АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ ГРАФОВ
Сазонова Е.А., (УГЛТУ, г. Екатеринбург, РФ) saz-elena@yandex.ru
THE ANALYSE TECHNOLOGICAL PROCESSES ON BASIS THEORY OF GRAF
Технологический процесс представляет собой упорядоченный набор операций. Каждую операцию выполняет определенный тип оборудования или система машин, где предмет труда как промежуточный продукт поступает к следующему механизму для дальнейшей обработки или выпускается как конечный продукт. Технологический процесс организуется на базе сложной системы машин, состоящей из ряда взаимодействующих подсистем и элементов.
Рассмотрим анализ технологических процессов производства круглых лесоматериалов на примере лесосечных работ. Наиболее точно этот анализ можно осуществить построением математической модели при помощи теории графов, которая предусматривает процесс формирования технологических процессов с применением необходимых операций и последовательности их выполнения.
Основная цель анализа графов по предмету труда технологических процессов лесосечных работ состоит в определении технологических топливных чисел по каждой системе лесосечных машин. Этим достигается возможность обоснованного выбора лесосечных машин и механизмов по минимальному технологическому топливному числу.
Технологическое топливное число (ТТЧ) – затраты всех видов энергии в технологическом процессе, пересчитанных на необходимое для их получения условное топливо за вычетом вторичных энергоресурсов на единицу продукции. Технологическое топливное число отражает объективные энергетические затраты технологического процесса, является показателем энергоемкости продукции лесосечных работ [1].
Разработаны графы лесосечных работ по предмету труда, которые дают возможность представить технологические процессы как логическую последовательность технологических операций лесосечных работ.
Анализ разработанных графов позволяет: уточнить схему существующего процесса лесосечных работ; построить схему связей между технологическими операциями; выявить необходимые этапы лесосечных работ; исключить нецелесообразное дублирование операций; определить технологические возможности систем машин; выявить и оценить структуру и потоки лесоматериалов; вскрыть взаимосвязи между элементами системы.
Представим операции технологического процесса лесосечных работ в виде сетевой модели (графа), состоящей из вершин и дуг, соединяющих соответствующие вершины графа. При этом вершины графа будут отображать операции, а дуги графа отображают связи между соответствующими операциями. Модель рассмотрена как «дуга-работа»
Следует обратить внимание на важнейшие свойства сетевых графиков:
1. Ни одно событие не может произойти до тех пор, пока не будут закончены все входящие в него работы.
2. Ни одна работа, выходящая из данного события, не может начинаться до тех пор, пока не произойдет данное событие.
3. Ни одна последующая операция не может начинаться раньше, чем будут закончены последующие работы [2].
Граф технологического процесса лесосечных работ для деревьев представлен на рис. 1.
|
|
|
Рис. 1. Граф технологического процесса лесосечных работ для деревьев |
Таблица 1 – Перечень событий
|
Обозначение событий |
Наименование событий |
|
а1 а2; а3; а4 а5; а6 а7 а8 |
Окончание прибытия вальщика или машины и начало валки деревьев Окончание валки деревьев и начало трелевки деревьев Окончание трелевки деревьев и начало погрузки деревьев Окончание погрузки деревьев и начало вывозки деревьев Окончание вывозки деревьев |
Таблица 2 – Перечень основных работ
|
Обозначение работ |
Наименование работ |
ТТЧ, кг у.т./м3 |
Предшеств. работы |
Послед. работы |
|
А12 |
Валка деревьев «Крона 202» |
0,3 |
- |
А25 |
|
А13 |
Валка деревьев «Хюскварна 242ХР» |
0,4 |
- |
А36
|
|
А14 |
Валка деревьев ЛП-19 |
1,1 |
- |
А46 |
|
А25 |
Трелевка деревьев ТДТ-55А |
4,7 |
А12 |
А57 |
|
А36 |
Трелевка деревьев ТБ-1М |
4,7 |
А13 |
А67 |
|
А46 |
Трелевка деревьев ТБ-1М |
4,7 |
А14 |
А67 |
|
А57 |
Погрузка деревьев ПЛ-1В |
0,7 |
А25 |
А78 |
|
А67 |
Погрузка деревьев ПЛ-1В |
0,7 |
А36 А46 |
А78 |
|
А78 |
Вывозка деревьев МАЗ-54-53 |
2,0 |
А57 А67 |
- |
Граф технологического процесса лесосечных работ для хлыстов представлен на рис. 2.
Таблица 3 – Перечень событий
|
|
|
Рис. 2. Граф технологического процесса лесосечных работ |
|
Обозначение событий |
Наименование событий |
|
а1 а2; а3; а4; а5 а6; а7 а8; а9 а10 а11 |
Окончание прибытия вальщика или машины и начало валки деревьев Окончание валки деревьев и начало обрезки сучьев Окончание обрезки сучьев и начало трелевки хлыстов Окончание трелевки хлыстов и начало погрузки хлыстов Окончание погрузки хлыстов и начало вывозки хлыстов Окончание вывозки хлыстов |
Таблица 4 – Перечень основных работ
|
Обозначе-ние работ |
Наименование работ |
ТТЧ, кг у.т./м3 |
Предшеств. работы |
Послед. работы |
|
А12 |
Валка деревьев «Штиль 020» |
0,8 |
- |
А26
|
|
А13 |
Валка деревьев ЛП-19В |
1,1 |
- |
А37 |
|
А14 |
Валка деревьев ЛП-2 |
2,3 |
- |
А47 |
|
А15 |
Валка деревьев «Крона 202» |
0,3 |
- |
А57 |
|
А26 |
Обрезка сучьев «Штиль 020» |
0,8 |
А12 |
А68 |
|
А37 |
Обрезка сучьев «Крона 202» |
0,8 |
А13 |
А79 |
|
А47 |
Обрезка сучьев «Крона 202» |
0,8 |
А14 |
А79 |
|
А57 |
Обрезка сучьев «Крона 202» |
0,8 |
А15 |
А79 |
|
А68 |
Трелевка деревьев ТДТ-55А |
4,7 |
А26 |
А810 |
|
А78 |
Трелевка деревьев ТДТ-55А |
4,7 |
А37; А47; А57 |
А810 |
|
А79 |
Трелевка деревьев ТБ-1М |
4,7 |
А37; А47; А57 |
А910 |
|
А810 |
Погрузка деревьев ПЛ-1В |
0,7 |
А68; А78 |
А1011 |
|
А910 |
Погрузка деревьев ПЛ-1В |
0,7 |
|
|
|
А1011 |
Вывозка хлыстов МАЗ-54-53 |
2,0 |
А810; А910 |
|
Граф технологического процесса лесосечных работ для сортиментов представлен на рис. 3.
|
|
|
Рис. 3. Граф технологического процесса лесосечных работ для сортиментов |
Таблица 5 – Перечень событий
|
Обозначе-ние событий |
Наименование событий |
|
а1 а2; а3; а5 а4 а6 а7; а8; а9; а10; а11 а9 а12 |
Окончание прибытия вальщика или машины и начало валки деревьев Окончание валки деревьев и начало обрезки сучьев и раскряжевки хлыстов Окончание валки деревьев и начало обрезки сучьев Окончание обрезки сучьев и начало раскряжевки хлыстов Окончание раскряжевки хлыстов и начало погрузки сортиментов Окончание раскряжевки хлыстов и начало трелевки сортиментов Окончание трелевки сортиментов и начало погрузки сортиментов |
|
а13; а14; а15 а16 |
Окончание погрузки сортиментов и начало вывозки сортиментов Окончание вывозки сортиментов |
Таблица 6 – Перечень основных работ
|
Обозна-чение работ |
Наименование работ |
ТТЧ, кг у.т./м3 |
Предшеств. работы |
Послед. работы |
|
А12 |
Валка деревьев «Хюскварна 242ХР» |
0,4 |
- |
А27
|
|
А13 |
Валка деревьев ЛП-17 |
4,8 |
- |
А37 |
|
А18 |
Валка, обрезка, раскряжевка МЛ-20 |
4,5 |
- |
А814 |
|
А14 |
Валка деревьев «Крона 202» |
0,3 |
- |
А46 |
|
А110 |
Валка, обрезка, раскряжевка «Валмет 901» |
0,3 |
- |
А1015 |
|
А15 |
Валка деревьев ЛП-19В |
1,2 |
- |
