Обоснование технологической схемы лесозаготовительных работ путем создания динамической модели функционирования предприятия

УДК

630*311+519.1

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2019.4.94

Аннотация

В ходе лесозаготовительного процесса технологическую схему возможно выстроить, используя разные варианты. При транспортировке древесины с лесосеки на разных этапах применяется водный или сухопутный транспорт в разное время года. Наличие лесных складов и обработка на них древесины также увеличивают многовариантность технологического процесса. Выполнение операций в различных природно- производственных условиях отличается производительностью и материальными затратами. Эффективность производства зависит от эффективного обоснования техно- логии реализации лесозаготовительных операций с учетом динамических природно- производственных условий функционирования предприятия. Цель исследования – совершенствование технологической схемы транспортных, погрузочно-разгрузочных и обрабатывающих операций лесозаготовительного процесса в динамических природно-производственных условиях. Решение поставленной задачи предложено вы- полнить с использованием графоаналитического моделирования. Переменные и постоянные материальные затраты на выполнение отдельных операций технологического процесса являются определяющими факторами при выборе технологической цепочки в динамических природно-производственных условиях. Разработаны подробные графические модели транспортировки древесины от лесосеки до потребителя, погрузочно-разгрузочных и обрабатывающих операций, проходящих на промежуточном и нижнем лесных складах. Показаны возможные варианты технологической цепочки лесозаготовительного процесса. В качестве одного из видов ограничений, накладываемых на поток, протекающий по дугам графа, используются возможные объемы заготовки древесины на лесосеках и реализации продукции потребителям. Предложены математические зависимости, позволяющие осуществить поиск максимального потока минимальной стоимости в динамической структуре технологического процесса выполнения работ на предприятии. Они определяют условия решения поставленной задачи. Предложенная графоаналитическая модель даст возможность осуществить аналитический подход к обоснованию: последовательности транспортировки древесины с лесосек; использования в лесозаготовительном процессе лесных складов, рейдов; применения погрузочно-разгрузочных работ, обрабатывающих операций, вида транспорта; выбора потребителя и вида конечной товарной продукции в динамических природно-производственных условиях работы предприятия. Отличительной характеристикой модели является ее функционирование на основе учета про- изводительности и трудозатрат, предложенных в качестве пропускных способностей дуг графа.
Финансирование: Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ, правительства Красноярского края, Красноярского краевого фонда науки в рамках научного проекта «Исследование и моделирование процессов развития экономики лесной промышленности региона в контексте природно-климатических условий и ресурсного потенциала», № 18-410-240003.

Сведения об авторах

К.П. Рукомойников¹, д-р техн. наук, доц.; ResearcherID: N-6961-2019, ORCID: 0000-0002-9956-5081
А.П. Мохирев², канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: N-9961-2019, ORCID: 0000-0002-1692-3323
¹Поволжский государственный технологический университет, пл. Ленина, д. 3, г. Йошкар-Ола, Республика Марий Эл, Россия, 424000; e-mail: rukomojnikovkp@volgatech.net
²Лесосибирский филиал Сибирского государственного университета им. академика М.Ф. Решетнева, ул. Победы, д. 29, г. Лесосибирск, Красноярский край, Россия, 662543; e-mail: ale-mokhirev@yandex.ru

Ключевые слова

транспортировка древесины, графоаналитическая модель, технологический процесс, технологическая схема, динамические условия, сезон транспортировки древесины

Для цитирования

Рукомойников К.П., Мохирев А.П. Обоснование технологической схемы лесозаготовительных работ путем создания динамической модели функционирования предприятия // Лесн. журн. 2019. № 4. С. 94–107. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.94

