Разработка подсистемы автоматизации проектирования процессов технологической подготовки проведения лесосечных работ

Актуальность проблемы. Лесные ресурсы РФ являются важной составляющей частью экономического потенциала. Однако лесозаготовительная промышленность (ЛЗП) находится в экономическом кризисе. Как показал проведенный анализ многие лесохозяйственные предприятия переходят в разряд убыточных.

Опыт зарубежных стран показывает, что наиболее совершенным инструментом повышения эффективности управления и реализации производственных процессов в ЛЗП являются информационные технологии (ИТ).

Информационные технологии могут успешно применяться на всех этапах жизненного цикла лесных ресурсов. Внедрение ИТ с непрерывной актуализацией состояния лесного фонда и обеспечения на этой основе прозрачности хозяйственной деятельности ЛЗПприменение методов, технологий и производства с высокой экономической эффективностьюпостоянный мониторинг хозяйственной деятельности предприятий, лесхозов, лесничествдифференцированный подход к многообразию в зависимости от конкретных (местных) условий, гармонизация интересов лесопользователей и государства позволяет решить главную задачу федерального агентства лесного хозяйства (ФАЛХ) страны — удовлетворение потребности промышленности, сельского хозяйства и населения в недорогом и качественном сырье и продукции его переработки при обеспечении всех лесопользователей равноправными условиями и высокой доходностью ЛЗП с применением правил ресурсосберегающих технологий.

Повышение эффективности работы основных производственных звеньев ЛЗП — лесхозов, лесничеств, арендаторов, индивидуальных предпринимателей является ключевой задачей. Анализ хозяйственной деятельности ЛЗП за 2000 — 2004 годы показал, что повсеместно расчетные лесосеки по рубкам главного пользования осваиваются лишь на 25 — 30% лесосечного фонда.

Именно на этапе лесопользования применение ИТ должно дать наибольший эффект. Они могут использоваться во всех производственных звеньях для автоматизации проектирования процессов технологической подготовки проведения лесосечных работ (ТППЛР) и их реализацииприменения более совершенных технических средств и наукоемких технологийобеспечения учета природно-климатических условий и экологических стандартов, обучение персонала передовым методам лесопользования.

Известно большое количество публикаций отечественных ученых и специалистов, заложивших теоретическую и практическую основу создания средств автоматизации в лесопользовании. Однако до настоящего времени не решена задача разработки подсистемы для решения проблем комплексной автоматизации проектирования процессов ТППЛР, на недорогой, распространенной ПЭВМ для массового применения в основных производственных звеньях ЛЗП как универсального инструментального средства доступного для применения непосредственно на рабочих местах специалистов (в том числе и на лесных участках, когда она базируется на ПЭВМ типа «ноутбук»).

Поэтому в данной диссертационной работе поставлена задача создания типовой подсистемы автоматизации проектирования технологической подготовки проведения лесосечных работ.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является разработка подсистемы автоматизации проектирования процессов ТППЛР на основе распространенной ПЭВМ.

Для ее реализации необходимо решить следующие задачи:

— провести анализ состояния и задач развития средств автоматизации проектирования процессов ТППЛР в основных производственных звеньях ЛЗП;

— обосновать структуру и принципы построения типовой подсистемы автоматизации для массового применения в лесхозах, лесничествах, предприятий арендаторов;

— определить технологию формирования и интеграции всех видов обеспечения подсистемы автоматизации проектирования процессов ТППЛР и их интеграции с базовой геоинформационной средой принятой в ЛЗП;

— провести разработку лингвистической и информационной платформы на основе концепций CALS-технологий;

— разработать универсальные математические модели ТППЛР с возможностью адаптации на основе ситуационного метода;

— разработать алгоритмическую основу подсистемы автоматизации проектирования процессов ТППЛР;

— провести программную реализацию подсистемы;

— внедрить разработанную подсистему комплексной автоматизации проектирования процессов ТППЛР, провести оценку ее экономической эффективности и разработать методику рационального применения.

Методы исследования основаны на теории системного анализа, автоматизации проектирования, вычислительной математики, математического программирования и оптимизации, имитационного моделирования.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

• структура и принципы построения подсистемы комплексной автоматизации проектирования процессов ТППЛР, отличающиеся унификацией основных компонентов, обеспечивающих совместимость с базовой геоинформационной средой, простоту развития;

• методика формирования интеграции и особенности реализации лингвистического и информационного обеспечения на основе базовых принципов CALS-технологий и отличающихся универсальностью и эффективностью;

• математические модели и алгоритмы ТППЛР с использованием ситуационного метода с возможностью их адаптации к конкретным особенностям производственной и природной среды и экологической обстановки, отличаются более высокой адекватностью и универсальностью;

• инструментальные средства автоматизации проектирования процессов ТППЛР на базе ПЭВМ (в том числе и типа «ноутбук») отличаются комплексностью решений всей совокупности задач, универсальностью, большей адекватностью и эффективностью, низкой стоимостью и доступностью на рабочих местах производственных звеньев ЛЗП и непосредственно в производственной зоне выполнения лесосечных работ;

• методика рационального освоения и эксплуатации созданных средств.

