ПЛАНИРОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТАВОК В ДОСТАВКЕ ДРЕВЕСНОГО БИОТОПЛИВА ПОТРЕБИТЕЛЯМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ

English version

The Timber Industry Worker

Журнал "Лесопромышленник"

Интернет-журнал "Лесопромышленник"

Новости лесной промышленности Мягкие плавучие контейнеры
СЕГОДНЯ:

ЛЕСНАЯ БИОЭНЕРГЕТИКА

  

ПЛАНИРОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТАВОК В ДОСТАВКЕ ДРЕВЕСНОГО БИОТОПЛИВА ПОТРЕБИТЕЛЯМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ

УДК 656.076.2

Г.Е. ПРИОРОВ, доцент МГУЛ

priorov@lesopromyshlennik.ru

С.П. КАРПАЧЕВ, д.т.н., профессор МГУЛ.

karpachevs@mail.ru

А.Н. КОМЯКОВ, к.т.н., профессор МГУЛ

akomyakov@mail.ru

Рассматриваются вопросы планирования цепи поставок с использованием моделирования технологических процессов водного транспорта судами, как системы массового обслуживания с использованием специализированного языка GPSS-World, ориентированного на моделирование различных реальных систем, в частности, дискретных технологических процессов движения древесного биотоплива в мягких контейнерах.

Ключевые слова: моделирование, технологические, процессы, система, массовое, обслуживание, судно, склад, погрузчик, манипулятор, мягкий плавучий контейнер, топливная щепа, водный, путь, транспорт, GPSS-World.

Для устойчивого развития экономики России необходимо реформирование энергетического сектора, который предполагает намного более рациональное использование богатейших природных ресурсов, широкое внедрение «зеленых» инноваций и развития возобновляемой энергетики, в первую очередь на муниципальном и региональном уровнях.

Возникновение потребностей общества в том или ином продукте приводит к появлению соответствующих технологий. Так, отвечая современным вызовам в энергетике, в ряде стран началось активное освоение технологий по использованию возобновляемых источников энергии для получения тепла и электричества. Одним из таких источников является древесина. В условиях бореальной лесной зоны применение древесины в качестве источника получения тепла являлось традиционным. В современных условиях развития техники и технологий, этой проблеме придан качественно новый характер.

Снабжение древесным топливом лесных посёлков и городских поселений является важнейшим фактором устойчивого состояния и развития общества на конкретных территориях, решая проблему их энергоснабжения. Однако экономическая эффективность при реализации конкретного энергетического проекта может быть существенно выше за счет уменьшения стоимости транспортных расходов на доставку древесного топлива, применения прогрессивных технологий производства, высокоэффективного технологического цикла генерации энергии и др. В среднем, около 30% всех расходов на снабжение – это транспортировка грузов. От того насколько четко организовано управление цепочками поставок в доставке древесного топлива зависит качество взаимодействия между предложением и спросом.

Цепь поставок, или производственно-логистическая сеть состоит из отдельных узлов, связанных между собой различными транспортными связями. Сети являются полезным средством для изображения и обсуждения моделей технологических процессов. В настоящей статье рассматриваются некоторые вопросы планирования цепи поставок в доставке древесного топлива (топливной щепы или дров) в мягких контейнерах от мест заготовки до потребителя по водным путям.

Мягкие контейнеры - наиболее экономичный вид упаковки массовых грузов. В лесном комплексе России в мягких контейнерах перевозятся и хранятся различные сыпучие и штучные грузы, в том числе измельченная древесина, опилки, пеллеты, дрова (рис. 1, 2, 3, [4]). По данным Европейской Ассоциации Производителей Мягких Контейнеров (ЕFIВСА), мировое производство мягких контейнеров составляет более 100 млн. шт. в год и ежегодно увеличивается в среднем на 10%. [4]

Мягкие плавучие контейнеры

Мягкие плавучие контейнеры

Мягкие плавучие контейнеры
Рис. 1. Мягкий контейнер (биг-бэг) Рис. 2. Мягкий сетчатый контейнер "Log - Lift" для транспортировки и сушки дров Рис.3. Формирование мягкого большегрузного плавучего контейнера

Технологии производства топливной щепы с использованием мягких контейнеров описаны в статье [1]. Производство топливной щепы возможно как в месте примыкания к лесовозной дороге (на верхнем или нижнем складе), так и на промежуточном складе (см. рис.4, территориально объединённом с производством древесного топлива, организованного с использованием рубительных машин или дровокольного оборудования. Преимущество промежуточного склада даёт возможность его расположения в месте примыкания к узлам транспортной сети [2].

Рис. 4 Формы снабжения

Мягкие контейнеры могут доставляться в судах на открытой палубе, либо, за счет собственной плавучести, в контейнерных составах за тягой буксирного судна. Судно представляет собой плавучее основание упрощенных обводов с площадкой для размещения контейнеров (рис. 5). Дополнительно судно может оснащаться манипулятором. Судно предназначено для приема мягких контейнеров с берега, транспортировки их водным путем и выгрузки на берег у потребителя.

Судно лесовоз

Рис. 5 Судно с манипулятором на погрузке мягких контейнеров

Водный транспорт традиционно использовался в России для доставки древесины потребителям. В 80-х г.г. сплав проводился по 450 рекам и озерам общей протяженностью около 60 тыс. км. К водным путям тяготеет до 30% заготовляемой древесины. Однако в настоящее время, по разным причинам, для водного транспорта леса используется только небольшая часть лесосплавных рек. В условиях нехватки сухопутных путей возобновление водного транспорта леса на лесосплавных реках представляется перспективным. Развитию водного транспорта леса способствует и его дешевизна. Так, по исследованиям ЦНИИлесосплава, себестоимость перевозки 1м3км лесоматериалов судами в два раза ниже, чем сухопутными видами транспорта.

Современный водный транспорт должен быть экономически эффективным и экологически безопасным. Повышение экономической эффективности возможно за счёт использования новых прогрессивных технологии использования судна, которые будут зависеть от ряда факторов, в частности, от удаленности лесосеки от водного пути.

В зависимости от того, где производится древесное топливо, все технологии можно классифицировать на две группы:

1. Заготовка леса и производств древесного топлива проводится вблизи водного пути.

В этом случае, в зависимости от принятой технологии лесозаготовки и производства древесного топлива контейнеры доставляются на береговой склад и укладываются в штабеля. Далее контейнеры грузятся пачками на судно и доставляются потребителю на его береговой склад, где и выгружаются.

2. Заготовка леса и производства древесного топлива проводится на значительном удалении от водного пути.

В этом случае контейнеры доставляются от места производства древесного топлива на береговой склад автопоездом, где разгружаются и укладываются в штабеля. С берегового склада осуществляется доставка контейнеров судном потребителю.

Одним из наиболее важных моментом указанных технологий является создание условий для погрузки контейнеров на судно из штабеля на береговом складе. Если судно не имеет манипулятор (наиболее вероятный случай), то погрузочно-разгрузочные операции выполняются погрузчиком, для работы которого должны быть обеспечены пути подхода к судну. Технологическая схема этого процесса представлена на рис. 6.

Судно лесовоз

Рис. 6. Технологическая схема работы судна – погрузчиков

Максимальный эффект технологического процесса может быть достигнут правильным соотношением числа судов и погрузчиков. Необходима максимальная загрузка погрузчиков при минимальной длине очереди судов к погрузчику.

Эти результаты можно получить численным моделированием технологического процесса, который может быть представлен как система массового обслуживания (СМО).

Ниже приводится описание модели и результаты моделирования технологического процесса совместной работы погрузчиков и судов. Примем в модели один погрузчик на загрузке судов и один погрузчик на разгрузке. Число судов не ограниченно.

Основные расчетные зависимости

Рейсовая нагрузка судна ограничена предельно-допустимой. Производительность судна за смену в модели определим как объем всех контейнеров доставленных за смену:

формула производительность судна лесовоза                                                    (1)

где

τi – время i–ого цикла работы судна, минут;

N – число полных циклов работы судна за смену;

T – продолжительность смены, минут;

η – коэффициент использования машины;

n – количество судов;

q – объем транспортируемых судном контейнеров, м3.

Время одного цикла судна можно определить как сумму составляющих:

τi=(τ1234)i                                                                                  (2)

где

τ1 – время порожнего хода судна на береговой склад поставщика, минут;

τ2 – время загрузки судна на береговом складе поставщика, минут;

τ3 – время грузового хода судна на береговой склад потребителя, минут;

τ4 – время разгрузки судна на береговом складе потребителя, минут.

Время на порожний (t1) и грузовой (t3) ход судна зависит от технической скорости движения судна с грузом и без груза:

τ1=L/ν1                                                                                                   (3)

где

L – расстояние от берегового склада поставщика до склада потребителя, м;

v1 – скорость движения судна порожнем, м/с.

τ3=L/ν3                                                                                                   (4)

где v3 – скорость движения судна с грузом, м/с.

Представление технологического процесса как СМО

Как СМО технологический процесс может быть представлен в виде схемы на рис. 7. В терминах СМО заявки – это суда. Обслуживающие приборы – это погрузчик (одноканальный прибор) на погрузке контейнеров в судно (К2) и погрузчик (одноканальный прибор) на разгрузке контейнеров (К4). Кроме того, в системе есть две задержки, связанные с движением судна порожнем (К1 – n–канальный прибор) и с грузом (К3 – n–канальный прибор). В систему из источника поступает сразу все n заявок (судов). В случае, когда какой-нибудь обслуживающий прибор (К2, К4) занят обслуживанием заявки, вновь прибывшие заявки становятся в очередь к этому прибору. Пройдя через все приборы, заявка возвращается в систему и повторяет цикл.

Судно лесовоз

Рис. 7. Технологическая схема работы судна как СМО

Построение модели технологического процесса на языке GPSS World

Модель была реализована в программной среде языка GPSS World в виде последовательности блоков. Порядок блоков в модели соответствовал порядку ситуаций, в которых оказывается судно при работе в реальном технологическом процессе.