А511 |
|
А27 |
Обрезка, раскряжевка ЛО-120 |
2,7 |
А12 |
А713 А714 |
|
А37 |
Обрезка, раскряжевка ЛО-120 |
2,0 |
А13 |
А713 А714 |
|
А46 |
Обрезка «Крона 202» |
0,5 |
А14 |
А69 |
|
А69 |
Раскряжевка «Крона 202» |
0,6 |
А46
|
А914 А912 А915 |
|
А511 |
Обрезка, раскряжевка ЛО-123 |
6,5 |
А15 |
А1115 |
|
А713 |
Трелевка деревьев ТБ-1М |
4,7 |
А27 А37 |
А1316 |
|
А714 |
Погрузка, вывозка ТБ-1М-16 |
1,1 |
А27 А37 |
А1416 |
|
А814 |
Погрузка, вывозка ТБ-1М-16 |
1,1 |
А18 |
А1416 |
|
А914 |
Погрузка, вывозка ТБ-1М-16 |
1,1 |
А69 |
А1416 |
|
Окончание табл. 6 |
||||
|
А912 |
Трелевка ТДТ-55А |
4,7 |
А69 |
А1214 |
|
А1214 |
Погрузка, вывозка ТБ-1М-16 |
1,1 |
А912 |
А1416 |
|
А915 |
Погрузка, вывозка «Валмет 820» |
0,9 |
А69 |
А1516 |
|
А1015 |
Валка, обрезка, раскряжевка «Валмет 901» |
0,3 |
А110 |
А1516 |
|
А1115 |
Погрузка, вывозка «Валмет 820» |
0,9 |
А511 |
А1516 |
|
А1316 |
Вывозка хлыстов МАЗ-54-53 |
2,0 |
А713
|
- |
|
А1416 |
Вывозка хлыстов МАЗ-54-53 |
2,0 |
А714 А814 А914 А1214 |
- |
|
А1516 |
Вывозка хлыстов МАЗ-54-53 |
2,0 |
А915 А1015 А1115 |
- |
Разработанные графы обработаны по специальной программе для расчета сетевых графов SEPL, разработанной на кафедре технологии и оборудования лесопромышленного производства Уральского государственного лесотехнического университета.
Получены критические пути для деревьев: а1 – а4 – а6 – а7 – а8; для хлыстов: а1 – а4 – а7 – а8 – а10 – а11, а1 – а4 – а7 – а9 – а10 – а11; для сортиментов: а1 – а3 – а7 – а13 – а14.
Критические пути выявляют системы машин с максимальным технологическим топливным числом, а также показывают резервы экономии, что позволяет экономить энергетические ресурсы и, соответственно, повышать эффективность технологических процессов лесосечных работ. Соответственно представленному анализу технологических топливных чисел технологических процессов лесосечных работ выстраивается ряд лесосечных машин и механизмов от более эффективных к менее эффективным.
Данный ряд представляется следующим образом: 1) лесные комбайны или моторные инструменты; 2) лесозаготовительные машины или моторный инструмент; 3) однооперационные лесозаготовительные машины.
Представление лесосечных работ в виде графов по предмету труда позволяет систематизировать варианты развития, анализировать и прогнозировать многовариантное развитие технологического процесса лесосечных работ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Розин С.Е., Дружинина О.Г. Методология и информационное обеспечение сквозного энергетического анализа. Екатеринбург: УГТУ, 2001. – 98 с.
2. Пижурин А.А., Розенблит М.С. Основы моделирования и оптимизация процессов деревообработки: Учебник для ВУЗов. М.: Лесн. пром-ть, 1988. – 296 с.