автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Создание теоретической базы выбора вариантов эффективного использования технических средств лесосечных работ

од

ВОРОНЕЖСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ИЕЕЛЕВ Анатолий Ивановичу

СОЗДАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ БАЗЫ ВЫБОРА ВАРИАНТОВ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ЛЕСОСЕЧНЫХ РАБОТ

05.27.01 - Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок •

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученей степени доктора технических наук

Воронеж, Г993

Работа выполнена на кафедре технологии и оборудования лесопромышленного производства Воронежского ордена Дружбы народов лесотехнического института

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук,профессор А.К.РВДЬКИН

Доктор технических наук,профессор В.И.ПАТЯКИН

Доктор технических наук, профессор Д.И.СТАНЧЕВ

Ведущая организация

АО "Лесинвест"

Защита состоится II февраля 1994 г. в 40 часов на заседании специализированного Совета Д 064.06.01 при Воронежском лесотехническом институте (394&т3, г.Воронеж, ул.Тимирязева, 8, ауд. 1!8). С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Просим Ваши отзывы на автореферат Б ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ направлять по адресу: 3946т3, Воронеж, ВЛТИ. Ученому секретарю.

Автореферат- разослан ^¿^КД ]993 г

Ученый секретарь специализированного Совета В.К.КУРЬЯНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность темы. Основными направлениями дальнейшего совершенствования работы отраслей лесного комплекса являются: разработка и внедрение технологических процессов, сберегающих энергетические и материальные ресурсы,высокопроизводительных машин . и оборудования, прогрессивных методов управления технологическими процессами и производством на основе применения'математического моделирования и средств вычислительной техники; рациональнее и комплексное использование древесного сырья и технических средств как активней часта основных производственных фондов; сокращение сроков воспроизводства .и повышение продуктивности лесных насаждений. Наилучшие условия для решения перечисленных задач создаются при нзистощительном лесопользовании.

В связи с экономической реформой и в соответствии с генеральной линией технической политики в лесозаготовительной отрасли, особую роль приобретают' вопросы обоснованности принятия технологических, технических и организационных решений. При отказе в новых условиях хозяйствования от организационно-распорядительных Iадминистративных^ и переходе к организационно-экономическим методам управления, без математического моделирования и оптимизации (широко используемых в других отраслях народного хозяйства) практически невозможно вскрыть и до конца использовать имеющиеся резервы повышения эффективности производства, связанной, в первую очередь, с уровнем использования технических средств.

Расширение масштабов внедрения в отрасли методов математического моделировнния и оптимизации лесопромышленных процессов сдерживается недостаточной пока проработкой вопросов математического и информационного обеспечения. Именно по этой причине в отраслях лесного комплекса недопустимо слабо используется вычислительная техника, особенно для а-втоматизаиии технологических расчетов.

Разработанные в диссертации теоретические положения, базирующиеся на системном подходе к созданию математического и информационного обеспечения решения оптимизационных задач, являются .основой развития систем автоматизированного технологического проектирования и технологической подготовки производства лесозагото-

вок, способствуют более широкому использованию в отрасли информационных компьютерных технологий.

Работа выполнялась в соответствии с координационными планами НИР по целевым комплексным программам Минвуза РСФСР "Комплексное использование лесных ресурсов" (№ госрегистрации 01.83.00047777) и "Челсв'ек и окружающая среда. Проблемы охраны природы" ( № госрегистрации 01.87.000908).

Цель работы заключается в создании теоретической базы и практических приемов выполнения процедур принятия оптимальных,по результатам имитационных экспериментов на математических моделях, решений, обеспечивающих наибольшую эффективность технологических . процессов лесосечных работ на всех этапах от разработки до опера- . тивного планирования и управления/^ действукзщх предприятиях.

Объекты и методы исследований. Объектами исследований являлись производственные процессы предприятий лесного комплекса и технологические процессы лесосечных работ.

•Для решения поставленных задач использованы методы, системного. анализа, аналитической гесметрии на плоскости, теоремы теоретической механики, дифференциального и интегрального исчисления, теории вероятностей и математической статистики, теории надежности, параметрической и структурной оптимизации, аппаратурные методы измерений и регистрации информации в производственном эксперименте.

Научная новизна. Разработан способ кодирования информации о ■ вариантах технологического процесса лесосечных работ, отличающийся тем, что она представляется в виде кода из десяти цифр, позволяющего регистрировать и хранить исчерпывающую информацию о про-*пессе.на машинных носителях; унифицирована структура и предложено стратифицированное описание процессов предприятий лесного комплекса, обеспечивающие применение единых подходов к их математическому моделированию; обоснованы принципы и разработаны методы количественной оценки технологических процессов и их элементов,, предложен;,' обобщенные критерии оптимизации операционных и комплексных процессов, а также локальные критерии оптимизации отдельных их характеристик; созданы' и апробирован:-.' многоцелевые композиционные математические модели основных операций лесосечных ра-

бот в модульно-блочном представлении, чувствительные к характеристикам предмета труда, параметрам рабочих органов и их приводов, математические модели информационного обеспечения, позволяющие, в отличие от известных комплексных, существенно- снизить их размерность и затраты времени на реализацию; разработаны вычислительные процедуры принятия оптимальных решений по результатам имитационных экспериментов на математических моделях.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается материалами производственного эксперимента, результатами, полученными другими исследователями, а также практикой работы лесопромышленных предприятий. Теоретические зависимости получены с учетом сущности физических явлений,' сопровождающих взаимодействие рабочих органов с предметом труда, и не противоречат положениям механики, теории надежности. Расчеты выполнены с применением современных средств вычислительной техники, а результате их достаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Достоверность результатов производственного эксперимента доказана проверкой, гипотезы об однородности дисперсий и значений числовых характеристик случайных величин.

На защиту выносятся, следующие положения и результаты:

1. Уточненные определения понятий и новые представления с закономерностях функционирования машинных лесопромышленных процессов, отражающих их особенности в условиях неистощительного лесопользования.

2. Принципы и методы многосторонней количественной оценки процессов лесозаготовок и их элементов, обобщенные критерии оптимизации операционных и комплексных процессов.

3. Математические методы и методические• подходы к построению, а также многоцелевые математические модели основных операций лесосечных работ и модели информационного обеспечения.

4. Вычислительные процедуры и результаты имитационных экспериментов на математических моделях, используемые при решении за-дич параметрической и структурной оптимизации в АСНИ, АСУТП, технологической и конструкторской САПР, технологической подготовке производства (ТПШ, оперативном планировании и организационно-эко-

номическом управлении.

5. Результаты использования практических рекомендаций в предприятиях и организациях отрасли и в учебном процессе подготовки специалистов для лесного комплекса.

Практическая значимость заключается б использовании рабочих методик количественной оценки процессов, многоцелевых композиционных математических моделей операционных процессов, моделей' информационного обеспечения и программного продукта для-проведения имитационных экспериментов и принятия по их результатам оптимальных решений в: НИИ и КБ лесного машиностроения (для оптимизации параметров и режимов функционирования операционных процессов в АСНИ и внешнем проектировании конструкторских САПР); проектных институтах и ПКТБ производственных объединений (задачи технологической САПР, АСУТ'П, ТПП, совершенствование действующей и разработка новой инструктивно-методической и нормативно-справочной документации); действующих предприятиях (задачи ТПП, оперативного планирования и управления, автоматизация технологических расчетов); вузах и техникумах лесного профиля (совершенствование и интенсификация.учебно-воспитательного процесса, повышения качества фундаментальных инженерных знаний и профессиональных практических навыков).

Реализация работа. Многоцелевая математическая модель процесса очистки'деревьев от сучьев, алгоритм и результаты имитационного эксперимента на ней переданы для использования в лабораторию очистки деревьев от сучьев ВНПО "Леспром" (ЦНИШЭ), конструкторские бюро Сыктывкарского механического заводг. и АО "Свердлесмаш"; Алгоритмы автоматизированного управления самоходными сучкорезными "машинами ЛП-ЗОБ (ЛП-ЗОВ) и ЛП-ЗЗА реализован в системах их программного управления, прошедших опытно-производственную проверку и рекомендованных к выпуску опытней партии; алгоритмы решения задач параметрической и структурной оптимизации операционных процессов и выбора оптимального варианта комплексного процесса для заданных, природно-производственных условий приняты к применению АО "Лесинвест" и Львовским филиалом Ивано-Франковск'ого ПКТИ Украины.

