Информационная система для решения задачи логистики лесоматериалов

ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ЛОГИСТИКИ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ1

Герасимов Ю. Ю.

An approach to solving of the problem of roundwood logistic basing on GIS-technologies use is described in the given paper.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы поиска эффективных методов решения задачи логистики лесоматериалов значительно выросла в России за последние несколько лет. В первую очередь это связано с ускоренным ростом объемов лесозаготовок, осуществляемых с использованием сортиментной (скандинавской) технологии. Во многих регионах доля объема древесины, заготавливаемой с использованием скандинавской технологии, уже достигла, а в некоторых и превысила 50%. Республика Карелия занимает ведущее место в использовании этой технологии, доля которой здесь по данным 2006 года составляет 66,2%.

При использовании традиционной хлыстовой технологии, вывозка хлыстов с лесосек чаще всего выполняется на один - два, реже на три крупных нижних склада. Склады обычно принимают все виды заготавливаемой продукции. А в случае наличия нескольких складов - они разнесены в пространстве. Поэтому не составляет особого труда определить для каждой лесосеки, на какой нижний склад лучше вывозить хлысты: в подавляющем большинстве случаев - на ближайший.

При прочих равных условиях, применение сортиментной технологии существенно усложняет задачу отыскания оптимального транспортного плана, ввиду отсутствия в ее классической схеме централизованных нижних складов и существенного увеличения номенклатуры производимой на лесосеке продукции.

При использовании данной технологии вывозка часто выполняется непосредственно на двор потребителя или на терминал, привязанный к железнодорожной станции. Причем суммарное число потребителей и терминалов может быть достаточно большим, а номенклатура видов принимаемой каждым потребителем продукции - достаточно узкой. Кроме того, объемы продукции, принимаемые различными потребителями, могут очень сильно различаться.

Таким образом, часто возникает необходимость в поставках продукции на двор одного и того же потребителя с разных лесосек и одновременно различных видов продукции с одной и той же лесосеки - разным потребителям. При этом часто имеются альтернативы, т. е. одну и ту же продукцию с одной и той же лесосеки можно поставить разным потребителям, и наоборот - поставить определенную продукцию определенному потребителю с разных лесосек.

Все это приводит к тому, что стандартные схемы организации перевозок оказываются мало эффективными, а построение более эффективных планов, ввиду

1 Работа выполнена при поддержке Академии наук Финляндии в рамках международного проекта «Intensification of forest management and improvement of wood harvesting in Northwest Russia»

сложности задачи, может быть осуществлено только при условии использования современных методов математического программирования, реализуемых в специальном прикладном программном обеспечении.

Таким образом, можно сделать вывод, что наличие у специалистов по логистике компаний надежного и желательно универсального алгоритма поиска оптимального транспортного плана, основывающегося на методах математического программирования и учитывающего все перечисленные особенности, могло бы существенно повысить эффективность работ по вывозке продукции лесозаготовок.

Один из подходов к решению этой задачи будет описан в предлагаемом докладе.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Пусть имеется п лесосек, каждая из которых производит видов продукции, / = 1,2...п. Ежедневный объем производства по каждому виду продукции на каждой лесосеке известен.

С другой стороны имеется т потребителей продукции лесозаготовок, каждый из которых потребляет к/ видов продукции, у = 1,2...т. С каждым из потребителей подписан контракт, определяющий виды и объемы каждого вида поставляемой продукции по месяцам.

Вид продукции определяется породой, назначением, размерами, качеством лесоматериалов. Размеры для каждого вида продукции задаются предельными значениями, порода может указываться непосредственно (сосна, ель и т. д.) либо обобщенно (хвойные, лиственные, любые). Кроме того предприятия могут принимать не сортированные по длинам и диаметрам лесоматериалы.

Все лесосеки и потребители соединяются между собой сетью автомобильных и железных дорог.

Перевозка лесоматериалов с лесосек потребителям или к терминалам осуществляется заданным числом автомобилей различных марок, грузоподъемности и т. д. Каждый автомобиль привязывается к определенному пункту (к гаражу, базе и т. п.). Число гаражей (баз) может быть различным.

Задача состоит в определении такого транспортного плана на заданный период времени, при котором суммарный объем вывозки был бы максимальным, а использование транспортных средств - рациональным. Здесь под транспортным планом подразумевается совокупность сменных заданий для каждого автомобиля с указанием мест погрузки, разгрузки, типа перевозимых лесоматериалов и прочей сопутствующей информации, составленных для заданного срока планирования.

