Исследования направлений повышения эффективности автомобильного транспорта леса

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Экономические науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Исследование направлений повышения эффективности автомобильного транспорта леса
А.М. Крупко
В условиях реформирования российской экономики эффективность использования лесных ресурсов оценивается исследователями как неудовлетворительная и существенно уступает зарубежной, а проводимые в лесном секторе преобразования далеки от прогрессивных и ориентированных на упрочение лесных богатств страны — они, зачастую, конъюнктурны, не системны и неудачно компилируют отдельные элементы зарубежной лесной политики [1], [2]. Для восстановления позиций российского лесопромышленного комплекса в мировой экономике и ухода от «сырьевой» ориентации экспорта требуются новые технологические и организационно -экономические исследования, важнейшую роль среди которых играют исследования в области автомобильного транспорта леса [3].
Вывозка леса лесовозными автопоездами — важнейшая часть производственного процесса лесозаготовок, во многом определяющая стоимость лесоматериалов и эффективность работы лесозаготовительных предприятии и варианты их связей с потребителями древесины. Затраты на транспорт составляют до 48% от себестоимости ее заготовки. Доля автотранспорта в общем объеме вывозки древесины примерно 85% и продолжает повышаться. Наряду с сохранением в нашей стране вывозки леса в хлыстах на нижние склады лесозаготовительных предприятии в настоящее время существенно возрастает объем транспортировки в сортиментах непосредственно с лесосек потребителям и на перерабатывающие предприятия [4], [5], [6].
Эффективность использования транспортных средств на вывозке леса может быть обеспечена только при рационально организованном процессе оперативного управления транспортом с использованием современных экономико-математических методов и информационных систем.
Математическое моделирование процессов управления в данный момент является одним из основных инструментов определения оптимальных параметров функционирования различных производственных систем. Модели, построенные на основании некоторых свойств исследуемого объекта, позволяют сделать вывод о дальнейшем развитии объекта и его составных подсистем, а также изменения его основных количественных характеристик. Методы и средства математического моделирования в сочетании с использованием современных компьютерных технологий позволяют весьма эффективно решать задачи эффективной организации материальных потоков и управления их деятельностью [7], [8].
Таким образом, применяя методы управления производством, учитывающие природно-климатические и почвенно-грунтовые условия, в которых работает предприятие, а также стратегию обновления, пополнения и ремонта парка машин, можно существенно повысить эффективность лесозаготовительного процесса, снизить затраты на выработку лесопродукции и увеличить рентабельность предприятия.
Целью диссертационной работы является снижение транспортных издержек на перевозку лесоматериалов между лесозаготовительными и лесоперерабатывающими предприятиями лесопромышленного региона на базе математического моделирования.
Разработана математическая модель управления производственными мощностями лесотранспортного предприятия, позволяющую предприятию получить максимальный доход от распределения инвестиций в заданный период времени.
Зависимость дохода предприятия в период? от его мощности зададим уравнением
вида:
2
Dt (Ж) = -Р-ж
где Д — прибыль предприятия за период X, X е Т- - мощность парка машин в период
времени X, X е Т- а{, р — коэффициенты зависимости дохода предприятия от мощности
парка, учитывающие сезонный характер работ.
Учитывая амортизацию и инвестиции в период времени X, найдём выражение для мощности парка машин в период времени X, X е Т:
wt
Wo Р + ХI Р
(2)
где — мощность парка машин в период времени X, X е Т- - инвестиции в начале
периода X- р' - коэффициент амортизации парка лесовозных автомобилей.
Сформулируем задачу оптимального распределения инвестиций в заданный период времени, позволяющую предприятию получить максимальный доход:
X Д ^ тах
г=0
Т
X'-. I, = I г
(3)
1=1
где 1Е — суммарные инвестиции за весь период Т.
Используя метод множителей Лагранжа, получаем оптимальное распределение инвестиций в различные периоды времени:
I = -^ ¦ р+а- + (1^р). (_я)
II ту 2-р 2-р У '
г =а2-р-а,(1-р) (-Х) 12 = 2-р 2-р (А)
г _а"-р-аг-2 (1-р) (^
1 т -=---+^Г-{-л& gt-
1-р+р
, От-р-аТ-1,11 ~Р+р/(А) 1 Т = 2-р + _2Р-ы)
Т-1
+ - р,-(1 — р)-Х лг + *
2-р-(12+Wo- р)-(1 -рУТ1а1+а1
где — А =------
(Т -1)-(1-р)2 +1
(4)
•& lt-
Данная математическая модель учитывает сезонный характер работ, амортизацию парка лесовозных автомобилей, коэффициент которой изменяется с течением времени, а также разбиение парка машин на разные классы по маркам и возрастам.
