Экономико-математическое моделирование развития регионального лесопромышленного комплекса

Актуальность темы

Концепция перехода Российской Федерации (РФ) к устойчивому развитию, утвержденная Указом IIрезидента РФ Ло 440 от 1 апреля 1996 года, включает устойчивое управление лесным хозяйством, что означает использование лесов и лесных земель таким образом, чтобы сохранялись их биоразнообразие, продуктивность, регенерационные способности и потенциал для выполнения в настоящем и будущем важнейших экологических, социальных и экономических функций. Переход к устойчивому развитию призван обеспечить сбалансированное решение проблем социально-экономического развития при сохранении благоприятной окружающей среды и природно-ресурсного потенциала, удовлетворение потребностей настоящего и будущих поколений. Понятие устойчивости включает в себя три основных аспекта: экологический, социальный и экономический. Экологический аспект в управлении лесным хозяйством означает использование лесных ресурсов на принципах неистощительности и возобновления в целях сохранения для будущих поколений. Под социальным аспектом подразумевается общее повышение уровня жизни населения через рост его доходов и улучшение качества окружающей среды. Экономический аспект устойчивого управления лесным хозяйством предопределен ограниченностью лесных ресурсов и их экономической доступностью. Уровень развития производительных сил позволяет сегодня потреблять все виды лесных ресурсов. Вопрос состоит лишь в том. какие ресурсы и в какой последовательности следует осваивать. Принципам устойчивого развития отвечает такой вариант хозяйствования, при котором государство решает свои задачи только за счет рентного дохода от эксплуатации ресурсов, оставляя сами ресурсы последующим поколениям либо в неизменном объеме (простое воспроизводство), либо увеличивая их запасы (расширенное воспроизводство). Согласно принятому законодательству в Российской Федерации права собственности на лесные ресурсы принадлежат государству. При этом государство в целях извлечения дохода передает права пользования участками лесного фонда предпринимательским структурам. В основе распределения этих прав лежит критерий максимальной эффективности использования лесных ресурсов. Оценку эффективности управленческих решении в области управления лесным xo^Ictbom целесообразно проводить, используя показатель лесной ренты. Для расчета величины лесной ренты необходим рассматриваемый в настоящей работе подход, который основан на построении и решении оптимизационных задач с учетом выбора направлений наиболее эффективного использования ресурсов через оценку конечной продукции лесопромышленного комплекса (ЛПК) региона. с учетом особенностей технологий лесозаготовки и транспортировки, а также с учетом затрат, связанных с различным местоположением и качеством лесных ресурсов.

Актуальность настоящего исследования связана с переходом от плановой системы ведения хозяйства к рыночной. Многие задачи и расчеты, применявшиеся в прежние годы, не отвечают современным потребностям предприятий и государства, не отражают всего спектра изменений в экономике региональных ЛПК. Возникли новые виды и способы взаимодействия предприятии, цели и задачи, изменилась структура ЛПК. методы управления отраслью, критерии эффективности функционирования экономических субъектов, меняются права собственности на средства производства. В период плановой экономики существовала лишь государственная собственность как на природные ресурсы, так и на средства труда, предприятия ЛПК управлялись централизованно. по единому плану. Сегодня практически все работающие предприятия ЛПК находятся в акционерной, частной или смешанной собственности, они формально независимы от государства в принятии решений в процессе своей хозяйственной деятельности, самостоятельно определяют свои цели и задачи. Соответственно изменились способы и меры государственного регулирования развития ЛПК. Государство выступает как собственник лесных ресурсов и определяет условия их использования. Одним из основных рычагов государственного регулирования является система фискальных мер. В ЛПК это — лесные подати, арендная плата, таможенные пошлины. Для реализации таких мер органам государственного управления лесным хозяйством необходимо разработать научно-обоснованные методы получения экономических оценок лесных ресурсов с учетом новых рыночных условий.