В учебном процессе подготовки специалистов (спец. 26.01) в

ВЛТИ и УГЛУ используется более двух десятков алгоритмов и программного продукта решение задач параметрической и структурной оптимизации процессов лесозаготовок.

Апробация работы. Научные положения и результаты исследо-заниЧ обсуждались и бь'ли одобрены: на научных конференциях по итогам НКР ВлТИ ^ТЭ^б...1992 гг); на Всесоюзных и Республиканских конференциях (Могилев, Т979; Химки, т979; Москва, ВДНХ, Т984 г.; Петроза.водск, 3936 г.; Воронеж, 1997 г.); выездных заседаниях лесотехнической секции НТС Минвуза СССР (Свердловск, 1983 г.; Воронеж, 1985 г.); совещании в техническом управлении и НТС Мин-лесбумпрома СССР (Химки, '986 г.); совещании специалистов при главком инженере проектного института Гипролестранс (Т987 г.); на заседаниях кафедры механизации лесоразработок МЛТИ (ноябрь, 1987 г.) и технологии лесозаготовительного производства С.Петербургской лесотехнической академии (ноябрь, 1987 г. и октябрь, 1993 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 35 работ, б т.ч. 24 научные и II авторских свидетельств.

Объем работы. Диссертация в двух томах состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованных источников (250 наименований) и приложений. Основное содержание изложено на 406 стр., в том числе таблиц 6, рисункоЕ 46. Приложения, составлянцие неотъемлемую часть диссертации, оформлены отдельным томом и включают: структуризацию и многоцелевые математические модели основных операций лесосечных работ; алгоритмы вычислительных процедур и распечатки результатов имитационных экспериментов на математических моделях; расчет экономической эффективности от внедрения некоторых рекомендаций; перечень и краткую характеристику ЭВМ-программ оптимизационных расчетов; акты внедрения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность.темк, сформулированы цель исследований и научные положения, выносимые на защиту; приведена аннотация работы.

В первой главе сформулирована постановка проблемы повышения

эффективности технологических процессов (ТП) лесозаготовок, структурно-логическая схема которой представлена на рис. Т. Установлено, что для достижения наивысшей эффективности ТП лесозаготовок необходимо обеспечить последовательное принятие оптимальных решений на всех этапах от разработки до оперативного планирования и управления ими в действующих предприятиях."

Анализ структурно-логической схемы позволил сформулировать следующие задачи исследований:

1. Оценить возможности использования современных представлений о закономерностях функционирования процессов лесопромышленного производства для решения прикладных задач оптимального выбора.

2. Уточнить известные классификации вариантов ТП лесосечных работ и разработать способ регистрации и хранения информации о них на машинных носителях.

3. Обосновать принципы, разработать методы количественной оценки лесопромышленных процессов к их элементов, получить показатели оценки для построения целевых функций (критерии оптимизации) и формирования ограничений на них.

4. Выбрать общий методологический подход и математические методы для формального списания процессов лесозаготовок.

5. Разработать- новый тип математических мсделей основных операций лесосечных работ, чувствительных к характеристикам предмета труда и природно-производственной среды, параметрам рабочих органов и их приводов, индивидуальным особенностям операторов, и математические модели информационного обеспечения.

6. Доказать обоснованность и целесообразность использования методов количественной оценки и математических моделей для решения прикладных задач;

Производственные процессы лесопромышленного производства предлагается рассматривать как закономерную, последовательную смену следующих друг за другом фрагментов, каждый из которых представляет собой этап взаимодействия рабочих органов средства труда с предметом труда в определенных условиях-лесоэксплуатационной среда при участии оператора, задающего режимы этого взаимодействия. Отсутствие хотя бы одного из перечисленных элементов процесса приводит к прекращению его функционирования. Следовательно, эти элементы необходимы и достаточны для протекания любого процесса предприятий лесного комплекса.

С целью унификации структуры производственных процессов для

Рекомендации по результатам решения задач параметрической и структурной оптимизации в:

САП Р о п е р а т и в н о е

А С Н И технологическая конструкторская Т П П А С У Т П планирование организационно-экономическое управление

Алгоритмы и ЭШ - программы для-решения задач оптимизации с использованием экспериментов на математических моделях имитационных

1

Ц е левые ^ункци и и .ограничения на них

» *

Математические модели основных операций и информационного обеспечения

* +

Принципы и методы количественной оценки процессов и их элементов

*

Структура технологического и производственного процессов с системных позиций

* 1

Классификация технологических процессов и представление информации о них регистрации и хранения■на машинных носителях в виде,, удобном для

* +

Анализ современных представлений о закономерностях процессов и возможностей их использования, для автоматизированного решения оптимизационных задач

Рис Л . Структурно-логическая схема постановки проблемы повышения эффективности технологических процессов лесозаготовок

нужд автоматизированного решения прикладных технологических задач, выделены понятия и даны-определения терминам: общая и операционная технология, организация ТП, управление процессом, операция, элемент операции, рабочий прием и др.; признано целесообразным особо выделить классификацию организационных форм функционирования ТП лесосечных работ.

Установлено, что при машинном способе производства'лесосечных работ число организационных форм ТП на порядок больше, чем при механизированном. Поэтому выбор оптимальной из них требует решения специальных задач структурной оптимизации.

В оптимизационных расчетах, проводимых на современных средствах вычислительной техники, информацию о варианте ТП представляют в виде, удобном для хранения на машинных носителях. Для этого впервые в отрасли разработан способ кодирования этой информации, в котором кодом иэ десяти цифр записывается иноормация: о типе ТП по признакам общей технологии; способах выполнения отдельных операций и их элементов; составе комплекта машин: необходимых для его выполнения; форме организации ТП; месте выполнения операции и т.п. Этот способ рекомендуется для использования в ав-•томатизимиранных технологических расчетах.

Во второй 'главе: представлены разработанные методы структуризации ТП лесосечных работ, сформулировав требования к обобщенному оценочному показателю; определены критерии оптимизации one-: рационных и комплексных процесоов, а также локальнее критерии для решения частных оптимизационных задач и формирования ограничений на целевые функции; предложены расчетные формулы для определения значений показателей многосторонней количественной оценки процессов и их элементов.

В результате обзора и анализа известных методов и показателей количественной оценки лесопромышленных процессов (см.приложения), доказано, что энергетические показатели в наиболее полной мере чувствительны к характеристикам предмета труда и схружающей среды, конструктивным особенностям и параметрам рабочих органов, их приводов, к режимам выполнения рабочих приемов.

С использованием идей проф.Полканова И.П. и рациональных сторон методов, разработанных проф.Алябьевым В.К., проф.Редькинкм А.К., с.н.с.Кушляевым и др., сформулированы требования к обобщенном!' оценбчному показателю и предложена система комплексной количественной оценки ТП. При этом в основу положены следующие предпосылки.

Основные оценочные показатели должнм выбираться из числа показателей на энерговременной и денежновременнсй основе, так как именно они наиболее полно отражает влияние большинства действующих факторен на результаты функционирования процесса. Среди таких показателей должны быть показатели оценки эффективности операционных и комплексных процессов.

Установлено, что повышение эффективности процессов лесопромышленного производства, в основном, зависит от эффективности использования занятых в них технических средств, повышения которой можно добиться за счет:

- улучшения взаимодействия рабочих органов средства труда с предметом труда (параметрическая оптимизация процессов выполнения отдельных операций;

- совершенствования взаимодействия технических средств между собой в процессах, состоящих из некоторого числа операций (структурная оптимизация комплексных процессов).