Предложена математическая модель оптимизации парка машин лесозаготовительного предприятия, интегрированного в лесоперерабатывающий холдинг, позволяющая оптимизировать транспортные затраты путём минимизации порожнего пробега, учитывающая затраты на заготовку древесины в точках рубки при заданной
максимальной границе, штраф за недорубленную древесину, продажу другим потребителям, а также внешнюю закупку у других потребителей.
Таким образом, модель предполагает составление оптимального плана рубки для удовлетворения спроса потребителей с учётом транспортных затрат и ряда ограничений, сформулированных выше.
Для отражения экономических взаимоотношений между лесозаготовительными предприятиями и лесоперерабатывающими предприятиями строится матрица производственно-транспортных затрат, которая выглядит следующим образом:
ґ Л1
А =
А
Е
0
0
где
Ад =
Е В1
• 0
Еч 0
Е 0
0 0
0 0
аїч 0
02 ч
0
0
00
0
0
0
0
0
0
0
Вч
0
Б1
0
0
0
0
0
00
0
0
0
0
Бч
?1 0
0
0
Е1
0
0
0
0
0
0
0
0
Бч
0
0
0
Еч

(5)
0 а
— матрица, показывающая затраты на заготовку
единицы продукции, В = -Е, q еО — матрица максимально допустимых объёмов продаж лесосырья, Д = Е, q еО — матрица минимальных объёмов закупки лесосырья,
Г-1 … -1
0
0
0
0
Ч — матрица транспортных затрат для пунктов производства.
V ~ ~ /
Далее осуществляется переход от матрицы транспортно-производственных затрат к маршрутной матрице, столбцы которой являются множествами заранее сгенерированных ординарных, четных и нечетных маршрутов:
Г
ц — к
л
5ІП ?ІЄ
СНІ& lt-І
ееп
где А51Пд1в — множество ординарных маршрутов (маршрутов, соединяющих один пункт
производства и один пункт потребления) — А0вА ~ множество нечётных маршрутов (маршрутов, соединяющих два пункта производства с двумя пунктами потребления, при этом осуществляя нечётное количество перевозок) — Лвиеп — множество чётных маршрутов (маршрутов, соединяющих два пункта производства с двумя пунктами потребления, при этом осуществляя чётное количество перевозок).
Для каждого типа маршрута опишем правила построения столбца маршрутной
матрицы А. Ординарный маршрут (г е 4ш ^) характеризуется следующей спецификацией:
Л = лз р] =
— 5, для р = Ц + 5, для р = & gt- 0, иначе
(7)
где Б — количество повторений циклов типа:
Для чётного маршрута ге А^еп используем следующую спецификацию столбца маршрутной матрицы:
а=зр]
— 5, для р = Ц, 12 + 5, для р = & gt-1, у2 0, иначе
(8)
где Б — количество повторений циклов типа
(Ц1, & gt-1) ^ 01, Ц2) ^ (Ц2, Л) ^ (& gt-2 ,
^ & gt-1е Еч, ^ & gt-2е Е^, ql, q2е0, ^ * q2
Для нечётного маршрута Г е АоМ столбцы матрицы выглядят следующим образом:
А = А'-& quot-
11, }, 12,32
[ Р]
— для р = і
— '- +1, для р = 12 + '-, для р = 3
— '- +1, для р = 3
0, иначе
где Б — количество повторений циклов типа
(/1, & gt-1) ^ (/1, Ц2) ^ (/2, & gt-2) ^ (/2, —
^ & gt-1е Е, Ц2, & gt-2е Е*21, ql, q2е0, ql * q2
Исходя из предложенной классификации маршрутов, вычисляем ряд их параметров, таких как длина, время передвижения лесовозного автомобиля и затраты на реализацию данного типа маршрута. Покажем параметры для нечетного маршрута (остальные параметры для других типов маршрутов вычисляются аналогичным образом) Длина нечётного маршрута Г е Аос1с1 определяется следующим образом:
р (г)=/"(0, /,)+/"С/1,0)+у,)+(5−1)/Чг, /1)+5/ «(/1, о+(5−1)/ «(А, О (™)
где /0 (0, /) — длина дуги, соединяющей гараж с пунктом производства / - /0(/1, 0) — длина дуги, которая связывает пункт потребления у и гараж-
/?1 (Ц, /) — длина дуги, по которой осуществляется перевозка продукции вида ^ от производителя / к потребителю у- /Чг (12, У) — длина дуги, по которой осуществляется перевозка продукции вида ^ от производителя /2 к потребителю у-
/ Ц2), / 0 (^/ 2, ^1) — длины дуг, по которым осуществляется порожний пробег
лесовозного автомобиля- 5 — количество перевозок.