Актуальность данного исследования для отдельных северных регионов обусловлена тем. что использование лесных ресурсов составляет в них основу экономики. В последние годы с переходом на принципы рационального, нелстощительного лесопользования появилась необходимость в разработке и обосновании комплексного подхода к поиску ресурсосберегающих технологий, к стимулированию лесоохранных. лесовосстановительных мероприятии. Неотъемлемой частью реализации такого подхода является расчет и обоснование экономических оценок лесных ресурсов и основанная на этом система дифференциальных рентных платежей за пользование ресурсами. Эта система призвана определить такую величину платы, которая учитывала бы реальную экономическую ценность ресурса в настоящий момент времени, сравнительную ценность лесных ресурсов в различных районах, а также должна отражать неизбежные затраты государства как собственника этих ресурсов на охрану, защиту и восстановление лесных ресурсов. Между тем существующая система плате? кей. размеры ставок лесных податей и арендной платы далеки от совершенства и требуют разработки обоснованных метрдик их расчета. Наиболее подходящим для этого инструментом являются методы экономико-математического моделирования. Решение возникающих оптимизационных задач и применение компьютерных средств позволяют проводить расчет требуемых параметров модели и оценок.

Цели и задачи исследования— разработка новых экономико-математических моделей (ЭММ), отвечающих современным экономическим условиям, и методов решения связанных с ними оптимизационных задач управления и регулирования развития регионального ЛПК. Исследование проблемы привело к многоуровневой задаче отраслевой оптимизации, решение которой позволяет получить экономические оценки лесных ресурсов региона и обосновывать размеры ставок платежей за пользование участками лесного фонда в различных лесо-сырьевых районах, проводить оценку транспортных путей, исследовать способы размещения предприятий заготовки и переработки, сравнивать варианты развития ЛПК. Целью диссертации является разработка программного обеспечения, систем баз данных, реализующих расчеты параметров работы регионального ЛПК на основе предложенных ЭММ. Объективно обусловленные (двойственные) оценки отдельных ограничений отражают величину лесной ренты для различных лесосырьевых районов региона, эффективности использования ресурсов на предприятиях. рентабельности различных технологий ЛПК и прочего.

Методы исследования. В работе представлены несколько подходов к моделированию рассматриваемой экономической системы, рассмотрены несколько типов задач, отражающих отдельные аспекты функционирования ЛПК региона. Для решения полученных задач применяются методы математического программирования. В результате совместного исследования и анализа этих задач сформулирована задача отраслевой оптимизации работы ЛПК, относящаяся к классу иерархических систем двухуровневого типа, содержащая билинейные элементы в ограничениях. В результате анализа структуры ограничении был предложен метод решения, основанный на декомпозиции и решении вспомогательных задач существенно меньшей размерности. При этом для преодоления трудностей, вызванных наличием билинейных связей, были использованы свойства крайних точек выпуклого многогранника. Сформированы базы исходных данных о параметрах модели для Республики Карелия (РК). разработано программное обеспечение и проведены расчеты оптимальных значений неизвестных параметров работы ЛПК. в частности, получены оценки лесных рент по лесосырьевым районам данного региона.

Научную новизну работы составляют: учет особенностей функционирования региональных ЛПК в переходный период: обоснование методов и средств управления, возможностей их совершенствования:

— исследование проблемы разработки системы платежей за использование лесных ресурсовобзор ЭММ, применимых в планировании и управлении деятельности отдельных предприятий ЛПК и комплекса в целом: обоснование необходимости использования математических методов и средств с одновременным учетом разнообразных факторов: разработка комплекса программ, реализующих предложенные алгоритмы решения и позволяющего проводить расчеты оптимальных параметров модели: использование представления данных на основе ГИС-технологпй для повышения эффективности анализа получаемых результатов.

В работе сформулирована модель регионального ЛПК. разработаны методы решения возникающих оптимизационных задач.

Отличительными особенностями этих задач являются: наличие билинейных компонент в ограничениях: специальная (блочная) структура матрицы ограничений: большая размерность множества допустимых решений, требующая разработки специальных алгоритмов: многопродуктовый характер транспортной части задачи.

Практическая ценность работы (научная значимость).

Предложенные в настоящей работе экономико-математические модели развития ЛПК разработаны с учетом описанных выше изменений основных условий работы ЛПК в современный период. Полученные модели и алгоритмы позволяют исследовать возможности оптимизации и повышения эффективности работы как отдельных предприятий, районов. гак и лесной отрасли в целом. Региональный ЛПК является большой системой и моделирование процессов управления им приводит к задачам большой размерности, со сложной структурой множества ограничений. наличием нелинейных компонент, неоднозначным выбором целевых функций. Представленные в настоящей работе модели обладают всеми перечисленными особенностями, тем не менее найдены алгоритмы их решения и разработано программное обеспечение, что позволило реализовать расчет оптимальных параметров развития ЛПК. Результаты расчетов можно использовать для оценки эффективности управленческих решений. Объективно обусловленные (двойственные) оценки ограничений по запасам леса на корню позволяют определять экономическую привлекательность и ценность лесных ресурсов в различных районах региона, рассчитывать величины дифференциальных лесных рент, а также полезны при установлении размеров арендной платы и стартовых цен на аукционах при передаче в пользование участков лесного фонда.

Реализация результатов работы. Предложенные модели и методы реализованы в разработанном автором программном комплексе выполнения оптимизационных расчетов. Проведено тестирование программ, подтверждающее их работоспособность. Подготовлены и обработаны базы исходных данных по ЛПК Республики Карелия, что позволило провести пробные расчеты управляемых параметров оптимизационных задач. Анализ моделей и результатов пробных расчетов по ЛПК Республики Карелия приводит к ряду выводов и рекомендации, связанных с управлением отраслью. Специалистами лесной отрасли подтверждена адекватность полученных результатов практике работы ЛПК и оценкам экспертов.

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования были представлены и обсуждались на республиканской научно-практической конференции «Устойчивое развитие региона: лесопромышленный». проходившей в АХК" Кареллеспром". научно-технической конференции «Новые информационные технологии в ЦБП и энергетике». на научном семннаре Карельского НИИЛП. По мнению специалистов лесной промышленности, представленная модель и результаты проведенных пробных расчетов согласуются с практикой работы предприятии ЛПК и могут использоваться в процессе организации лесопользования и в управлении отраслью.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 печатных работ (список прилагается).

По итогам диссертационной работы на защиту выносятся следующие результаты:

1. Экономический анализ состояния региональных ЛПК в период перехода к рыночной экономике.

2. Постановка многоэтапных экономико-математических моделей регулирования ЛПК. в которых совместно учитываются технологии заготовки, транспортировки и переработки древесины, возможности ввоза-вывоза круглых лесоматериалов и конечной лесопродукцип. разброс рыночных цен на сырье и готовую продукцию. Построение нелинейной оптимизационной модели большой размерности.

3. Исследование возможных целевых функций.

4. Исследование полученных задач. Применение специальных приемов для устранения трудностей, связанных с нелинейностью. Разработка декомпозиционного алгоритма для решения задачи.

5. Анализ возможных приложений результатов исследования.

6. Разработка программного комплекса в среде СУБЛ Clipper, реализующего расчет оптимальных параметров задачи. Выполнен пользовательский интерфейс, который предоставляет возможности варьирования исходных данных, вывод обработанных результатов расчетов.

7. Использование геопнформационных систем (ГИС) для отображения результатов расчетов, что позволяет повысить наглядность и отразить совместно различные аспекты данных об объекте моделирования.

8. Результаты пробных расчетов обсуждались в отраслевых организациях ЛПК Республики Карелия (КарНИИЛП. АХК «Карелллес-пром»). По мнению специалистов лесной промышленности, представленные модели и результаты расчетов адекватны практике работы ЛПК и могут быть использованы.

9. Программное обеспечение рекомендовано для использования в учебном процессе лесоинженерного факультета ПетрГУ.

Структура и объем работы. Основная часть диссертационной работы состоит из введения, трех глав и заключения. Представлен библиографический список использованной литературы и два приложения.

§ 6. Основные выводы и рекомендации на основании полученных результатов.

На основании результатов исследований, представленных в диссертации. автор считает целесообразным сформулировать следующие основные выводы:

1. Особенности управления региональным ЛПК в переходный период требуют решения широкого спектра вопросов. Для преодоления существующих трудностей необходимо активное использование имеющегося научного потенциала, в том числе экономико-математического моделирования для проведения исследований и расчетов различных параметров работы ЛПК.

2. Одним из важных показателей, который следует использовать при подготовке и принятии управленческих решений, является экономическая оценка лесных ресурсов региона.

3. Несмотря на то, что в настоящее время накоплен достаточно обширный и содержательный научный опыт использования экономико-математических моделей для планирования и управления отдельными предприятиями ЛПК и комплексом в целом, расчета оптимальных параметров работы и экономических оценок, вычислительные возможности современных ЭВМ позволяют совершенствовать эти модели посредством расширения набора учитываемых управляемых факторов, п более комплексного подхода к решению этих задач. Индивидуальные особенности конкретных региональных ЛПК требуют разработки специальных модификаций моделей, учитывающих эти особенности.

