Разработка программного обеспечения к созданию рациональной технологической карты поквартального освоения участков лесного фонда

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

< z3 < z3max, поскольку замены технологического модуля на трелевке сортиментов не наблюдается. В результате работы машины S3 происходит образование запаса z4, формируемого на погрузочном пункте.

Используя модель функционирования комплекта машин на базе модульного принципа компоновки энергетических и технологических модулей можно имитировать процесс выполнения комплекса технологических операций лесосечных работ на различных этапах освоения лесосек в разнообразных природно-производственных условиях. Расчеты могут быть проведены с учетом различных условий окружающей природной среды, технических показателей функционирования машин и механизмов, организационных и иных показателей, с возможностью перераспределения энергетических и технологических модулей между операциями лесосечных работ. Модель учитывает все многообразие вариантов комбинации энергетических и технологических модулей. Она не предусматривает оптимизации производственного процесса, но позволяет оценить эффективность различных вариантов его организации в различных природно-производсвенных условиях.

В результате расчетов может быть выявлена наиболее целесообразная технология освоения лесосеки и функционирования на ее базе рационально подобранных комплектов адаптивно-модульных лесных машин при выполнении всего комплекса операций лесосечных работ. Использование рационально подобранных комплектов адаптивно-модульных лесных машин позволит сократить затраты на

формирование парка машин и механизмов, организовать эффективный технологический процесс освоения участков лесного фонда с минимальными технологическими простоями.

Статья подготовлена в рамках научноисследовательской деятельности ФГБОУ ВПО «Марийский государственный технический университет» по заданию Министерства образования и науки РФ в 2012 г. N° 7.1846.2011. по теме «Разработка основных технико-технологических подходов к внедрению и реализации промышленной технологии освоения лесных участков на базе комплексного решения задач технологического процесса лесосечно-лесовосстановительных работ с совмещенным лесовосстановлением».

Библиографический список

1. Ширины, Ю.А. Технология и оборудование лесопромышленных производств. Ч. 1. Лесосечные работы : учеб. пособие / Ю.А. Ширнин - М.: МГУЛ, 2004. - 446 с.

2. Виногоров, Г.К. Лесосечные работы / Г.К. Виного-ров - М.: Лесн. пром-сть, 1981. -272 с.

3. Заикин, А.Н. Совершенствование теории, методов и моделей интенсификации лесосечных работ: дисс. ... д-ра техн. наук 05.21.01/ А.Н. Заикин.

- Брянск, 2010. - 40 с.

4. Климушев, Н.К. Моделирование технологических процессов лесопромышленного производства : учеб. пособие / Н.К. Климушев, О.М. Прудникова.

- Ухта: УГТУ 2003. - 76 с.

5. Рябухин, П.Б. Оптимизация параметров технологических процессов лесопромышленного комплекса Дальнего Востока на принципах устойчивого лесопользования: дисс. ... д-ра техн. наук 05.21.01/ П.Б. Рябухин - Хабаровск: Тихоокеан. гос. ун-т, 2008. - 38 с.

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ К СОЗДАНИЮ РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ КАрТЫ

поквартального освоения участков лесного фонда

К.П. РУКОМОЙНИКОВ, доц., докторант каф.ТОЛПМарГТУ, канд. техн. наук

Лесной кодекс РФ и положение об аренде участков лесного фонда вменяют в обязанности лесопользователя наряду с лесозаготовками выполнять лесовосстановительные работы. Одной из форм комплексного

rukomojnikovkp@marstu.net ведения работ в лесу является поквартальный и блочный методы. Сущность поквартального метода заключается в том, что во всем квартале проводятся все предусмотренные лесоустройством виды работ [1]. Блочный метод

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

159

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

в дополнение к поквартальному предполагает вовлечение в концентрацию производства сразу несколько кварталов [2].

При поквартальном методе освоения участков лесного фонда технологическая карта составляется целиком на квартал [3]. Погрузочные площадки, расположенные по периметру, используются для освоения смежных кварталов. При организации территории квартала (блока кварталов) погрузочные пункты следует размещать так, чтобы их можно было использовать при всех видах работ.

