автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование способов и параметров рациональных технологий поквартального освоения лесных участков

На правах рукописи

РУКОМОИНИКОВ Константин Павлович

ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ И ПАРАМЕТРОВ РАЦИОНАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПОКВАРТАЛЬНОГО ОСВОЕНИЯ ЛЕСНЫХ УЧАСТКОВ

05.21.01 — Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

9 СЕН 2015

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Йошкар-Ола - 2015

005561984

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Поволжский государственный технологический университет»

Научный консультант Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ширнин Юрий Александрович

Шегельман Илья Романович, доктор технических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петрозаводский государственный университет» зав. кафедрой технологии и организации лесного комплекса Заикин Анатолий Николаевич, доктор технических наук, доцент, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Брянская государственная инженерно-технологическая

академия», декан механико-технологического факультета

Герц Эдуард Федорович, доктор технических наук, доцент, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Уральский государственный лесотехнический университет», директор института лесопромышленного бизнеса и дорожного строительства Ведущая федеральное государственное бюджетное

организация образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова» Защита диссертации состоится «26» ноября 2015 г. в 9:00 на заседании диссертационного совета Д 212.115.02 при ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет» по адресу: 424000, Респ. Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, д.З, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Поволжский государственный технологический университет» и на сайте http://volcatech.net.

Автореферат разослан «¿и? » оя 2015 г. И.о. ученого секретаря /¿^

диссертационного совета СЛЗ^ Царев Евгений Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. С начала 90-х годов ухудшение экономической ситуации привело к распаду крупных лесозаготовительных комплексов на мелкие предприятия различной формы собственности с небольшими объемами лесозаготовок, изменились основные характеристики разрабатываемых лесосек, уменьшились их площади, увеличилось расстояние вывозки древесины. В этот период почти прекратилось проектирование и строительство новых лесных дорог, а последующее постепенное увеличение объемов вывозки привело к тому, что наряду с ухудшением состояния ранее построенных лесных дорог, возникла острая необходимость в развитии транспортной сети для освоения лесных участков.

В настоящее время в условиях роста транспортных затрат и конкуренции наличие недостаточно развитой транспортной сети на территории большинства лесопромышленных предприятий России является серьезной экономической проблемой, что отмечено при разработке стратегии развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2020 года. Решение данной проблемы недостижимо без концентрации объемов выполняемых работ на территории арендуемых лесных участков.

В этих условиях повышается экономическая и экологическая целесообразность так называемого поквартального метода освоения лесных участков, предусматривающего объединение мелких таксационных вы-делов в более крупные территориальные единицы, способствуя неисто-щительному лесопользованию в соответствии с задачами арендной формы взаимодействия лесовладельцев и пользователей древесного сырья.

Реализация поквартального способа является одним из основных направлений при решении задач создания условий для выполнения на лесных участках комплекса лесохозяйственных и лесозаготовительных работ, поставленных правительством перед лесным сектором экономики РФ, и позволяет сконцентрировать средства на строительство и ремонт лесных дорог, расчистку квартальных просек, магистральных волоков и технологических коридоров.

В тоже время в результате ухудшения сырьевых характеристик доступных для освоения лесов возросшие требования Лесного кодекса РФ и положения об аренде земельных участков лесного фонда к сохранению лесной среды заставляют арендатора, наряду с лесозаготовками в лесном квартале, заниматься восстановлением лесов. При этом в условиях наблюдаемого постепенного перехода на интенсивную модель ве-

дения лесного хозяйства на хорошо освоенных лесных территориях, необходимо внедрение активных мероприятий, связанных с повышением сохранности подроста при размещении транспортных путей, дающих возможность повышения экономического эффекта от ведения лесного хозяйства за оборот рубки с учетом принципов выращивания насаждений с целевой породной и сортиментной структурой.

Однако наряду с постепенным развитием комплексного ведения лесного хозяйства и значительным объемом существующих научных исследований в области освоения отдельных территориально разобщенных таксационных выделов, для эффективной реализации поквартального способа отсутствует решение ряда вопросов по научному обоснованию особенностей размещения транспортно-технологической сети и реализации работ на территории лесного квартала, что свидетельствует о необходимости выполнения и актуальности научных исследований для экономики отрасли.

Цель работы: разработать теоретические положения по обоснованию способов и параметров рационального транспортно-технологического обустройства лесного квартала, повысить технологическую эффективность поквартального освоения лесных участков с учетом воздействия на смежные производственные процессы и окружающую среду.

Задачи исследования:

1) разработать методические основы и математические модели для создания на территории лесного квартала рациональной транспортной сети, позволяющей сократить перемещения техники по его территории, повысить доступность разрабатываемых выделов и производительность машин, задействованных в реализации комплекса переместительных операций при трелевке и вывозке древесины, снизить негативные последствия лесозаготовок;

2) разработать теоретические аспекты обоснования размеров делянок, размещения погрузочных пунктов, расчета среднего расстояния трелевки лесоматериалов в условиях объединения таксационных выделов для реализации лесосечных работ при поквартальном способе освоения лесных участков;

3) выявить новые технологические решения освоения лесосек, позволяющие учесть специфику размещения квартальных просек, технологических коридоров и лесовозных дорог на территории лесного квартала, а также увеличить ширину разрабатываемых пасек;

4) разработать динамические модели, методики и алгоритмы обоснования основных показателей освоения лесных участков и последова-

тельности реализации этапов разработки лесосек в природно-производственных условиях лесного квартала;

5) разработать технологии поквартального освоения лесных участков, алгоритм их научного выбора и математические зависимости по обоснованию комплектов агрегатов для подготовительных операций при выполнении технологии лесосечных работ с комбинированным ле-совосстановлением.

Объект исследования: технологические процессы, транспортные сети, а также комплекты машин и оборудования для одновременного освоения множества таксационных выделов при поквартальном способе организации лесозаготовительных и лесовосстановительных работ на лесных участках малолесных территорий.

Предмет исследования: научные основы выбора рациональных технологий поквартального освоения лесных участков, математические модели, методики, алгоритмы, характеризующие технологические показатели способов транспортно технологического обустройства и параметры освоения таксационных выделов в лесном квартале.

Методы исследования: системный анализ, методы целочисленного и динамического программирования, дифференциального и интегрального исчисления, математического и имитационного моделирования, элементы теории графов, методы интерполяции данных, пассивного производственного эксперимента, математической статистики и информационных технологий.

Научная новизна работы.

1) Предложены методика и математическая модель выбора рациональной схемы транспортно-технологического освоения лесного квартала, отличающиеся одновременным анализом затрат на подготовительные и основные работы при трелевке и вывозке лесоматериалов с нескольких разрозненных лесосек с возможностью проектирования лесовозных дорог на его территории.

2) Предложены математические зависимости для расчета среднего расстояния трелевки и методика обоснования числа и размещения погрузочных пунктов на лесосеках различной конфигурации, отличающиеся учетом разнообразия рубок, технологических схем разработки пасек и территориального размещения трелевочных волоков в условиях неравномерности распределения запасов древесины на территории лесосеки.

3) Разработаны защищенные патентами РФ новые способы освоения лесосек, отличающиеся учетом специфики размещения квартальных просек, технологических коридоров, лесовозных дорог и магистральных

волоков на территории лесного квартала и сокращением воздействия лесных машин на почвенный покров лесосек.

4) Предложены «растянутые во времени» стационарно-динамические графические модели операционной сети технологических процессов лесозаготовок с обоснованием алгоритма поиска потока минимальной стоимости, характеризующего затраты при реализации рациональной технологии освоения нескольких лесосек в нечетких динамических природно-производственных условиях поквартального освоения лесных участков, отличающиеся тем, что прохождение потока по дугам графов снижает пропускную способность параллельных дуг, характеризующих выполнение одноименных технологических операций анализируемых временных интервалов.

5) Предложена методика и математическая модель обоснования последовательности выполнения основных переместительных операций лесозаготовительных работ при поквартальном способе освоения лесных участков, отличающаяся комплексным учетом графиков реализации лесосечных работ на всех лесосеках в границах лесного квартала и вывозки древесины с погрузочных пунктов на разрабатываемой территории.

6) Разработана модель функционирования комплектов машин, отличающаяся возможностью анализа комплекса технологических операций на различных этапах освоения лесосек в разнообразных природно-производственных условиях с учетом принципов компоновки энергетических и технологических модулей.