Для оценки эффективности операционных процессов и в качэстве критерия их оптимизации, предложено использовать удельные энерго-зйтраты, отнесенные х производительности труда на рассматриваемой операции. Целевая функция з задачах параметрической оптимизации имеет следующий,вид

. где - удельные энергозатраты на выполнение & -ой операции

машиной £ - го типа, отнесенные к производительности труда, В т.е. ч.дн/м3; г Лсмеб - число рабочих '.чел.) и сменная

производительность (м37смена) машины б - го типа, выполняющей

^ -ю операцию; , ¿у £6 - соответственно, мощность (Вт)

и время (с),. необходимые для выполнения у -го рабочего приема в I -ом элементе операции.

Этот критерий, в отличие от известных, учитывает влияние: характеристик предмета труда и окружающей среды, параметров рабочих органов и их приводов, трудозатрат на выполнение операции, индивидуальных особенностей конкретного оператора и некоторых других.

На его основе получен показатель уровня использования возможностей операционного процесса, который рекомендуется для количественной оценки использования технических средств, выполняющих операцию. Его физический смысл очевиден из рис. 2, значение определяют по формуле:

К.

гд

- соответственно, номинальная эффективная мощность двигателя (Вт) базовой машинг и продолжительность цикла обработки единицы предмета . труда (с) машиной Рис.2 Принципиальная циклограмма операцион- "£ -го типа, вы-ного процесса, состоявшего из К полняющей 4 -ю

элементов операцию.

Формулы (Т) и (2) пригодны для любого операционного процесса предприятий лесного комплекса.

При выборе вариантов комплексного процесса (задачи структурной оптимизации) за критерий оптимальности следует принимать приведенные затраты на выполнение всех видов работ на лесосеке (подготовительных, основных, вспомогательных, заключительных), отнесенные к комплексной выработке (руб. ч.дн/м3). Целевая функция в этом случае будет 3" - (Зп.р+Зо.р+Зг.р +Зл.р)(Лр.п Щ>.£

Псм

-тСП> (3)

(4)

а затраты на выполнение каждого из видов работ определяют по фориу муле - _

где > Бе £ , Я- соответственно, себестоимость содержания машиносмень- (руб/смена), балансовал стоимость (руб) и число машин (шт) £ -го типа, .выполняющих & -ю операцию в Р -см виде работ; На > Ар, тр - средневзвешенное значение нормы амортизации (доли единицы), число рабочих дней в году и смен работы в сутки на -Р -ом виде работ; Зр.р - затраты за смену (руб) на выполнение работ с использованием ручного труда; л'р. о

число рабочих, выполняющих соответствующие виды работ

на лесосеке; Г!См - производительность комплексного процесса, состоящего из К операций (сменная выработка на основных работах).

В отличие от подобного, широко используемого, критерия удельных приведенных затрат, предлагаемый учитывает затрате по всем видам работ и трудозатраты на их выполнение. Это особенно важно для оптимизации процессов при неистощительнсм лесопользовании.

В связи с введением новых критериев, устанавливается несколько иной общий порядок решения задач оптимального выбора; сначала решают задачу параметрической оптимизации операционных процессов, а затем, с учетом полученных результатов, - задачу струк-. турной оптимизации комплексного процесса (последовательная оптимизация).

Система управления лесозаготовительной отраслью рассмотрена как пятиуровневая сложная система, на нижнем уровне иерархической структуры, которой находится управление операционными процессами, а на следующем (снизу) - комплексными. Именно эти уровни входят в компетенцию работников технологической службы. Остальные уровни в работе не рассматриваются. ' '

Система управления операционными процессами (т.е. лесозаготовительными машинами и оборудованием) включает в себя органы управления, исполнительные механизмы и рабочего оператора.

В работе особое внимание уделено количественной.оценке влияния субъективных (индивидуальных) особенностей оператора на .продолжительность цикла обработки единицы предмета труда.

Впервые в отрасли обоснован показатель, названный показателем "квалификации" оператора, и методика расчета его значений. При этом используется формула

,40 / -г . ,

где > т¿jCк. - продолжительность выполнения ^ -го

рабочего приема в г -ом элементе операции, полученная в имитационном эксперименте.на математической модели.при строго последовательном выполнении рабочих приемов, и фактическая продолжительность цикла, пелученная при статистической обработке материалов производительного эксперимента.

С использованием предложенной методики разработан метод ана- -лиза управляющих действий конкретного оператора и 'выработки реко-

мрндапий г.о целенаправленному влиянию на повышение его квалификации. • '

Разработанная методика прешла опытно-производственнук. проверку и рекомендуется к использованию в практике. В отличие от квалификационного разряда, этот показатель количественно характеризует не потенциальные возможности оператора, а его конкретное влияние не. ^>ффeктивнccть использования технического ср?дства.

Использование технических средств в немалой степени зависит и сч условий труда работающих, которые характеризуются безспас- •. нсстью и безвредностью труда. Коэффициенты безвредности труда рекомендуется определять по следующт. расчетным формулам: а) для операционных процессов

(6)

Ру г/

б1* для комплексных процессов

В формулах (6), (7) и (8) Ру , > ^ , ¿у - соответственно, фактические и эталонные (установленные санитарными нормой) значения показателя V -ой напряженности 1 освещенность, шум, еибраиия и т.п.) и продолжительность ее.дейстзия на организм человека; ^у.т, ~ показатели условий труда (безвредности'» в операционных V. комплексных процессах; - число рабочих, выполнякгцих -ю операцию и педзержекных действию V -ой чуственной напряженности; - общее число рабочих, выполняющих комплексный процесс из К операций.

■•. Каждый из показателей безвредности труда должен бить меньше единицы, так как, в противном случае,чувственные напряженности вызывают патологические изменения в организме работающих, приводящие к профессиональным заболеваниям. При сравнении условий труда б различных вариантах ТЯ, лучшим будет тот, у которого принятые показатели будут минимальными. Эти показатели рекомендуется использовать з системе ограничений на целевые функции или в качестве самостоятельных критериев оптимизации.

Повышение эффективности производственных и технологических процессов лесопромышленного производства неразрывно связано с по-выиением уровня использования их ьозможностей. Предлагается нозый для отрасли подход к количественной оценка експлуатационнсй на-

дегэтости тохно^огичсс'.их и производственных процессов, в котором уточнен!-' некстсрке термины и их определения; обоснованы показатели, характеризующие совертенстБО организации ТП, зффектиз-ность организации технического обслуживания к ремонта машин и т.п. Для оценки эксплуатационной надежности операционных ТП рекомендуются выражения:

~н.т 'н.Тн /н.орг

> + (12)

где <Рц , Убп, ^к - соответственно, коэффициенты циклозых, внециклоЕых и косвенных потер! рабочего нремени смены; Та>Тх -общие: продолжительность рабочей смены и потери времени на холостые ход-.;, не связанные с обработкой предмета труда (не входящие ,з продолжительность цикла), -

соответственно, математические ожидания прсдолжительностей восстановления V. ожидания зосстансвления отказов по техническим, технологическим к организационным причинам, отнесенные к одной рабочей смене, ч; • ТН Т} > ^"норг ~ то уе наработки на отказ, ч; г Тго > м - средние значения затрат времени, соответственно, на ежедневное и рзгла^ентируемое техническое обслуживание и плановый ремонт машин, отнесенное к одной рабочей смене, ч; - фактическое значение эксплуатационной надежности операционных процессов (доли единицы), выраженное коэффициентом использования рабочего врзмени смень: для конкретных природко-прсизЕодственнкх условий и параметров функционирования ТП.

С использовгнием показателей надежности рекомендуется количественно оценивать: совершенство технологии операционного процесса ( 9ц ), стохастичнссть и уровень организации его обеспечения и обслуживания ( У^у ), эффективность организации технической эксплуатации и ремонта технических средств ( У*- ).

