Оптимизация технологии выращивания древостоев, раскроя хлыстов и использования полученных лесоматериалов

Актуальность темы

Основными технологическими приемами, выполняемыми в лесу с целью улучшения состояния древостоев, повышения их продуктивности, обеспечения выполнения лесом определенных заданных функций, получения высококачественной древесины являются: рубки ухода за лесом, санитарные и рубки главного пользования. Практика проведения рубок ухода за лесом основывается на рекомендациях лесоустройства на опыте ведения лесного хозяйства, что не может обеспечить максимальной эффективности процесса лесовыращивания, т. е. получения максимального объема стволовой древесины с 1 га за 1 год лесовыращивания.

Решение задач удовлетворения потребностей различных отраслей экономики в древесине должно производиться комплексно: ускоренное выращивание высокопродуктивных древостоев с получением максимального объема древесины с 1 га лесного фонда за 1 год лесовыращивания и оптимальное использование полученных лесоматериалов, что обеспечит наибольший выход конечной лесопродукции и высокую эффективность всего цикла производства в лесном комплексе: лесовыращивание, лесозаготовки, переработка лесоматериалов.

Анализ экономического состояния отраслей лесного комплекса показывает их не высокую эффективность, особенно сложное экономическое положение на предприятиях лесного хозяйства и лесозаготовок. Это свидетельствует о том, что назрела проблема внедрения систем ускоренного выращивания высокоценных древостоев и оптимизации использования полученных лесоматериалов. Решение этой проблемы основано на использовании математических моделей хода роста древостоев, их реакций на рубки ухода, технологий раскроя лесоматериалов, компьютерном управлении и автоматизированном проектировании. Актуальность рассматриваемой проблемы подчеркиваегся также ее природоохранными и ресурсосберегающими перспективами.

Цель работы. Повышение эффективности технологий лесовыращива-ния, производства и использования круглого леса на основе математического моделирования хода роста древостоев, раскроя лесоматериалов с повышением прибыли лесохозяйственного, лесозаготовительного и деревообрабатывающего производства.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели в работе решались в следующие задачи:

1. Выполнен анализ режимов рубок ухода за лесом, как объектов управления технологиями лесосечных работ.

2. Проведено математическое моделирование хода роста лесонасаждений, разработана компьютерная система ускоренного выращивания дубовых древостоев и определена её эффективность.

3. Поставлены эксперименты по раскряжевке лесоматериалов породы Май Ньянг для математического моделирования хлыстов, бревен и оптимизации их раскроя.

4. Изучены экономические показатели производства круглого леса в лесхозах, решены задачи оптимизации использования древесины от рубок ухода.

Объекты и методы исследовании. Объектами исследований являлись процессы лесовыращивания, технологии лесосечных работ и рубок ухода за лесом, процессы раскряжевки хлыстов на предприятиях Лаоса, производственно-экономическая деятельность лесхозов Воронежской области. При проведении исследований использовались методы системного анализа, имитационного моделирования, планирование и проведение экспериментов.

Научная новизна результатов исследований. Основные результаты диссертации, имеющие научную новизну, заключаются в следующим: анализ режимов рубок ухода за лесом отличается рассмотрением их, как объектов управления технологиями лесосечных работкомпьютеризация системы проектирования и управления ускоренным выращиванием дубовых древосгоев отличается использованием их математических моделей хода роста и вычислительных процедур оптимизации режимов рубок ухода, обеспечивающих получение максимального объема стволовой древесины с 1 газа 1 год лесовыращиванияматематические модели хлыстов и сортиментов круглого леса породы Май Ньянг и оптимизационные процедуры их раскряжевки отличаются адекватностью моделирования лесоматериалов в относительных величинах и учетом условий лесного комплекса Лаосарешение задач оптимизации использовании древесины от рубок ухода отличается увеличением прибыли лесохозяйственного, лесозаготовительного и деревообрабатывающего производства.