Разработанная на кафедре МарГТУ программа предназначена для автоматизированного создания технологической карты поквартального освоения участков лесного фонда. Программа предусматривает проектирование на основе геоинформационной системы MapInfo Professional 9.5, предоставляющей пользователю характеристики древостоя, рельефа местности и территориального положения разрабатываемых выделов в пределах квартала и разработана на встроенном в ее

оболочку языке программирования MapBasic 9.0.

Программа позволяет решать вопросы комплексного освоения квартала не только при организации на его территории лесосечно-лесовосстановительных работ с использованием традиционных методов искусственного восстановления леса, но и дает возможность оценить эффективность размещения транспортных путей в квартале при реализации варианта ведения лесосечных работ с совмещенным лесовосстановлением, предусматривающим пересадку подроста с мест, где он был бы поврежден при лесозаготовках на участки с недостаточным количеством подроста хозяйственно ценных пород деревьев. Идея выполнения работ с совмещенным лесовосстановлением в границах квартала является продолжением совместных научных разработок коллектива исследователей МарГТУ и МГУЛ, подтвердивших ее актуальность и экономическую целесообразность [4-6]. Первоначально при использовании программы пользователь осу-

Ввод данных

Себестоимость машино-смены АВЛП

Себестоимость машино-смены трелевочной машины Скорость АВЛП'

Скорость трелевочной машины

Число часов работы в смену на Л.

Число часов работы в смену на Л

Объем трелюемой пачки лесоматериалов Количествоподзоста в кузове АВПП

Коэффициент использования времени смены на Л

Коэффициент использования времени смены на Л

Стоимость прокладки 1 метра магистрального волока

Коэффициент искривления'ма1истральных волоков (технологических корридоров, пересекающих квартал Коэффициент искривления магистральных волоков, идущих от лесных участков

Коэффициент повреждаемости подроста при использовании планируемой технологии лесозаготовок с процентом изреживания 81 -100 Коэффициент повреждаемости подроста при использовании планируемой технологии лесозаготовок с процентом изреживания£1 -80 Коэффициент повреждаемости под зоста при использовании планируемой техноло1ииглесозаготовок с процентом изреживания 41 -60 Коэффициент повреждаемости подроста при использовании планируемой технологии лесозаготовок с процентом изреживания 21 -40 Коэффициент повреждаемости подроста при использовании планируемой технологии лесозаготовок с процентом изреживания 0-20

liX]

2000

1

О/"

8

8

6

17"

оТ

oj

150

oj

0,6

oj

0,4

Рис. 1. Пример одного из окон запроса информации при запуске программы анализа вариантов прокладки транспортных путей в квартале с использованием ГИС

160

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

с

Рис. 2. Алгоритм решения задачи анализа вариантов прокладки транспортных путей в квартале с использованием ГИС

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

ществляет ввод данных, касающихся технологии ведения работ в квартале. Задаваемые пользователем параметры отражены на рис. 1. Информация, вводимая пользователем, включает характеристики выполняемых работ и используемых для транспортных операций машин и механизмов. Она может охватывать технологические характеристики ведения лишь лесосечных работ на выделах, находящихся на территории квартала, при традиционном способе лесовосстановления. В этом случае задача поиска эффективного решения значительно упрощается и является частным случаем решения поставленной перед программой и пользователем общей задачи, так как в данной ее постановке отсутствуют вопросы, связанные с транспортировкой подроста [7-9], и программа может быть использована для обоснования направления технологических коридоров, магистральных волоков и обустройстве погрузочных пунктов в отсутствии на территории квартала подроста хозяйственно ценных пород, что значительно расширяет область ее использования. Задача функционирования программы в общем случае значительно сложнее. Она охватывает весь комплекс лесосечных и лесовосстановительных операций, связанных с пересадкой подроста, и наряду с выбором направления трелевки позволяет осуществить выбор направления транспортировки подроста, количественных характеристик его пересадки с каждого отдельного выдела на территорию других выделов квартала. Выкопка, транспортировка и посадка подроста в данном случае может выполняться как машинным, так механизированным или ручным способом.