7) Предложены математические зависимости, позволяющие формировать комплекты агрегатов для пересадки подроста в лесном квартале на основе расчета их сменной комплексной выработки, отличающиеся учетом их взаимозаменяемости и возможности использования отдельных агрегатов на смежных операциях технологического процесса для обеспечения согласованного функционирования всего комплекта.

8) Разработаны алгоритм выбора транспортного обустройства и защищенные патентами РФ варианты развития транспортной инфраструктуры лесного квартала с комбинированным лесовосстановлением, отличающиеся комплексным учетом технологических нормативов выполнения лесосечных и подготовительных работ с сохранением и пересадкой подроста.

Положения, выносимые на защиту.

1) Методики и математические модели обоснования рациональной транспортно-технологической сети лесовозных дорог, технологических

коридоров, магистральных и пасечных волоков и погрузочных пунктов на территории лесного квартала.

2) Математические зависимости и методика обоснования параметров основных технологических элементов освоения объединенных таксационных выделов с учетом их различной конфигурации, неравномерности распределения запасов древесины и ветвистой структуры трелевочных волоков.

3) Способы освоения лесосек в границах лесного квартала, учитывающие наличие развитой сети лесовозных дорог, технологических коридоров и квартальных просек на его территории и возможности увеличения ширины разрабатываемых пасек.

4) Графические и математические модели, методики и алгоритмы обоснования основных динамических показателей и этапов реализации технологического процесса лесосечных работ при освоении лесного квартала.

5) Научные основы выбора и технологические решения развития транспортной инфраструктуры лесного квартала с представлением математических зависимостей, позволяющих формировать комплекты агрегатов для выполнения в лесном квартале технологии лесосечных работ с комбинированным лесовосстановлением.

Теоретическая значимость работы: состоит в разработке комплекса математических моделей, методик и алгоритмов, позволяющих решать задачи по совершенствованию развития инфраструктуры поквартального освоения лесных участков, технологии и организации работ с учетом рационального размещения на территории лесного квартала основных технологических элементов в виде лесовозных дорог, технологических коридоров, волоков и лесопромышленных складов в границах существующей квартальной сети лесных дорог в течение всего срока аренды лесного участка.

Практическая значимость работы заключается в том, что разработанные математические модели, методики, алгоритмы позволяют выбрать рациональные варианты развития инфраструктуры лесного квартала, обоснования технологии работ с расчетом основных технологических параметров, позволяющих сократить перемещения техники, снизить негативные экологические последствия лесозаготовок, повысить доступность разрабатываемых выделов и производительность машин, задействованных в выполнении комплекса лесосечно-лесовосстановительных работ в лесном квартале.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Диссертационное исследование соответствует пункту 6 паспорта специальности 05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»: «Выбор технологии, оптимизация параметров процессов с учетом воздействия на смежные производственные процессы и окружающую среду».

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием в работе современных, апробированных теоретических подходов с применением научных методов математического моделирования, теории графов и логистического анализа, а также совпадением результатов теоретических исследований с результатами производственных экспериментов и имитационного моделирования транспортных потоков лесоматериалов с доверительной вероятностью 0,95 у полученных закономерностей.

Личное участие автора заключается в обработке и анализе научно-технических источников информации, формулировке проблемы, цели, задач, программы и методики исследования, получении теоретических и экспериментальных результатов, их обработке, интерпретации и внедрении в производство и учебный процесс.

Реализация результатов работы.

Результаты проведенных исследований послужили основой для разработки и внедрения в учебный и производственный процессы следующих нормативных документов:

1) Концепция развития лесного комплекса Республики Марий Эл до 2010. Одобрена постановлением Правительства Республики Марий Эл от 26.10.2006 года №221;

2) Концепция развития лесного комплекса Поволжья до 2010 года. Утверждена на заседании Межрегионального правительственного комитета Ассоциации «Большая Волга»;

3) Лесной план Нижегородской области. Утвержден постановлением правительства Нижегородской области 31.12.2008;

4) Лесной план Самарской области. Утвержден постановлением Губернатора Самарской области 31 декабря 2008 года №149;

5) Лесной план Республики Марий Эл. Утвержден постановлением Правительства Республики Марий Эл от 23 декабря 2008 г. №805Р.

Результаты исследований внедрены в учебный процесс путем издания учебных пособий с грифом УМО и применяются студентами очной и заочной форм обучения при изучении дисциплин «Обоснование технологических параметров и режимов функционирования лесозаготовительных машин», «Исследование лесопромышленных процессов»,

«Патентно-лицензионная деятельность», «Новые способы лесозаготовок и лесовосстановления», «Логистика в лесном комплексе». Основные положения диссертационной работы вошли в состав разработанных с участием автора по вышеуказанным дисциплинам учебно-методических комплексов для подготовки бакалавров и магистров по направлениям подготовки 250400.62, 250400.68, использованы при написании рабочих программ для подготовки специалистов по специальности 260100.

Решением администрации Учебно-опытного лесхоза Поволжского государственного технологического университета (УОЛХ ПГТУ) результаты работы приняты к внедрению в производство, что подтверждено соответствующими актами.

Результаты научно-исследовательской работы внедрены в производство в рамках:

1) научно-исследовательской темы «Разработка основных технико-технологических подходов к внедрению и реализации промышленной технологии освоения лесных участков на базе комплексного решения задач технологического процесса лесосечно-лесовосстановительных работ с совмещенным лесовосстановлением», выполненной по заданию Министерства образования и науки РФ в 2012 году № 7.1846.2011.

2) научно-исследовательской работы по заданию Федерального агентства по образованию в 2010 г. №1.1.10 «Разработка теоретических методов передачи данных комплекса лесосечно-лесовосстановительных работ ансамблями широкополосных сигнатур по каналу связи».

3) научно-исследовательской темы «Разработка комплекса мероприятий развития инфраструктуры поквартального освоения участков лесного фонда», выполненной в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники» на 2002-2006 гг. (Г/К №02.442.11.7334). Шифр 2006-РИ-19.0/001/363 «Проведение научных исследований молодыми учеными» (IV- очередь).

4) госбюджетной научно-исследовательской темы: «Разработка рациональных технологий лесозаготовок с совмещенным лесовозобновлением». Номер темы (шифр): 74Я. Номер договора: 21-04Б от 20.07.1999.

Апробация. Результаты проведенных исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на международной научно-практической конференции (Воронеж, 1998 г.); международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со дня рождения В.Е. Печенкина (Йошкар-Ола, 2001 г.); международной конференции, посвященной 50-летию ЛИФа ПетрГУ (Петрозаводск, 2001 г.); международной научно-технической конференции, посвященной 80-летию со

дня рождения Дмитриева Ю.Я. (Йошкар-Ола, 1999 г.); международной молодежной научной конференции по естественно - научным и техническим дисциплинам (Йошкар-Ола, 2012); XIV международной молодежной научной конференции Севергеоэкотех 2013 (Ухта, 2013); всероссийской научно-практической конференции (Красноярск, 2002 г.); региональной научной конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам (Йошкар-Ола, 2006); научных конференциях ПГТУ (МарГТУ) (Йошкар-Ола, 1998-2015 гг.).

Результаты исследований вошли в перечень наиболее значимых результатов научных исследований и разработок ФГБОУ ВПО ПГТУ за 2006 и 2014 годы.

Публикации. Результаты исследований отражены в 75 научных работах, общим объемом 137 п.л. (авторских 59 п.л.), в том числе 1 статья в базе данных Scopus, 21 статья, в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, 15 патентов, 2 монографий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, научные положения, выносимые на защиту, отражены теоретическая и практическая значимость, а также научная новизна работы.

В первом разделе дан анализ состояния лесного комплекса на современном этапе его развития с учетом требований лесного законодательства РФ. На основе анализа установлено, что поквартальный способ ведения работ, предусматривающий объединение мелких таксационных выделов в более крупные территориальные единицы, обеспечивает решение разных по значимости лесоводственных, технологических и экономических задач.

Исследованиями, посвященными поквартальному методу ведения лесного хозяйства, в разное время и различных странах (России, Белоруссии, Литве, Казахстане и др.) занимались многие ученые и исследователи, в том числе В.Г.Атрохин, И.С.Марченко, И.К.Иевинь, А.И.Зевахин, А.М.Кожевников, Н.Ф.Давидович, Н.Кенставичюс, Л.В.Овчинников, Н.В.Ромашов, Ю.А.Ширнин, И.Р.1Пегельман и др.