В условиях неистощительксго лесопользования заготовленная древесина уже не может в полной мере характеризовать продукт процесса. В этом случае, продуктом процесса становится вырубка, так как она. будет объектом труда для проведения всего комплекса лесохозяйственных мероприятий. Исходя из этого, для количествен-

ной сценки продукта процесса рекомендуется применять показатели: степень сохранности площади вырубки-(экологическое совершенство варианта'ТП); уровень использования древесной массы (рациональность использования лесных ресурсов); уровень использования лесосечного фонда (качество отвода и приемки лесосечного фоИда от лесохозяйственных органов). Названные показатели находят по формулам:

; <13) °е - (14)

- > (15) ■

л

где £п , ~ соответственно, суммарная площадь вырубки, по-

врежденная при заготовке, и общая площадь отведенной з рубку лесосеки,, га; , , - объемы вывезенной, потерянной и общего ликвидного запаса древесина (по лесорубочному билету) на. лесосеке, м3.

В главе также рассмотрены обобщенные методы.расчета производительности операционных и комплексных-процессов с* учётом эксплуатационной надежности и "квалификации" операторов.

Совокупность предложенных показателей и методов расчета их значений .- эффективная система объективной количественной оценки лесопромышленных процессов, позволяющая принципиально по иному строить целевые.функции и формировать ограничения на них. при решении прикладных задач параметрической и структурной оптимизации.

■Глава 3 содержит материалы, доказывающие, что лесопромышленные процессы обладают всеми определяющими свойствами сложных систем, и для их формального описания целесообразно кспользовать теорию агрегатов с дискретшм'вмещательствсм случая, разработанную акад.Бусленко Н.П. Установлено, что процессы заготовки древесины .( лесосечных работ) следует отнести к третьему классу проблем принятия решений - сл^бо структуризированные смешанные системы, которые содержат как количественные, так и качественные характеристики. Предложено стратифицированное списание структуры производственного процесса предприятий лесного комплекса, на нижнем уровне иерархии которой находятся отдельные рабочие приемы; последние, в подсистемах каждого следующего (наверх) уровня иерархии находятся во все более сложных взаимодействиях. Такой подход

позволил унифицировать структуру процессов, различного целевого назначения и обобщить приемы их математического моделирования.

Для математического моделирования ТП лесосечных работ как типичной сложной системы целесообразно использовать логически обоснованную комбинацию различных математических методов, что позволяет усилить преимущества каждого из них и компенсировать недостатки отдельных.

В главе четвертой излагаются практические приемы математического моделирования основных операций лесосечных работ. Доказано, что все разнообразие конструкций рабочих органов лесозаготовительных машин можно представить в виде ограниченного числа модулей-блоков, в каждой из которых объединяют рабочие органы, если взаимодействие с предметом труда у них имеет одинаковую физическую природу. В результате создан принципиально новый тип математических моделей, которые отличаются от известных тем, что они:

1) учитывают физическую сущность явлений, сопровождающих взаимодействие рабочего органа средства труда с предметом труда;

2) чувствительны к подавляющему большинству действующих факторов (характеристикам предмета труда и окружающей среды; параметрам рабочих органов и их приводов, включая параметры гидросистемы; индивидуальным особенностям конкретного оператора; условиям труда и эксплуатационной надежности процесса; организационно-технологическим факторам);

3) многоцелевые, так как одна и та же модель используется для описания объектов различного назначения и решег::я прикладных задач различного класса;

4) обобщенные, т.е. описывают общий случай функционирования объекта, но позволяют, за счет введения ограничений и дополнительных логических условий, получать модели для каждого из частных случаев;

51 композиционные, ибо представляют собой композигию некоторого числа математических моделей рабочих приемов, входящих в рассматриваемую операцию;

6) имеют модульно-блочнсе представление, т.е. каждая из них создана для целой группы рабочих органов (модуля-блока).

• Перечисленное отличия позволили существенно упростить математическое моделирование, заметно снизить размерность моделей и их общее число, значительно уменьшить затраты времени и средств

на реализацию их в имитационных экспериментах ка ЭШ; повысить достоверность получаемых результатов.

Моделирование начинают со структуризации основных операций, при которой рабочие приемы, входящие в операцию, записывают в последовательности их выполнения. Для каждого модуля-блока составляют обобщенные расчетные схемы и, с использованием принятых математических методов, полутакт совокупность выражений, однозначно определяющих зависимость скорости перемещения рабочих органов (а значит и продолжительности выполнения рабочих приемов) от совокупности действующих факторов. Динамику нагружения рабочих органов и гидродинамику приводов учитывают введением коэффициентов . динамичности.

С использованием этого общего алгоритма моделирования составлены обобщенные композиционные математические модели следующих элементов операций и рабочих приемов: захват предмета труда; срезание деревьев; доставка предмета труда в пакет; накопление древесины в ГФУ; перемещение базового шасси по грунту с заданными эксплуатационными характеристиками; доставка дерева в протаскивающее устройство сучкорезных галин; протаскиваниз дерева через но-• жи сучкорезной головки; раскрытие-закрытие ножей сучкорезной головки; укладка продукта труда в штабель, или на подвижной состав лесовозных дорог. Таким образом, охвачены практически все операции лесосечных работ. Более того, большинство из рассмотренных . элементов операций и рабочих приемов встречаются и в других машинах, используемых в предприятиях лесного комплекса: лесохозяй-ственных, лесотранспортных, дорожно-строительных, лесосплавных и др. Следовательно, принятые метода и разработанные математические модели имеют более широкое практическое применение.

Для. получения достаточного представления о практических приемах математического моделирования по принятому общему алгорит- -му в рамках автореферата ограничимся моделями процессов,захвата стоящего дерева и его срезания машинами манипулятерного типа,наглядно иллюстрирующими построение остальных.

На рис. 3 приведены обобщенные расчетные схемы, используемые для моделирования процесса захвата дерева ЗСУ машин ЛП-19 и ЛП-17. Профиль внутреннего контура захвата задается таблично, что унифицирует математическую модель, делает ее пригодной для большого числа частных случаев.

В результате применения принятых методических подходов и

т9

х0 _) 'У*\х

Рис.3. Расчетные схемы к математическому моделированию процесса захвата дерева в ЗСУ лесозаготовительных машин а) ЛП-19; б) ЛП-17, ЛП-49

соответствующих преобразований, получена совокупность математических выражений, предстагляющая собой многоцелевую композиционную математическую модель процесса захвата стоящего дерева. Модель содержит основную формулу для определения продолжительности рабочего приема для- i -го дерева и .выражения, позволяющие находить значения входящих в нее параметров. Обозначения, принятые в математической модели и унифицированные с обозначениями в других математических моделях, понятны из расчётной схем:..! на рис. 3. •

6 =

у.'

А? К

(Тб)

'и/т

1; ъ =Уаг+с2+с(г-2а\/сг-к*2са$г;"(те) У ^ ^-*

* ^-^¿^[(у^ь^с^^щс^^^; (19)

. й?. -=а1с^?£); (20)

В математической модели: - радиус поперечного сечения

дерева в плоскости захвата (принимаемого за круг), м; уо - ордината центра поперечного сечения дерева, м; а} С, с/, Угг^&г^Ь'Т ~ геометрические (м) и угловые (рад) параметры захватнс—срезагдего устройства (рис.3); кп, сн, ^шт, ?к> Укн > £ О , , ¿V, ¿а/т *• параметры гидроприво-

да ЗСУ; - частота вращения коленчатого вала двигателя ба-

зовой малины, об/мин.

Введенный в математическую модель показатель, учитывающий конструктивнее исполнение механизма привода,- (угол

поворота рабочего органа (рад) при выдвижении штока гидроцилиндра на I м) является универсальной количественной характеристикой однотипных ло кинемг.тике механизмов привода и до элементарного упрощает определение угловой скорости перемещения рабочих органов в технических средствах любого назначения.

Расчетные схчмы для моделирования процесса срезания дерева цепными пильнмми аппаратами при веерной подаче приведены на рис.4 и 5. С использованием аналогичных предыдущему рассуждений и преобразований получена многоцелевая математическая модель процесса срезания:

Этих выражений вполне достаточно для ргшения задач технологической подготовки производства, оперативного планирования и организационно-экономического управления. Однако, когда надо решать

задачи оптимизации в АСНИ, конструкторской. САПР, АСУТП, требуется дополнительная количественная информация о процессе срезания. Для ее получения рекомендуется использовать следующие формулы для расчета:

Т) Угла поворота направляющей шины, соответствующего завер-

шению -го фрагмента пиления, рад

~~ Уо С

при 0¿nJ¿/г¿/2íц■,

2 ч

при ¡¿¿/2{ц>п^ Ю.