Территориальные, качественные и количественные характеристики древостоя на территории отмеченных пользователем выде-лов, рельефа и характеристик почвенно-грунтовых условий местности в пределах квартала предлагаются пользователю геоинформационной системой MapInfo Professional 9.5 на основе сведений, получаемых ею из информационных карт участков лесного фонда, содержащих необходимую для функционирования программы информацию. В системе MapInfo Professional 9.5 доступны огромные объемы

информации. Данные хранятся в электронных таблицах о характеристиках анализируемых участков лесного фонда, каждого из множества выделов, расположенных на территории квартальной сети рассматриваемой территории. Электронные носители содержат массу разнообразных данных, касающихся окружающей природной среды и т.п. Сведения о персонале, оборудовании можно представить на тематических картах и графиках, а также других наглядных формах. Одним из основных свойств работы системы является обеспечение качественно нового уровня оперативности работы при проектировании технологической карты разработки лесного квартала. Настольная картография использует географические компоненты данных. Это позволяет компьютеру более точно уловить смысл отражаемой в табличной форме информации и дает возможность не просто обрабатывать данные, а быстро и наглядно представлять их. Существует возможность создавать свои собственные карты, используя либо MapInfo, либо специализированные чертежные пакеты программ.

Применение алгоритма (рис. 2) основывается на использовании данных геоинформационной системы (ГИС): пространственных характеристик разрабатываемых выделов; информации о наличии или отсутствии подроста, запасе леса на территории разрабатываемых участков и т.д.

Осуществив ввод технологической информации численного характера, пользователь имеет возможность с использованием функциональных особенностей геоинформационной системы MapInfo Professional указать на карте площадки, которые могут быть предназначены для выполнения погрузочноразгрузочных и иных операций в ходе обрабатывающих и переместительных операций лесосечных работ, а также места, которые могут быть использованы для временного хранения подроста с учетом сезонности выполнения работ с его использованием. Необходимо указать сведения о грузовместимости и грузообороте подобных площадок. Площадки могут быть выбраны пользователем в результате натурного обследования лесосек и выявления мест с минимальным количеством подроста и дере-

162

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

вьев других ярусов, подлежащих сохранению при рубке. Пользователь может указать все возможные места их размещения и стоимость обустройства. Программа в дальнейшем имеет возможность автоматического выбора экономически наилучших участков, отводимых под погрузочные пункты и места временного хранения подроста с учетом их территориального расположения по отношению к разрабатываемым выделам на территории квартала. При вводе информации о проектируемой технологической площадке каждой их них обязательно присваивается отдельное характеризующее ее численное обозначение, позволяющее не только занести вышеобозначенные интересующие пользователя данные, но и идентифицировать ее положение на территории квартала в геоинформационной системе MapInfo Professional. При недостаточной грузовместимости подобных участков, не позволяющей разместить весь объем вывозимых лесоматериалов, пользователь будет извещен о технологической ошибке при вводе информации. В случае если площади, предполагающие высадку и временное хранение подроста, не позволяют разместить весь подрост, который может быть поврежден при рубке, то будет рекомендовано осуществить его транспортировку и высадку на наиболее экономически целесообразных участках во избежание повреждения при выполнении лесосечных операций. Пользователь вправе самостоятельно принять решение о возможности осуществления данного варианта либо сбалансировать постановку задачи при анализе объемов выкопки и посадки подроста.