СТРУКТУРА СИСТЕМЫ

Структура созданной информационной системы, показана на рис. 1. Исходными данными для работы системы служит информация о местоположении и характеристиках объектов хозяйствования (лесосеках, потребителях, станциях, гаражах), а также ГИС-слой дорог с привязанной к нему базой данных определенной структуры.

Второй составной частью системы является граф. Граф - это особым образом преобразованный слой дорог с включенными в его структуру объектами хозяйствования с их подъездными путями.

Следующей важной частью системы является база данных по объектам хозяйствования, содержащая все необходимые для расчетов характеристики ОХ, передаваемые через СУБД другим блокам системы.

Блок поиска оптимальных маршрутов использует эвристический оптимизационный алгоритм для определения наилучшего маршрута движения от одной точки графа (объекта хозяйствования) до другой. При этом наилучшим считается маршрут, соответствующий наименьшим затратам на транспортировку одного кубометра древесины. Результатом работы блока является схема оптимального маршрута с указанием его основных характеристик (протяженности, затрачиваемого времени и т. п.). Схема и характеристики не только выводятся на экран компьютера, но и сохраняются в объектной базе данных для дальнейшего повторного использования.

Следующей важной частью системы является база данных по объектам хозяйствования, содержащая все необходимые для расчетов характеристики ОХ, передаваемые через СУБД другим блокам системы.

Блок поиска оптимальных маршрутов использует эвристический оптимизационный алгоритм для определения наилучшего маршрута движения от одной точки графа (объекта хозяйствования) до другой. При этом наилучшим считается маршрут, соответствующий наименьшим затратам на транспортировку одного кубометра древесины. Результатом работы блока является схема оптимального маршрута с указанием его основных характеристик (протяженности, затрачиваемого времени и т. п.). Схема и характеристики не только выводятся на экран компьютера, но и сохраняются в объектной базе данных для дальнейшего повторного использования.

Исходные данные

Информация о расположении объектов хозяйствования

Граф

Блок управления, Графом

— построение графа

— редактирование ^"настрой^ графа

б явление ОХ

удаление ОХ ,   1 '

Объектная база данных узлов и дуг

Объекты хозяйствования

База данных ОХ

—предприятия  Л:. ^t- 'ib v я* . —  —лесосеки шш

—гаражи —ж/ц станции

И

_

СУБД

Оптимальные маршруты

I

^^ Блок поиска оптимальных

маршрутов перевозки

:

Объектная база данных оптимальных маршрутов

Оптимальный план перевозок

Блок оптимизации плана перевозок

Блок формирования отчета

Результаты

Схемы и характеристики оптимальных маршрутов

Транспортный план в формате Excel

Рисунок 1 - Структура системы

Блок поиска оптимальных маршрутов использует эвристический оптимизационный алгоритм для определения наилучшего маршрута движения от одной точки графа (объекта хозяйствования) до другой. При этом наилучшим считается маршрут, соответствующий наименьшим затратам на транспортировку одного кубометра древесины. Результатом работы блока является схема оптимального маршрута с указанием его основных характеристик (протяженности, затрачиваемого времени и т. п.). Схема и характеристики не только выводятся на экран компьютера, но и сохраняются в объектной базе данных для дальнейшего повторного использования.

В следующем блоке системы реализован оригинальный алгоритм синтеза транспортного плана, основанный на методах бесконечношагового (открытого) динамического программирования. Результатом его работы служит файл в формате книги Excel содержащий подробный посменный план для каждого из рассматриваемых автомобилей.

Вся система реализована в виде ГИС-приложения, встроенного в интерфейс MapInfo Professional и широко использует ресурсы этого пакета программ. Однако сам подход и разработанные алгоритмы допускают и другие варианты своей реализации.

ВЫВОДЫ

Полученные результаты позволяют заключить, что разработанный подход и методики позволят существенно повысить эффективность перевозок лесомате-

риалов, особенно при использовании сортиментного метода заготовки. Как показало сравнение результатов самого тщательного ручного планирования и плана, предлагаемого разработанной системой, при использовании оптимального плана коэффициент использования пробега вырос на 22%, а объем перевезенных материалов на единицу пробега увеличился на 9%.

Кроме того, применение разработанной системы позволяет автоматизировать процесс составления транспортных планов, тем самым, сокращая затрачиваемое на это время. Благодаря чему становится возможным составление нескольких вариантов планов с учетом возможных изменений во внутренней ситуации и внешних условиях, планы могут быть оперативно переработаны, скорректированы и доведены до исполнителей в удобной табличной форме.