Практическая значимость работы. Предприятие лесного хозяйства, организации системы «ЛЕСОПРОЕКТ» получили компьютерную поддержку системы проектирования и управления ускоренным выращиванием дубовых древосгоев. Для предприятий лесного комплекса Лаоса разработаны рекомендации по оптимизации раскроя хлыстов, круглых лесоматериалов и учета древесины. Лесхозы Центрально-черноземной зоны России получили рекомендации по оптимизации использования древесины от рубок ухода, что позволяет повысить прибыль лесохозяйственного и лесоперерабатывающего производства.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Система компьютерной поддержки ускоренного выращивания древосгоев дуба.

2. Математические модели хода роста древостоев дуба.

3. Оптимальные режимы рубок ухода для ускоренного выращивания древостоев дуба.

4. Математические модели хлыстов и бревен породы Май Ньянг.

5. Вычислительные процедуры максимизации выхода заготавливаемых сортиментов при раскряжевке хлыстов.

6. Методы и вычислительные процедуры максимизации цилиндрического объема древесины при раскрое хлыстов.

7. Экономико-математические модели оптимизации использования лесоматериалов, получаемых от рубок ухода за лесом.

Достоверность полученных результатов обеспечивается применением метода системного анализа, планированием и проведением экспериментов, использованием апробированных таблиц хода роста дубовых древостоев, применением современных методов математического моделирования и компьютерной оптимизации.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «Интеграция фундаментальной науки и высшего лесотехнического образования по проблемам ускоренного воспроизводства и модификации древесины» (Воронеж, ВГЛТА, 2002 г.) и на ежегодных научных конференциях ВГЛТА (2001, 2002 г.).

Публикации. Автором диссертации опубликовано по теме диссертации 6 научных печатных работ.

Объем н структура работы. Диссертация состоит из введениячетырех главзаключениясписка использованных источников, включающего 64 названия и 3 приложений. Основное содержание диссертации изложено на 202 страницах машинописного текста и иллюстрировано 23 рисунками и 27 таблицами.

4.7. Выводы.

1. Анализ использования древесины, получаемой от рубок ухода в Учебно-опытном лесхозе ВГЛТА показал, что возможности заготовки и переработки лесоматериалов используются далеко не эффективно. Поэтому имеет место убыточности производства рубок ухода и переработки лесоматериалов вследствие несовершенства технологий и экономики использования древесины.

2. С целью совершенствования технологий производства рубок ухода и использования полученных лесоматериалов проведен анализ существующих технологических процессов. Учитывая особенности рубок ухода, требования экономики, охраны окружающей среды, ресурсосбережения, наиболее приемлемым вариантом технологий лесосечных работ — заготовка сортиментов на лесосеке ручным моторным инструментом с использованием малогабаритной трелевочной техники.

3. Предложены экономико-математические модели оптимизации сортиментного плана выпуска круглого леса и ассортимента продукции перера ботки лесоматериалов для решения задач компьютерной оптимизации использования лесоматериалов.

4. Изучена динамика финансовой устойчивости лесного предприятия. Установлено, что заготовка и переработка лесоматериалов должна быть обеспечена необходимым фондом оборотных средств, который формируется и поддерживается в результате реализации готовой продукции. Для повышения эффективности рубок ухода и переработки лесоматериалов кроме совершенствования технологий, необходимо оптимизировать ассортимент выпускаемой конкурентоспособной лесопродукции и обосновать цены на лесоматериалы.

5. Предложена экономико-математическая модель оптимизации использования лесоматериалов, получаемых от рубок ухода, которая максими.

191 зирует прибыль в зависимости от объемов выпускаемых видов лесопродукции. Для условий Бутурлнновского лесхоза Воронежской области определены оптимальные объемы переработки лесоматериалов и выпуска продукции переработки. В результате даны рекомендации по совершенствованию ассортимента выпускаемой лесопродукции переработки лесоматериалов, получаемых от рубок ухода в Бутурлиновском лесхозе, позволяющие увеличить годовую прибыль на 172,3 тыс. руб. без дополнительных капитальных вложений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Анализ производственной и экономической деятельности лесхозов Воронежской области за 1999,2000,2001 годы показал, что производство рубок ухода за лесом и санитарных рубок не отвечает современным требованиям, что не обеспечивает высокой эффективности лесовыращивания и лесопользования.