При размещении транспортных путей в пределах квартала с точки зрения снижения затрат на транспортировку подроста между местами его выкопки и посадки и местами временного хранения подроста в пределах квартала одной из первоочередных задач, стоящих перед исследователем, является обоснование рациональной прокладки сети технологических коридоров, обеспечивающих минимальные расстояния транспортировки подроста. Решение данной задачи позволит сократить повреждения лесного почвенного покрова и повысить производительность при транспортировке подроста. Математическое решение данной задачи

возможно с использованием метода наименьших квадратов, обеспечивающего минимальные расстояния между участками и транспортными путями, расположение которых задано в виде функции. В результате различного расположения участков, нуждающихся в пересадке подроста, в каждом отдельном квартале или группе кварталов невозможно подобрать универсальную схему размещения транспортных путей оптимальную для всевозможных условий выполнения комплекса лесосечно-лесовосстановительных работ в квартале. Программное обеспечение, позволяющее спроектировать технологическую карту освоения квартала, имеет возможность предварительного анализа рационального расположения технологического коридора с возможностью его дальнейшей корректировки в результате технико-экономических расчетов выполнения комплекса операций лесосечно-лесовосстановительных работ.

Схема размещения технологического коридора может включать не только прямолинейные, но и криволинейные участки и должна быть согласована с конкретными условиями территориального произрастания подроста в квартале, а также техническими и технологическими рубками, определяющими объемы нуждающегося в пересадке подроста. В квартале может быть как один, так и несколько взаимосогласованных технологических коридоров, используемых как на лесосечных, так и на лесовосстановительных работах, что позволяет сократить среднее расстояние трелевки и уменьшить трудоемкость выполнения работ. В связи с этим корректировку предварительной траектории технологического коридора осуществляет пользователь.

При поиске вариантов прокладки технологических коридоров и магистральных волоков в квартале пользователь имеет возможность самостоятельного выбора варианта их размещения. Данный вариант может быть предложен программе на этапе ввода технологических данных. Пользователь самостоятельно отмечает на карте в среде MapInfo наиболее рациональные с его точки зрения варианты, причем каждый выдел (отмечены на рис. 3 цифрами) может иметь несколько вариантов транспортных путей (отмечены пунктирными

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

163

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Разнер: 3,408 km ‘{ИжеияаъйТнЕТ :{вы6ран»«яй:НЕТ | |

Рис. 3. Выбор схемы размещения магистральных волоков в квартале в окне MapInfo Professional

СОГЛАСОВАНО: УТВЕРЖДАЮ:

Главный инженер лесничества ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА разработки 21 квартала Главный лесничий

“ ” 20__ г Быстрищенского лесничества ___20__ г.

1. Характеристика блоков выделов

№ Участка (выдела) Площадь, га Состав насажде ний Возраст, лет Объем хлыста, куб.м Запас леса на 1га, куб.м Запас на участке (выделе), куб.м. Способ рубок Интенсивность рубки по запасу,% Количе ство подрос та Количеств о подроста для пересадки Минимальное количество подроста, которое необходимо высадить на участке

15 0,3 4С1Е5Б 30 0,08 90 27 Прореживание 20 360 200 0

16 0,25 10С+Б 45 0,16 260 65 Проходная 15 300 200 0

22 1,1 10С 50 0,18 230 253 Проходная 15 0 0 600

25 1,1 5Е3С2Б 105 0,45 200 220 Сплошная 100 1000 800 300

1. Схема разработки квартала

Карту составили:

Технорук________

Лесничий

2. Технологические указания

Лесосечные работы: Валка деревьев - бензопилой МП-5 “Урал-2”; Очистка деревьев от сучьев - бензопилой “Тайга-214”; Трелевка - трактором с канатно-чокерным оборудованием ТДТ-55; Способ трелевки - за вершину, в хлыстах; Погрузка - челюстным погрузчиком ПЛ-1; Вывозка древесины хлыстами, лесовозными автомобилями Урал-4320 или ЛТ-25; Очистка лесосеки - сбор и укладка порубочных остатков на волоки вручную.

Лесовосстановительные работы: Пересадка подроста - агрегат для пересадки подроста (АВПП).