Однако данные исследования акцентируют основное внимание на лесохозяйственных особенностях данного метода ведения работ и уделяют незначительное внимание научному обоснованию технологических и организационных особенностей реализации лесозаготовительных работ в лесном квартале.

Решению вопросов развития оптимальных структур и конфигураций лесотранспортных сетей на территориях лесных участков и техно-

логического обустройства и организации работ на отдельных лесосеках в пределах лесного квартала посвящены исследования Д.Н.Афоничева, Г.А.Борисова, Э.Ф.Герца, А.Д.Данилова, А.Н.Заикина, В.Д.Кукина! А.В.Кузнецова, П.М.Мазуркина, В.С.Петровского, Ф.В.Пошарникова'

A. К. Редькина, Е.М.Руновой, П.Б.Рябухина, Э.О.Салминена'

B.И.Скрыпника, В.Т.Сурикова, С.И.Сушкова, И.В. Турлая| A.C. Федоренчика, И.Р.Шегельмана, Ю.А. Ширнина, С.Б.Якимовича и других ученых.

Однако данные исследования не предполагают эффективного анализа технологического обустройства территории и технологии ведения работ в пределах лесного квартала при одновременном освоении нескольких, расположенных на его территории лесосек с различными объемами лесозаготовительных работ. Становится очевидным, что для повышения технологической, организационной и экономической эффективности реализации лесосечных работ в условиях лесного квартала необходимы дополнительные исследования.

Во втором разделе для обоснования основных принципов транс-портно-технологического освоения лесного квартала использованы методы теории графов. Реализована возможность наглядного изображения лесного квартала и находящихся на его территории выделов и лесосек в виде графа, представляющего связи между определенными парами вершин, характеризующих основные элементы анализируемой ситуации, соединенных посредством ребер. Для решения выше поставленной задачи в качестве таких вершин признаны всевозможные варианты размещения погрузочных пунктов и участков лесосек, а в качестве ребер (дуг) использованы возможные варианты, соединяющей их сети транспортных путей (квартальных просек, лесовозных дорог, технологических коридоров, магистральных и пасечных волоков).

Пример постановки задачи приведен на рис. 1., где представлена карта лесного квартала с вариантами размещения погрузочных пунктов и транспортных путей. Число данных элементов проектируется в зависимости от условий местности: рельефа, почвенно-грунтовых условий, территориального размещения выделов, наличия заболоченных участков, прогалин и т.д.

Рис. 1. Постановка задачи выбора схемы размещения транспортных путей

в лесном квартале

Для построения графа введены обозначения наиболее вероятных мест размещения погрузочных пунктов (11111, ПП2, ..., nilg, ...ППк), а центры тяжести каждого участка лесосеки (Л1, Л2, ..., Л1, ...Лп), соединены на графе дугами, характеризующими транспортные пути длиной L и стоимостью прокладки СПр и соответствующими анализируемым направлениям трелевки. Дугам, ведущим от погрузочного пункта к участку лесосеки, присваивается значение Сял > равное значению стоимости подготовки погрузочного пункта, необходимого для использования данного направления. Дугам, соединяющим погрузочные пункты между собой, а также соединяющим между собой участки лесосек присваивается значение Спп - 0, свидетельствующее о том, что использование данных транспортных путей не вызывает необходимости обустройства погрузочного пункта.

Практика ведения лесосечных работ в лесу позволяет отметить, что расстояние трелевки и затраты на трелевку с каждого анализируемого участка должны учитывать удаленность от погрузочного пункта предыдущего участка, через территорию которого проложен волок. Таким образом, особенностью задачи размещения транспортных путей в лесном квартале, является то, что вес каждой присоединяемой к поддереву дуги не может быть известен на начальной стадии проектирования, а зависит от состава дуг, включенных в поддерево на предыдущих этапах анализа.

Для решения поставленной задачи предложен алгоритм выбора рациональной схемы размещения транспортных путей в лесном квартале, предусматривающий последовательное частичное увеличение веса каж-

дой следующей присоединяемой к поддереву графа дуги за счет веса всех или части дуг, присоединенных к нему ранее, и позволяющий осуществить поиск кратчайшего оркаркаса посредством разрастания одного поддерева графа. Весовые характеристики дуг, входящих в орграф, изменяются в зависимости от перечня дуг, вошедших в оркаркас и соединяющих анализируемую вершину с его корнем.

Определена математическая зависимость, характеризующая затраты на прокладку магистрального волока, обустройство погрузочного пункта х¡« и трелевку лесоматериалов с лесного участка

2-^Л

Сьи - 1ц • СПрц + СППц + 3500 • М 'Ш - (р '' ^

где ¿у- расстояние между смежными участками х1 и между которыми анализируется возможность прокладки магистрального волока, м; СПР1) - стоимость прокладки магистрального волока между анализируемой вершиной и предыдущей вершиной (участками лесосек), руб.; СПщ

- стоимость обустройства погрузочного пункта для трелевки с участка д:у, руб.; Ст - стоимость машиносмены на трелевке, руб./смена; Vj- вырубаемый запас на /- участке лесной площади, м3; Т -трудозатраты при сборе и разгрузке пачки, сек; ¡- расстояние между погрузочным пунктом х^ и анализируемым участком X], м; ] - средняя скорость движения трелевочной машины в обоих направлениях на участке между погрузочным пунктом х? и анализируемым участком лесного фонда X], м/с; М — средний объем трелюемой пачки, м3; т - время смены, ч; ср

- коэффициент использования времени смены на трелевке.

Полученное в ходе работы алгоритма дерево можно принять в качестве кратчайшего оркаркаса графа, а, следовательно, и в качестве рационального варианта размещения сети транспортных путей в квартале.

Предложен вариант постановки задачи теории графов к определению рациональной сети магистральных волоков и погрузочных пунктов, отличающийся одновременным обоснованием траектории размещения лесовозного уса на территории квартала.

Предлагаемая математическая модель основана на реализации метода решения задачи о р-медиане в терминах целочисленного программирования, однако имеет существенные особенности, связанные с отсутствием изначально определенных весовых характеристик анализируемых дуг графа.

Матрицей распределения принимается [£у], в которой

^ _ если участок (лесосека) с центром тяжести X; = ^ ' соединеа магистрапьным волоком с участком х^, О, —в противоположном случае.

Примем = 1, если вершина х^ является медианной вершиной (т.е. на данном участке лесного квартала расположен погрузочный пункт и есть подъездные пути, обеспечивающие возможность вывозки древесины) и = 0, если на участке не предполагается размещение погрузочного пункта и обустройство транспортных путей.

Модель предусматривает поиск минимума целевой функции:

2 = ^ ' + & • Спт +

¿=1 ¡=1 ¿=1

-У V [г ртт г +

ыих11'^ п/,й • М,' 3600 -тИ'(рв }

(2)

где с/у - минимальные суммарные затраты на прокладку волока, между участками £ и у и трелевку древесины между ними, руб.; {™1П, — - варианты прокладки транспортных путей от анализируемого участка до участков вблизи квартальных просек (усов), соответствующие минимальным затратам на прокладку волоков, м; х - число участков, примыкающих к квартальным просекам (усам), шт.; Спр в ^ - дополнительные затраты на превращение 1 п.м. магистрального волока в ус, руб.; С„ - стоимость машино-смены лесовозного транспорта, руб.; Уч — вырубаемый запас на каждом из анализируемых участков, м3; дв -средняя скорость движения лесовоза в обоих направлениях по усу, прокладываемому в лесном квартале, м/с; Мв - средняя нагрузка на рейс лесовоза, м3; тв - число часов работы на вывозке в смену; <ра - коэффициент использования времени смены на вывозке; -расстояния от участка вблизи квартальной просеки до угла лесного квартала в направлении вывозки.

Ограничения, накладываемые на целевую функцию: п п д

1) 2 = 1; 2) > р; 3)р < 5; 4)&у < 5)?и > 0; < £ ^

¡=1 <=1 у=1

где р - минимально возможное число погрузочных пунктов.