2. Создание высокопродуктивных лесонасаждений, получение древесины в течение всего срока лесовыращивания и её комплексная переработка на востребованную лесопродукцию возможно путем создания систем ускоренного выращивания древостоев с заданными качествами и функциями.

3. В настоящее время режимы рубок ухода за лесом устанавливаются на основе материалов лесоустройства, накопленного опыта, что не обеспечивает максимально возможного выхода стволовой древесины с единицы площади за один год лесовыращивания. Лесоводственно-экологические требования должны выступать в качестве ограничений при обосновании интенсивности и периодичности рубок ухода за лесом.

4. При проектировании рубок ухода необходимо установить возраст начала их проведения и периодичности. Обоснованные режимы рубок ухода позволяют улучшить товарную структуру древостоев, получать древесину более высокого качества Возраст главной рубки оценивается по целевому диаметру, достижение которого деревьями обеспечивает заданную товарную структуру древостоя, что повышает эффективность лесопользования.

5. Рубки ухода как объекты оптимального управления нужно рассматривать в виде сложной системы, имеющей внутренние и внешние связи. Необходимо выделять группы входных управляемых и контролируемых параметров и выходных показателей: изменение текущего прироста насаждения, сроки проведения последующих рубок, количество повреждений, остающихся после рубок.

6. Выращивание высокопродуктивных древосгоев дуба представляет собой сложную лесоводсгвенную задачу, решение которой должно базироваться на использовании методов компьютеризации проектирования и управления. Лесоводы накопили богатый опыт по ведению хозяйства в дубравах. Но для дальнейшего совершенствования ведения хозяйства необходима новая система рубок ухода, которая обеспечивает ускоренный рост и развитие дубовых древосгоев.

7. Математические выражения хода роста древосгоев дуба дают зависимости средней высоты, среднего диаметра, суммы площадей сечений стволов и запаса стволовой древесины от текущего возраста насаждения. Эти уравнения представлены в виде полиномов второй, третьей и четвертой степени, постоянные коэффициенты которых определены в результате компьютерной обработки материалов таблиц хода роста дубовых древосгоев.

8. Целевая функция математической модели ускоренного выращивания древосгоев дуба максимизирует выход стволовой древесины с единицы площади за один год лесовыращивания. По бонитетам установлены значения диаметров технической спелости дубовых насаждений, обеспечивающие их максимальную производительность. Получена таблица оптимальных режимов рубок ухода, что позволяет повысить продуктивность древосгоев более чем на 10%.

9. Разработана математическая модель оптимизации раскроя хлыстов, обеспечивающая заданные объемы выхода плановых сортиментов и максимум цилиндрического объема древесины бревен. Оптимизация раскряжевки хлыстов в условиях Лаоса позволяет на 20 — 30% увеличить прибыль от производства сортиментов, тем самым обеспечить самоокупаемость рубок ухода за лесом.

10. Предложена экономико-математическая модель образования прибыли при производстве изделий из древесины, получаемой от рубок ухода. Целевая функция модели выражает величину прибыли в зависимости от ко.

194 личества отдельных видов лесопродукции, затрат на заготовку, транспортировку и переработку сырья, цен на продукцию. Ограничения учитывают сырьевые ресурсы доступные посредством рубок ухода и нормы расхода сырья на отдельные виды продукции комплексной переработки лесоматериалов.

11. Экономико-математическая модель обоснования ассортимента выпускаемой продукции переработки лесоматериалов, получаемых от рубок ухода, разработана для условий Бутурлиновского лесхоза Воронежской области. По каждому из девяти наименований ассортиментов выпускаемой лесопродукции, с учетом ограничений, получены оптимальные объемы, обеспечивающие увеличение годовой прибыли на 172,3 тыс. руб. без каких-либо дополнительных затрат,.

12. Ускоренное выращивание древостоев, оптимальное использование древесины от рубок ухода реализует неиспользуемые резервы роста экономики предприятия лесного хозяйства Системы ускоренного лесовыращивания, оптимального использования древесины являются актуальными для совершенствования, развития экономики лесного хозяйства.