(29)

(30)

(31)

В/ЛН

Ш

Рис.4. Схема для расчета парамет- Рис.5. Схема для расчета ров процесса срезания деревьев кинематических соотношений _

цепными пильными аппаратами при пилении с веерной подачей

О

2) Плицзди прешла, получаемой в у -м фрагменте лилен>л,мА*

-ачеяп(п^ щА,-); (32)

3) Среднего значения расстояния от центра г.ращения ведущей звездочки пильного аппарата до точки приложения среднего усиления подачи в накдом у* -м фрагменте пиления, м

4) Среднего значения г;-соты пропила См) к скорости подачи '.м/с) для ка-здогс J -го фрагмента

_ 21Гшг -

Ц = КМ) (35)

'Продолжительности пиления в каадом на фрагментов, с

1п=(\Ъ+г%\)/(£°1Гшт)> • (36) •

6) Общего числа зубьев в цепи, котор---п в-ак/одействовали с древесиной з продолжение J -го фрагмента .пиления, шт

7) Среднего значения толщины строки, снимаемой каждым лу-

бсм (псдачи на зуб) за время пиления в у -см фрагменте, к

. (38)

8) Среднего значения удельной работы резания в ^ -ом фрагменте пиления, Мдж/м^

65-го''/[(Ь} В)°'$3ап а^ аг]; С39)

9) Средних значений усиления резания ь J -он фрагменте пиления и за весь периид срезг.яия дерева, Н

— Т *--г - ^ _ . , ,

; '40: (41)

Т01 Полного натяжения пильной цепи (среднего за период сре- • эакия дерева), Н ' "

1гРРр (1+а/ц) + 2,0в!71цецд^г V О,0820 ; (42)

1'!1 вещности, затрачиваемой ня пилгние -и подачу три срезании I -го дерева, Вт '

"р^т^ц^р ; = (44)

12) Общих энергозатрат на спиливание дерева, Вт-с

13) Удельных энергозатрат на ; м3 заготсзлснной Древесин" 1, Вт-сД:3 / _ /

г> О

14) Удельных энергозатрат на Т м^ площади пропила, Вт>с/м

Условие оптимальности: „ , п* -

Зуд = Эул теп .

В приведенных формулах, с учетом рис. 4 и 5: &Г

- характеотстики предмета труда и окружающей средь1; ¿с, уог -

геометрические параметры ЗСУ; т^ ,та, т^ г £цг -

- параметры р_ежущегс инструмента, механизмов регг

Я/. РГ> , , ЗуА

*гания и подачи; - силовые и

энергетические показатели процесса пиления, учитывающие влияние подавляющего числа действующих факторов.

С использованием того же математического аппарата и аналогичных практических приемов созданы мнегоиелевые композиционное математические модели рабочих приемов, элементов операции и операций в иелом для зсех, серийновыпускаемых, лесозаготовительных машин. Как показала специальная проверка, предлагаемые математические модели достаточно адекватно описывают реальные операционные процессы.

В пятой главе изложены теоретические построения, результате обгбщения известных и разработки новых методик создания математических моделей информационного обеспечения, предназначенных для определения характеристик предмета труда и окружающей среды, не заданных в. явном виде, а также расчета значений организфдион-нс-технол^гичзских- фактсроБ. Сни необходимы для проведения вычислительных процедур имитационных экспериментов на ЭШ и принятия решений в задачах параметрической и структурной оптимизации. ■ В состав математических моделей информационного обеспечения вошли модели для: определения случайных значений полярных координат I -го дерева на ' (/-ой технологической стоянке, расчета степени . сохранности площади вырубки и среднего расстояния трелевки, расчета. рейсовой нагрузки трелевочного средства в заданных природ-но-трсизвсдственнь'х условиях к др.

При определении случайных значений полярных координат дерева на технологической стоянке используют следуюцую совокупность математических заражений:

а) числе деревьев на площади лесосеки, разрабатываемой с технологической стоянки, шт _

=—р- ; (48)

б) ограничения на возможные значения полярных координат

математическая модель имитационного эксперимента на ЭШ методом статистических испытаний (Ыснте-Карлс)

Уу ~ Смутах ^¿^тсп ±

.50)

где Я, Ъ - максимальней и минимальный вылеты гидроманипулятсра лесозаготовительной машины, м; ^ тегх г

~ максимальное и минимальное значения угла поворота манипулятора ь горизонтальной плоскости из области ограничений,рад;

^ - псевдослучайные числа, генерируемые датчиком случайных чисел в соответствии с принятым, например равномерном, законом распределения плотности вероятностей значений палярных координат деревьев относительно оси поворотной колонны манипуля- -тгра.

В результате анализа известных схем разработки лесосек доказано, что при машинном способе выполнение лесосечных работ наиболее предпочтительными являются дЕе: а) лентами, перпендикулярными усу и б) лентами, параллельными усу лесовозной дороги (рис.6). Для первого случая степень сохранности площади вырубки.рзкомендс-

Рис.6. Варианты национальных

схем разработки лесосек

веко определять по формуле

4.

(5Т)

а для второго

1 а-ё^

' ' (52)

где <2, ° - размер« лесосеки, м; г , 8Л - соответственно, ширина зоны безопасности, волока и разрабатываемой ленты, ы; - число волоков на лесосеке при разработке ее

лентами, параллельными усу, шт.

Приведенная математическая модель является обобщенной для подавляющего большинства вариантов ТП лесосечных работ, прошла апробирование и рекомендуется для использования в автоматизированных технологических расчетах.

В общем случае среднее расстояние трелевки предлагается определять как отношение суммарной грузовой работы, затраченной на .доставку всей заготовленной древесины на погрузочную площадку, к сбшему запасу древесины на плсщади лесосеки, тяготеющей к ней. В формальной записи ото выглядит так

Ога). (53)

При разработке лесосек машинами фронтального действия: а) лентами, перпендикулярными усу

' = О, (<2-6,)/вА ; / = (Г, 6„/£л);

б) лентами, параллельными усу

= а, з ¿=(г, ё»/гл).

При разработке лесосек машинами флангового действия:

а) лентами, перпендикулярными усу

б) лентами, параллельными усу

_ _______ °

{ Г.С. \

Для всех перс-численных случаев

^ / 1 X, Уп_ Кпст)

(58)

В выражениях (51...58) приняты следующие обозначения:

&пп - состветстзенно, ширина части лесссекк, с которой древесину трем от на лсгрузочнуг площадку, и ширина погрузочной площадки, м; £л - длина ленты набора пачки полного объема, м; @га ~ средний ликвидный запас древесины на Т га осваиваемой лесосеки, мэ/га; Уп - расчетное среднее значение объема трелюемой пачки в заданных природно-произзодственных условиях, к3;

- коэффициент использования расчетного значения рейсовой н)гр.учки (отногени? фактического значения объема пачки, сформированного с целого числа технологичзских стоянок,к расчетному);

I - номер пачки, начиная с дальнего конца лесосеки, формируемой на ленте; ^ - номер ленты, начиная с дальнего конца лесосеки (перпендикулярная схема), или номер ряда лент, начиная с дальнего от погрузочной площадки (параллельная схема).

Приведенная математическая модель является обобщенной для всех вариантов машинной заготовки древесины. Для ее реализации созданы алгоритм и ЭВЫ-программа. Из распечатки результатов расчета следует, чтс традиционная методика приводит к завышению

значения среднего расстояния трелевки на Т4___26$ по сравнению

с предлагаемой. Это объясняется тем, что среднее расстояние при . традиционных расчетах включает путь перемещения трелевочного средства при наборе пачки полнсгс объема, который не входит в рассматриваемый рабочий прием.