Расчеты базируются на последовательности из к преобразований первоначальной матрицы, охватывающей значения минимальных суммарных затрат на прокладку волоков и трелевку древесины лишь между ближайшими парами участков х1 и X], связанных между собой магист-

ральным волоком. Для расчета следующих матриц рекомендуется рекуррентное соотношение:

2 • С„-у + #-*>)

йц — тт

С"

^п

(к-1)

ПР к]

+ ■

3600-М-т-ср -1?

при этом

/к _ /к-1) , /к-1). Чу — <Лк "Т" <к] >

Г'к _ г*(к-1) ~ ЬпРк)

С)

где к - номер анализируемой матрицы значений (1, ...,п) (номер итерации); ¿¡¡.у - соответственно, расстояния между участками х1 и

X], полученные по результатам матриц (/с - 1) и к, м; С^уК

'ПРч

соответственно, затраты на прокладку магистрального волока до первого ближайшего участка на пути между участками х1 и х¡, полученные по результатам матриц (к — 1) и к, руб.

Дальнейший поиск решения осуществляется с использованием методов линейного программирования. Завершающей стадией работы модели является размещение лесовозного уса, погрузочных пунктов и магистральных волоков в границах лесного квартала.

Методика нахождения рациональных размеров делянок в условиях неравномерного распределения запасов и ветвистой структуры трелевочных волоков включает в себя построение эпюры изменения суммарного запаса при увеличении площади лесосеки и предусматривает разделение построенной кривой на N частей, соответствующих равенству запасов в каждой из них. Где N - рациональное число погрузочных пунктов, рассчитываемое согласно предложенной в диссертации математической зависимости. Каждая из полученных частей эпюры делится на два равных по запасу участка для определения предварительного размещения погрузочных пунктов. Далее в диссертации изложена методика уточнения и частичной корректировки полученных показателей.

Для обоснования среднего расстояния трелевки на вышеописанных делянках, автором предложены рекомендации, позволяющие разделить их территорию на ряд геометрических фигур.

На рис. 3 изображено несколько геометрических фигур, представляющих собой возможные формы лесных участков на делянке.

Общая грузовая работа, затрачиваемая на трелевку лесоматериалов с любой геометрической фигуры к лесопогрузочному пункту, составит:

Ку Ю* I

" ЯгЬ_\с-(с+/-Ь + (1 + 2-а + 3-т + е) +

104Ч+е-(а + 2-/-Ь + 2-й + 3-т + е)

^ = 6-

].(4)

где 4 - расстояние трелевки с элементарной площадки, м; = соб(90 - /?)

со5(90-ос) • соз(90 - и)'

пп

Рис. 3. Расчетная схема к определению среднего расстояния трелевки

Предложенная формула может использоваться для геометрических фигур любой формы. При показателях ос, /?, о, отличных от нуля, осуществляется анализ делянок с ветвистой структурой трелевочных волоков.

Среднее расстояние трелевки с нескольких участков составит:

{

гср

Яп '

где у = 1... п - количество фигур на делянке; - общий запас, м3.

(6)

В диссертации предложены различные способы разработки лесосек, учитывающие возможность их примыкания к нескольким лесовозным дорогам (квартальным просекам) в условиях одновременного освоения ряда таксационных выделов в границах лесного квартала. На каждый из них получены патенты РФ.

Примеры реализации двух способов представлены на рис. 4.

Согласно варианту технологической схемы рис. 4, а, лесосека с границей 1 разделяется на пасеки с пасечными волоками 2. Вдоль уча-

а) б)

Рис. 4. Технологические схемы разработки лесосек вблизи нескольких квартальных просек (лесовозных дорог)

стка лесовозной дороги расположены погрузочные пункты 3. Перпендикулярно пасечным волокам прокладывают волоки 4, примыкающие к погрузочным пунктам 5, расположенным на участке лесовозной дороги 6, параллельном пасечным волокам. Лесосека разбивается по диагонали 7 на зоны I и II, примыкающие, соответственно, к погрузочным пунктам 3 и 5. Лесоматериалы с зоны I трелюют к погрузочному пункту 3, а с зоны II к погрузочному пункту 5. Техническим результатом, получаемым при реализации данного способа, является сокращение среднего расстояния трелевки и повышение производительности трелевочных машин.

Технологическая схема разработки лесосек, представленная на рис. 4, б, предусматривает размещение погрузочных пунктов 1, прокладку магистральных волоков 2, подготовку пасечных волоков 3. Магистральные волоки прокладывают по диагоналям лесосеки. Погрузочные площадки располагают вблизи от магистральных волоков и лесовозных дорог 4. Пасечные волоки прокладывают по траектории в виде спирали с центром в точке пересечения магистральных волоков, состоящей из прямых участков с точками перегиба в местах их пересечения с диагоналями лесосеки.

Способ позволяет увеличить длину ленты и ширину пасек, обрабатываемых фланговыми машинами. Вслед за перемещением машины 5 по ранее подготовленным пасечным волокам в направлении 6 и обра-

боткой деревьев, расположенных на полупасеках 7 с одной из сторон по ходу движения машины, осуществляется ее разворот 8 и обратное движение по ранее пройденному пути с обработкой предназначенных в рубку деревьев, расположенных на других полупасеках 9. Трелевка заготовленных лесоматериалов 10 (деревьев, хлыстов или сортиментов) выполняется в направлениях 11. Техническим результатом предложенного способа является сокращение холостых проходов машин с повышением их производительности и уменьшение воздействия на почвенный покров лесосек за счет увеличения ширины обрабатываемых пасек.

Наряду с описанными выше способами в работе предложены запатентованные варианты разработки лесосек, позволяющие увеличить ширину пасек и на 30%, сократить число пасечных волоков при использовании различной лесозаготовительной техники, а также технологические решения освоения труднодоступных участков в пределах квартала.

В третьем разделе предложены методики обоснования динамических показателей и этапов реализации технологического процесса лесосечных работ при освоении лесного квартала.

Разработаны варианты графов для реализации основных типов технологических процессов лесосечных работ в квартале. В частности, на рис. 5. представлен пример «растянутого во времени» динамического графа с выполнением всех обрабатывающих операций технологического процесса на пасеках. Граф создан путем образования отдельной копии каждой вершины Х|ЕХв каждый рассматриваемый интервал времени 6. Вершина 5 представляет собой фиктивный источник, а вершина Т - фиктивный сток. Каждая анализируемая операция представлена в графе промежуточными вершинами хЫн(д, расположенными между источником и стоком. Где Ы- наименование операции, Л - номер операции; I - номер лесосеки, в - номер анализируемого периода.

Пропускные способности фиктивных дуг, исходящих из источника, ограничены запасом вырубаемой древесины на каждой из g лесосек и обозначены на графе в виде нечетких пропускных способностей дуг, (?!, 92> •••»^к — > Дуги графа, проложенные между вершинами, символизирующими операции одного периода, характеризуют движение потоков сырья по этапам технологического процесса. Протекание потока по данным дугам характеризуется нечеткими пропускными способностями дуг, символизирующими производительности машин (я), находящимися в зависимости от трудозатрат (/) на выполнение операций, а так же нечеткими переменными затратами (С).

Периоды времени

трудозатраты; переменные затраты; постоянные затраты

трудозатраты; переменные затраты, постоянные затраты

- . <§>

__ нрот скнаа способность; переменные затраты; постоянные затраты

О-—-

Рис. 5. Графическая модель операционной сети к обоснованию последовательности разработки лесосек на территории лесного квартала в нечетких динамических природно-производственных условиях

Дуги, проложенные между вершинами, символизирующими операции одного наименования, но протекающие в различных периодах, показывают наличие объемов сырья, не прошедшего следующую стадию технологического процесса в течение рассмотренного времени, и характеризуются постоянными затратами (7).

Задача нахождения максимального потока минимальной стоимости в предложенной нечеткой динамической сети сформулирована следующими математическими зависимостями:

£ (Су ■ &Д0) + ZtJ ■ тшп{1; &у(0)}) -» min-, (7)

e=i (xi.Xj)e v

2) Z Z " ^ "T;sC0))] "Кр)=б;

e=i xjex

3) - (б - т,,(0))] = 0, xt Ф s, t; в ET-,

XjZX

р

4) Z Z - ^ - г^(0>)] - = б;

5> о s «и,«)*-jg-^-.