Литература

1. Беляков С.Л., Белякова М.Л., Боженюк А.В., Савельева М.Н. Оптимизация потоков в транспортных системах // Изв. ЮФУ. Технические науки. 2014. № 5(154). С. 161–167.
2. Берштейн Л.С., Беляков С.Л., Боженюк А.В. Использование нечетких темпоральных графов для моделирования в ГИС // Изв. ЮФУ. Технические науки. 2012. № 1(126). С. 121–127.
3. Боженюк А.В., Герасименко Е.М. Разработка алгоритма нахождения максимального потока минимальной стоимости в нечеткой динамической транспортной сети // Инж. вестн. Дона. 2013. № 1. Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1583 (дата обращения: 25.05.2019).
4. Боженюк А.В., Розенберг И.Н. Размещение центров обслуживания в ГИС на основе интервальных графов // Обозрение прикладной и промышленной математики. 2007. Т. 14, № 4. С. 682–683.
5. Борисов Г.А., Кукин В.Д., Кузина В.И. Методы поиска наивыгоднейшего варианта сети лесовозных дорог // Лесн. журн. 2001. № 3. С. 63–70.
6. Бурмистрова О.Н., Сушков С.И., Пильник Ю.Н. Оптимизация параметров транспортных процессов на предприятиях лесопромышленного комплекса // Фундаментальные исследования. 2015. № 11-2. С. 237–241. Режим доступа: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39317 (дата обращения: 25.02.2019).
7. Рукомойников К.П. Графоаналитическое моделирование технологии поквартального освоения лесосек в нечетких динамических природно-производственных условиях // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. Режим доступа: http://www.science-education.ru/120-16417 (дата обращения: 25.02.2019).
8. Сазонова Е.А. Исследование и обоснование технологических процессов лесосечных работ на основе сквозного энергетического анализа: дис. … канд. техн. наук. Екатеринбург, 2005. 145 с.
9. Шегельман И.Р. Анализ сквозных процессов заготовки биомассы дерева и ее переработки на щепу // Современные проблемы развития лесопромышленных производств: науч. тр. 2001. № 6. Петрозаводск: Карел. регион. инж. акад., 2001. С. 13–23.
10. Шегельман И.Р., Скрыпник В.И., Кузнецов А.В. Анализ показателей работы и оценка эффективности лесозаготовительных машин в различных природно-производственных условиях // Учен. зап. ПетрГУ. Сер.: Естественные и технические науки. 2010. № 4(109). C. 66–75.
11. Шегельман И.Р., Щеголева Л.В., Пономарев А.Ю. Математическая модель выбора сквозных потоков заготовки, транспортировки и переработки древесного сырья // Изв. СПбЛТА. 2005. № 172. С. 32–37.
12. Bellman R. On a Routing Problem // Quarterly of Applied Mathematics. 1958. Vol. 16. Pp. 87–90. DOI: 10.1090/qam/102435
13. Bozhenyuk A., Gerasimenko E., Rozenberg I. The Methods of Maximum Flow and Minimum Cost Flow Finding in Fuzzy Network // Proceedings of the 2nd Int. Workshop on Concept Discovery in Unstructured Data Workshop (CDUD 2012), Leuven, Belgium, May 6–10, 2012. Belgium: Leuven Katholieke Universiteit, 2012. Pp. 1–12.
14. Carlsson D., D’Amours S., Martel A., Rönnqvist M. Decisions and Methodology for Planning the Wood Fiber Flow in the Forest Supply Chain // Recent Developments in Supply Chain Management / ed by R. Koster, W. Delfmann. Helsinki: University Press, 2008. Pp. 11–39.
15. Dijkstra E.W. A Note on Two Problems in Connection with Graphs // Numerische Mathematik.1959. Vol. 1. Pp. 269–271.
16. Floyd R.W. Algorithm 97: Shortest Path // Communications of the ACM. 1962. Vol. 5, no. 6. Pp. 345. DOI: 10.1145/367766.368168
17. Kovács P. Minimum-Cost Flow Algorithms: An Experimental Evaluation. EGRES Technical Report no. 2013-04. Budapest: Egervary Research Group, 2015. 40 p.
18. Kumar A., Kaur M. A Fuzzy Linear Programming Approach to Solve Fuzzy Maximal Flow Problems // International Journal of Physical and Mathematical Sciences. 2010. Vol. 1, no. 1. Pp. 6–12.
19. Mokhirev A., Gerasimova M., Pozdnyakova M. Finding the Optimal Route of Wood Transportation // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 226, conference 1. Pp. 1–7. DOI: 10.1088/1755-1315/226/1/012053
20. Mokhirev A.P., Pozdnyakova M.O., Medvedev S.O., Mammatov V.O. Assessment of Availability of Wood Resources Using Geographic Information and Analytical Systems (The Krasnoyarsk Territory as a Case Study) // Journal of Applied Engineering Science. 2018. Vol. 16. Pp. 313–319. DOI: 10.5937/jaes16-16908
21. Moore E.F. The Shortest Path through a Maze // Proceedings of an International Symposium on the Theory of Switching, Aptil 2–5, 1957. Part II. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1959. Pp. 285–292.
22. Pentek T., Nevečerel H., Ecimović T., Lepoglavec K., Papa I., Tomašić Z. Strategijsko planiranje šumskih prometnica u Republici Hrvatskoj – raščlamba postojećega stanja kao podloga za buduće aktivnosti // Nova Mehanizacija Šumarstva. 2014. Vol. 35, no. 1. Pp. 63–78.
23. Rukomojnikov K.P. Structuring of Loading Points and Main Skid Road in Conditions of Existing Road Network in Forest Compartment // Journal of Applied Engineering Science. 2015. No. 13. Pp. 167–174. DOI: 10.5937/jaes13-8866

Поступила 13.03.19

Ссылка на английскую версию:

Validation of the Logging Operations Scheme through the Creation of Dynamical Model of the Enterprise Functioning

UDC 630*311+519.1
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.94

Validation of the Logging Operations Scheme through the Creation of Dynamical Model of the Enterprise Functioning

K.P. Rukomojnikov¹, Doctor of Engineering, Assoc. Prof.; ResearcherID: N-6961-2019, ORCID:  0000-0002-9956-5081
A.P. Mokhirev², Candidate of Engineering, Assoc. Prof.; ResearcherID:  N-9961-2019, ORCID: 0000-0002-1692-3323
¹Volga State University of Technology, pl. Lenina, 3, Yoshkar-Ola, Mari El Republic, 424000, Russian Federation; e-mail: rukomojnikovkp@volgatech.net
²Lesosibirsk Branch of Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, ul. Pobedy, 29, Lesosibirsk, 662543, Russian Federation; e-mail: ale-mokhirev@yandex.ru

It is possible to build a technological scheme using various options in the process of logging. Water or land transport is used in different seasons during wood transportation from the cutting area at different stages. The presence of wood depots and wood processing at them also increase the multivariance of the technological process. The operation flow in various natural and industrial conditions differs in productivity and material expenses. Production efficiency depends on the effective validation of the technology of logging operations’ implementation with regard to the dynamic natural and industrial conditions of the enterprise functioning. The research purpose is improving of the technological scheme of transport, handling and processing operations of logging in dynamic natural production conditions. The solution of the issue is proposed to perform using semi-graphical modeling. Variable and constant material expenses for the individual operations flow of the technological process define the technological scheme in the dynamic natural and industrial conditions. As a result detailed graphic models of wood transportation from the cutting area to the consumer, handling and processing operations taking place in the intermediate and lower wood depots have been developed. The possible variants of the logging technological scheme are shown. Possible volumes of timber harvesting in cutting areas and consumer sales of products are used as one of the restrictions imposed on the flow running through the graph arcs. Mathematical functions allowing searching for the maximum flow of the minimum cost in the dynamic structure of the technological process of work flow at the enterprise are proposed. They define the conditions for problem solving. The proposed semigraphical model will enable the analytical approach to validation the sequence of wood transportation from the cutting area and usage of wood depots and raids in logging, using of handling and processing operations, choosing the transport type, consumer and type of final commodity products in the dynamic natural production conditions of the enterprise working. A distinctive feature of the proposed model is its functioning based on the performance and labor costs proposed as the throughput of the graph arcs.
For citation: Rukomojnikov K.P., Mokhirev A.P. Validation of the Logging Operations Scheme through the Creation of Dynamical Model of the Enterprise Functioning. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 4, pp. 94–107. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.94
Funding: The research was carried out with the financial support of the RFBR, Government of Krasnoyarsk Krai and Krasnoyarsk Regional Fund of support scientific and technical activities, KSAU within the framework of the scientific project “Research and Modeling of the Economic Development Processes of the Region’s Timber Industry in the Context of Natural and Climatic Conditions and Resource Potential”, no. 18-410-240003.
Keywords: wood transportation, graphic-analytical model, technological process, technological scheme, dynamic conditions, season of wood transportation.

REFERENCES

1. Belyakov S.L., Belyakova M.L., Bozhenyuk A.V., Savelyeva M.N. Optimization of Flows in Transport Systems. Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering sciences], 2014, no. 5(154), pp. 161–167.
2. Bershtein L.S., Beliakov S.L., Bozhenyuk A.V. The Using of Fuzzy Temporal Graphs for Modeling in GIS. Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering sciences], 2012, no. 1(126), pp. 121–127.
3. Bozhenyuk A.V., Gerasimenko E.M. Developing of the Algorithm of Maximum Flow of Minimum Cost Finding in a Fuzzy Dynamic Network. Inzhenernyj vestnik Dona [Engineering Journal of Don], 2013, iss. 1. Available at: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n1y2013/1583 (Accessed 25.05.2019).
4. Bozhenyuk A.V., Rozenberg I.N. Placement of Service Centers in GIS Based on Interval Graphs. Obozrenie prikladnoy i promyshlennoy matematiki, 2007, vol. 14, no. 4, pp. 682–683.
5. Borisov G.A., Kukin V.D., Kuzina V.I. Methods of Searching the Best Profitable Variant for the Forest Road Network. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2001, no. 3, pp. 63–70.
6. Burmistrova O.N., Sushkov S.I., Pilnik Y.N. Optimization Parameters of Transport Processes on Forestry Enterprises. Fundamental’nye issledovaniya [Fundamental research], 2015, iss. 11 (part 2), pp. 237–241. Available at: http://fundamentalresearch.ru/ru/article/view?id=39317 (Accessed 25.02.2019).
7. Rukomoynikov K.P. Graphic-Analytical Modeling of Technology of Forest Harvesting in Forest Compartment with Fuzzy Dynamic Natural Production Conditions. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya [Modern problems of science and education], 2014, no. 6. Available at: http://www.science-education.ru/120-16417 (Accessed 25.02.2019).
8. Sazonova E.A. Research and Validation of Technological Processes of Logging Operations Based on End-to-End Energy-Dispersive Analysis: Cand. Eng. Sci. Diss. Yekaterinburg, 2005. 135 p.
9. Shegelman I.R. Analysis of End-to-End Processes of Harvesting Tree Biomass and Its Processing into Wood Chips. Current Issues of Timber Industry Development: Scientific Works. Petrozavodsk, Karel’skaya regional’naya inzhenernaya akademiya Publ., 2001, pp. 13–23.
10. Shegelman I.R., Skrypnik V.I., Kuznetsov A.V. Performance Analysis and Evaluation of the Effectiveness of Logging Machines in Various Natural and Industrial Conditions. Uchenye zapiski PetrGU. Seriya: Estestvennye i tekhnicheskiye nauki [Proceedings of Petrozavodsk State University. Series: Natural & Engineering Sciences], 2010, no. 4(109), pp. 66–75.
11. Shegelman I.R., Shchegoleva L.V., Ponomarev A.Yu. Mathematical Model of the Choice of Through Flows of Procurement, Transportation and Processing of Wood Raw Materials. Izvestia Sankt-Peterburgskoj Lesotekhnicheskoj Akademii [News of the Saint Petersburg State Forest Technical Academy], 2005, no. 172, pp. 32–37.
12. Bellman R. On a Routing Problem. Quarterly of Applied Mathematics, 1958, vol. 16, pp. 87–90. DOI: 10.1090/qam/102435
13. Bozhenyuk A., Gerasimenko E., Rozenberg I. The Methods of Maximum Flow and Minimum Cost Flow Finding in Fuzzy Network. Proceedings of the 2nd Int. Workshop on Concept Discovery in Unstructured Data Workshop (CDUD 2012), Leuven, Belgium, May 6–10, 2012. Belgium, Leuven Katholieke Universiteit, 2012, pp. 1–12.
14. Carlsson D., D’Amours S., Martel A., Rönnqvist M. Decisions and Methodology for Planning the Wood Fiber Flow in the Forest Supply Chain. Recent Developments in Supply Chain Management. Ed by R. Koster, W. Delfmann. Helsinki, University Press, 2008, pp. 11–39.
15. Dijkstra E.W. A Note on Two Problems in Connection with Graphs. Numerische Mathematik, 1959, vol. 1, pp. 269–271.
16. Floyd R.W. Algorithm 97: Shortest Path. Communications of the ACM, 1962, vol. 5, no. 6, pp. 345. DOI: 10.1145/367766.368168
17. Kovács P. Minimum-Cost Flow Algorithms: An Experimental Evaluation. EGRES Technical Report no. 2013-04. Budapest, Egervary Research Group, 2015. 40 p.
18. Kumar A., Kaur M. A Fuzzy Linear Programming Approach to Solve Fuzzy Maximal Flow Problems. International Journal of Physical and Mathematical Sciences, 2010, vol. 1, no. 1, pp. 6–12.
19. Mokhirev A., Gerasimova M., Pozdnyakova M. Finding the Optimal Route of Wood Transportation. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, vol. 226, conference 1, pp. 1–7. DOI: 10.1088/1755-1315/226/1/012053
20. Mokhirev A.P., Pozdnyakova M.O., Medvedev S.O., Mammatov V.O. Assessment of Availability of Wood Resources Using Geographic Information and Analytical Systems (The Krasnoyarsk Territory as a Case Study). Journal of Applied Engineering Science, 2018, vol. 16, pp. 313–319. DOI: 10.5937/jaes16-16908
21. Moore E.F. The Shortest Path through a Maze. Proceedings of an International Symposium on the Theory of Switching, Aptil 2–5, 1957, Part II. Cambridge, MA, Harvard University Press, 1959, pp. 285–292.
22. Pentek T., Nevečerel H., Ecimović T., Lepoglavec K., Papa I., Tomašić Z. Strategijsko planiranje šumskih prometnica u Republici Hrvatskoj – raščlamba postojećega stanja kao podloga za buduće aktivnosti. Nova Mehanizacija Šumarstva, 2014, vol. 35, no. 1, pp. 63–78.
23. Rukomojnikov K.P. Structuring of Loading Points and Main Skid Road in Conditions of Existing Road Network in Forest Compartment. Journal of Applied Engineering Science, 2015, no. 13, pp. 167–174. DOI: 10.5937/jaes13-8866

Received on March 13, 2019