Пересадка подроста осуществляется с зон повышенного риска его уничтожения (до выполнения основных операций лесосечных работ) на участки, нуждающиеся в подросте

Рациональные объемы пересадки подроста, шт

С участка №

На участок № 15 16 22 25

15

16

22 800

25 200 200

3. Количественные показатели

Количество рабочих: вальщик - 1, обрубщик сучьев - 1, тракторист - 1 и чокеровщик - 1; оператор АВПП -1; Количество машин и механизмов: трактор ТДТ-55 - 1; бензопила Хускварна - 1; бензопила “Тайга-214” - 1, АВПП - 1.

Суточное задание на лесосечных работах - 37м3;

Суточное задание на пересадке подроста - 98 шт

С технологической картой ознакомлены, дополнительный инструктаж по ТБ при проведении рубок прослушали:

бригадир: _________________; члены бригады: __________________________________________

Рис. 4. Окно результатов работы программы к создания рациональной технологической карты поквартального освоения участков лесного фонда

164

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

линиями). При выборе вариантов пользователь чертит на карте средствами MapInfo технологические коридоры и магистральные волоки. Программа автоматически определяет среднее расстояние трелевки (перемещения подроста) по территории выдела и корректирует начальную точку транспортного пути, помещая ее в центр тяжести фигуры, ограничивающей анализируемый выдел, погрузочный пункт или место временного хранения подроста. Использование подобной возможности дает пользователю наиболее быстрый вариант расчета, так как пользователь на основе собственного опыта и интуиции может заранее отсечь нерациональные, по его мнению, варианты и сократить количество возможных комбинаций уже на первоначальном этапе ввода данных. В то же время указываемые пользователем транспортные пути могут иметь криволинейную форму, а следовательно, данный вариант позволяет максимально учесть наличие на местности искусственных и естественных препятствий, не дающих возможности осуществлять переместительные операции по кратчайшему расстоянию между конечными пунктами.

Многообразие вариантов прокладки транспортных путей не предполагает их обязательного использования при транспортировке. Окончательное решение о целесообразности использования наиболее эффективной комбинации транспортных путей должно быть принято в результате последующих расчетов.

Отмеченные на карте выделы могут быть разбиты пользователем средствами MapInfo на небольшие участки различной формы, например, в случае их значительных размеров или же вытянутой формы, позволяющей принять решение о целесообразности либо

- осуществления трелевки древесины или транспортировки подроста в различных направлениях соответственно расположенным на разных участках погрузочным пунктам и местам посадки подроста;

- разделения лесосеки на делянки с необходимостью прокладки различных магистральных волоков и трелевки лесоматериалов к различным погрузочным пунктам.

Решение транспортных задач при анализе объемов транспортных операций между

выделами и погрузочными пунктами с определением рациональных объемов размещения на них лесоматериалов и анализе объемов транспортных операций между выделами с избыточным и недостаточным количеством подроста и

Программа выбора вариантов транс-портно технологического освоения квартала осуществляет перебор всех вариантов транспортировки древесины и подроста по всем заданным пользователем возможным направлениям, рассчитав наилучшие объемы переместительных операций по каждому из них, и выдает наилучший вариант размещения транспортных путей и технологических коридоров с указанием объемов и очередности проведения операций технологического процесса.

Результатом функционирования программы является составление технологической карты освоения квартала с нанесением на нее природно-производственных характеристик всех анализируемых лесосек, общей технологической схемы освоения квартала, количественных показателей, включающих суточное задание бригаде при освоении каждой из лесосек на его территории, технологические указания, включающие порядок ведения работ в квартале и освоения каждой лесосеки (рис. 4).

Работа выполнена в рамках научно-исследовательской деятельности ФГБОУ ВПО «Марийский государственный технический университет» по заданию Министерства образования и науки РФ в 2012 г. N° 7.1846.2011.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

165

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

по теме «Разработка основных технико-технологических подходов к внедрению и реализации промышленной технологии освоения лесных участков на базе комплексного решения задач технологического процесса лесосечно-лесовосстановительных работ с совмещенным лесовосстановлением».