V(x(, д:у) 6 А(в);д ET-, Xi Ф s; (xlt x}) Ф (xNhW;xNhtm 1}), где b- номер дуги (1 < b < g~); m- максимальная продолжительность анализируемого периода, ч.;/^(0) - трудозатраты на обработку лесоматериалов при выполнении N - операции на протяжении в - периода, ч/м3; - величина потока, перемещаемого с вершины i в в - период при выполнении N - операции, м3.

Отличительной особенностью предложенных графических моделей является то, что наряду с комплексным учетом производительности и трудозатрат, представленных в качестве пропускных способностей дуг графа, прохождение потока снижает пропускную способность дуг на одноименных технологических операциях анализируемого временного интервала.

В работе определен алгоритм поиска максимального потока минимальной стоимости между фиктивным источником и стоком в структуре предложенных графических моделей, позволяющий обосновать рацио-

р£х 12 3 4 5 6 7 е

111 !□□□□□□□□

112 01□□□□□по

ИЗ □□1□□□□□□

114 □□□1□□□□□

121 □□□□ □□1□ >2

122 □□□□□□□□1

231 □□□□1□□□□

232 □□□□□1□□□

233 □□□□□□ 1 и\3)

1 1111□□□111 IV

V2 □□ПО 1 1 1 □□)

6рех1 —

=

нальную последовательность выполнения основных технологических операций лесозаготовительных работ на территории лесного квартала.

Дальнейшие исследования посвящены обоснованию показателей минимальной грузовместимости и простоев лесозаготовительной техники при формировании графика освоения делянок в границах лесного квартала. При этом использован одновременный учет двух основных операций: трелевка и вывозка лесоматериалов. Различия в производи-тельностях машин при выполнении данных работ в квартале приводят, с одной стороны, к увеличению площадей, занимаемых погрузочными площадками (ПП), а с другой - к увеличению простоев.

Решение предусматривает заполнение матрицы поиска решений, характеризующей график выполнения технологических операций в лесном квартале и составленной по принципу:

1 — если трелевка выполняется в позиции ¿, • О — в других случаях; 1 — если вывозка выполняется в позиции ¿, О-в других случаях, где I - номер вывозимого рейса (/=1, ...,е); е- количество рейсов лесовоза для вывозки всей древесины, шт.; х - номер трелюемой партии лесоматериалов в объеме, необходимом для формирования полногрузного рейса для вывозки; ( - номер лесосеки, тяготеющей к ПП; р -номер ПП.

Формирование матрицы позволило выявить совокупность рекуррентных соотношений для расчета: планируемого времени завершения формирования ¿-рейса на ПП (/=7"), с; времени начала вывозки ¿- рейса с р - погрузочного пункта (/V®), с; времени завершения вывозки с р - погрузочного пункта (Р®), с; объема лесоматериалов, единовременно находящихся на каждом ПП на момент вывозки ¿- рейса (<?рг), м3; максимального объема древесины, находившегося на каждом ПП за весь период освоения лесного квартала = тах((}р1), м3; площади, необходимой для обустройства каждого ПП (5р), м2; времени простоев лесовозного транспорта = ЛГгв - при формировании г - рейса, с; и других показателей, которые могут быть рассчитаны для любого графика технологического процесса освоения делянок в границах квартала.

На основе матрицы поиска решений и выведенных зависимостей предложена математическая модель с целевой функцией вида:

cnn + 3T + 3B^min. (8)

где Ц- затраты на транспортное освоение лесного квартала, руб; 3Т -суммарные расчетные затраты на трелевку, руб.; Зв - суммарные расчетные затраты на вывозку, руб.

r -Vre rV4 _ F«=<0 ' Ст. о (F(U)-^=i))-CB Спп - ¿jVp Ср)' ~ 3600 • m ' в ~ 3600 • m ' (9)

где Ср- стоимость обустройства 1 м р - погрузочного пункта, руб.

Ограничения, накладываемые на предложенную модель: l=m Ыт

1)^^ = 1 и ^Vpi = l; (10)

i-1 ¿=1 г (Р У1 г

р=ie=ix=i р=1

3) Zplxi, Wpi - целые числа в интервале [0; 1].

Использование математической модели в расчетах позволяет обосновать эффективный вариант графика технологического процесса при освоении делянок с различными природно-производственными характеристиками и способствуют сокращению простоев техники.

Для реализации варианта использования адаптивно-модульных лесных машин при выполнении комплекса операций лесосечно-лесовосстановительных работ в пределах лесного квартала разработана блок-схема имитационной модели их функционирования.

Исходными данными для использования модели являются показатели, касающиеся общего вырубаемого запаса; планируемых межоперационных запасов для каждой (i) операции, их минимальных и максимальных значений; времени смены, с; нормативного времени на замену модуля; количества энергетических и технологических модулей, приспособленных для каждой операции технологического процесса.

Расчет предусматривает замену технологического модуля на более производительной машине в те моменты, в которые достигается критическое состояние производственных запасов на одной из операций.

Модель может быть использована при имитации технологического процесса с целью обоснования рациональной последовательности заме-

ны модулей и расчета их комплексной производительности в различных производственных условиях.

В четвертом разделе изложены методические основы выбора технологии транспортно-технологического освоения лесного квартала с комбинированным лесовосстановлением, предусматривающим пересадку подроста с тех мест, где он может быть поврежден при рубке, на участки, где будет обеспечена его сохранность.

Предложен алгоритм обоснования вариантов развития инфраструктуры и составления технологической карты освоения лесного квартала, представленный на рис. 6.

Рис. 6. Алгоритм анализа вариантов транспортных путей в квартале

Разработано и запатентовано несколько вариантов транспортного освоения квартала. На рис. 7. показан пример структуризации транспортных путей, при котором технологические коридоры прокладываются по его диагоналям, что позволяет использовать их при различном сочетании разрабатываемых выделов. Преобладающее направление прокладки трелевочных волоков в границах, указанных на схемах зон тяготения, показано стрелками. Зоны тяготения объединенных выделов к погрузочным пунктам ограничиваются биссектрисами треугольников с вершинами в точке пересечения технологических коридоров. Пасечные волоки смежных зон тяготения являются продолжением друг друга, что позволяет осуществлять трелевку древесины и транспортировку

подроста по пасечным волокам осваиваемых выделов как к поквартальным просекам, так и к технологическим коридорам.

Структуризация сети транспортных путей в лесном квартале дает возможность исключить попытки их хаотичного размещения в каждый последующий прием рубки в условиях долгосрочной аренды.

1. Квартальные просеки; 2, 3, 4 — границы выделов; 5-древостой;

6- куртины подроста;

7- технологический коридор; 8 -ПП; 9-пасеки; 10-волок; 11

- границы лент; 12 -вальщик; 13 — валенные деревья; 14

- площадка для очистки деревьев от сучьев; 15 — хлысты; 16 - трактор; 17 -зоны тяготения к квартальным просеками; 18 - агрегат для пересадки подроста; 19 - пересаженный подрост.

Рис. 7. Вариант транспортного освоения лесного квартала

Предложены математические зависимости для расчета производительности агрегатов для пересадки подроста. На основе проведенных экспериментальных исследований, выполненных расчетов и анализа полученных графиков определены несколько основных систем машин для пересадки подроста в пределах лесного квартала, сформированы комплекты агрегатов, обоснована технология их использования.

Сравнение комплектов проводилось по критерию комплексной выработки, рассчитываемой с учетом балансировки трудозатрат нескольких различных агрегатов в анализируемых комплектах путем: использования агрегатов, задействованных на менее трудоемких операциях в помощь агрегатам, задействованным на более трудоемких операциях, а также частичной компенсации трудозатрат за счет движения агрегатов на встречу друг другу к пункту замены транспортных тележек. Результаты анализа представлены на рис. 8.

