Цель исследования: обоснование графика транспортного освоения лесного квартала.
Материал и методы исследования. Для достижения поставленной цели необходим одновременный учет двух основных операций: трелевка и вывозка лесоматериалов. Эти задачи не могут быть разделены на не связанные друг с другом части. Более того, они, как правило, связаны с рядом других проблем, вызывающих актуальность первоочередного решения поставленной задачи, так как принятое решение влияет на характер решаемых задач и методы их решения. Вопрос о том, когда и в каком порядке выполнять работы по освоению лесных участков на территории квартала влияет и на величину затрат на их выполнение.
Существует два вида стоимостей, которыми можно охарактеризовать эффективность составленного графика освоения квартала. Это стоимость эксплуатации машин, задействованных на трелевке и вывозке и стоимость обустройства погрузочных пунктов (ПП) для хранения и погрузки заготовленной древесины. Если график составлен таким образом, что простои техники в нем минимальны или минимальна средняя продолжительность прохождения операций, то это означает, что за одно и то же время та же техника способна выполнить большую работу, чем при другом графике, однако следует учитывать и грузооборот ПП, расположенных на территории лесного квартала. Недостаточное внимание к этому вопросу может привести к излишнему увеличению их размеров, а, следовательно, к повышенным затратам на их обустройство и хранение древесины в условиях их ограниченной грузовместимости, высокой стоимости и не целесообразности увеличения их площадей;
Решение задачи предусматривает
заполнение матрицы поиска решений, представленной в табл 1. Где 
–номер
трелюемой (вывозимой) партии лесоматериалов в объеме одного рейса лесовоза 
;
-
количество рейсов лесовоза для вывозки всей древесины, заготовленной на
территории квартала, шт.;
-
номер партии лесоматериалов в объеме, необходимом для формирования на ПП
полногрузного рейса для вывозки 
;
-
число рейсов, необходимых для трелевки всех заготовленных лесоматериалов с
анализируемой лесосеки, шт.; 
- номер лесосеки, тяготеющей к
анализируемому ПП 
;
-
количество лесосек, тяготеющих
к анализируемому ПП-
, шт.; 
-номер
анализируемого ПП
(
;
–
количество ПП на территории квартала, шт.; 
–
показатель выполнения работы по трелевке партии древесины необходимого объема с
лесосеки на
ПП- в
позиции ;
-
показатель выполнения работы по вывозке рейса древесины с ПП- в
позиции .
Исходные данные: 
–
средний объем трелюемой пачки, м3; 
–
средняя нагрузка на рейс лесовоза, м3; 
-вырубаемый
запас на лесосеке, м3; 
-
время сбора, трелевки, выгрузки пачек с лесосеки 
на
ПП-, с;
-
время перемещения между и
, с;
-
время цикла при вывозке древесины с ПП-, с;
–
время погрузки в общем цикле работы лесовоза, с; 
–
время погрузки стрелеванной пачки в общем времени цикла погрузки, с.
Средняя продолжительность трелевки пачки с территории каждой из лесосек равна:
Продолжительность работ на трелевке
нескольких пачек лесоматериалов (
)
в объеме, необходимом для формирования рейса лесовоза равна:
Время начала работ 
на трелевке, при формировании каждого -рейса лесовоза:
где
-
время, на холостые перемещения трактора между ПП в начале сбора -рейса
–время
завершения трелевки лесоматериалов для 
рейса
лесовоза, с; 
–время
завершения трелевки пачек к 
,
,
…, 
со
всех примыкающих к ним лесосек в
расчете на момент формирования на одном из ПП –
рейса для вывозки..
Объем лесоматериалов, который может быть
заготовлен на ПП- на
момент окончания трелевки партий,
без учета ограничений по объему вырубаемого запаса 
равен:
где
-
объемы лесоматериалов, стрелеванные ранее с лесосеки при
сборе на ПП дополнительного объема, обеспечивающего полную загрузку при вывозке
рейса
сбор лесоматериалов для которого начался с другой (в анализируемый момент
времени уже освоенной) лесосеки, с. При 
:
;
–
объемы лесоматериалов, уже стрелеванные с лесосеки на ПП к началу планирования
графика освоения лесного квартала. Данный показатель может использоваться для
корректировки графика при непредвиденных простоях, м3;
Таблица 1
Матрица поиска решений для обоснования последовательности выполнения основных переместительных операций лесозаготовительных работ на территории лесного квартала
|
Номер ПП ( |
Номер лесосеки ( |
Номер
формируемого на ПП рейса ( |
Порядок выполнения работ (i) |
||||
|
|
|
|
… |
|
|||
|
Планирование последовательности трелевки древесины на территории лесного квартала |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Планирование последовательности вывозки древесины с территории лесного квартала |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
|
|||||||
|
|
|||||||
|
|
|
||||||
|
|
|||||||
|
|
|||||||
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где 
-
время работы на лесосеке для
сбора дополнительного объема, обеспечивающего полную загрузку при вывозке рейса
формирование которого началось с другой лесосеки, с
где
–
показатель, свидетельствующий о стадии разработки лесосеки. Может принимать
значения 0 и 1. 
