МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА ЛЕСА СУДАМИ ЛЕСОВОЗАМИ. ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ "ЛЕСОПРОМЫШЛЕННИК". НАУКА

English version

The Timber Industry Worker

Журнал "Лесопромышленник"

Интернет-журнал "Лесопромышленник"

Новости лесной промышленности

Судно лесовоз

СЕГОДНЯ:

ЛЕСОПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ

  

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА ЛЕСА СУДАМИ ЛЕСОВОЗАМИ

УДК 656.076.2

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

karpachevs@mail.ru

Г.Е. ПРИОРОВ, доцент МГУЛ

priorov@lesopromyshlennik.ru

Рассматриваются вопросы моделирования технологических процессов водного транспорта леса судами-лесовозами, как системы массового обслуживания с использованием специализированного языка GPSS-World, ориентированного на моделирование различных реальных систем, в частности, дискретных технологических процессов продвижения лесоматериалов.

Ключевые слова: моделирование, технологические, процессы, система, массовое, обслуживание, судно, склад, погрузчик, манипулятор, лесовоз, заготовка, лес, лесоматериал, водный, путь, транспорт, GPSS-World.

В настоящей статье рассматриваются некоторые вопросы вывозки леса от мест заготовки до потребителя по водным путям с использованием специального судна-лесовоза, далее просто судна. Судно представляет собой плавучее основание упрощенных обводов с площадкой и кониками для размещения пачки сортиментов или хлыстов (рис. 1). Дополнительно судно может оснащаться манипулятором. Такое судно можно рассматривать как водный аналог лесовозного автомобиля. Судно предназначено для приема лесоматериалов с берега, транспортировки их водным путем и выгрузки лесоматериалов на берег у потребителя.

Судно лесовоз

Рис. 1. Судно-лесовоз с манипулятором на погрузке хлыстов

Водный транспорт традиционно использовался в России для доставки древесины потребителям. В 80 г.г. сплав проводился по 450 рекам и озерам общей протяженностью около 60 тыс. км. Транспортная работа лесосплавных рек только при плотовом сплаве оценивалась в более чем 30 млрд. м3 .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 1 м3.км лесоматериалов судами в два раза ниже, чем сухопутными видами транспорта.

Современный водный транспорт леса должен быть экономически эффективным и экологически безопасным. Предлагаемое судно вполне удовлетворяет этим требованиям.

Технологии использования судна будут зависеть от ряда факторов, в частности, от удаленности лесосеки от водного пути.

1. Заготовка леса проводится вблизи водного пути, например, в случае лесоочистки ложа водохранилища. В этом случае, в зависимости от принятой технологии лесозаготовки (деревьями, хлыстами, сортиментами) лесоматериалы трелевочными машинами доставляются на береговой склад и укладываются в штабеля. С открытием навигации лесоматериалы грузятся пачками на судно и доставляются потребителю на его береговой склад, где и выгружаются.

2. Заготовка леса проводится на значительном удалении от водного пути. В этом случае лесоматериалы доставляются от лесосеки на береговой склад автолесовозами, где разгружаются и лесоматериалы укладываются в штабеля. С открытием навигации с берегового склада осуществляется доставка лесоматериалов судном по ранее описанной технологии.

Одним из наиболее важных моментом указанных технологий является создание условий для погрузки лесоматериалов 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. 2.

Судно лесовоз

Рис. 2. Технологическая схема работы судна-лесовоза

Максимальный эффект технологического процесса может быть достигнут правильным соотношением числа судов и погрузчиков. Необходима максимальная загрузка погрузчиков при минимальной длины 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 пачек 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 транспортируемой пачки, м3.

Время одного цикла судна можно определить как сумму составляющих:

τi=(τ1234)i                                                                                  (2)

где

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

τ2 – время загрузки судна на береговом складе лесозаготовителя, 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 лесозаготовителя до склада потребителя, м;

v1 – скорость движения судна порожнем, м/с.

τ3=L/ν3                                                                                                   (4)

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

Представление технологического процесса как СМО

Как СМО технологический процесс может быть представлен в виде схемы на рис. 3. В терминах СМО заявки – это суда. Обслуживающие приборы – это погрузчик (одноканальный прибор) на погрузке лесоматериалов в судно (К2) и погрузчик (одноканальный прибор) на разгрузке пачек лесоматериалов (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. 3. Технологическая схема работы судна-лесовоза 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 пачек 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. 4, 5, 6). 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. 4).

Сменная производительность в зависимости от числа судов

Рис. 4. Сменная производительность в зависимости от числа судов

Коэффициент использования погрузчиков в зависимости от числа судов

Рис. 5. Коэффициент использования погрузчиков в зависимости от числа судов

Длина очереди к погрузчику в зависимости от числа судов

Рис. 6. Длина очереди к погрузчику в зависимости от числа судов

Из графика на рис. 5 видно, что коэффициенты использования погрузчиков также растут и при 16 судах, достигая максимума. Интересно отметить, что погрузчик на погрузке работает быстрее, чем погрузчик на разгрузке. Поэтому коэффициент использования погрузчика на погрузке растет быстрее и достигает почти 1, в то время как погрузчик на разгрузке остается не полностью загруженным.

Теоретически, можно было бы рекомендовать использовать 16 судов на транспортировки лесоматериалов. 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.

 

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: editor@lesopromyshlennik.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.