Математическая модель для расчета рейсовой нагрузки обобщена для всех встречающихся нг практике видов и способов трелевки, включая и вариант трелевки канатными установками. Она содержит дополнительные логические условия," котсрые превращают ее в модели, описывающие каждый частный случай, что очень удобно для автоматизированных расчетов.

Все математические модели информационного обеспечения прош-~ли опытно-производственную проверку. Достоверность результатов по ним подтверждается хорошей сходимостью с результатами других исследователей и материалам нормативно-справочной документации. Алгоритму и программы для их реализации б автоматизированных расчетах на ЕВМ доведены до высокой степени готовности и практическому использованию.

Шестая, заключительная глава содержит описания алгоритмов решения прикладных задач, оригинальные формы представления базы данных и материалы, иллкстрирующие масштабы применяемости и эффективности практического применения разработанных автором методов и моделей.

Для иллюстрации целесообразности и эффективности применения результатов решения проблемы, отобраны наиболее типичные задачи (по сднсй в каждом классе), которые в совокупности достаточно убедительно подтверждают объемы применения и практическую значимость выполненной работы. В приложении к диссертации (т. 2) представлены распечатки и базы данных, а в основном тексте-алгоритмы и анализ результатов решенья следующих прикладных задач: Т) обоснование оптимальных технологических требований к срезающему^тройству с цепным режущим органом (задача АСНИ); 2) определение продолжительности выполнения рабочих приемов и времени цикла обработки дерева при сбреэке сучьев самоходными сучкорезными машинами типа ЛП-ЗОБ (ЛП-ЗЗА) (задачи ТПП, АСУГП, сператгзного планирования и управления); 3) создание и внедрение алгоритма автома-тизировенного управления процессом очистки деревьев от сучьев машинами ЛП-ЗСБ, ЛП-ЗЗА (задача АСУТП); 4) количественная оценка квалификации" операторов лесозаготовительных машин на примере сучкорезной машины ЛП-ЗОБ Iзадачи ТПП, оперативного планирования и управления); 5) расчет эксплуатационной надежности операционных процессов в конкретных природно-произвсдствеккмх условиях (задачи ТПП, оперативного планирования и управления); 6) обоснование параметров управления процессом перемещения трелевочного средства по грунту с заданными эксплуатационными характеристиками (задачи всех классов); 7) автоматизированный расчет производительности лёсозаготовительных машин в заданных природно-прсизвод-ственных условиях (задачи всех классов); 8) оптимальный выбор варианта технологического процесса лесосечных работ для комплексных предприятий неистсщительнсго лесопользования (задачи .технологической. САПР и ТПП).

Рабочие методики решения перечисленных задач ик^ют единую логическую структуру, характеризуемую блок-схемами алгоритмов" имитационных экспериментов на математических моделях. В качестве базы данных использовали: материалы отраслевой нормативно-справочной документации, действующей в отраслях лесного комплекса; результаты производственных экспериментов; материалы количествен-

ной оценки характеристик предмета труда и природно-производствен-Ной среды математикогстатистическими методами; данные учета показателей надежности лесозаготовительных машин, накопленные в отрасли, результаты расчетов по математическим Моделям информационного обеспечения и т.п. Автоматизированные расчеты и имитационные эксперименты проведены по специально-разработанным программам, перечень и краткая характеристика которых приведены в диссертации .

Оптимизация параметров срезающего устройства с цепным режущим органом произведена по результатам исследования зависимости удельшх энергозатрат на спиливание дерева от действующих факторов в имитационном эксперименте на обобщенной математической модели процесса срезания. Она'проводилась для срезающих устройств валочно-пакетирующих малин ЛП-19 и ЛП-17 с использованием пильных цепей ПЦУ-15, ПЦУ-20, ПЦС-30 на скоростях движения пильной цепи !2,0; т5,0; Т8,0 м/с.

Результаты имитационного эксперимента представлены в виде графиков зависимости , -^р

Анализ пслученнь'х результатов показал, что имитационный эксперимент на математической модели позволяет получить исчерпывающую информацию о процессе пиления с веерной подачей, часть из которой вообще невозможно получить другими известными методами исследований (например, характер изменения усилия резания в каждом фрагменте пиления). Кроме того, по ним можно сделать' и важные практические выводы: I) с уменьаением шага пильной цепи пока- • затели пиления улучшаются, что косвенно подтверждается использованием на всех пильных аппаратах зарубежного производства мелко-звенньтх пильных цепей; 2) производительность чистого пиления зависит от диаметра спиливаемого дерева, но с увеличением диаметра интенсивность ее роста снижается; из этого следует, что в технологических расчетах, как это принято, ее средними значениями пользоваться нельзя и надо использовать для получения фактического его . значения наши рекомендации; 3) характер зависимости Эуп —¿№1) позволяет утверждать, что для достижения максимальной эффективности процесса пиления цепями по а.с. № 736910, в конструкцию срезающих устройств необходило ввести регулятор потока жидкости в гкдроцилиндр привода подачи, связанный обратной

связью с датчиком-диаметра спиливаемых деревьев; 4) при использовании на срезающих устройствах пильных цепей с заданными параметрами оптимальный диаметр гидроцилиндра привода подачи следует выбирать по рекомендуемой в диссертации формуле.

Сравнение результатов имитационного эксперимента с данными, полученными ранее в ЦНИШЭ, доказывает их достоверность. Это позволяет рекомендовать их для использования при разработке технического задания на проектирование срезающих устройств в конструкторских САПР.

■Определение продолжительности выполнения рабочих приемов и временя цикла обработки деревьев машиной ЛП-ЗОБ проводили с учетом: характеристик предмета труда и окружающей среды; организационно-технологических факторов; параметров рабочих органов и их приводов. При этом преследовалось три цели: а) проверить работоспособность созданных-математических моделей во -всем диапазоне,, действующих факторов; б) получить количественную информацию для разработки алгоритма автоматизированного управления операционным процессом; в) практически количественно оценить "квалификацию" конкретных операторов.

Проверку работоспособности (адекватности) математической модели процесса очистки деревьев от сучьев производили путем сравнения продолжительностей выполнения рабочих приемов, полученных в производственном эксперименте в Ясногском ЛПХ Комилеспром м в имитационном эксперименте на ЭШ с теми же, что и в производственном эксперименте исходными данными. Материалы производственного эксперимента, полученные с использованием аппаратурных методов восприятия и регистрации информации, обрабатывались методами математической статистики. Кроме того, для сценки достоверности проводили проверку гипотезы об однородности дисперсий: гипотеза не отвергается. Сравнение показало, что расхождение между опытными данными и данными расчетов на модели не превышает ± 4,8$. Учитывая, что модули-блоки технологического оборудования сучкорезных машин наиболее полно охватывают разнообразие принципиальных кинематических схем рабочих органов лесозаготовительных.машин, считаем работоспособность основных математических моделей доказанной.

По результатам имитационных экспериментов на математической модели сформулированы выводы и рекомендации, на основании которых разработан алгоритм ароматизированного управления машинами ЛП-ЗОБ и ЛП-ЗЗА, который реализован в блоках программного управления. .

Система управления прошла опытно-производственную проверку и рекомендована к внедрению на Сыктывкарском механическом заводе и АО "Свердлесмаш".

Та же информация была использована к для количественной оценки"квалификации" двух операторов сучкорезных машин. Установлено, что показатель квалификации операторв А - 1,08, а оператора Б - 0,96, т.е. на Т3$5 ниже. Это значит, что при прочих равных условиях производительность сучкорезной малшны, если ею управляет первый оператор, будет настолько же больше. Из этого следует, • что методику оценки влияния субъективных особенностей оператора на эффективность использования технических средств можно рекомендовать к применению, в том числе и для анализа управляющих действий операторв в зависимости от его психологического состояния и степени усталости в течение смены.

Расчет эксплуатационной надежности операционных процессов в конкретных условиях выполнен для подавляющего большинства операций лесосечных работ по одному универсальному алгбритму. Анализ распечаток результатов расчета показал, что эксплуатационная надежность операционных процессов изменяется в весьма широком диапазоне к существенно Елияет на уровень использования возможностей процесса. Имитационные эксперименты на математической модели по-эволягт вскрыть причины низкого уровня использования техники и сформулировать рекомендации по его повышению. Алгорит.;. рекомендуй ется для автоматизированного решения прикладных задач в ТПП, оперативном планировании и управлении.

•Результаты имитационных экспериментов на Обобщенной математической модели процесса перемещения базового шасси по грунту представлена в виде распечаток и графиков зависимостей V/7-^(f:Kí^)J

из которых наглядно виден характер влияния основных факторов изобьем трелюемой пачки. Установлено, что основным ограничением на объем трелюемой пачки является допускаемая нагрузка на ходовую часть (практически Для всех трелевочных средств); определены условия буксования движителя при различных значениях уклонов и коэффициентов сцепления. Это свидетельствует о том, что алгоритм можно рекомендовать для обоснования параметров управления движением самоходных транспортных средств.

Автоматизированный расчет производительности'лесозаготовительных машин в. заданных природно-производственных условиях, с

учетом эксплуатационной надежности и квалификации оператора, выполнен по обобщенному для всех операций и технических средств лесосечных работ алгоритму. Результаты имитационных экспериментов, предстазленные в распечатках и в виде графика зависимостей

Псм , свидетельствует, что значения сменной про-

изводительности, в зависимости от различного сочетания действующих факторов, изменяются в весьма большом диапазоне. Из этого следует, что при решении задач технологической САПР, ТПП, оперативного планирования и управления нельзя пользоваться методиками, базирующимися на нормативных и укрупненных показателях. При решении задач перечисленных классов рекомендуется предварительно рассчитать средневзвешенные значения характеристик предмета труда и окружающей среды, продолжительности выполнения рабочих приемов для полученных значений характеристик, коэффициент использования рабочего времени для условий конкретной производственной единицы, после чего выполнить расчет фактической производительности. Алгоритм автоматизированного расчета производительности содержит все вти вычислительные процедуры.

Оптимальный выбор варианта ТП лесосечных работ произведен для условий неистощительного лесопользования на сплошных (природно-производственные условия Крестецкого ЛПХ) и несплошных (Юрмальского ЛИХ) по обобщенному алгоритму с использованием критерия оптимальности комплексных процессов. Результаты имитационного эксперимента в виде распечаток и рекомендаций по оптимальным вариантам убедительно доказывают преимущества разработанной методики.

Таким образом, представленные в заключительной главе примеры решения прикладных задач параметрической и структурной оптимизации по разработанным алгоритмам и программам, имеющим высокую степень готовности к практическому использованию,наглядно иллюстрируют реальную практическую значимость выполненных исследований.

ЗАКЛВДЕНИЕ

В итоге выполнения комплекса исследований по созданию теоретической базы выбора вариантов эффективного использования технических средств лесосечных работ получены следующие научные и практические результаты.

I. Установлено, что повышения эффективности использования тех-

нических средств, а значит и технологических процессов, можно добиться за счет:

- улучшения взаимодействия рабочих органов средства труда с предметом труда (параметрическая оптимизация процессов выполнения отдельных операций);

- совершенствования взаимодействия технических- средств в процессах, состоящих из некоторого числа операций (структурная оптимизация комплексных процессов).

2. Рекомендован такой общий порядок принятия оптимальных решений: вначале оптимизируют параметры и режимы операционных процессов, а затем, с учетом полученных результатов, решают задачу оптимального Еыбора организационных форм функционирования комплексного процесса.

3. Доказано,что для разработка математического обеспечения решения оптимизационных задач необходиа корректировка представлений о закономерностях функционирования процессов лесопромышленного производства; в диссертации усточнены и введены вновь некоторые термины и их определения, классификации ТП по технологическим и организационным признакам; обоснованы необходимые и достаточные элементы процессов как сложной системы, при отсутствии хотя бы . одного из которых, функционирование процесса прекращается; предложен способ кодирования информации о ТП лесосечных работ, обеспечивающий регистрацию и хранение ее- на машинных носителях.

4. Впервые разработаны принципы и методы многосторонней количественной оценки лесопромышленных процессов, базирующиеся на физической сущности явлений, сопровождающих взаимодействие рабочих органов с предметом труда и взаимодействие технических средств между собой; получены математические выражения для получения оце-

' ночных показателей.

В качестве критерия оптимальности в задачах параметрической оптимизации операционных процессов рекомендуется использовать удельные энергозатраты, отнесенные к производительности труда в операции, а для оценки эффективности использования технических средств - показатель уровня использования возможностей ТП. В задачах оптимального выбора вариантов комплексного процесса за критерий оптимальности следует принимать приведенные затраты на выполнение всех видов работ на лесосеке (подготовительных, основных, вспомогательных и заключительных), отнесенные к комплексной выработке.

Остальные показатели количественной оценки, например, влияния индивидуальных особенностей конкретного оператора на эффективность использования технических средств; совершенства системы управления операционными и комплексными процессами как#объектами автоматизированного регулирования и управления; условий труда (безопасности и безвредности) работающих и др. рекомендуются, преимущественно, для формирования ограничений на целевые функции, а в необходимых случаях, в качестве локальных.критериев при решении частных оптимизационных задач.

5. Предложено новое стратифицированное списание лесопромышленного процесса, позволяющее унифицировать структуру различных производственных процессов предприятий лесного комплекса, разработать единые подходы к их яоделированию и обобщить алгоритмы решения прикладных задач.

6. Впервые разработан принципиально новый тип математических моделей основных операций лесосечных работ, отличающийся от известных тем, что они: учитывают физическую сущность явлений, чувствительны и подавляющему большинству-действующих факторов, многоцелевые, обобщенные, композиционные и имеют модульно-блоч-нсе представление. Перечисленные отличия позволили существенно упростить математическое моделирование, заметно снизить размерность моделей и их общее число, значительно сократить затраты времени и средств на реализацию их в имитационных экспериментах на ЭВМ, повысить достоверность получаемых результатов. Последнее подтверждается хорошей сходимостью их с результатами, получениями в исследованиях других авторов,и материалами отраслевой нормативно-справочной документации.

7. Введенный автором показатель, учитывающий конструктивные особенности механизмов привода рабочих органов,- Драд/м) является универсальной количественной характеристикой однотипных по кинематике механизмов привода и до элементарного упрощает рао-чет угловой скорости перемещения рабочих органов технических средств любого назначения. Динамика нагружения рабочего органа

и гидродинамика привода учитывается введением коэффициентов динамичности.

8. Созданы, апробированы и рекомендованы к практическому использованию для определения характеристик предмета труда и окружающей среды, не заданных в явном виде, а также расчета значений организационно-технических факторов в рассматриваемых процессах .

математические модели информационного обеспечения.

9. Составленная гамма алгоритмов и реализующих их программ выполнения вычислительных процедур принятия "оптимальных решений представлена в систематизированном виде и, в первую очередь,проблемно ориентирована на применение технологических САПР, технологической подготовке производства, оперативном планировании и управлении. Алгоритмы и программы доведены до высокой степени готовности к практическому применении.

10. С использованием разработанных математического, программного и информационного обеспечения решения прикладных задач параметрической и структурной оптимизации получены результаты, позволившие:

- дополнить теорию резания древесины в части поперечного пиления цепными пильными аппаратами при веерной подаче;

- обосновать технические решения по конструкциям пильных .цепей с ограниченной подвижностью шарнирного соединения, а 1а.кжс захватно-срезакщих устройств и манипуляФора. лесозаготовительных машин, снижающих вредное влияние на скру.чающую среду (защищен*.: 11-ю авторскими свидетельствами);

- разработать и внедрить алгоритм автоматизированного управ, ления самоходными сучкорезными машинами типа ЛП-ЗОБ СЛП—ЗОБ) и

ЛП-ЗЗА, реализованный в блоках программного управления на Сыктывкарском механическом заводэ и АС- ''Свердлесмаш".

Л, Разработанные рабочие к;етодлки автоматизированного решения задач оптимального выбора вариантов эффективного использования технических средств переданы для практического использования: в лабораторию очистки деревьев от сучьев ВНПС "Леспром" (ЦНИЖЭ), АС "Лесинвест", Львовский филиал Ивано-ФраккоЕского ШЛИ Украины. Научные и практические результат'.; законченных исследов&ни": широко использованы во Есех видах учебных занятий по дисциплинам специальности 26.0Т - лесоинженерное дело в Воронежском лесотехническом институте и Украинском Государственном лесотехническом университете.

Основное содержание диссертации опубликовано б следующих работах:

J. Иевлев А.И. Детерминированная математическая модель двух-звенного манипулятора лесозаготовительных манлш и оборудования. У Деп.рук. № 2294-лб88-М.: ВИНИТИ. Б.У. № 10, 7988, с. 708 -37 с.м.п. .

2. Иевлев А.И. Математическое и информационное обеспечение лесосечных работ в комплексных лесных предприятиях. // В кн.: Повышение эффективности производства в лесной промышленности и лесном хозяйстве. / Тез.докл. Всесоюзного научно-технического совещания (30 с'ент. - I окт. 1986 г., г.Петрозаводск) - М. -1986, с. 214...215.

3. Иевлев А.И. Математическая модель клещевого захвата трелевочных тракторов манипуляторного типа. // Деп.рук: № 22569-лС89. - М.: ВИНИТИ. Б.У. № 3, 1990, с. 85-4 с.м.п.

4. Иевлев А.И. Машинная заготовка древесины при разных способах рубок. Ж. Лесная промышленность, № 6, 1984, с.

5. Иевлев А.И. Методология обоснования вариантов индустриальных процессов заготовки древесины. // Деп.рук. № 2293-лб 88-М.: ВИНИТИ. Б.У. № 12, 1988, с. 125 - 23 с.м.п.

6. Иевлев А. И. Моделирование процесса зажима растутпего дерева ЗСУ лесозаготовительных маоин манипуляторного типа. // Деп.рук. № 2296-лб 88. - М.: ВИНИТИ. Б.У. № 12, 1988; с. 125 - 25 с.м.пТ

7. Иевлев А.И. Обобщенная математическая модель процесса срезания деревьев пильными аппаратами с цепными режущими органом. // Деп.рук. № 1863 - лб 87 - М.: ВИНИТИ, Б.У. № 4, Т987, с. 134-¿2 с.м.п.

8. Иевлев А.И. Оптимизация состава и структуры систем лесосечных машин в АСУТП лесозаготовок методом динамического программирования. // В кн. 'Тез. докладов на Всесоюзной научно-техничес-кои конференции."Состояние и перспективы разработки и внедрения автоматизированных систем управления в лесной, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности" (2...4 окт. 1984 г.) ВДНХ СССР. - К: 1984, с. 98...99.

9. Иевлев А.И. Принципы и методы количественной оценки ин- ' дустриальных лесопромышленных процессоз. // Деп. рук. № 1868-лб

87. - Ы.: ВИНИТИ, Б.У. № 4, 1987, с. 134 - 116 с.м.п.

10. Иевлев А.И. Расчет площади лесосеки, разрабатываемой с одной технологической стоянки лесозаготовительными машинами и трелевочными тракторами манипуляторного типа. // Деп.рук. № 2277-лб

88. - Ы.: ВИНИТИ; Б.У. № 12, 1988, с. 125 - 7 с.м.п.

11. Иевлев А.И. Редукция информации об индустриальных процессах лесозаготовительного производства. // Деп.рук. № 1864-ло с7.-М.: ВИНИТИ. Б.У. № 4, 1987, с. 134 - 42 с.м.п.

12. Иевлев А.И., Петровский В.С., Гарсия Х.М. Об одной математической модели технологического процесса лесосечных работ для решения задач оперативного планирования. // В кн.: Автоматический контроль и управление производственными процессами. 1 Тез.

докл. Республиканской научно-технической конференции (28___29 окт.

1979 г., г.Могилев). - Минск: 1979, е.. 97...§8.

13. Иевлев А.И., Сидельников И.А. Математическое моделирование процесса обработки деревьев сучксрезной маииной типа ДГГ-ЗОБ и количественная оценка продолжительности выполнения элементов операции. // Деп.рук. № 1813-лб 86.- - М.: ВИНИТИ. Б.У. № 12, 1986,

с. Т06. - 46 с.м.п.

14. Иевлев А.И., Сидельников И.А. Разработка технологических требований к системе программного управления на базе математичес-

кого моделирования обрезки сучьев самоходной сучкорезной машиной типа ЛП-ЗОБ. // В кн.: Повышение эффективности производства в лесной промышленности и лесном хозяйстве. / Тез.докл. Всесоюзного научно-технического совещания (30 сент. ... I октЛ966г., г.Петрозаводск).'-М.: 1986, -с. 221...222.

15. Иевлев А.И., Черников В.В. Уровень использования возможностей лесотранспортного процесса в экономико-математической модели при оптимизации параметров его функционирования. // В сб. Основные направления развития технического процесса лесозаготовительной промышленности. - Химки, J979, с. 36...40.

16. Иевлев А.И., Черников В.В. Определение степени повреждения окружающей среды и среднего расстояния трелевки в задачах оптимального выбора схемы разработки лесосек машинным способом. )} Деп.рук. № 1845-лбб 87. - М.: ВИНИТИ. Б.У. № 4, ]987, с. 133.

17. Петровский B.C., Фан Чунг Зьен, '.Иевлев А.И. Моделирование и оптимизация процесса функционирования погрузочного пункта.-11 Деп.рук. № 995-лб 83. - К.: ВИНИТИ. Б.У. № 8ТТ42), 1983, с.93.

Т8. Петровский B.C., Иевлев А.И., Фан Чунг Зьен. Анализ динамики и устойчивости функционирования процесса хесосечных работ з детерминированной постановке. // Деп.рук. К» 945-лб 82. - И.: ВИНИИП Б.У. № 4 (138), с. .104 - 24 с.м.п.

19. Фан Чунг Зьен, Иевлев А.И., Петровский B.C. Исследование структуры времени цикла разработки лесосек широкозахватной валочнсз-пакетирующей машиной типа ЯП-19 в различных древостоях и алгоритм определения его элементов. /1 Деп.рук. № 944-лб 83.-К.: ВИНИТИ. Б.У? № 4 (138), 1983, с. 103.7.104 - 25 с.м.п.

20. Иевлев А.И., Скляров A.Ji. Математическая модель процесса подбора пакета древесины при трелевке тракторами с пачковым захватом: /1 Деп.рук. № 2570-лб 39. - Ы.: ВИНИТИ. Б.У. № 3, 1990, с. 85 - 14 с.м.п.

21. Иевлев А.И., Сидельников И.А. Оценка эффективности использования гидропривода технологического оборудования сучкорезных машин типа ЛП-ЗОБ. // Деп.рук. № 2679-лб 90. - Ы.: ВИНИТИ. Б.У.

№ 12, 1990, с. 92 - 20 с.м.п.

22. Иевлев А.И. Основополагающие принципы создания и внедрения Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТП) лесозаготовок. 1 Деп.рук. № 2803-лб 91. - М.: ВИНИТИ. Б.У. № I, .1992, с. 49-25 с.м.п.

23. Успенский В.А., ИеЕлев А.И., Максимов В.к. О взаимодействии- зубцов -и стружки при пилении универсальными пильными цепями. - Изв.вузов Лесн.ж. № 3, 1973, с. 82...84.

24. Успенский В.А., Иевлев А.И., Максимов В.М. Исследование про^ольной^стойчивости пильных цепей. - Изв. Лесн.ж. № 2, Т973,

Авторские свидетельства:

, I. Иевлев А.И. Пильная цепь. A.C. № 304129, кл. В 276, 33/14, 17/00. Б.И. № 21, ¡971.

2. Иевлев А.И. Пильная цепь для цепных пильных аппаратов, кл. В 27 в 33/14. Б.И. }? 23,- I97J. .