4. В диссертационной работе представлен один из возможных вариантов построения математической модели регионального ЛПК. Разработанная автором модель является развитием и обобщением ряда различных по своему назначению и структуре задач оптимизации и. в частности, включает: классическую транспортную однопродуктовую задачу и транспортную многопродуктовую задачу: задачи оптимизации работы лесозаготовительных предприятий: задачи оптимизации работы лесоперерабатывающих предприятий: задача распределения ресурсов между подсистемами с учетом внешних поставок (потребления).

5. Полученная на основе представленной модели задача отраслевой оптимизации регионального ЛПК имеет большую размерность, сложную структуру множества ограничений, содержит нелинейные элементы в ограничениях. Для решения такой задачи необходимо применение различных приемов и методов математического программирования.

G. В результате исследования полученной задачи предложен декомпозиционный алгоритм ее решения, в котором учтена специальная структура связей множества ограничений, а также использованы свойства крайних точек выпуклых многогранников для преодоления трудностей. связанных с билинейными компонентами ограничений.

7. Обосновано применение метода декомпозиции Данцнга-Вулфа для решения полученной задачи. При этом вспомогательные подзадачи. решаемые в процессе реализации метода, допускают естественную экономическую интерпретацию, являясь задачами оптимизации работы отдельных предприятий лесозаготовки и лесопереработки.

8. В результате решения задачи получен оптимальный план работы ЛПК региона. Обосновано, что в современных экономических условиях возможность реализации такого плана в полном объеме ограничена. Тем не менее, существуют различные варианты использования результатов расчетов. Среди основных — всесторонний анализ объективно обусловленных оценок ограничений. Кроме того, возможна прямая реализация полученного оптимального плана в работе крупного лесопромышленного холдинга, появление которых наблюдается в настоящее время.

9. Объективно обусловленные оценки запасов лесных ресурсов региона допускают содержательную экономическую интерпретацию, связанную с традиционными методами расчета дифференциальных природных рент. Количественная информация о таких оценках может использоваться в процессе выработки решений в области управления лесным хозяйством региона.

10. Разработан программный комплекс, который реализует представленные в работе модели и алгоритмы и позволяет проводить расчеты показателей оптимального плана и объективно обусловленных оценок.

11. Проведены пробные расчеты на статистических данных по ЛПК Республики Карелия. Результаты расчетов подтверждают адекватность и корректность предложенной модели, соответствуют оценкам экспертов в области лесного хозяйства, а также результатам расчетов на основе некоторых из существующих методик.

12. Проведенные расчеты и тестирование свидетельствуют о работоспособности программного обеспечения, реализующего алгоритм решения представленной задачи, подтверждаю! возможность ее дальнейшего развития, совершенствования и практического использования 13. Использовано картографическое представление исходных дан ных задачи и результатов расчетов с использованием ГИС-технологпй Это призвано повысить наглядность информации, а также эффективность анализа данных.

Заключение

.

В диссертационной работе проведен анализ состояния региональных ЛПК в период перехода к рыночной экономике, рассмотрены отдельные аспекты управления предприятиями и всей отраслью. Исследованы способы государственного регулирования развития ЛПК. Среди них — разработка обоснованной системы рентных платежей за использование лесных ресурсов. Один из основных методов построения такой системы —- применение методов экономико-математического моделирования. В диссертации разработана и сформулирована модель развития регионального ЛПК. Проведено исследование полученной оптимизационной задачи, найден алгоритм поиска решения. Создан комплекс программ в среде СУБД Clipper, реализующий расчет параметров функционирования ЛПК на основе предложенной модели. Выполнены пробные расчеты на данных по ЛПК Республики Карелия. Проведен анализ экономического содержания задач, возможностей использования моделей в практике работы ЛПК региона, а также анализ результатов, полученных в процессе выполнения программных расчетов по Республике Карелия.

Дальнейшее совершенствование модели возможно в следующих направлениях: внедрение результатов исследования в практику работы ЛПК региона, использование в принятии управленческих решений на различных уровнях управления: уточнение параметров модели с целью наибольшего соответствия интересам и целям конкретных заказчиков: расширение спектра учитываемых в модели параметров с целью наиболее полного охвата рентообразующих факторов, а также производственных возможностей предприятий региона при расчете экономических оценок лесных ресурсов, учет возможностей побочного лесопользования и получения дохода от использования вторичных лесных ресурсов.