-«-1) 2 агрегата <ВИ-> ДТС(ДТСК)-»ТП) +1 агрегат (ВЯ->ВОП)

--2)3 агрегата (ВИ-> ДТС(ДТСК)-»ТП) +2 агрегата (ВЯ^ВОП)

3) 1 агрегат (ВИ-> ДТС(ДТСК)->ТП) »1 агрегат (ВЯ-»ВОП) -а 4) 1 агрегат (ВИ-> ДТС(ДТСК) <-3 агрегата (ТП->ВЯ->ВОП)

-5) 1 агрегат (ВИ^ ДТС(ДТСК)) +2 агрегата <ТП-»ВЯ->ВОП)

— 6) 1 агрегат (ВИ-* ДТСЩТСЮ+1 агрегат (ТП) агрегат (ВЯ-Э-ВОП) -«-7)2 агрегата (ВИ-> ДТС(ДТСК)+3 агрегата (ТП)+2 агрегата (ВЯ->В0П) ->-8) 1 агрегат {ВИ-> ДТС(ДТСК)+2 агрегата (ТП) 4-1 агрегат (ВЯ->ВОП)

1100 1350 1600 1850

Рис. 8. Анализ функционирования рациональных вариантов комплектов машин для пересадки подроста. ВИ- выкопка подроста; ДТС(ДТСК)- укладка в тележку; ВЯ- выкопка ям; ВОП - посадка подроста; ТП- транспортировка

В пятом разделе представлены результаты экспериментальных исследований поквартального освоения лесных участков, предусматривающие натурные и имитационные исследования.

Целью производственной проверки, проведенной в Волжском лесхозе Визимьярского лесничества Республики Марий Эл, было сравнение теоретических и практических показателей, характеризующих среднее расстояние трелевки и эффективность размещения погрузочных пунктов на лесосеках различной конфигурации, состоящих из участков с различными запасами назначенного в рубку древостоя. На основе рекомендаций лесоустройства в квартале проводились рубки обновления; и осветления. Комплект машин использовался на лесосеке площадью 27,7 га, средним запасом леса на 1 га 200 м3. Обновление хвойного древостоя проводилось с интенсивностью по запасу 30%. В процессе рубки из насаждения удалялось 90% деревьев первого яруса.

В ходе производственной проверки фиксировались места сбора пачек хлыстов и их объемы, и определялось фактическое расстояние трелевки к погрузочному пункту. Дальнейший анализ предусматривал расчет средневзвешенных показателей расстояний трелевки на каждой анализируемой делянке и обоснование изменения среднего расстояния трелевки при изменении местоположения погрузочного пунктов.

Итоговые значения сравнительного анализа свидетельствуют о высокой степени сходимости теоретических и практических результатов. Максимальное расхождение между ними не превысило 5%.

Целью имитационного моделирования, реализованного в интеграторе приложений МсНЬСоппех системы МаШСаё, являлось обоснование

адекватности таких теоретических показателей выполнения операций технологического процесса освоения лесного квартала, как требуемая грузовместимость погрузочных пунктов (2™"* и суммарная продолжительность технологических простоев в зависимости от различия природно-производственных условий нескольких осваиваемых лесосек на его территории и графика ведения работ в лесу.

В рамках эксперимента рассматривался вариант последовательного освоения трех лесосек, примыкающих к двум погрузочным пунктам. В качестве варьируемых факторов приняты: вырубаемые запасы и площади анализируемых лесосек, среднее время сбора и выгрузки сортиментов на каждой их них, а также интервал времени между прибытиями на лесосеку лесовозного транспорта. Варьирование факторов осуществлялось в форме смешанного экспериментального плана типа 29+3*. В частности, варьирование факторов, оказывающих влияние на производительность трелевочных машин, проводилось в двух уровнях, а факторов, влияющих на показатели вывозки лесоматериалов, - в трех уровнях.

Полученные результаты оценки расчетного значения коэффициента Кохрена при анализе результатов эксперимента не превысили критического значения при уровне значимости д=0,05, что позволило принять гипотезу об однородности дисперсий. Результаты имитационного моделирования, сформированные на основе статистической обработки результатов отдельных реализаций технологического процесса, сопоставлялись с результатами, полученными на основе предложенных теоретических зависимостей. Анализ полученных коэффициентов детерминации Л2 показывает, что почти 99% общей вариации результативных признаков объясняется вариацией использованных в модели факторов.

Дальнейший анализ предусматривал изменение графика технологического процесса в каждой точке факторного пространства. Эксперимент показал, что за счет рационально выбранного графика освоения лесных участков появляется возможность на 50% уменьшить требуемую грузовместимость погрузочных пунктов, а так же трехкратно сократить технологические простои лесовозного транспорта.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Теоретические и экспериментальные исследования по теме диссертации позволили сформулировать следующие научные выводы и рекомендации производству.

Выводы

1. Обоснована методика определения рациональной транспортной сети магистральных волоков и погрузочных пунктов, дающая возможность комплексного учета процесса трелевки с нескольких разрозненных лесосек

в границах лесного квартала в условиях существующей сети лесовозных дорог;

2. Разработана математическая модель, позволяющая осуществить комплексный анализ и выбор рациональной схемы транспортно-технологического освоения лесного квартала с принятием комплексного решения о размещении погрузочных пунктов, магистральных волоков и прокладке лесовозного уса к одной или нескольким лесосекам в условиях проектируемой сети лесовозных дорог;

3. Выявлены математические зависимости и методика определения среднего расстояния трелевки, обоснования числа и мест размещения погрузочных пунктов, дающие возможность проведения технологических расчетов по лесосечным работам на объединенных таксационных выдел ах различной конфигурации с неравномерным распределением запасов древесины по площади и ветвистой структурой магистральных и пасечных волоков;

4. Предложенные новые технологические решения разработки лесосек дают возможность трелевки лесоматериалов к нескольким лесовозным дорогам и квартальным просекам при поквартальном освоении лесных участков и позволяют сократить негативное воздействие машин на почвенный покров лесосек;

5. Построены «растянутые во времени» стационарно-динамические графические модели операционной сети технологического процесса разработки лесосек при поквартальном освоении лесных участков, позволяющие обосновать рациональную технологическую последовательность освоения лесосек в нечетких динамических природно-производственных условиях;

6. Предложена методика и математическая модель обоснования последовательности выполнения основных переместительных операций лесозаготовительных работ, позволяющая определить рациональные размеры погрузочных пунктов в условиях высокой стоимости обустройства и лесо-хозяйственной нецелесообразности увеличения занятых ими площадей, дающая возможность сокращения простоев лесовозного автотранспорта и уменьшения трудовых и материальных затрат на освоение территории лесного квартала;

7. Для обоснования технологического процесса работ в условиях малообъемных лесозаготовительных предприятий предложена модель функционирования комплектов модульных лесных машин, позволяющая имитировать процесс выполнения комплекса технологических операций лесосечных работ на различных этапах освоения лесосек с учетом разнообразных природно-производственных условий, дающая возможность сокращения затрат на формирование парка машин и механизмов и организации

эффективного технологический процесса освоения лесных участков с минимальными технологическими простоями.

8. Предложены математические зависимости расчета производительности и комплексной выработки, задействованных на различных операциях технологического процесса комплектов агрегатов по пересадке подроста, дающие возможность их подбора в реальных производственных условиях с учетом взаимозаменяемости и возможности использования отдельных агрегатов на смежных операциях технологического процесса;

9. Предложены защищенные патентами РФ варианты развития транспортной инфраструктуры при разработке лесного квартала с комбинированным лесовосстановлением и алгоритм их выбора, обеспечивающие комплексное проведение лесосечных и подготовительных работ с сохранением и пересадкой подроста.

10. Рекомендованные в процессе теоретических расчетов математические зависимости к определению среднего расстояния трелевки и местоположения погрузочных пунктов на лесосеках различной конфигурации прошли производственную проверку и близки к оптимальным значениям. Расхождение между теоретическими и экспериментальными результатами не превысило 5%, что свидетельствует об адекватности теоретических выводов и методических рекомендаций.

11. Результаты, полученные в ходе математического и имитационного моделирования графика выполнения технологических операций в лесном квартале, подтвердили адекватность теоретических положений исследования. Эффективность реализации методики обоснования графика работ в лесном квартале различна в зависимости от природно-производственных условий. В различных ситуациях, реализованных в ходе имитационного эксперимента, использование методики позволило подтвердить возможность сокращения площадей, отводимых под погрузочные площадки, на величину до 57% и уменьшения суммарных трудозатрат на выполнение транспортных операций при освоении лесного квартала на величину до 13%.

12. Расчетный экономический эффект при внедрении: алгоритма структуризации погрузочных пунктов и магистральных волоков в границах лесного квартала достигает 39 руб./м3; методики обоснования целесообразности продления лесовозного уса на территорию лесного квартала - 13 руб./м ; методики моделирования технологии поквартального освоения лесных участков в нечетких динамических природно-производственных условиях - 33 руб./м3; методики по обоснованию графика технологического процесса в лесном квартале -10 руб./м3.

Рекомендации

1. Предложенные в работе методические основы создания на территории лесного квартала рациональной транспортной сети, теоретические аспекты рационального размещения погрузочных пунктов, расчета основных технологических элементов лесосек, динамические графические и математические модели, методики и алгоритмы обоснования основных показателей освоения лесных участков и последовательности реализации этапов разработки лесосек рекомендуются для малообъемных лесозаготовительных предприятий, арендующих участки в ограниченно эксплуатационных лесных районах.

2. При осуществлении поквартального освоения лесных участков малолесных районов, в условиях ограниченной грузовместимости погрузочных пунктов и изменчивости природно-производственных условий ведения работ, малообъемным лесозаготовительным предприятиям рекомендуется составление графика обоснования последовательности освоения делянок на территории лесного квартала.

3. При наличии в лесном квартале двух и более погрузочных пунктов, характеризующихся достаточным для вывозки объемом находящейся на них древесины, ограниченной грузовместимостью и лесохо-зяйственной нецелесообразностью увеличения размеров, на этапах завершения лесосечных работ на отдельных делянках рекомендуется вывозка последних стрелеванных с них пачек в объеме, соответствующем грузовместимости погрузочных пунктов, лишь на завершающем этапе освоения лесного квартала.

4. Разработанные математические зависимости, характеризующие взаимосвязь левой и правой границ нечетких треугольных чисел между показателями, отражающими производительность и трудозатраты на различных операциях технологического процесса, рекомендуются научно-исследовательским и проектным организациям для решения предложенной разновидности стационарно-динамических потоковых задач в условиях нечетких природно-производственных исходных данных и жесткой зависимости числовых значений пропускных способностей отдельных дуг графа от остаточных пропускных способностей параллельных дуг анализируемого периода;

5. Результаты расчетов производственных показателей реализации комбинированного способа лесовосстановления по критерию комплексная выработка на один агрегат позволили сформулировать следующие рекомендации:

- комплект: 1 агрегат для выкопки, доставки в транспортное средство и транспортировки подроста (ВИ-»ДТС->ТП)+1 агрегат для вы-

копки ямок и посадки подроста (ВЯ—*ВОП) эффективнее прочих при расстояниях транспортировки подроста £т < 180 м;

- комплект: 1 агрегат для выкопки и доставки подроста в сменную тележку (ВИ—*ДТС)+ 3 агрегата для транспортировки подроста, выкопки ямок и посадки (ТП—>ВЯ—>ВОП) эффективен при Ст > 1450 м;

- комплекты: 1 агрегат (ВИ-»ДТС)+ 2 агрегата (ТП—ВЯ->ВОП); 3 агрегата (ВИ-*ДТС-»ТП)+ 2 агрегата (ВЯ-»ВОП); 2 агрегата (ВИ—*ДТС—<ТП)+1 агрегат (ВЯ—>ВОП) являются основными конкурирующими вариантами при освоении большинства лесных участков в пределах лесного квартала при 180 < Ст < 1450 м.

Список основных публикаций по теме диссертации:

Издания в базе данных Scopus

1. Rukomojnikov, K.P. Technical and technological aspects of progressive cutting forest compartment with combined reforestation [Текст]/ K.P. Rukomojnikov// World Applied Sciences Journal. - 2013, Volume 24, Issue 11. - Pages 1429-1434 (0,31/0,31).

В рецензируемых научных журналах и изданиях для опубликования основных научных результатов диссертаций

2. Рукомойников К.П. Обоснование технологических параметров лесосек различной конфигурации с неравномерным распределением запасов и ветвистой структурой трелевочных волоков [Электр.] // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - №1.- Режим доступа: http://vmw.science-education.ru/121-17133- 26.05.2015.(0,5).

3. Рукомойников, К.П. Графоаналитический подход к обоснованию целесообразности размещения лесовозного уса на территории лесного квартала [Электр.] / К.П.Рукомойников //Современные проблемы науки и образования. -2014. - №6. -Режим доступа: http://www.science-education.ru/120-16418 - 26.05.2015. (0,5).

4. Рукомойников, К.П. Графоаналитическое моделирование технологии поквартального освоения лесосек в нечетких динамических при-родно-производственных условиях [Электр.] / КП.Рукомойников // Современные проблемы науки и образования. -2014. - №6. — Режим доступа: http://www.science-education.ru/120-164I7-26.05.2015. (0,5).

5. Рукомойников, К.П. Обоснование последовательности выполнения основных переместительных операций лесозаготовительных работ при поквартальном освоении участков лесного фонда [Электр.] / К.П.Рукомойников //Современные проблемы науки и образования. -2014. - №6. -Режим доступа: http://www.science-education.ru/120-16401 -26.05.2015.(0,5).

6. Рукомойников, К. П. Графоалгоритмический подход к обоснованию рациональной технологии поквартального освоения участков лесного фонда [Текст]/К.П.Рукомойников //Лесной вестник. 2014. - № S2. -С.96-103. (0,44).

7. Рукомойников, К. П. Имитационное моделирование взаимосогласованной работы комплектов адаптивно-модульных лесных машин [Текст]/ К.П.Рукомойников // Лесной вестник. - 2013. - №3(95). - С. 154-159.(0,31).

8. Рукомойников, К. П. Обоснование технологии работ по трелевке лесоматериалов с труднодоступных участков на территории квартала [Текст]/ К.П.Рукомойников// Лесной вестник. - 2007. - №1 (50). - С. 132134. (0,19).

9. Рукомойников, К. П. Разработка алгоритма выбора вариантов прокладки транспортных путей при проведении комплекса лесосечных работ с совмещенным лесовосстановлением [Текст]/ К.П.Рукомойников // Лесной вестник. - 2010. - №6 (75). - С. 101-106. (0,38).

10. Рукомойников, К. П. Разработка программного обеспечения к созданию рациональной технологической карты поквартального освоения участков лесного фонда [Текст]/ К.П.Рукомойников // Лесной вестник. -2013. - 3(95). - С. 159-166. (0,44).

11. Рукомойников, К. П. Результаты имитационного моделирования технологических процессов выполнения лесосечных работ на территории лесного квартала [Электр.] / К.П.Рукомойников //Современные проблемы науки и образования. 2015. №1. Режим досту-na:http://www.sc¡ence-education.ru/121-19419-29.05.15 (0,5).

12. Рукомойников, К. П.Структуризация погрузочных пунктов и магистральных волоков при поквартальном освоении участков лесного фонда [Электр.] / К.П.Рукомойников // Современные проблемы науки и образования. -2015. - №1. - Режим доступа: http://www.science-education.ru/121-19239 - 27.05.2015. (0,5).

13. Рукомойников, К.П. Обоснование методики расчета основных технологических параметров освоения квартала [Текст]/ К.П.Рукомойников // Лесной вестник. - 2007. - №4 (53). - С. 96102. (0,38).

14. Рукомойников, К.П. Развитие инфраструктуры поквартального освоения участков лесного фонда [Текст]/ К.П.Рукомойников // Лесной журнал. - 2008. - №2. - С.36-41. (0,31).

15. Рукомойников, К.П. Способ разработки лесосек / КЛ.Рукомойников // Лесной журнал. - 2007. - №6. - С.70-75. (0,31);

16. Рукомойников, К.П. Способ транспортно-технологического освоения лесосек с использованием валочно-пакетирующих машин фронтального типа [Текст]/ К.П.Рукомойников // Лесной журнал. — 2008. -№3. - С.62-65. (0,19).

17. Ширнин, Ю.А. Функциональный анализ и синтез процессов пересадки подроста на отдельных территориальных единицах лесного фонда [Электр.] / Ю.А.Ширнин, К.П.Рукомойников // Современные проблемы науки и образования. — 2012. -№5. — Режим доступа: http://www.science-education.ru/105-7290-26.05.2015. (0,5/0,25).

18. Ширнин, Ю.А. Оптимизация режимов работы форвадеров [Текст]/ Ю.А.Ширнин, К.П.Рукомойников // Лесной вестник. - 2001. №2 (17).-С.136-138.(0,19/0,1).