в
том случае, если лесосека полностью освоена и на ней завершена трелевка -
рейса лесоматериалов. При :
.
Время простоев по технологическим
причинам 
,
вызванных отсутствием на ПП необходимого для вывозки объема лесоматериалов в
расчетный момент времени, равно:
где
,
-
соответственно, расчетное время начала и завершения работ на вывозке -
рейса с учетом его возвращения на ПП, с;
где 
–
расчетное время начала вывозки
-
рейса с ПП-, с..;
–
время завершения вывозки предыдущего рейса, с. При 
;
-
продолжительность вывозки.
где
-
порядковый номер рейса в интервале 
;
при , 
.
Расчетное время завершения погрузки и начала движения автотранспорта составит:
Средней продолжительности трелевки пачки лесоматериалов 
составит.
При расчетный объем 
.
Средний объем пачек при сборе лесоматериалов в объеме рейса для вывозки, равен:
Объем лесоматериалов,
поступивших с каждой из лесосек на каждый из ПП на момент завершения трелевки –
партии в объеме необходимом для вывозки –
рейса, равен:
Суммарный объем, поступивши1 на каждый из ПП со всех
примыкающих к ним лесосек на момент завершения трелевки лесоматериалов для
вывозки –
рейса, равен:
Объем 
,
поступивший с каждой из лесосек на каждый из ПП на момент завершения погрузки –
рейса, можно определить перебором значений параметра по формуле:
где
при 
:
.
Объем лесоматериалов на ПП 
,
на момент завершения погрузки –
рейса:
При :
.
Максимальный объем лесоматериалов, единовременно размещаемый на ПП равен:
Площадь каждого ПП можно рассчитать по формуле:
где
-
высота штабелей на ПП, м; 
-
коэффициент полнодревесности; 
-
коэффициент, учитывающий разрывы между штабелями; 
–
коэффициент, учитывающий организационные причины, в связи с которыми возможно
непредвиденное увеличение запасов на ПП.
Суммарные затраты на обустройство всех ПП в пределах лесного квартала равны:
где
-
стоимость обустройства одного квадратного метра каждого ПП, руб.
Суммарные затраты на трелевку лесоматериалов можно определить по формуле:
где
-
стоимость машино-смены на трелевке, руб.; 
-
число часов работы в смену, ч.
Суммарные расчетные затраты на вывозку лесоматериалов можно определить:
где 
-
стоимость машино-смены на вывозке, руб.
Упорядочивание операций может быть выполнено по нескольким критериям:
· сокращения затрат на транспортное освоение лесного квартала:
·
уменьшения
сроков выполнения работ: 
·
сокращения
площадей, отводимых под ПП: 
Ограничения, накладываемые на предложенную математическую модель, следующие:
1. Сумма значений в каждой строке матрицы поиска решений равна 1, т.е.
2. Сумма значений в каждой колонке матрицы поиска решений равна 1, т.е.
3.
,
–
целые числа в интервале 
.
Результаты исследования и их обсуждение. Результаты выполненных расчетов с использованием предложенной математической модели обоснования последовательности работ в лесном квартале доказали возможность снижения материальных затрат на величину до 13%, отличающуюся от других технически и организационно целесообразных графиков технологического процесса освоения лесного квартала. Выявлена возможность более чем на 30% сократить площади, отводимые под ПП, примерно на 1,5% уменьшить суммарные трудозатраты на выполнение транспортных операций на территории лесного квартала.
Выводы. Предложенная математическая модель позволяет повысить грузооборот ПП на территории лесного квартала, сократить занимаемые ими площади и снизить стоимости их обустройства и содержания.
Рецензенты:Ширнин Ю.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой ТОЛП, ФГБОУ ВПО Поволжский государственный технологический университет, г.Йошкар-Ола;
Царев Е.М., д.т.н., доцент, профессор, ФГБОУ ВПО Поволжский государственный технологический университет, г.Йошкар-Ола.