Время передвижения лесовозного автомобиля по нечетному маршруту Г е Аос! с! вычисляется по формуле:
0(г)=10 (0, /1)+10 01,0)+^ (?1,7!)+
О — ЦГ2 (/2,72)+^0 01, /2)+0 -^0 01, /1)
где X 0(0, /) — время передвижения по дуге, которая соединяет гараж с пунктом производства /1, X °01,0) — время передвижения автомобиля из пункта потребления & gt- в гараж- tql (i1, & gt-1) — время передвижения по дуге, связывающей производителя / продукции вида ^ с потребителем /- tq2(i2, у) — время передвижения лесовозного автомобиля из пункта производства /2 продукции вида продукции вида ^ с
потребителем у- X0(/1,г^)^0(/& quot-2,/1) — время, затраченное на порожний пробег лесовозного автомобиля- 5 — количество перевозок.
Затраты на реализацию нечётного маршрута Г е Аос1с1 представляются следующим образом:
С (г)=с0(0, /1)+с 0О1,0)+у)+ О — 1) С?2 (/2, 72) + 5С0 01, г2) + 0 — 1) С0 01, г1)
где С 0(0, /1) — затраты на передвижение по дуге, соединяющей гараж с пунктом производства /, С0 (/, 0) — затраты на передвижение автомобиля из пункта потребления у в гараж- с91 (/, у) — затраты на передвижение по дуге, связывающей
производителя продукции вида q с потребителем j- C92(i2, j2) — затраты на передвижение лесовозного автомобиля из пункта производства i2 продукции вида продукции вида 9 в пункт потребления j-
C Ч^ЛХ t °(j'-2, i1) — затраты на порожний пробег лесовозного автомобиля- S —
количество перевозок.
Анализируя параметры маршрута можно сделать выводы о допустимости маршрута. Далее введём критерии допустимости маршрута, которые необходимы для определения оптимальности текущего решения. Зададим множество критериев допустимости маршрутов:
K={time, dist, cos t} (13)
где time — критерий времени движения по маршруту Г G R- dist — критерий длины маршрута Г G R- COS t — критерий затрат на реализацию маршрута Г G R.
Критерии допустимости маршрута соответствуют определённым ранее параметрам маршрута. Для каждого типа маршрутов определим множество допустимых маршрутов. Множество допустимых ординарных маршрутов задаётся следующим образом:
О* ={r G Rsin g/e I Xx® & lt- br, Я еЛ}, (Ы)
где Хя ® & lt- br — ограничение на реализацию ординарного маршрута Г G Asingfe по
критерию ЯеЛ. Аналогичным образом определяются множества допустимости четных и нечетных маршрутов.
Для нахождения оптимального маршрута перевозки продукции каждого вида необходимо определить функции цели, причём для каждого типа маршрутов целевые функции выглядят по-разному. Для ординарных маршрутов Г G Asingfe функция цели примет вид:
(г)=- Хх (г) — s (vq — vq)max (15)
где — хл (г) — ограничение, соответствующее критериюЛ- S — количество
перевозок- q — вид продукции, vq, vq — двойственные переменные задачи. Для нечётных маршрутов Г G Aodd целевая функция определяется следующим образом:
ZT, 4l®=-хя (г)-s (v9 — j-(s-l)(v92 -v92) — п
(16)
— s (v9 — v92) — (s -1)(v9 — v91) ^ max
где — хл (г) — ограничение, соответствующее критериюЛ- s — количество
перевозок- q — вид продукции, v q1, vq1, vq2, vq2 — двойственные переменные задачи. Для
чётных маршрутов Г G A^en целевая функция задаётся следующим образом:
Z"1,j2® = _ x ® — s (v, 1 — ^ - ^ - vj2) —
-(v91 — v92) — (v92 — v91) ^ max
4 j1 l2 / 4 j2 i1 /
где -Хх{г) — ограничение, соответствующее критерию X еА — S — количество перевозок- 9 — вид продукции, V91, V91, V92, V92 — двойственные переменные задачи.
Таким образом, благодаря методу генерации маршрутов столбцов каждого типа возможен переход от громоздкой производственно -транспортной матрицы к матрице, состоящей из столбцов ординарных, четных и нечетных маршрутов. После чего возможно использование модифицированного симплексного метода, который приводит к решению производственно-транспортной задачи.
Разработана математическая модель генерации столбцов наиболее эффективных замкнутых маршрутов для перевозки лесоматериалов от лесозаготовительных предприятий к лесоперерабатывающим, оптимизирующая грузопотоки с помощью разбиения лесотранспортной сети на множество графов, в каждом из которых производится перевозка лишь одного вида продукции.