19. Ширнин, Ю.А. Производственная проверка комплексного освоения участков лесного фонда с использованием лесозаготовительных машин на пересадке подроста [Текст] /Ю.А.Ширнин, А.В.Лазарев, К.П.Рукомойников, Е.М.Онучин // Лесной вестник. — 2002. №2 (22). -С. 151-156. (0,38/0,1).

Патенты

20. Пат. №2374827 Российская Федерация, МКИ А0Ю 23/00. Способ разработки лесосеки [Текст]/К.П.Рукомойников; Заявитель и патентообладатель Марийский государственный технический университет. -№2008111606/12; заявл. 25.03.2008; опубл. 10.12.2009, Бюл. №34,- 6 е.: ил. (0,38/0,38).

21.Пат. №2175830. Российская Федерация, МКИ А0Ю23/02. Способ освоения участков лесного фонда [Текст]/ Ю.А.Ширнин, Е.М.Царев, Н.А.Крицкая, КЛ.Рукомойников; Заявитель и патентообладатель Марийский государственный технический университет. - №2000129331/13; заявл. 23.11.2000; опубл. 20.11.2001, Бюл №32.-4 е.: ил.(0,25/0,1).

22. Пат. №2234832. Российская федерация, МКИ 7А0Ю23/00, 23/02. Способ освоения участков лесного фонда [Текст]/ Ю.А.Ширнин, Е.М.Царев, К.П.Рукомойников; Заявитель и патентообладатель Марийский государственный технический университет. - №2002109254/12; заявл. 09.04.2002; опубл. 27.08.2004, Бюл №24. - 5 е.: ил.(0,31/0,11)

23. Пат. №2269251. Российская Федерация, МКИ А0Ш23/00, 23/02. Способ разработки лесосек [Текст]/ КЛ.Рукомойников, Г.Н.Иванов, К.П.Сушенцов; Заявитель и патентообладатель Марийский государственный технический университет. - №2004116606/12; заявл. 31.05.2004; опубл. 10.02.2006, Бюл №4. - 7 е.: ил.(0,44/0,3)

24. Пат. № 2300874. Российская Федерация, МКИ А0Ю 23/02. Способ разработки лесосек [Текст]/ КЛ.Рукомойников, М.И.Глазырина,

А.Г.Гизатуллин; Заявитель и патентообладатель Марийский государственный технический университет. - №2005116661/12; заявл. 31.05.2005; опубл. 20.06.2007, Бюл №17. - 4 е.: ил.(0,25/0,2)

25. Пат. №2289910 Российская Федерация, МКИ A01G 23/02, 23/00. Способ разработки лесосек [Текст]/ К.П.Рукомойников, Е.В.Соловьев; Заявитель и патентообладатель Марийский государственный технический университет. - №2005116643/12; заявл. 31.05.2005; опубл.

27.12.2006, Бюл №36. -4 е.: ил.(0,25/0,15).

26. Пат. №2293463 Российская Федерация, МКИ A01G 23/02, 23/00. Способ разработки лесосек [Текст]/ КЛ.Рукомойников, М.И.Глазырина, А.Г.Гизатуллин; Заявитель и патентообладатель Марийский государственный технический университет. - №2005116596/12; заявл. 31.05.2005; опубл. 20.02.2007, Бюл №5.-4 е.: ил.(0,31/0,25).

27. Пат. №2304376 Российская Федерация, МКИ A01G 23/02, 23/00. Способ освоения участков лесного фонда [Текст]/ КЛ.Рукомойников; Заявитель и патентообладатель Марийский государственный технический университет. - №2005133801/12; заявл. 01.11.2005; опубл

20.08.2007, Бюл №23. - 5 е.: ил.(0,31).

28. Пат. №2305398 Российская Федерация, МКИ A01G 23/02, 23/00. Способ освоения участков лесного фонда [Текст]/ КЛ.Рукомойников; Заявитель и патентообладатель Марийский государственный технический университет. - №2005134089/12; заявл. 03.11.2005; опубл 10.09.2007, Бюл №25. - 4 е.: ил.(0,31).

Монографии

29. Ширнин, Ю.А. Процессы комплексного освоения участков лесного фонда при малообъемных лесозаготовках [Текст]/ Ю.А.Ширнин, КЛ.Рукомойников, Е.М.Онучин. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005. - 196 с. (12,25/4,1).

30. Ширнин, Ю.А. Технология машинной пересадки подроста в процессе лесозаготовок [Текст]/Ю.А.Ширнин, А.К.Редькин, А.В.Лазарев, Г.М.Гаджиев, КЛ.Рукомойников.- Йошкар-Ола: МарГТУ, 2003.152 с. (9,5/1,5).

В других изданиях и материалах конференций

31.Крицкая, Н.А. Производственная проверка поквартального метода освоения участков лесного фонда [Текст] /Н.А.Крицкая, С.М.Михайлов, К.П.Рукомойников // Современные проблемы лесопромышленного комплекса Волго-Вятского региона: сборник научных трудов лесопромышленного факультета МарГТУ. Вып. 1/ МарГТУ.- Йошкар-Ола, 1998. -С.24-27. -Библиогр.: с.27.(0,19/0,1).

32. Рукомойников, К.П. Методика сравнительной экономической оценки разработки квартала с учетом различных вариантов прокладки транспортных путей [Текст]/К.П.Рукомойников, М.И.Глазырина; Мар-ГТУ. - Йошкар-Ола, 2002. -12 с.: Библиогр.: с. 12. - Деп. в ВИНИТИ 13.06.06 №782-В2006. (0,75/0,3).

33. Рукомойников, К.П. Обоснование оптимальных размеров делянок при непрямоугольной форме осваиваемых лесосек [Текст]/ К.П.Рукомойников // Сб. трудов по материалам Всероссийской научно-практ. конф. ТОМ2. / СибГТУ. - Красноярск, 2002. - С.40-44. (0,25).

34. Рукомойников, К. П. Разработка основных подходов к внедрению и реализации промышленной технологии на базе комплексного решения задач лесосечно-лесовосстановительных работ с совмещенным лесовос-становлением [Текст]/ К.П.Рукомойников // XIV международная молодежная научная конференция Севергеоэкотех 2013: Материалы конф. (20-23 марта 2013 года) в 5.Ч.; / УГТУ - Ухта, 2013. - С104-108. -(0,25).

35. Ширнин, Ю.А. Варианты разработки лесосек при машинном способе пересадки подроста [Текст]/ Ю.А.Ширнин, А.В.Лазарев, К.П.Рукомойников // Рациональное использование лесных ресурсов: Материалы международной научно-практической конференции / Мар-ГТУ. - Йошкар-Ола, 2001. - С.50. - Библиогр.: с.50. (0,06/0,02).

36. Ширнин, Ю.А. Системы машин для лесозаготовок при пересадке подроста машинным способом [Текст]/ Ю.А.Ширнин, А.В.Лазарев, К.П.Рукомойников // Рациональное использование лесных ресурсов: Материалы международной научно-практической конференции / Мар-ГТУ. - Йошкар-Ола, 2001. - С.45. - Библиогр.: с.45. (0,06/0,02).

37. Ширнин, Ю.А. Совершенствование поквартального способа освоения участков лесного фонда [Текст]/ Ю.А.Ширнин, Е.М.Царев, К.П.Рукомойников // Межвуз. сборник научн. трудов СибГТУ. Лесоэксплуатация. Вып. №5./ СибГТУ.- Красноярск, 2004. - С.73-7б.(0,19/0,06).

38. Ширнин, Ю.А. Среднее расстояние трелевки на лесосеках непрямоугольной формы [Текст]/ Ю.А.Ширнин, Н.А.Крицкая, К.П.Рукомойников // Материалы межд. научно-практ. конф.. - Воронеж: ВГЛТА, 1998.- С. 206-208. (0,19/0,06).

39. Ширнин, Ю.А. Управление процессами лесосечных и лесовос-становительных работ [Текст]/ Ю.А.Ширнин, К.П.Рукомойников // Технология лесопромышленного производства и транспорта: Сб. тр. Урал, гос. лесотехн. акад. - Екатеринбург, 2000.- С.127-130. (0,19/0,1)

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными гербовой печатью, просим направлять по адресу: 424000, пл. Ленина, 3, ПГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.115.02. Факс 8(8362) 41-08-72

Подписано к печати 09.07.2015. Уел п. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ № 5645. Редакционно-издательский центр ПГТУ 424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17