Для определенности в модели примем объем транспортируемых контейнеров каждым судном постоянным и равным q = 45м3.

Также для определенности в модели примем время движения судна распределенным равномерно. Грузовой ход 120 ± 30 минут. Холостой ход 60 ± 15 минут.

Производительность погрузчиков за смену в модели также можно определить по формуле (1), где ti – время i–ого цикла разгрузки или погрузки судна, мин. За смену таких циклов будет N.

Примем в модели интервалы времени загрузки судна распределенными по равномерному закону 15 ± 5 минут.

Интервал времени разгрузки будем так же считать распределенным равномерно 10 ± 5 минут.

Анализ результатов моделирования модели технологического процесса работы судов на языке GPSS World

Для удобства восприятия результаты представлены графически (рис. 8, 9, 10). Результаты моделирования позволяют оценить работу погрузчиков и судов.

Как и следовало ожидать, с увеличением числа судов сменная производительность растет, достигая своего максимума, начиная с 16 судов (рис. 8).

Сменная производительность в зависимости от числа судов

Рис. 8. Сменная производительность в зависимости от числа судов

Коэффициент использования погрузчиков в зависимости от числа судов

Рис. 9. Коэффициент использования погрузчиков в зависимости от числа судов

Длина очереди к погрузчику в зависимости от числа судов

Рис. 10. Длина очереди к погрузчику в зависимости от числа судов

Из графика на рис. 9 видно, что коэффициенты использования погрузчиков также растут и при 16 судах, достигая максимума. Интересно отметить, что погрузчик на погрузке контейнеров работает быстрее, чем погрузчик на разгрузке. Поэтому коэффициент использования погрузчика на погрузке контейнеров растет быстрее и достигает почти 1, в то время как погрузчик на разгрузке контейнеров остается не полностью загруженным.

Теоретически, можно было бы рекомендовать использовать 16 судов на транспортировки мягких контейнеров. В этом случае достигается как максимальная производительность, так и максимальный коэффициент использования погрузчиков. Но при этом следует иметь в виду, что длина очереди судов к погрузчику достигает 2, что ведет к непроизводительным простоям уже судов.

Конечно, 16 судов для практики достаточно большое число. Можно подумать об увеличении числа погрузчиков. Программа позволяет смоделировать и такой вариант.

Следует признать, что исходные данные для программы были выбраны произвольно. Однако программа позволяет моделировать технологические процессы с любыми другими данными.

Библиографический список

1. Карпачев, С.П. Использование контейнерной технологии в цепочках поставок биоресурсов из леса для биоэнергетики. / С.П.Карпачев, Г.Е.Приоров, Е.Н.Щербаков // Актуальные проблемы менеджмента и маркетинга: сб. науч. тр. – Вып. 347. – М.: МГУЛ, 2010. – С. 108 – 113.

2. Карпачев, С.П. Некоторые проблемы логистики при использовании древесного топлива для жилищно-коммунального хозяйства лесных посёлков и городских поселений / С.П.Карпачев, Г.Е.Приоров // Актуальные проблемы менеджмента и маркетинга: сб. науч. тр. – Вып. 354. – М.: МГУЛ, 2011. – С. 80 – 85.

3. Карпачев, С.П. Некоторые вопросы технологии освоения и водного транспорта биоресурсов из леса для биоэнергетики. // Ученые записки РГСУ. Экологическая безопасность и природопользование – №5 – 2009. – С. 130-138.

4. Комяков, А.Н. О применении мягких контейнеров для перевозки и хранения лесных грузов. / А.Н. Комяков, М.А.Сорокин, И.Л. Шевелев // Журнал «Лесопромышленник» – № 4 (60) – М.: «АТИС», 2011. – С. 20 – 21.

5. Приоров, Г.Е. Влияние субсидирования энергетического сектора на глобальную экономику / Г.Е.Приоров, С.П.Карпачев // Журнал «Лесопромышленник» – № 4 (60) – М.: «АТИС», 2011. – С. 6 – 8.

6. Сюнёв, В. С. Лесосечные машины в фокусе биоэнергетики: конструкции, проектирование, расчет: Учеб. пособие / В. С. Сюнёв, А.А. Селиверстов, Ю. Ю. Герасимов и др. – Йоэнсуу: НИИ леса Финляндии METLA, 2011. – 143 c.

О Интернет-Журнале "Лесопромышленник"      Редакция     Партнеры     Реклама     Архив номеров    Ссылки о ЛПК     Каталог ссылок

 Иконка сайта сделана при помощи favicon.ru

©H&G - Studio 

© Интернет-журнал "Лесопромышленник" («The Internet-magazine «Lesopromyshlennik»)

Свидетельство о регистрации Эл № ФС77-32798  от   11.08.2008 г.

E-mail: priorov@lesopromyshlennik.ru, karpachev@mgul.ac.ru.

При цитировании информации гиперссылка на Интернет-журнал "Лесопромышленник"  обязательна.
Использование материалов журнала в коммерческих целях допускается только с письменного разрешения редакции.

 

С целью ограничения спам-рассылок в электронных адресах символ "@" замещён на "[at]". Приносим свои извинения за причиненное неудобство.