Библиографический список

1. Ширины, Ю.А. Технология и оборудование лесопромышленных производств. Ч. 1. Лесосечные работы : учеб. пособие / Ю.А. Ширнин. - М.: МГУЛ, 2004. - 446 с.

2. Типовой проект организации труда при поквартально-блочной концентрации лесохозяйственных работ [Принят Министерством лесного хозяйства РСФСР. (Центр по научной организации труда и управления производством) от 25.12.1987] - М.: КБМ Центра НОТ И УП Минлесхоза РСФСР, 1978. - 65 с.

3. Атрохин, В.Г. Рубки ухода и промежуточное лесопользование / В.Г. Атрохин, И.К. Иевинь. - М.: Агропромиздат, 1985. - 255 с.

4. Гаджиев, Г.М. Обоснование параметров устройства для выкопки посадочного материала с прикор-

невой глыбкой: дисс. ... канд. техн. наук: 05.2 1.0 1. / Г.М. Гаджиев. - Йошкар-Ола, 1999. - 161 с.

5. Гончаров, А.В. Методические аспекты экспериментальных исследований пересадки подроста предварительного возобновления в Щелковском УОЛХ. Проблемы лесопромышленного производс-тва/А.В.Гончаров, И.Ю.Володина, В.А.Макуев // Науч. тр. МГУЛ. - Вып. 276. - 1996. - С. 8-16.

6. Лазарев, А.В. Обоснование технологии и комплекта машин для пересадки подроста: дисс. ... канд. техн. наук: 05.21.01. / А.В. Лазарев - Йошкар-Ола, 1999.- 138 с.

7. Меньшиков, В.Н. Обоснование технологии заготовки леса при комплексном освоении лесных массивов: дисс. ... д-ра техн. наук: 05.21.01. / В.Н. Меньшиков - Л, 1989. - 522 с.

8. Турлай, И.В. Оптимальное расположение погрузочных пунктов при разработке лесосек нетрадиционной формы / И.В. Турлай, А.С. Федоренчик и др. // Лесной журнал, 1989. - № 3. - С. 40-43.

9. Большаков, Б.М. Обоснование размещения трелевочных волоков с учетом их работоспособности на переувлажненных грунтах: дисс. ... канд. техн. наук 05.21.01. / Б.А. Большаков. - Л.: ЛТА. им. С.М. Кирова, 1988. - 224 с.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГОЗАТРАТ СИСТЕМ МАШИН

при комбинированной трелевке древесины

Ю.А. ШИРНИН, проф. каф. технологии и оборудования лесопромышленного производства Поволжского ГТУ, д-р техн. наук,

А.Ю. ШИРНИН, доц. каф. безопасности жизнедеятельности Поволжского ГТУ, канд. техн. наук

Функционирование современной инновационной системы эффективного устойчивого лесопользования на основе адаптивно-модульных технических средств должно осуществляться с учетом существующих нормативных документов. Так, в соответствии с положением об аренде участков лесного фонда в РФ предлагается их комплексное освоение по заготовке и переработке древесины и проведению лесовосстановительных мероприятий [6, 7, 10]. Реалии настоящего положения дел в лесопользовании отмечают преимущества малых лесопромышленных предприятий. Организация их деятельности характеризуется тем, что вместе с лесозаготовками согласно договору аренды осуществляются лесовосстановительные мероприятия. Лесовосстановительные работы носят

alex-1567@yandex.ru кратковременный, сезонный характер. Оборудование для производства этих работ большую часть времени года простаивает. Лесосечные работы, в соответствии с погодными условиями, могут продолжаться большую часть года. Исходя из этого может быть несколько вариантов организации работ, подбора и использования лесосечно-лесовосстановительного оборудования.

Наиболее предпочтительным представляется вариант, при котором мастерский участок или бригада имеют в своем составе энергетические модули, к которым можно прицепить (или навесить) модули с технологическим оборудованием, обеспечивающим заготовку древесины и лесовосстановительные работы. Рабочие должны владеть смежными специальностями, обеспечивая весь

166

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013