В данной модели маршрут и характеризуется списком, состоящим из пунктов рубки (г е и), пунктов потребления (/ Еи), вида лесосырья (к е К), а также эффективностью и временем, затраченным на перевозку:
и^{i, j, к)сиги-к е К, Си Е Я, ги Е Я (18)
Таким образом, множество всевозможных маршрутов и определяется следующим образом:
иЕи = {(ги'/и'ки)'си/и}-к Е К, г Е^ (19)
Пусть хи — количество транспортных средств, выполняющих работу по маршруту и, и Еи- р'-к — максимальный объём производства продукции вида к, к е К в пункте производства г- а* - минимальный объём потребления продукции вида к, к е К в пункте потребления /. Тогда суммарный объём вывезенной из узла г продукции вида к, к е К не должен превышать максимального значения:
^{с^ХиИ: = г, К = к} & lt-Ак (20)
иЕи
Объём ввезённой в узел / продукции вида к, к е К не должен превосходить минимально допустимый:
Т{сГиХи I /и = /, К = к}^а) (21)
иЕи
Тогда задача генерации маршрутов примет вид:
2
пєЬ
С X
и и
2 *
пєЬ
Ах=0
2 X = т
ыеи
х & gt- 0
Транспортная сеть задачи, представленная графом О=(V, Е^, может быть разбита на множество транспортных сетей перевозок продукции:
С=в, ив2 и… ив». в, = (У. Е^.д є 1. к V ^ Ук ={(к,і),і є V}
п є вк: п ={(к0,(к& gt-/)}
(23)
Рис. 1 Маршрут перевозки продукции к1. к2. к3, изображенный в виде цилиндра.
Таким образом, оптимизация грузопотоков происходит с помощью разбиения лесотранспортной сети на множество графов, в каждом из которых рассматривается и производится перевозка лишь одного вида продукции.
В результате исследований разработаны и апробированы три взаимоувязанные математические модели, оптимизирующие процесс транспортировки лесоматериалов в рамках территориально распределённых лесозаготовительных и лесоперерабатывающих предприятий лесопромышленного региона:
1) математическая модель управления производственными мощностями лесотранспортного предприятия-
2) математическая модель оптимизации парка машин лесозаготовительного предприятия, интегрированного в лесоперерабатывающий холдинг-
3) математическая модель генерации столбцов наиболее эффективных замкнутых маршрутов для перевозки лесоматериалов от лесозаготовительных предприятий к лесоперерабатывающим.
Результаты исследований являются научной основой для принятия стратегических и тактических решений по формированию грузопотоков в лесопромышленном регионе. Разработанный программный комплекс, являющийся реализацией разработанных математических моделей по оптимизации перевозок лесоматериалов, применим для решения прикладных производственно -транспортных задач лесопромышленных предприятий, интегрированных в лесоперерабатывающий холдинг.
Литература:
1. Воронин А. В., Шегельман И. Р. Лесопромышленная интеграция: теория и практика. Петрозаводск, Изд-во ПетрГУ, 2009. 464 с.
2. Шегельман И. Р. К вопросу формирования отечественной технологической платформы развития лесного сектора России / И. Р. Шегельман, М. Н. Рудаков // Глобальный научный потенциал. — 2011. — № 9. — С. 104−107.
3. Вывозка леса автопоездами / И. Р. Шегельман, Скрыпник В. И., Кузнецов А.
В., Пладов А. В.- СПб: ПРОФИК^ 2008. 304 с.
4. Моделирование движения лесовозных автопоездов на ПЭВМ / Шегельман И. Р., Скрыпник В. И., Пладов А. В., Кочанов А. Н., Кузнецов В. А. Петрозаводск: ПетрГУ, 2003. 234 с.
5. Шегельман И. Р. Лесная промышленность и лесное хозяйство: Словарь / авт. -сост. И. Р. Шегельман. 5-е изд., перереб. и доп. Петрозаводск, Изд-во ПетрГУ, 2011. — 328 с.
6. Шегельман И. Р. Эффективная организация автомобильного транспорта леса: / И. Р. Шегельман, В. И. Скрыпник, А. В. Кузнецов. Петрозаводск, Изд-во ПетрГУ, 2007. 288 с.
7. Оптимизация в планировании и управлении предприятиями регионального лесопромышленного комплекса / Булатов А. Ф., Воронин А. В., Кузнецов В. А., Пладов В. А., Шегельман И. Р. Петрозаводск: ПетрГУ, 2001. 228 с.
8. Теория и практика принятия оптимальных решений для предприятий лесопромышленного комплекса/ А. В. Воронин, В. А. Кузнецов, И. Р. Шегельман, Л. В. Щеголева. — Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2008. — 180.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой