библиографический список............................................................... 64
ВВЕДЕНИЕ Одним из необходимых условий эффективности современного производства, в том числе и лесопромышленного, является активное использование в управлении современных математических методов. На сегодняшний день появляются принципиально новые технологические и производственные процессы, автоматизированные системы управления и проектирования. Лесопромышленное производство является многоплановым, включающим решение вопросов формирования структуры предприятия и производственных процессов, перспективное планирование, календарное планирование и оперативное управление, подготовку производства на основе принципов математического моделирования производственных процессов и алгоритмизации задач управления. Однако весьма острыми и слабо освещенными в литературе по направлениям лесного комплекса являются вопросы управления многоуровневыми транспортно-производственными системами. Основные фазы лесопромышленного производства, их транспортно-технологические потоки, число и характер этих процессов, место, очередность и средства выполнения, а также виды используемого в каждом случае сырья и получаемой продукции остается сложной фундаментальной задачей, решение которой невозможно без совершенствования методов, моделей и алгоритмов для решения задач управления в многоуровневых транспортно-производственных системах лесного комплекса. Предметом исследования в настоящей работе являются методы и модели анализа развития транспорта как составной части лесного комплекса с целью разработки и выбора наиболее эффективных из них для моделирования и оптимизации перевозок лесоматериалов. Исходной предпосылкой настоящих исследований является необходимость укрепления взаимосвязи процессов научного анализа, прогнозирования, перспективного и текущего планирования перевозок,
соединение их в едином процессе автоматизированной технологии планирования в лесозаготовительной отрасли. Актуальность исследуемой проблемы развития транспорта и повышения экономической эффективности использования имеющихся его ресурсов обусловлена тем, что возможности сложившейся транспортной системы используются ещѐ не полностью (большое количество нерациональных перевозок лесоматериалов, недостаточно обоснованное распределение объемов перевозок по видам транспорта, использования подвижного состава и т.д.), что вызывает увеличение транспортных расходов. Исследования проводились в направлении разработки методических подходов к построению комплексов взаимосвязанных моделей анализа развития и функционирования транспорта, включающих следующие: определение и анализ внешних характеристик уровня развития транспорта; анализ на региональном уровне потребностей в транспортно технологических операциях; определение и анализ на основе оптимизационных моделей межрайонных и внутрирайонных транспортно-технологических связей предприятий лесного комплекса; - анализ распределения потребных ресурсов между транспортными системами. Выбор перечисленных направлений обусловлен тем, что транспорт – сложная техническая система, тесно взаимодействующая со всеми отраслями народного хозяйства по прямым и обратным связям. Двойственный характер этих связей проявляется в структуре и объѐмах производимой транспортом продукции и используемых им ресурсов. Анализ внешних связей транспорта с другими отраслями народного хозяйства, совершенствование на этой основе стратегии его развития и механизма функционирования – необходимое условие повышения эффективности работы транспорта. Выбранные направления
исследования отражают в первую очередь этот аспект анализа развития транспорта. В связи с этим представляет интерес анализ роста перевозок и коэффициента перевозимости, то есть отношение объѐма перевозок к объѐму производимых лесоматериалов. В анализе развития транспорта это может быть использовано при определении прогнозируемых объѐмов перевозок лесоматериалов. Рассматриваются разнообразные модели оптимизационных сетевых транспортных задач, определением «узких» мест транспорта, направлений приоритетных инвестиций в транспорт и т.д. Рассмотрение транспорта как элемента народного хозяйства и анализ взаимосвязей этой отрасли с другими отраслями материального производства базируются на изучении пропорций между объѐмами и структурой лесопродукции и продукции всех других отраслей. Анализ в этой части предлагается проводить на основе математических моделей межотраслевых балансов, в частности, для анализа количественных взаимосвязей процесса производства, оценки влияния различных факторов на динамику показателей развития экономики, анализировать перспективы их развития. Методы и модели распределения работы между видами транспорта базируются на анализе сетевых моделей. Указанные модели испытывались на условной информации и поэтому нуждаются в дальнейших исследованиях на конкретной практической информации. 1.1. Разработка методической базы формализации и процесса создания сетевых математических моделей транспортно-технологических потоков лесоматериалов Весьма острыми и слабо освещенными в литературе по направлениям лесного комплекса являются вопросы управления многоуровневыми транспортно-производственными системами. Основные фазы лесопромышленного производства, их производственные участки и
технологические потоки включают последовательно или параллельно выполняемые производственные операции. Число и характер этих процессов, место, очередность и средства выполнения, а также виды используемого в каждом случае лесоматериала определяется технологическим процессом. Все производственные операции (единичные процессы), составляющие лесопромышленное производство, можно разделить на несколько транспортно технологических потоков: В дискретных (различные виды лесоматериалов) на выходе получается заявленный объем лесоматериалов. К дискретным можно отнести такие потоки лесопромышленного производства – валку деревьев, трелевку, обрубку сучьев, погрузку, раскряжевку, транспортировку и т.д. [1]. При непрерывных процессах к техническим средствам их оснащения лесоматериал подается, обрабатывается, а лесопродукция выдается непрерывно. К таким процессам можно отнести производство щепы, древесноволокнистых плит и т.д. Дискретно-непрерывные процессы предполагают поступление лесоматериалов на переработку отдельными партиями, а производство лесопродукции непрерывным потоком, например, получение технологической щепы. Рассмотрим структуру дискретных механических операций. В транспортно-технологических потоках они могут выполняться одним или несколькими параллельно действующими техническими средствами (ТС). К каждому техническому средству или однотипных транспортных средств (ТС) (рис. 1.1) [1] направляется поток объектов труда (ОТ) – хлыстов, сортиментов, заготовок и т.д. При этом возможны следующие варианты. К ТС поступает один поток (рис. 1.1, а, б) и после обработки от ТС выходит один поток (рис. 1.1, а, в). В некоторых процессах к ТС поступает отдельный поток ОТ, а выходит несколько (рис. 1.1, б, г). Так, например, в процессе обрезки сучьев к сучкорезной машине поступает один поток деревьев, а от нее выходит поток хлыстов и сучьев.
В других процессах к ТС поступает несколько потоков ОТ (рис. 1.1, в, г), а выходит один (рис. 1.1, в) или несколько (рис. 1.1, г) потоков. б а г в Рис. 1.1. Граф системы потоков при выполнении единичных процессов (операций) В производственных процессах лесных предприятий технические средства, выполняющие единичные процессы, образуют технологические линии разных структур: а) последовательные (рис. 1.2, а), представляющие собой цепочку ТС, которые выполняют различные производственные операции с потоком лесоматериалов; при этом выходящий поток от каждого предыдущего ТС является входящим к каждому последующему; б) сходящиеся (рис. 1.2, б), при которых несколько параллельных потоков лесоматериалов после обработки поступают к одной технологической линии; в) ветвящиеся (рис. 1.2, г), при которых поток лесоматериалов после обработки на линиях разветвляется и поступает одновременно к двум или нескольким другим технологическим линиям; г) с реверсом (рис. 1.2, в) в линии с такой структурой, где часть лесоматериалов после обработки возвращается к одному из предыдущих ТС для повторной обработки; д) комбинированные, имеющие в своем составе элементы структуры п. а, б, в, г.
01 12 23 34 40 101 223 34 40 201 212 112 123 01 12 23 34 40 01 121 223 123 134 140 234 240 322 222 1 2 3 4 1 2 1.3 1.4 1 2 3 4 1.1 1.2 3 4 2.1 2.2 2.3 2.4 2.2 а б в г Рис. 1.2. Граф схемы транспортно-технологических потоков: а – последовательные; б – сходящиеся; в – ветвящиеся; г – с реверсом; ijk – интенсивность потоков лесоматериалов Производства лесной отрасли по своим масштабам делят на: единичные, с поштучным выпуском различных видов лесопродукции; серийные, выпускающие лесопродукцию с устойчивой номенклатурой; массовые, вырабатывающие большие объемы лесопродукции постоянного ассортимента. Лесопромышленные производства в этом плане могут быть отнесены, как правило, к серийным или массовым.
ТС ОТ ТС ОТ1 ОТ2 ОТ3 ОТ4 а б Рис. 1.3. Граф схемы технологических операций, выполняемых транспортными средствами Отдельно можно выделить способы, выполняемые транспортными средствами. Схемы выполнения технологических операций представлены на рис. 1.3. Транспортные средства числом n (n = 1,2,...n) при своем движении могут выполнять одну транспортную операцию ОТ (рис. 1.3, а) или последовательно несколько ОТ j (j=1,2,...m), (рис. 1.3, б). Для лесопромышленных предприятий цель их функционирования является рациональное использование и воспроизводство лесных ресурсов, производство лесоматериалов, их переработка; распределение лесоматериалов по транспортной сети при условии минимальных приведенных затрат. Для количественной оценки достижения этой цели, к сожалению, не существует одного всеобъемлющего показателя. Поэтому в процессе управления производством используют систему показателей, каждый из которых применяют на определенных уровнях и этапах управления. Лесопромышленное предприятие функционирует в условиях, которые характеризуются множеством как однозначно определяемых, так и случайно складывающихся параметров S. В множество S включены параметры, характеризующие наличие, ограниченных ресурсов S р (т.е. S р S). Эффективность функционирования предприятия может характеризоваться набором /множеством/ показателей R.