Практическая значимость и результаты внедрения. На основе предложенных решений создан массовый и мобильный инструмент комплексной автоматизации проектирования процессов ТППЛР и проведено его внедрение в производственных условиях.

Анализ результатов внедрения в учебно-опытном лесхозе ВГЛТА показал высокую эффективность разработанных средств.

На основе предложенных решений создан учебный аппаратно-программный комплекс на базе ПЭВМ, который используется в учебном процессе ВГЛТА, Хре-новском и Арчедынском лесхозах-техникумах для проведения лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования по дисциплинам «Информационные технологии в лесоинженерном деле», «Технология и машины лесосечных работ».

Подсистема реализована как типовой массовый инструмент комплексной автоматизации проектирования процессов ТППЛР и может применяться в масштабе ЛЗП.

Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты диссертации докладывались и обсуждались: на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГЛТА (1992 — 2004) — всероссийской научно-технической конференции «Проблемы ресурсосберегающих и экологически чистых технологий на предприятиях лесного комплекса и подготовка лесоинженерных кадров» (Воронеж, 1994) — на межвузовской научно-практической конференции, посвященной 70-летию ВГЛТА (Воронеж, 2000) — на международной конференции «Повышение эффективности лесозаготовок малолесных районов России» (Воронеж, 2002) — на международной научно-практической конференции «Технология, машины и производство лесного комплекса будущего» (Воронеж, 2004) — на III Всероссийской научно-технической конференции «Теория конфликта и ее приложения» (Воронеж, 2004).

Публикации. По результатам работы опубликовано 14 печатных работ, в том числе 5 без соавторов. В работах опубликованных в соавторстве, личное участие заключается в разработке основных математических моделей и алгоритмов, разработке на их основе подсистемы автоматизации проектирования процессов ТППЛР и анализа ее эффективности.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, приложения. Работа изложена на 106 страницах.

ВЫВОДЫ.

1. На основе предложенных математических моделей и алгоритмов построена типовая подсистема комплексной автоматизации ТППЛР, реализованная на широко распространенной ПЭВМ типа Pentium, работающей под управлением операционной системы WINDOWS.

2. Результаты применения подсистемы автоматизации проектирования процессов ТППЛР показали эффективность ее работы, адекватность и универсальность, что подтверждается актами внедрения в производство и учебный процесс.

3. Преложенный обучающий модуль эффективен при работе с подсистемой автоматизации проектирования процессов ТППЛР, так как он не только облегчит эффективное использование такого инструментария, но и будет способствовать ускорению достижения поставленной цели.

Заключение

.

1. Проведен анализ состояния средств автоматизации проектирования процессов ТППЛР в основных производственных звеньях ЛЗП, который показал насущную необходимость разработки типовой подсистемы комплексной автоматизации как массового универсального инструмента технологической подготовки проведения лесосечных работ.

2. Обоснованы принципы и структура построения базового и проблемно-ориентированного программного обеспечения, отличающегося большей универсальностью и соответствием современным ИТ, в первую очередь, CALS и ГИС-технологиям, возможностью их взаимодействия в процессе выполнения основных функций.

3. Предложена технология формирования и осуществлена реализация лингвистического и информационного обеспечения подсистемы автоматизации проектирования процессов ТППЛР, соответствующая технологии PDMи ГИС-систем, отличающаяся возможностью интеграции в единую информационную среду ЛЗП, как типового инструмента.

4. Разработаны математические модели и алгоритмы ТППЛР с использованием ситуационного метода с возможностью их адаптации к конкретным особенностям производственной и природной среды и экологической обстановки, отличающиеся более высокой адекватностью и универсальностью.

5. Проведена программная реализация подсистемы автоматизации проектирования процессов технологической подготовки проведения лесосечных работ, подтвердившая эффективность ее работы, адекватность и универсальность.

6. Подтверждена высокая эффективность разработанной подсистемы, получены рекомендации ведущих ученых ВГЛТА о распространении подсистемы автоматизации ТППЛР для внедрения в ЦЧР и Северо-кавказского федерального округа. В акте внедрения, утвержденном директором учебно-опытного лесхоза ВГЛТА, отмечено, что ежегодный экономический эффект составляет 195 тысяч рублей.

7. На базе предложенных в работе решений созданы учебные программно-аппаратные комплексы в ВГЛТА. Они используются на лесоинженер-ном факультете по дисциплинам «Технология и машины лесосечных работ» и «Информационные технологии в лесоинженерном деле» для выполнения лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования.