close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Макеев В. Н. Совершенствование управления транспортно-грузовыми процессами ЛПП

код для вставкиСкачать
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Воронежская государственная лесотехническая академия
В.Н. Макеев
Совершенствование управления
транспортно-грузовыми
процессами лесопромышленных производств
Воронеж 2005
2
СОДЕРЖАНИЕ
Введение………………………………………………………………………..
1. Совершенствование управления транспортно-грузовыми процессами
лесопромышленного производства на основе создания оптимальных автоматизированных систем управления подъёмно-транспортными устройствами (ПТУ)………………………………...………………………...
1.1 Транспортно - грузовые процессы лесопромышленных производств, их параметры и составляющие………………………………..
1.2 Оценка эффективности совершенствования управления транспортно-грузовым процессом……………………………………………
1.3 Математическая модель транспортно-грузового процесса лесопромышленного предприятия…………………………………………...
2. Совершенствование управления транспортно-грузовыми процессами
на основе систем диспетчерского управления ими……………………..
2.1 Совершенствование транспортно-грузовых процессов совершенствование систем их управления…………………………………………
2.2 Принципы и этапность совершенствования управления транспортно-грузовыми процессами лесопромышленного производства...
2.3 Метод стадийности и этапности управления транспортногрузовыми процессами………………………………………………………..
2.4 Алгоритм качества управления транспортно-грузовыми процессами на основе информационно-оперативной диспетчерской службы………………………………………………………………………….
2.5 Подготовка и реализация информационных данных о функционирования транспортно-грузовых процессов в системе информационнооперативного диспетчерского управления……………….
3 Эргономические основы совершенствования (управления) транспортно-грузовыми процессами лесопромышленных производств….
3.1 Основные понятия об эргономических системах…………………...
3.2 Транспортно-грузовой процесс лесопромышленного производства
-полиэргатическая система с множеством сложных взаимодействий…………………………………………………………...…...
4. Эргономические вопросы разработки систем автоматизированного
управления ведущими подъёмно-транспортными устройствами………….
4.1 Важность эргономической оценки систем автоматизированного
управления подъёмно-транспортными устройствами (кранами) на лесных складах………………………………………………………………...
4.2 Взаимодействие оператор–САУ-ПТУ………………………………..
4.3 Требования, предъявляемые задачей системы автоматизированного управления ПТУ……………………………………………………..
4.4 Стратегия выполнения задачи………………………………………...
4.5 Анализ качества системы «человек-оператор-автоматизированное
управление-ПТУ»……………………………………………………………...
5
9
10
14
17
25
25
26
29
31
33
41
41
45
53
53
56
62
63
64
3
5. Эргономические аспекты разработки систем информационнооперативного диспетчерского управления процессами лесопромышленного производства…………………………………………………………
5.1 Особенности человека-оператора (диспетчера) как звена системы
управления (СИОДУ)…………………………………………………………
5.2 Основные виды моделей человека-оператора………………………..
5.3 Непрерывная линейная модель человека-диспетчера, выполняющего операции сопровождающего слежения……………………
5.4. Дискретная нелинейная модель человека-диспетчера, выполняющего операции компенсирующего и сопровождающего слежений………………………………………………………………………..
6. Экологические основы совершенствования управления транспортногрузовыми процессами...………………………………………………...……
6.1 Эколого-экономические проблемы лесного комплекса……………
6.2 Транспортно-дорожный комплекс и его влияние на окружающую
среду……………………………………………………………………………
6.3 Обеспечение экологической безопасности транспортно-грузовых
систем лесопромышленных предприятий…………………………………...
6.4 Эффективность совершенствования управления транспортногрузовыми системами лесопромышленных производств с учетом экологического фактора……...
Заключение…………………………………………………………………….
Библиографический список…………………………………………………..
77
77
82
86
89
92
93
95
105
111
117
119
4
Введение
В настоящее время, как никогда, первоочередной задачей лесного комплекса являются возрождение лесозаготовительной промышленности, восстановление и наращивание мощностей, отработка природощадящих технологий и
техники лесозаготовок и лесовосстановления.
Производственный опыт, накопленный в течение нескольких десятков
лет, и технико-экономический анализ показывают, что основным технологическим процессом в этот период времени остаётся вывозка древесины в хлыстах.
К тому же свидетельством этого является то, что технология с вывозкой древесины в хлыстах принято в большинстве стран мира, по ней заготавливается более 75 % всех мировых объёмов древесины. При этом, следует отметить, что в
период становления рыночной экономики хлыстовая вывозка древесины претерпевает некоторые существенные коррективы. Это прежде всего уточнение
лесохозяйственных правил рубок леса, разработка и крупномасштабное внедрение отечественных природощадящих машин нового поколения с современной эргономикой, системами управления, повышенной надёжностью и более
низкой ценой по сравнению с зарубежными аналогами [1].
Совершенствование управления транспортно-грузовыми процессами, как
и основными технологическими процессами лесопромышленных производств,
в настоящее время имеет особо важное значение, так как прогрессирующим
направлением развития лесного комплекса становится опережающий рост производств, обеспечивающих более глубокую переработку древесины в районах
основных лесозаготовок с развитием рубок главного пользования в основном
по хлыстовой технологии [1].
В связи с этим основным положением концепции промышленной политики лесного комплекса являются:
- развитие лесопромышленного производства должно быть ориентировано прежде всего на полное использование имеющегося в отрасли технического
потенциала путём его модернизации и перевооружения на базе современной
техники и высокоэффективной технологии;
- восстановление и наращивание лесопромышленного производства предусматривается прежде всего в Европейской части России, где имеется развитая инфраструктура, сосредоточены основные потребители отрасли;
- вывод отрасли из кризиса должен осуществляться, в первую очередь, за
счёт мобилизации внутренних резервов собственного технико-экономического
потенциала.
Экономика нашей страны в настоящее время переживает сложный период рыночных преобразований, который сопровождается спадом производства
почти во всех товаропроизводящих отраслях, в том числе и лесопромышленной.
В результате перехода на рыночную экономику и либерализацию внешней торговли на мировой рынок вышли многочисленные поставщики лесоматериалов из России. Уменьшение объёмов производства, в связи с ликвидацией
Рослеспрома и передачи лесной отрасли в ведение Министерства экономики
5
РФ, привело к значительному снижению внутреннего потребления лесоматериалов, а следовательно, и к снижению объёма транспортных перевозок древесины, как в целом по стране, так и внутри её отдельных регионов. В то же время доходность лесопромышленных предприятий невозможно решить без увеличения объёма вывозки древесины, а без достаточного наличия современной
техники это просто невыполнимо.
В целях коренного изменения создавшегося положения в лесном комплексе, на наш взгляд в ближайшее время необходимо:
создать чёткую структуру управления, координации и регулирования
деятельности не только всего лесного комплекса, отдельных регионов его, но и
даже отдельно взятых предприятий соответствующих административных территорий (областей, краёв, республик);
выполнить техническое перевооружение, разработать и внедрить прогрессивные технологии с учётом рыночных отношений;
обеспечить научное обоснование становления и развития лесопромышленного производства в современных условиях.
Решение указанных первостепенных задач на микроэкономическом
уровне требует определённого системного подхода, который должен учитывать
все стороны деятельности лесопромышленных предприятий, включая деятельность их инфраструктурных объектов и в первую очередь транспортногрузовых комплексов.
В настоящее время отсутствует определенное мнение об экономической
сущности категории эффективности совершенствования управления транспортно-грузовыми системами лесопромышленных производств, методологии
её количественной оценки. Имеющиеся теоретические исследования ограничиваются несколькими работами, которые не охватывают всех аспектов данной
проблемы и выполнены без учёта особенностей указанного периода, переживаемого лесным комплексом.
Характерно, что по мере необходимости увеличения объёма вывозки
древесины будет выявляться всё более явное отставание исследований, направленных на повышение эффективности управления транспортно-грузовыми
процессами лесопромышленных предприятий.
Таким образом, определение экономической сущности категории этой
эффективности, методологии её количественной оценки и разработка методов
управления ею (разработка форм, методов и применение оптимального управления транспортно-грузовыми процессами) – важнейшая задача совершенствования управления транспортно-грузовыми комплексами как лесопромышленных предприятий, так и различных лесных регионов нашей страны.
Рассматривая управление эффективностью совершенствования функционирования транспортно-грузовых систем, как науку, необходимо выделить три
основных аспекта: теоретический, описательный и прикладной. Теория управления представляет собой обобщение опыта, практики производственной деятельности людей работающих в транспортно-грузовых системах (комплексах),
она вскрывает основные закономерности развития и совершенствования управления таких систем с целью повышения эффективности их функционирования.
6
Основное назначение теории – дать понимание объективной деятельности и
перспективы производственной деятельности людей, занятых в транспортногрузовом комплексе (ТГК) лесопромышленных предприятий. Одной из основных задач теории является поиск оптимального варианта совершенствования
управления ТГК с целью повышения его эффективности.
Помимо теории, управления эффективностью совершенствования функционирования транспортно-грузовыми процессами лесопромышленных производств должно обладать описательным элементом, т. е. языком, на котором
можно обсуждать объекты её исследования, правилами, при помощи которых
выполненные наблюдения можно свести в определённую систему (закономерность), и методами, позволяющими правильно оценивать результаты наблюдений.
Таким описательным языком являются математические методы трёх теорий: случайных процессов, массового обслуживания, надёжности и математической статистики.
Внедрение результатов научных исследований в производство, т. е. в реально существующий транспортно-грузовой комплекс лесопромышленного
предприятия, прежде всего связано с тем, чтобы результаты теории можно было облечь в какую либо (оптимальную на данном этапе) техническую форму.
При этом, вся работа должна состоять в разработке соответствующих методических и руководствующих материалов, позволяющих совершенствовать
управление транспортно-грузовыми процессами, создавать надёжные и эффективно функционирующие ТГК лесопромышленных производств, вести учёт,
оценивать результаты выполненной работы и т. п.
Таким образом, для устранения недостатков в области управления транспортно-грузовыми процессами лесопромышленных производств с целью повышения эффективности их функционирования, необходимо совершенствовать
методологию и методы управления, планирования функционирования ТГК.
Транспортно-грузовые системы лесного комплекса иерархически расположены
на различных уровнях: министерство, управления, объединения, предприятия,
маршрут. При этом следует отметить, что в лучшей степени в научной литературе отражены методы и способы, позволяющие научно и обосновано описывать и планировать поведение комплекса высшего уровня, в то время как комплексы нижнего уровня (предприятия, маршрут) не нашли достаточного отражения в научных исследованиях.
В данной монографии, на основе теоретического обобщения опыта работы транспортно-грузовых комплексов лесопромышленных производств, для
которых кафедрой транспорта леса и инженерной геодезии ВГЛТА разрабатывались системы оперативно-диспетчерского управления, даны возможные пути
совершенствования управления транспортно-грузовыми процессами (ТГП) с
целью повышения эффективности их функционирования, обоснован показатель
оценки эффективности управления ТГП, приведены результаты исследования
влияния на совершенствование управления ТГП внедрения систем автоматизированного группового управления подъёмно-транспортными устройствами,
систем оперативно-диспетчерского управления, разработана математическая
7
модель ТГП и алгоритмы качества управления им, определены методы подготовки и реализации информационных данных функционирования ТГП, эргономические и экономические основы совершенствования управления ими.
8
1 Совершенствование управления транспортно-грузовыми
процессами лесопромышленного производства на основе
создания оптимальных автоматизированных систем
управления подъёмно - транспортными устройствами (ПТУ)
Оснащение подъемно-транспортных устройств оптимальными системами
автоматизированного группового управления отвечает созданным положениям
концепции промышленной политики лесного комплекса и является одним из
основных путей совершенствования транспортно-грузовых процессов лесопромышленных производств.
При решении задач совершенствования организации и управления транспортно-грузовыми процессами лесопромышленных производств в первую очередь необходимо учитывать их случайный характер, который зачастую имеет
свои вероятностные закономерности. Влияние этих закономерностей и применение их к реальным условиям дает возможность определить такие параметры
транспортно-грузового процесса, которые обеспечивают оптимальные условия
использования лесовозного транспорта и обслуживающих его устройств. Известно, что транспортно-грузовые процессы лесопромышленных предприятий
играют первостепенную роль в ритмичном и планомерном функционировании
всех их производственных подразделений. В то же время оптимальность действия транспортно-грузовой системы зависит прежде всего от эффективной работы ПТУ, как основного ее звена. Поэтому достижение оптимальных показателей работы ПТУ является главным направлением в совершенствовании управления транспортно-грузовыми процессами. Основными способами получения
оптимальных показателей работы ПТУ могут быть: совершенствование системы управления и конструкции, повышение квалификации операторов, улучшение организации труда и технологии транспортного процесса. Следовательно, в
совершенствовании управления транспортно-грузовой системы лесопромышленного предприятия можно выделить следующие детализированные задачи:
оптимизация управления механизмами ПТУ; определение наивыгоднейшей
траектории перемещения лесных грузов и их адресование; построение оптимального плана распределения и размещения зон обслуживания и сфер влияния
ПТУ; выбор наивыгоднейших приоритетов обслуживания транспортных
средств и управление ими. Решение этих задач наиболее благоприятно может
быть достигнуто на основе создания оптимальных систем автоматизированного
группового управления ПТУ.
Вместе с этим совершенствование (оптимизация) транспортно-грузовых
процессов лесопромышленных предприятий заключается в выборе такой организации перевозок и такого количества и вида средств их осуществления, чтобы общая стоимость выполнения перевозочных заданий (например, стоимость
транспортировки 1м3 древесины) была минимальной.
9
1.1 Транспортно - грузовые процессы лесопромышленных производств,
их параметры и составляющие
Транспортно-грузовые процессы лесопромышленных производств относятся к системам массового обслуживания, что весьма убедительно и всесторонне доказано в работах таких известных ученых отрасли, как В.И. Алябьев
[2], А.К. Редькин [3], и др. Поэтому все методы и приемы теории массового обслуживания применимы, как при изучении их закономерностей, так и при совершенствовании управления ими.
В тоже время транспортно-грузовые процессы лесопромышленных производств относятся к процессам активных транспортных систем, в которых
объекты транспортировки (грузы) не могут перемещаться самостоятельно и основной задачей которых является не только облегчение, но и прежде всего,
обеспечение возможности их перемещения. В состав таких систем наряду с
пассивными элементами (дорожная сеть вместе с устройствами по обеспечению движения), входят и активные элементы – это сами транспортные устройства и средства их, обслуживающие.
Характерным для лесопромышленных предприятий из-за специфических
особенностей предмета труда и основного технологического процесса является
необходимость транспортировки сырья (деревьев, хлыстов, круглых лесоматериалов) на значительные расстояния внутри предприятия. В связи с этим для
обеспечения вывозки древесины от места разработки лесных массивов до лесных (нижних) складов, примыкающих к железным дорогам МПС или сплавным
рекам, в лесопромышленных предприятиях организуется транспортная служба
(цеха), которая включает лесовозную дорожную сеть, погрузочно-разгрузочные
пункты, тяговый и прицепной подвижной состав, погрузочно-разгрузочные
средства, различные сооружения и т.д. Технологическая и организационная
структур этой фазы лесопромышленного производства определяются различными факторами: природными (климатическими, рельефными, грунтовыми),
технологическими (транспортировкой деревьев, хлыстов, части их или сортиментов) и производственными (пространственным расположением основных
подразделений, оснащённостью и составом машин и механизмов в них).
В зависимости от этих факторов на лесопромышленных предприятиях
могут функционировать три вида транспортного процесса: прямая вывозка, при
которой древесину транспортируют от места валки до конечного пункта без
перегрузок; одноступенчатая вывозка, при которой древесина сначала трелюется на лесосеке к погрузочным площадкам, где она грузится на специализированный подвижной состав, а затем транспортируется к месту назначения; двухступенчатая вывозка, при которой предусматривается транспортировка древесины двумя видами подвижного состава с погрузкой её на лесосеке и перегрузкой на магистральных участках лесовозных дорог [4].
Таким образом, в начале транспортного процесса лесопромышленного
предприятия приходится выполнять один из самых трудоёмких видов вспомогательных работ - операцию погрузки древесины на подвижной состав. При его
завершении (в конце транспортного процесса) производится не менее трудоём-
10
кая и тяжёлая операция - разгрузка доставленной древесины с подвижного состава. В случае двухступенчатой вывозки, когда в стыковых пунктах (на магистралях) различных видов транспорта, выполняющих весь транспортный процесс, производится замена подвижного состава, приходится выполнять операцию по перегрузке древесины, относящуюся также к числу не менее трудоёмких и тяжёлых работ. Следовательно, погрузка, разгрузка и перегрузка древесины, т.е. погрузочно-разгрузочные (грузовые) операции являются необходимым и неотъемлемым элементом транспортного процесса лесопромышленного
производства, а транспортный процесс в комплексе с этими операциями впредь
будем называть транспортно-грузовым процессом лесопромышленного предприятия [4].
Итак, транспортно-грузовые процессы лесопромышленных производств
являются процессами массового обслуживания с большой интенсивностью
лесных грузопотоков. Потоки лесовозных автопоездов, вагонов-сцепов, лесовозов, электрокаров, автомашин и других транспортных средств, прибывающих к
месту погрузки или разгрузки (погрузочные площадки лесосек, перегрузочные
площадки у магистральных путей, разгрузочно-разделочные эстакады, цеха и
производственные участки лесных складов) являются потоками требований или
заявок на обслуживание, а средства, обеспечивающие выполнение операций
погрузки, перегрузки, разгрузки и штабелёвки (различные погрузчики, установки, краны и устройства), являются обслуживающими аппаратами, или каналами обслуживания.
Грузопотоки лесопромышленных предприятий - это сложная композиция
нескольких самостоятельных потоков как независимых друг от друга, так и находящихся во взаимной зависимой связи друг с другом. Так, потоки груженого
лесовозного транспорта (лесовозные поезда), отправляемого с лесосек, мастерских участков и лесопунктов, являются внешними выходящими потоками по
отношению к ним, а по отношению к лесным складам в момент прибытия входящими потоками. Потоки транспортных средств древесным сырьем в различном виде между производственными участками, подразделениями и цехами
на территории лесопромышленного предприятия относятся к внутренним потокам. И наконец, потоки транспортных средств с готовой продукцией, отправляемые с предприятий потребителям, являются внешними выходящими потоками. Все эти внешние, внутренние, входящие и выходящие грузопотоки являются потоками требований, или заявок, на обслуживание, которые обрабатываются в соответствующих им каналах обслуживания
В то же время общий грузопоток каждого лесопромышленного предприятия можно разделить на несколько составляющих потоков. Внутренний входящий грузовой поток по схеме «Мастерские участки – лесной склад». Внутренний межцеховой поток по схеме «цех лесопиления – цех производства паркета» и т.п. Внутренний грузовой поток по схеме «цех, производственный участок – склад готовой продукции». Внешний выходящий грузовой поток по схеме «склады, цеха и производственные участки – станция примыкания, местные
потребители». Вместе взятые потоки требований и каналы, их обслуживающие,
представляют собой в целом транспортно-грузовые процессы лесопромышлен-
11
ных предприятий. На рис.1 представлена структурная схема основных грузопотоков среднего лесопромышленного предприятия включающего потоки по
вышеуказанным схемам, базирующегося на примыкании к железной дороге
МПС.
Применение различных видов транспорта и погрузочно-разгрузочных
машин (устройств), различие в характере и условиях выполнения транспортных
и грузовых операций с отдельными видами лесных грузов увеличивают сложность транспортно-грузового процесса любого лесопромышленного производства. Поэтому при исследовании грузопотоков лесопромышленного предприятия необходимо выявлять и учитывать все факторы возникающие в результате
взаимосвязи транспортных и грузовых операций. Так, например, при выборе
типа транспорта, как в условиях внутри предприятия, так и в условиях внешних
перевозок (доставка лесных грузов непосредственно на склад потребителя), оптимальное решение может быть найдено только при совместном рассмотрении
всех составляющих операций транспортно-грузового процесса. В настоящее
время хотя и усиливается тенденция к комплексному рассмотрению вопросов
совершенствования транспортно-грузовых процессов лесопромышленных производств [5], тем не менее ряд задач решается еще в отрыве операций транспортирования от погрузочно-разгрузочных.
К таким задачам, в частности, относятся определение оптимальных параметров транспортно-грузовых процессов: потребного количества транспортных
единиц для обеспечение процесса, потребной производительности погрузочноразгрузочных устройств и средств транспорта (перемещения) древесины, коэффициента использования погрузочно-разгрузочных и транспортных средств
по времени и т.п.
Совершенствование транспортно-грузовых процессов лесопромышленных производств - это прежде всего повышение эффективности их функционирования.
Оценка эффективности такой сложной системы, как транспортногрузовой процесс, меняющийся в зависимости от изменения внешних и внутренних условий какого - либо лесопромышленного предприятия, должна включать в себя совокупность многих свойств и показателей эффективности отдельных звеньев и параметров.
Эффективность любого технологического процесса, в том числе и транспортно-грузового, характеризует отношение полезного результата к затратам
на его получение. Сопоставляя отдельные виды затрат со связанными с ними
элементами полезного эффекта, можно получить множество показателей эффективности: производительность подвижного состава, производительность
труда, коэффициент использования парка транспортных средств и ПТУ, коэффициент технической готовности парка, коэффициент использования пробега и
т. д. Выразив показатели эффективности в обратной форме, т.е. как отношение
затрат к эффекту, получают себестоимость единицы продукции, удельный расход топлива, накладные расходы, приходящиеся на единицу продукции на 1 м3
вывозимой древесины и т.п.
Рис. 1. Структурная схема основных грузопотоков среднего лесопромышленного предприятия:
1, 2, 3 - лесозаготовительные пункты; 4 - межсезонный склад запаса древесины (деревья, хлысты); 5 - разгрузочно-разделочные площадки поточных
линий с соответствующими механизмами; 6 - цех по производству балансного сырья; 7 - производственный участок по заготовке дров; 8 - цех по
производству технологической щепы; 9 - цех по производству упаковочной стружки; 10 - цех лесопиления; 11, 12 - цех деревообработки с различными подразделениями; 13, 14 - паркетный цех с сушильным хозяйством; 15 - цех по производству тарной дощечки; 16 - цех по производству товаров
широкого потребления; 17 - станция примыкания ж/д МПС; 18 - 22 - склады круглых лесоматериалов, лесопиления, продукции деревообработки,
паркета, технологической щепы, дров, товаров широкого потребления и т.д.; 23 - местные потребители.
12
13
Вместе с тем существуют технико-экономические показатели, применяемые для описания операций транспортно-грузового процесса, подготовки к выполнению их, организации и оценки работы всех составляющих звеньев, которые можно подразделить на внутренние и внешние по отношению к обслуживаемым объектам (подразделениям) лесопромышленного производства. К
внешним показателям можно отнести численность и структуру подвижного состава транспортного цеха предприятия, общую грузоподъемность, готовность
парка выполнять плановые перевозки и его использование и т.п. Группу внутренних показателей составляют те, которые определяют уровень выработки
подвижного состава, напряженность плана вывозки древесины, режим функционирования транспортных средств и грузовых устройств. К ним относятся
такие показатели, как время работы подвижного состава и скорость движения,
длина пробега, грузоподъемность транспортных средств и ее использование,
грузоподъемность ПТУ и ее использование и т. д. Разделение этих показателей
на внешние и внутренние довольно условное, так как они взаимосвязаны между
собой и изменение одного из них, как правило, влечет за собой изменение многих других. Например, рост среднего расстояния вывозки древесины сопровождается увеличением среднетехнической скорости подвижного состава, общим
сокращением времени простоя транспортных средств в погрузочноразгрузочных пунктах, увеличением общего пробега лесовозного транспорта,
снижением времени использования погрузочно-разгрузочных устройств и возрастанием программы по техническому обслуживанию и ремонту транспортных средств. Правильное представление о сущности и содержании каждого показателя позволяет оценить его значимость для транспортно-грузового процесса, а при разработке вопросов совершенствования управления его - эффективность принимаемых решений.
В дальнейшем будут рассмотрены только те показатели эффективности
совершенствования управления транспортно-грузовых процессов, которые одновременно характеризуют как работу транспортных средств, так и ПТУ, их
обслуживающих.
1.2 Оценка эффективности совершенствования управления
транспортно-грузовым процессом
Совершенствованием управления транспортно-грузовых процессов следует считать действия, ведущие к минимизации общих затрат труда, необходимых для реализации планируемого объема перевозок (вывозки) при существующей дорожной сети лесопромышленного предприятия. Если принятые на
какой-то определенный период времени цены адекватно отражают общие затраты труда, необходимого для выполнения задания вывозки древесины, роль
критерия совершенствования (оптимизации) будут выполнять полученные затраты на выполнение названной операции в денежном выражении.
Эти затраты в общем виде являются суммой четырёх составляющих:
14
- эксплуатационных расходов на транспортировку (перевозку), включающие стоимость израсходованных в период выполнения конкретного задания ценностей (бензин, масла и т.д.);
- амортизации и приведённых капиталовложений в использованные
транспортные средства;
- отчислений от стоимости оборотных средств, связанных с транспортировкой (перевозкой) древесины;
- амортизации и приведённых капиталовложений в применяемые погрузочно-разгрузочные устройства.
Стремление к снижению первой составляющей затрат влияет на выбор
типа подвижного состава и снижение общего пробега всех единиц его - сокращение так называемых порожних пробегов. Стремление к снижению второй
составляющей ведет к уменьшению количества единиц подвижного состава,
привлеченного к выполнению задания по вывозке, и к выбору наиболее экономичных его единиц. Стремление к минимизации третьей составляющей влияет
на уменьшение количества (м3) древесины «на колесах», т.е. груза, находящегося в процессе транспортировки, за счет увеличения скорости движения и сокращения маршрутов вывозки древесного сырья (хлыстов, деревьев и т. д.).
И, наконец, стремление к минимизации четвертой составляющей ведёт к
уменьшению количества погрузочных средств на лесосеке, к увеличению коэффициента использования разгрузочно-погрузочных средств на лесном складе
и к выбору наиболее экономичных погрузочно-разгрузочных машин и механизмов. Разумеется, влияние отдельных составляющих зависит от доли их в
общих затратах и является функцией цен на горюче-смазочные материалы,
подвижной состав, погрузочно-разгрузочные устройства и груз (древесину).
Основными составляющими транспортно-грузового процесса лесопромышленного производства, от которых зависит и в первую очередь эффективность
его функционирования, являются транспортные средства и погрузочноразгрузочные (подъемно-транспортные) устройства. В связи с этим, улучшение
работы ПТУ (повышение производительности) путем перевода их на систему
автоматизированного группового управления (САГУ) безусловно будет сказываться на работе всего транспортно-грузового комплекса предприятия, т.е. повышение производительности ПТУ значительно повысит интенсивность обслуживания ими транспортных средств.
Предварительную оценку эффективности совершенствования транспортногрузовыми процессами за счёт внедрения САГУ погрузочно-разгрузочными
устройствами, можно произвести установлением оптимального значения коэффициента загрузки процесса или коэффициента использования ПТУ во времени. Известно, что из-за специфических особенностей предмета труда (дерево,
хлыст, круглые лесоматериалы и т.д.), продолжительность выполнения грузовых операций с каждой транспортной единицей в условиях лесопромышленного производства зависит от рода лесного груза, способа и качества погрузки его
на подвижной состав, типа самой транспортной машины и является величиной
стохастической. Если обозначить, например, интенсивность прибытия лесовозного транспорта на нижний склад предприятия в единицу времени как « λ », а
15
интенсивность обслуживания его (транспорта) погрузочно-разгрузочным устройством, как « µ », то отношение
α=
λ
µ
(1)
будет являться коэффициентом загрузки, или коэффициентом использования
ПТУ по времени.
При этом всегда α < 1 , так как в противном случае в стохастическом
транспортно-грузовом процессе стационарного состояния всей системы не существует. Параметр (показатель) α характеризует прежде всего степень использования погрузочно-разгрузочного устройства по времени, т.е. представляет собой долю времени (час, смена...), в течение которого погрузочноразгрузочное устройство занято выполнением грузовых операций.
Величина α оказывает большое влияние на экономическую сторону (эффективность) транспортно-грузовых процессов лесопромышленных производств. С увеличением α сокращаются издержки от простоя подъёмнотранспортных устройств, но резко увеличиваются издержки от простоя транспортных средств в ожидании начала грузовых операций, и наоборот установление оптимального значения величины α , при котором издержки от простоя как
ПТУ, так и подвижного состава были бы минимальными, очень подробно было
изложено ранее [6].
По нашему мнению, наиболее полно и достаточно глубоко уровень совершенствования управления транспортно-грузовыми процессами лесопромышленных производств будет отражать коэффициент эффективности, представляющий собой отношение затрат, связанных с удовлетворением потребностей предприятия в перевозке лесных грузов (древесины) к фактическим затратам, т.е.
( СТ + С n )Q
,
(2)
КЭ =
( CT + C n )Q + ∆C
где Кэ - коэффициент эффективности транспортно-грузового процесса;
СТ - рациональная (оптимальная) себестоимость транспортирования
древесины, р./м;
Сn-рациональная
(оптимальная)
себестоимость
погрузочно3
разгрузочных работ, р./м ;
Q - объём работ, выполненный транспортно-грузовым комплексом
предприятия, м3;
∆C- дополнительные затраты, связанные с несоблюдением графика
движения, нерациональным использованием подвижного состава, повышением
себестоимости транспортирования и погрузочно-разгрузочных работ и другими
причинами, р.
Задача измерения эффективности совершенствования управления транспортно-грузовым процессом сводится к определению необходимых ресурсов
для достижения цели, поставленной на определённом иерархическом уровне
управления (оборудование подъёмно-транспортных устройств системами автоматизированного группового управления), и измерению объёма использован-
16
ных ресурсов, выделяемых для этой цели. На основе сопоставления фактических затрат с оптимальными можно определить степень эффективности одного
варианта организации транспортно-грузового процесса (существующий) в
сравнении с другим вариантом (предлагаемым к внедрению).
Комплексный подход к установлению коэффициента эффективности совершенствования управления транспортно-грузовым процессом требует определения основных факторов, влияющих на эффективность его функционирования. В целом коэффициент эффективности совершенствования управления
транспортно-грузовым процессами является синтетическим показателем, обладающим большой ёмкостью. Он позволяет оценивать и анализировать влияние
условий организации вывозки древесины на эффективность транспортногрузового процесса, учитывать не только эффективность использования подвижного состава и погрузочно-разгрузочных устройств, но и количества перевезённого груза (древесины), своевременность его доставки, степень потерь и
повреждений при его транспортировке, рациональность вывозки древесины и
рациональность эксплуатируемого подвижного состава и другие факторы.
Таким образом, оценка эффективности совершенствования управления
транспортно-грузовым процессом связана с определением рациональных значений параметров (показателей) его и с учётом фактических затрат, связанных
с выполнением данного транспортно-грузового процесса.
На рис.2, приведена схема зависимости эффективности совершенствования управления транспортно-грузовым процессом от условий его организации,
построенная путем последовательного выделения всё более мелких параметров
на постепенно понижающихся уровнях.
1.3 Математическая модель транспортно-грузового процесса
лесопромышленного предприятия
Перемещение груза от места его производства до места потребления
можно рассматривать как движение материального потока, протекающего в
пространственно-временной системе координат. Любой элемент транспортногрузового процесса: ожидание погрузки, погрузка, оформление отправных документов, перемещение, разгрузка и т.д. - представляет собой определённое событие, связанное, прежде всего, с организацией самого процесса [7].
При математическом описании транспортно-грузового процесса лесопромышленного предприятия необходимо найти такую зависимость между условиями организации перевозок (транспорта) и эффективностью процесса, в
которой была бы выражена форма согласования интересов всего предприятия с
интересами служб и звеньев его транспортно-грузового комплекса.
Перемещение лесных грузов связано с пунктами производства, пунктами
потребления (переработки) и промежуточными пунктами. В пунктах производства (заготовки) груз (древесина в виде деревьев, хлыстов или круглых лесоматериалов) погружается на подвижной состав лесовозных дорог, в
Рис. 2. Схема зависимости эффективности совершенствования управления транспортно-грузовым процессом лесопромышленного предприятия от условий его организации
17
18
пунктах потребления (переработки) выгружается и в промежуточных пунктах
передаётся (перегружается) с одного вида подвижного состава на другой или
выгружается и складируется на временное хранение, связанное с накоплением
его до определённого периода времени.
Возможными компонентами, составляющими транспортно-грузового
комплекса являются: функционирующий компонент «автомобиль-водительдорога» (А-В-Д), пункты (площадки) погрузки, пункты (площадки) разгрузки,
пункты перегрузки и, наконец, пункты хранения лесных грузов (промежуточные склады запасов древесины различного значения). Основным видом транспортного потока лесопромышленного производства является поток транспортирования заготовленной древесины (деревья, хлысты и т.д.) к месту её переработки (лесной склад). В период передвижения транспортный поток претерпевает количественные и качественные преобразования. При количественном преобразовании изменяется пространственное состояние лесных грузов, при качественном - вид транспортного потока.
При организации транспортно-грузовых процессов возможны варианты,
когда изменяются расстояние и скорость транспортирования груза, увеличивается время на погрузочно-разгрузочные и перегрузочные операции, изменяется
время доставки груза в пункт его потребления и т.д. Эти отклонения оказывают
влияние прежде всего на фактический объём транспортно-грузовой работы, затрачиваемой на перемещение груза от места (заготовки) до места потребления
(переработки), на эффективность транспортно-грузового процесса в целом и на
производственные показатели деятельности лесопромышленного предприятия.
Для разработки формальной математической модели, учитывающей неопределённость поведения транспортно-грузового комплекса, связь и взаимодействие его с окружающей средой, взаимодействие звеньев и компонентов
его, установлены следующие показатели, характеризующие переменные величины транспортно-грузового процесса лесопромышленного производства:
Q(t) - лесой грузопоток, м3/ч;
N(t) - провозные возможности транспортно-грузового комплекса, м3/ч;
MgγβVT αT
N( t ) =
(3)
L + t npVT β
WQ - объём перевозок (вывозки), количества груза, которое необходимо
доставить в пункт потребления (например, объём древесины в виде хлыстов с
лесосеки на лесной склад) за промежуток времени (t1-t0), м3, который определяется по формуле
t1
WQ = ∫ Q(t )dt
(4)
t0
WN - объём груза, который может перевезти транспортно-грузовой комплекс за период времени (t1-t0), м3, определяемый как
⋅
Ìg γβVT α T
WN =
L + t npVT β
(5)
19
W(t)- транспортная продукция, количество груза в натуральном выражении, доставленного до места потребления (лесной склад), м3, будет определяться как
t1 MgγβVT αT
 ∫ L + t V β dt , при Q( t ) > N ( t )
hp T
t0
W( t ) = 
(6)
t
 ∫1Q( t )dt , при Q( t ) < N ( t )
t0
В формулах (3)-(6):
М- число единиц подвижного состава в транспортно-грузовом процессе
предприятия;
q - грузоподъёмность единицы подвижного состава (лесовозного автопоезда), м3;
γ - коэффициент использования грузоподъёмности единицы подвижного
состава;
β - коэффициент использования пробега подвижного состава;
Vt - среднетехническая скорость движения по лесовозным дорогам, км/ч;
tnp - время простоя подвижного состава под погрузкой на лесосеке и выгрузкой на лесном складе за один полный рейс, ч;
L - среднее расстояние вывозки (транспортирования) груза, км;
α Т - коэффициент технической готовности единицы подвижного состава.
Источником основного лесного грузопотока являются мастерские участки (лесосеки разрабатываемые в данный период времени). Мощность источника грузопотока определяется прежде всего запасом древесного сырья на единице разрабатываемой площади и потребностью вывозки древесины с данного
мастерского участка. Провозные возможности транспортно-грузового комплекса предприятия в целом зависят от типа и состояния лесовозного подвижного
состава, типа и состояния погрузочно-разгрузочных средств и дорожных условий (типа лесовозной дороги и её состояния).
Графически линейный граф основного транспортно-грузового процесса
лесопромышленного предприятия может быть представлен следующим образом (рис. 3). Как видно из этого рисунка, линейный граф транспортногрузового процесса отображает в более простом виде структуру, взаимосвязь и
отношения как между составляющими (компонентами) транспортно-грузового
комплекса, так и между самим транспортно-грузовым комплексом и окружающей средой.
Для перевозки груза (реализация вывозки древесины) от места его производства (лесосека) до места потребления (лесной склад) необходимы определенные затраты, связанные с удовлетворением плановых потребностей предприятия и организацией его транспортного процесса.
Таким образом, фактические затраты будут складываться из затрат, связанных с рациональным перемещением груза, т.е. с рациональной организацией
транспортной составляющей, и затрат, возникающих в результате непредвиденных возможных потерь. Значения отдельных дополнительных затрат (рис.
20
3), возникающих при выполнении транспортно-грузового процесса, могут быть
определены следующим образом.
Дополнительные затраты, связанные с увеличением расстояния транспортирования груза (расстояние вывозки древесины);
∆S1 =
L1 − L
C
(C nep + n )W (t ) .
qγβ
VT
(7)
Дополнительные затраты, связанные с несоответствием подвижного состава роду перевозимого груза,

C
1 1  '
∆S 2 = 
C nep L1 + n ( L1 + t 'npVT' β ) −

β  g 1 γ1 
VT

.
(8)

Cn
1 
− C nep L1 +
( L1 + t npVT β ) W ( t )
qγ 
VT

Дополнительные затраты, связанные с возможным повреждением и потерей груза (выпадение хлыстов, деревьев во время транспортировки),
∆S 3 = Zδ Г W ( t ) .
(9)
Дополнительные затраты, связанные с выполнением непредусмотренных
(дополнительных) погрузочно-разгрузочных работ,
∆S 4 = ψS nW ( t ) .
(10)
Дополнительные затраты с промежуточным хранением груза (на погрузочных площадках лесосек и магистралей)
W − Wb
∆S 5 = S X T X n
.
(11)
2
∆S3
∆S4
∆S5
∆S2
∆S6
∆S7
∆S1
∆S8
( S + S n ) ⋅ W (t )
Рис. 3 Линейный граф транспортно-грузового процесса (ТГП)
лесопромышленного предприятия
21
Здесь S- себестоимость транспортирования груза (вывозки древесины)
при рациональной организации ТГП, р/м;
Sn- себестоимость погрузочно-разгрузочных работ, выполняемых ПТУ по
системе автоматизированного группового управления, р/м3;
∆S1- потери, связанные с возможным увеличением расстояния транспортирования груза, р.;
∆S2- потери из-за возможного несоответствия подвижного состава роду и
характеру перевозимого груза, р.;
∆S3- потери, связанные с непредвиденным повреждением и потерей груза, р.;
∆S4- потери, связанные с выполнением дополнительных погрузочноразгрузочных работ, р.;
∆S5- потери, связанные с возможным дополнительным хранением груза,
р.;
∆S6- потери, связанные с обычной инерционностью транспортногрузового процесса,. р.;
∆S7- потери, связанные с увеличением себестоимости, транспортирования
груза, р.;
∆S8- потери, связанные с увеличением себестоимости погрузочноразгрузочных работ, в нашем случае за счет внедрения системы автоматизированного группового управления ПТУ, р.
Дополнительные затраты, связанные с инерционностью транспортногрузового процесса,
t1 MqvβV
t1

T
∆S 6 = δ  ∫ Q( t )dt − ∫
( 1 − ∆αT )dt  .
(12)
L
t
V
β
+
t
t
np T
0
 0

Дополнительные затраты связанные с увеличением себестоимости транспортирования груза
∆S7 = ∆SW ( t ) .
(13)
Дополнительные затраты, связанные с увеличением себестоимости погрузочно-разгрузочных работ (в нашем случае в связи с оборудованием ПТУ
системой автоматизированного группового управления),
∆S 8 = ∆S npW ( t )
(14)
В формулах (7)-(14):
Спер- переменные расходы связанные с транспортировкой груза имеющимся подвижным составом, р./м3;
'
С nep - переменные расходы связанные с транспортировкой груза (древесины) надлежащим (требуемым) подвижным составом, р./м3;
Cn- постоянные расходы, связанные с транспортировкой груза, т.р./м3;
L1- новое расстояние транспортировки (вывозки) несколько большее чем
L, ранее применяемое, км;
q1- грузоподъемность единицы требуемого подвижного состава, м3;
22
v1- коэффициент использования данного подвижного состава (требуемо-
го);
'
t np
- время простоя под погрузкой данного подвижного состава, ч.;
VT' - средняя техническая скорость движения требуемого подвижного со-
става, км/ч;
Z- потери и повреждения лесных грузов при их транспортировке %.
3
δ Г -стоимость единицы объема груза, р./м ;
ψ - коэффициент, учитывающий дополнительные (непредусмотренные)
погрузочно-разгрузочные операции;
Sx- себестоимость хранения единицы (массы) объема груза в единицу времени р./м3 ч;
Тх- продолжительность промежуточного хранения груза, ч;
Wn- количество груза поступившего на промежуточное хранение за время
(t0-t1), м3;
Wв- количество груза вывезенного со склада промежуточного хранения за
время (t0-t1), м ;
δ - стоимость ущерба предприятия от несвоевременной доставки груза на
лесной склад, р./м;
∆α Т - видоизмененный коэффициент технической готовности подвижного
состава;
∆S- увеличение себестоимости транспортирования 1 м3 лесного груза
тыс.р;
∆Snp- увеличение себестоимости погрузочно-разгрузочных работ 1 м лесного груза, тыс. р.
Если за интервал времени (t1-t1) транспортная продукция (объём вывезенной древесины) составит
t1 MqγβV α
T T
W( t ) = ∫
dt ,
(15)
t0 L + t npVT β
то затраты, связанные с удовлетворением потребности предприятия в транспортировке необходимого объема груза, будут равны
( S + S n )W (t ) ,
(16)
а фактические затраты будут складываться из следующих составляющих:
( S + S n )W (t ) + ∆S 1 + ∆S 2 + ∆S 3 + ∆S 4 + ∆S 5 + ∆S 6 + ∆S 7 + ∆S 8
(17)
В таком случае эффективность совершенствования транспортно-грузового процесса лесопромышленного предприятия, выражаемая коэффициентом эффективности может быть определена из выражения:
( S + S n − Zδ )W ( t )
.
(18)
KЭ =
( S + S п )W ( t ) + ∆S 1 + ∆S 2 + ∆S 3 + ∆S 4 + ∆S 5 + ∆S 6 + ∆S7 + ∆S 8
Следовательно, при перевозке лесных грузов (древесины) автомобильным транспортом, эффективность транспортно-грузового процесса предприятия будет зависеть от следующих слагаемых: отклонения расстояния транспортировки лесных грузов по сравнению с оптимальным (определенным сред-
23
ним расстоянием вывозки), возможных потерь и повреждений лесных грузов
при его транспортировке, несоответствия грузоподъемности подвижного состава определенной оптимальной величины, характерной для данной лесовозной
дороги, величины инерционности транспортно-грузовой системы предприятия,
себестоимости транспортировки лесных грузов и себестоимости производства
погрузочно-разгрузочных работ с ними при оснащении ПТУ системами автоматизированного группового управления.
Вполне понятно, что все перечисленные факторы оказывают не одинаковое влияние на эффективность совершенствования транспортно-грузового процесса: Чтобы определить наиболее важные из них (для нашего случая, например, влияние оснащения погрузочно-разгрузочных устройств системами автоматизированного группового управления) и степень их влияния на коэффициент эффективности транспортно-грузового процесса, необходимо исследовать
влияние условий организации перевозок (например, с внедрением оперативнодиспетчерского управления) на эффективность функционирования всего транспортно-грузового комплекса лесопромышленного предприятия.
2 Совершенствование управления транспортно-грузовыми процессами на
основе систем диспетчерского управления ими
2.1 Совершенствование транспортно-грузовых процессов –
совершенствование систем их управления
Совершенствование транспортно-грузовых процессов лесопромышленных производств, т.е. повышения эффективности их функционирования в значительной степени зависит также от совершенствования существующих систем
управления ими. Одним из основных путей совершенствования существующих
систем управления транспортно-грузовыми процессами таких производств является перевод их на систему информационно-оперативного диспетчерского
управления.
В любом транспортно-грузовом процессе, прежде всего можно выделить
рабочую систему, состоящую из транспортных единиц, которые организованным способом выполняют перевозки лесных грузов и механизмов их обслуживающих, а также систему управления, движением этих транспортных единиц и
работой механизмов их обслуживающих, состоящую из звеньев сбора, обработки информации и решающих задачи управления.
Совершенствование системы управления всем транспортно-грузовым
комплексом лесопромышленного производства предполагает, прежде всего, организацию оптимального управления им, обеспечивающим выбор рациональных путей достижения основной цели и задач функционирования этого комплекса. Основной целью последнего является достижение максимальной эффективности всех транспортно-грузовых процессов предприятия в установленные сроки работы его.
24
Известно, что управление (регулирование) - целенаправленное воздействие на объект, в результате которого последний (объект) переходит в требуемое
состояние. Вместе с тем, всякое управление необходимо рассматривать не
только как средства достижения поставленной цели, но и как средство компенсации неблагоприятных изменений в среде, препятствующих этому.
Транспортно-грузовой комплекс, включающий все транспортно-грузовые
процессы и операции предприятия, в целом с производством его множеством
связей, определяющих его состояние, которые можно объединить в такие группы: неуправляемые связи, управляемые связи и информационные связи. При
этом информационные связи позволяют определить состояние любого транспортно-грузового процесса, а с помощью управляемых связей можно целенаправленно изменять его состояние [5].
Информационные связи имеют первостепенное значение, т.к. определяют
основную задачу системы управления по переработке полученной первичной
информации о состоянии ТЩ и решение, предопределяющее задачи отдельных
транспортных единиц и механизмов их обслуживающих, в целях получения
максимальной эффективности всего ТГК предприятия. Поэтому в последующем разделе особое внимание будет уделено сбору, обработке и подготовке
информационных данных в системе информационного диспетчерского управления.
Необходимо отметить, что управление транспортно-грузовыми процессами лесопромышленного производства связано с целым рядом специфических
трудностей. Так, большинстве своём ТГК лесопромышленного предприятия
функционирует отдельно от субъекта управления, и его задачи не всегда совпадают с задачами управления всем производственно-технологическим процессом предприятия, а если задачи управления не совпадают с задачами отдельных
составляющих ТГК, то управление нарушает нормального функционирование
производства в целом. Сложность управления ТГК связана также с его не стационарностью, что выражается в непостоянстве выходных процессов, а также
тем, что в различные моменты времени на одно и тоже управление (управленческое решение) возможны разные реакции.
Следовательно, совершенствование транспортно-грузовых процессов т.е.
повышение эффективности их функционирования, должно быть прежде всего
направлено на устранение отмеченных недостатков в управлении, путём совершенствования самой системы управления ТГК. Таким образом управление
ТГК лесопромышленного предприятия должно быть направлено на упорядочение всех транспортно-грузовых процессов, на согласование задач всех их составляющих (ТГП) с задачами ТГК и всего производственно-технологического
процесса предприятия. Вместе с тем при совершенствовании системы управления необходимо стремиться к тому, чтобы вся требуемая информация о состоянии компонентов (составляющих) ТГК представлялась тому, кому она нужна в
первую очередь и тогда, когда она нужна для принятия необходимого решения.
Сделать это можно путём перевода управления транспортно-грузовыми процессами на систему информационно-оперативного диспетчерского управления,
25
оснащённую современными средствами связи, сбора, обработки и передачи
информации, электронно-вычислительной и организационной техникой.
2.2 Принципы и этапность совершенствования управления транспортногрузовыми процессами лесопромышленного производства
Накопленный опыт разработки и внедрение систем диспетчерского
управления лесопромышленным производством [8 – 12] даёт основание полагать, назрела объективная необходимость существенного совершенствования
существующих систем управления транспортно-грузовыми процессами их на
основе научных методов оптимального управления с использованием современных технических средств связи и организационной техники. Отсутствие в
технической литературе по совершенствованию систем управления транспортно-грузовыми процессами конкретных нормативов и рекомендаций, определяющих принципы, методы и этапы разработки и внедрения диспетчерских
служб, приводит к тому, что в лесопромышленных предприятиях порой неправильно и неполно понимают роль и задачи диспетчеризации, как основы совершенствования действующих систем управления. Это в результате приводит
лишь к организации диспетчерской связи с производственными подразделениями, сбору информации и в отдельных случаях её первичной обработки.
В основу совершенствования систем управления на базе информационнооперативной диспетчерской службы могут быть положены следующие основные принципы [13].
Принцип новых задач. При разработке и внедрении систем диспетчерской связи необходимо искать и формировать принципиально новые задачи,
решение которых настолько улучшит управление, что эффективность получится прежде всего за счёт резкого улучшения функционирования управляемого
объекта, т.е. транспортно-грузового комплекса предприятия.
Принцип системного подхода. При разработке и внедрении оптимальной
системы управления ТГК и всем лесопромышленным производством необходимо предусматривать комплексное решение системы мероприятий, а не изолированное воздействие на тот или иной производственный участок (объект).
Примером использования этого принципа может служить взаимосвязанное решение следующих задач:
- организация диспетчерских пунктов, оборудованных средствами связи,
автоматизированного учёта, сбора, наглядного отображения и анализа информации, необходимой оргтехникой, средствами телесигнализации и контроля;
- оснащение средствами связи производственных подразделений, объектов транспортно-грузового комплекса, стационарных и передвижных средств
ремонта и технического обслуживания, автомобилей ведущих специалистов
предприятия;
- установление чёткой системы составления оперативных документов
управления и их корректировки (например, график движения единиц лесовозного транспорта);
26
- реорганизация структуры управления лесопромышленным производством, в том числе и ТГН с целью введения в неё специальных управленческих
работников, наделённых всеми необходимыми полномочиями в оптимальной
системе управления;
- организация анализа функционирования всех производственных подразделений на базе технических средств обработки информационных потоков и
математических методов.
Принцип системного подхода, таким образом, исключает изолированное
решение взаимосвязанных задач в отрыве от общей организации лесов, и методов управления и разработку рекомендации по их совершенствованию.
Принцип непрерывности заключается в систематическом, целенаправленном и обоснованном совершенствовании системы управления всем лесопромышленным производством. Он исключает полностью компанейский (разовый) подход к решению всех задач совершенствования существующей системы
управления. Внедрение системы информационно-оперативного диспетчерского
управления лесопромышленным предприятием преследует цель – выполнение
коренных изменений в действующей системе управления, предполагая при
этом, глубокий анализ сложившихся и ставших традиционными структуры, и
методов управления и разработку рекомендации по их совершенствованию.
Опыт совершенствования действующих систем управления лесопромышленным производством, в том числе транспортно-грузовыми процессами
его, на базе информационно-оперативного диспетчерского управления [8 – 12]
показывает необходимость его поэтапного внедрения.
На первом этапе служба диспетчерского управления осваивает выполнение следующих функций: организация и поддержание стабильной двухсторонней связи руководителей, ведущих специалистов, производственных подразделений; периодический сбор и систематическая обработка необходимой информации; информации; передача исполнителям распоряжений руководства и ведущих специалистов и контроль за их выполнением.
На втором этапе происходит освоение функции контроля за выполнением всех технологических и транспортно-грузовых процессов., за техническим
состоянием и использованием средств механизации и автоматизации, за реализацией (отгрузкой) готовой продукции потребителям. При этом диспетчерская
служба как самостоятельное управленческое звено организует и участвует в
работе производственно-технических совещаний, призванных вырабатывать
необходимые решения по взаимоувязке текущих организационно-технических
вопросов.
На третьем этапе диспетчерская служба становится полноправным и
основным звеном системы оптимального управления лесопромышленным производством. В этом случае на главного (старшего) диспетчера возлагается выполнение прав и обязанностей заместителя руководителя предприятия (а порой
даже руководителя) по управлению производством. На этом этапе становится
возможным целесообразное перераспределение функций между специалистами
системы управления, появляется необходимость рационального совмещения
27
некоторых функций, приводящая к исключению дублирующих операций и сокращению аппарата управления.
Характерной особенностью данного этапного внедрения диспетчеризации управления является то, что каждому этапу соответствует определенная
техническая оснащенность. Так на первом и втором этапах предполагается наличие средств телефонной громкоговорящей и радиосвязи, различных информационных журналов и диспетчерского пульта управления, размещенного в
наиболее подходящем производственном помещении (например в кабинете начальника лесного склада), а на третьем этапе, помимо всего перечисленного,
необходимо, прежде всего, наличие специального диспетчерского пункта с
пультом управления, современных средств телеконтроля, телесигнализации и
оргтехники, устройства сбора, обработки и наглядного отображения оперативной производственной информации и даже различного уровня ЭВМ.
2.3 Метод стадийности и этапности управления
транспортно-грузовыми процессами
В управлении транспортно-грузовым комплексом на основе информационно-оперативной диспетчеризации решающую роль также играет человекруководитель (человек-оператор) - диспетчер, который принимает необходимое
решение в пределах своих полномочий (обязанностей) и несет ответственность
за их реализацию. При этом диспетчер должен иметь соответствующий уровень
подготовки, так как решение производственных вопросов требует интуиции,
умения анализировать, делать выводы, имея в виду, что и модели, и результаты
обработки информации сами по себе не могут давать определенных решений
(действии). Диспетчер, как руководитель обязан критически рассматривать исходные данные (полученную информацию) и предположения (результаты обработки информации) и принимать решение по управлению., не только в соответствии с предполагаемыми рекомендациями, полученными в результате обработки (на ЭВМ), но и в соответствии с реальной действительностью, со здравым смыслом и логикой суждений. Таким образом, процесс управления в данном случае делится на четыре стадии.
Первая стадия - уяснение задач транспортно-грузового комплекса, его
звеньев, компонентов и составляющих, оценка сложившейся реальной ситуации.
Вторая стадия - выработка и принятие решения.
Работа на первой и второй стадиях осуществляется аппаратом управления лесопромышленного предприятия. Решение вырабатывается в виде специального документа технико-технологического задания на выполнение транспортно-грузовых операций (например, транспортировка древесины с лесосеки
на лесной склад).
Третья стадия - разработка конкретных детальных мероприятий, направленных на выполнение какого-то определенного решения, которые могут уточ-
28
няться и даже пересматриваться заново в любой момент времени при изменении реальной ситуации протекания транспортно-грузового процесса.
Четвертая стадия - доведение разработанных конкретных мероприятий до
непосредственных исполнителей транспортно-грузового комплекса, контроль
за их выполнением и корректирование в ходе выполнения.
При разработке конкретных детальных мероприятий управления, направленных на обеспечение рационального действия транспортно-грузового комплекса (совершенствование его функционирования), необходимо учитывать,
что время, затрачиваемое подвижным составом и механизмами обслуживающими его, на выполнение каждого этапа цикла любого транспортно-грузового
процесса является случайной величиной, закономерность распределения которой можно предварительно определить исходя из специфики лесопромышленного производства [6]. Однако, хорошо зная в отдельности характеристики каждого этапа цикла транспортно-грузового процесса, нельзя составить целостное представление о нем без анализа взаимосвязи его этапов.
В установленной технологической последовательности любого ТГП первым является этап погрузки, а последним этап разгрузки. Ограничения, связанные с технологическим процессом, к которому привязан данный ТГП, приводит к тому, что синхронизация пунктов погрузки и выгрузки лесных грузов
должна принимать конкретные значения.
Например, если прибытие лесовозных автопоездов в пункт погрузки (лесосека) описывается как пуассоновский случайный процесс с параметром λ , а
время обслуживания имеет произвольное распределение с интенсивностью обслуживания µ 0 , то среднее время ожидания в очереди, согласно формуле Поллачека - Хинчина будет [14]
t ож =
ρ 2 + λσ (t )
,
2λ (1 − ρ )
(19)
где σ 2 (t ) - дисперсия времени обслуживания транспортных единиц (лесовозных автопоездов);
ρ - параметр распределения.
Учитывая, что при постоянном времени обслуживания σ 2 (t ) =0, а при эрланговском распределении σ 2 (t ) = 1 / µ 0 , изменение закономерности распределения времени обслуживания приводит к изменению продолжительности ожидания подвижным составом погрузочно-разгрузочных операций.
Вполне очевидно, что простои подвижного состава лесовозного транспорта в ожидании погрузочно-разгрузочных операций можно сократить также
за счет изменения закономерности распределения входящего потока лесовозных автопоездов в пункты погрузки (лесосека) и разгрузки (лесной склад).
Таким образом, одно из мероприятий, направленных на сокращение непроизводительных простоев лесовозного подвижного состава без увеличения
простоев погрузочно-разгрузочных механизмов, является изменение закономерности распределения входящего потока лесовозных автопоездов и времени
их обслуживания - управление транспортно-грузовым процессом. В данном
случае под управлением понимается возможность оказывать воздействие на
29
отклонения (с помощью технических средств диспетчерской службы) с целью
устранения нежелательных состояний транспортно-грузового процесса или с
целью компенсирования отклонений между провозной возможностью лесовозного транспорта и потребностями пунктов потребления лесных грузов. Движение лесовозных автопоездов и других единиц лесовозного подвижного состава
по определенному маршруту представляет собой процесс марковского типа
[15]. При этом вероятности, соответствующие различным состояниям транспортно-грузового процесса в любой заданный момент времени, зависят от непосредственно предшествующего ему состояния. Следовательно, управление
транспортно-грузовыми процессами лесопромышленных производств заключается в поддержании заданных закономерностей распределения входящих потоков лесовозного транспорта в пунктах погрузки-разгрузки и времени обслуживания его в этих пунктах или увеличении интенсивности функционирования
отдельных составляющих (компонентов) транспортно-грузового комплекса.
2.4 Алгоритм качества управления транспортно-грузовыми процессами на
основе информационно-оперативной диспетчерской службы
В период разработки и внедрения различных систем диспетчерского
управления лесопромышленным производством таких предприятий, как Горяче-Ключевской и Псебайский лесокомбинаты, Первомайский, Игирминский и
Собинский леспромхозы, глубокому исследованию и анализу подвергались
транспортно-грузовые процессы их с точки зрения повышения эффективности
функционирования за счет совершенствования систем управления, или путем
оснащения последних современными техническими средствами связи, оргтехники, телеконтроля и телесигнализации [8 – 12]. При этом для повышения эффективности и качества управления транспортно-грузовыми процессами была
изучена возможность изменения закономерности распределения входящего потока лесовозных автопоездов в пункт разгрузки (лесной склад) или погрузки
(лесосека) путём управления положением на маршруте (n+1) автопоезда по отношению к n автопоезду. В дискретном пространстве состояний, каким является данный транспортно-грузовой процесс, место положения отдельных единиц
лесовозного автотранспорта на маршруте изображалось отдельными точками.
В период наблюдения за функционированием основного транспортногрузового процесса лесопромышленного производства (процесса вывозки древесины от места заготовки на лесной склад) оценивались значения координат
всех работающих в транспортно-грузовом комплексе предприятия лесовозных
автопоездов, т.е. фиксировалось множество состояний данного процесса, включающего все различимые состояния их местоположений (автопоездов). При
этом каждый лесовозный автопоезд был оборудован мобильной радиостанцией,
т.е. имел постоянную и непрерывную связь с диспетчерским пунктом.
Под воздействием внешних управляющих сигналов (автодорога и ее состояние) каждый лесовозный автопоезд может принимать лучшее местоположение на маршруте (в определенном смысле), чем он принимал бы при отсутствии таких внешних управляющих воздействий. Лучшее местоположение ле-
30
совозного автопоезда прежде всего достигается путем изменения водителем
земпа скорости движения последнего. Управляющие воздействия –на n+1-й и
автопоезд вместе с этим могут изменяться в результате получаемой водителем
информации от диспетчера о местоположении n-го и n-1-го автопоездов.
Предположим, что в помощь диспетчеру системы управления движением
лесовозного транспорта включено какое-то управляющее устройство на определенном участке маршрута. Поскольку заранее неизвестны все данные, необходимые для того, чтобы управляющее устройство выдавало информацию о
последовательности управляющих воздействий в виде какой-то программы
управления, что формирование управляющих воздействий должно быть организованно в этом управляющем устройстве на основании информации об обстановке, складывающейся при функционировании ТГП.
В любом транспортно-грузовом процессе, в том числе и лесопромышленного производства, основным возмущающим фактором является интервал
времени между последовательно движущимися единицами транспорта - Jx. Поэтому задача управления состоит в том, чтобы поддерживать интервал движения Jx близко к заданному (расчетному) интервалу Jx. При этом водитель лесовозного автопоезда должен увеличить скорость движения, если, или уменьшить
ее в противоположном случае, а управляющее устройство контролирует отклонение Jx от J0.
Алгоритм управления в данном случае состоит в преобразовании
U = P( J x , J 0 ) ,
(20)
где Р- оператор, сопоставляющий различные комбинации значений Jx и J0
определенным значениям U (информации текущего состояния).
Для экспериментальной проверки влияния управления на изменения закономерности распределения потока лесовозных автопоездов (Горячееключевской лесокомбинат, Краснодарский край) управляющее устройство было изготовлено в виде трёхсекционного светофора и установлено на выходе лесовозов с лесовозной дороги на автодорогу общего пользования. При этом указания светофора соответствовали:
положение - 1 - нижний сигнал (красный цвет) - уменьшить скорость
движения, задержать на некоторое время выход автопоезда на дорогу общего
пользования;
положение - 2 - средний сигнал (жёлтый цвет) - нормальная скорость
движения, можно выходить на дорогу общего пользования без задержки;
положение - 3 - верхний сигнал (зелёный цвет) - с выходом на дорогу общего
пользования следует увеличить скорость движения автопоезда.
Данное управляющее устройство работало следующим образом. После
проезда n- го лесовозного автопоезда, т.е. с выходом последнего (в гружёном
состоянии следует на лесной склад) на автодорогу общего пользования, любое
положение управляющего устройства переключается в положение 1, в котором
находится определённое фиксированное время, закладываемое в него (управляющее устройство) в зависимости от запланированного (расчётного) интервала движения автопоездов. Например за 5 секунд до истечения данного интервала Jо, если не подъехал n+1 - и лесовозный автопоезд, управляющее устройство
31
переключается в положение 2. В данном положении (положение 2) управляющее устройство находится до 30 секунд, показывая, что в этом случае n+1-й - и
лесовозный автопоезд должны двигаться с установившейся для него скоростью. Если за этот промежуток времени не подойдёт n+1-й автопоезд, то
управляющее устройство переключается в положение 3, показывая, что n+1-й
лесовозный автопоезд должен увеличить установившуюся для него скорость
движения. Качество управления связано со степенью неопределённости (энтропией) H(Jx) управляемой величины Jx. При J X ≡ J 0 энтропия Jx=0.
Когда под действием какого-то возмущения м величина Jx изменяется,
то и изменяется её энтропия Н(Jx). При наличии сигналов управления неопределённость управляемой величины равна энтропии H(Jx) и степень уменьшения
неопределённости определяется как
H ( J X ) − H ( J X / U ) = J (u , J X ) ;
(21)
и
H ( J X / U ) ≥ H ( J X ) − H (u ) .
(22)
Равенство достигается только тогда, когда оптимальная система управления, положим информационно-оперативная диспетчерская, точно определяет,
какое отклонение получает величина Jx под действием случайных возмущений
М, и совершенно точно вырабатывает нужный сигнал (точную информацию)
коррекции u.
Введение системы информационно-оперативного диспетчерского управления транспортно-грузовым комплексом лесопромышленного производства,
как показали выполненные исследования, делает транспортно-грузовые процессы в некоторой степени саморегулируемыми. Но саморегулируемые или
приспосабливающиеся процессы рассчитаны на то, чтобы изменять параметры
функционирования при проявлении новой обстановки [16]. Поэтому саморегулируемые транспортно-грузовые процессы должны обладать свойством адаптации, т.е. приспосабливаться к заранее непредвиденным изменениям внешних
и внутренних условий работы лесопромышленных производств.
2.5 Подготовка и реализация информационных данных о функционировании транспортно-грузовых процессов в системе информационнооперативного диспетчерского управления
Большое значение на эффективность управления транспортно-грузовыми
процессами лесопромышленных производств с помощью CИОДУ имеет подготовка необходимых информационных данных для составления алгоритмов
графиков движения находящихся в работе единиц лесовозного подвижного состава. В качестве доказательства, что это не простая проблема, могут послужить два следующих примера.
Основной информацией, необходимой для составления графиков движения, является минимальное время проследования τ 1 транспортной единицы (лесовозного автопоезда) из пункта j (лесосека) в пункт i (лесной склад) для всех
пар:
32
(i, j ) ∈ J × J .
(23)
Эти данные могут быть подготовлены на основании следующей (первичной) исходной информации: структуры дорожных транспортных, качества и
протяжённости отдельных участков её, максимальной скорости движения
транспортных единиц в зависимости от качества (состояния) дорог, нагрузки на
рейс, видимости и т.п. Используя эту информацию в ходе установить наиболее
кратчайшую (по времени проследования) трассу Si,j между пунктами i и j, чтобы далее определить значение τ i , j .
Другим примером, иллюстрирующим трудности, с которыми приходится
встречаться при обеспечении необходимых для составления графиков движения, пусть будет проблема определения α1 (t ) количества транспортных единиц
(лесовозных автопоездов), находящихся в пункте i (на лесном складе), i=1,
2,...,J, которые можно использовать для выполнения необходимого объёма вывозки древесины.
Первичной информацией в данном случае может быть текст сообщений,
касающихся местонахождения единиц лесовозного транспорта или изменения
их технического состояния, не позволяющего использовать эти единицы для
вывозки древесины в следующем периоде. При этом с подготовкой данных
возникают трудности технического порядка - необходимость передачи информации в достаточно короткий срок из произвольного пункта (какого-то производственного подразделения и точки его) в пункт сбора информации (пункт
диспетчерской службы), и трудности организационного характера необходимость внедрения навыка передачи сообщений об изменении местонахождения (места стоянки) или технического состояния единиц подвижного состава и механизмов, обслуживающих их, немедленно после возникновения этого факта.
Необходимым в данном случае является также установление формы и
содержания передаваемых сообщений. Они должны быть по возможности
краткими, одновременно насыщенными важными (первостепенными) сведениями и однозначно понимаемыми. Кроме того, необходимо обеспечить интегрирование полученной информации для установления значения α1 (t ) . Эта, последняя, операция является типовой для систем обработки информационных
данных в обычном понимании.
Проблеме подготовки информационных данных, необходимых для построения графика движения единиц подвижного состава лесовозного транспорта, в работе системы информационно-оперативного диспетчерского управления
(СИОДУ) должно уделяться особое внимание. Более того, реализацию (внедрение в производство) СИОДУ необходимо начинать с налаживания и внедрения
системы сбора и подготовки информационных данных, а затем уже переходить
к проблеме обработки этих данных с целью последующего использования для
управления транспортно-грузовыми процессами.
Таким образом, проблема подготовки информационных данных для построения графика движения единиц подвижного состава лесовозного транспор-
33
та, как легко заметить, делится на столько проблем, сколько видов информационных данных должно быть для этого подготовлено.
Классный и групповой принцип деления проблем подготовки информационных данных. В целом проблемы подготовки информационных данных можно
разделить на два класса. К первому относятся проблемы подготовки таких данных, которые произвольно изменяются или которые можно подготовить заранее (до момента, в котором они будут использоваться) -с большим опережением по времени. Ко второму классу относятся проблемы подготовки быстро изменяющихся данных, которые не могут быть заранее подготовлены и которые
должны быть немедленно использованы в управлении, так как за очень короткий период времени они перестанут быть актуальными.
Примером проблемы, относящейся к первому классу, является определение минимального времени следования;) единицы подвижного состава из пункта j в пункт i, а ко второму - определение значения α1 (t ) . Совершенно очевидно,
что данные α1 (t ) нельзя подготовить заранее; они теряют своё значение по истечении короткого периода времени независимо от факта их использования.
При этом принято информационные данные, относящиеся к первому классу,
называть постоянными, а ко второму классу переменными, значение которых
может быть установлено в какое-то определённое реальное время. Следовательно, такое деление проблем подготовки информационных данных на классы
осуществляется как бы с точки зрения характера изменения их во времени.
Проблемы, связанные с подготовкой информационных данных, можно
также разделить на две группы с точки зрения вида трудностей, возникающих
при их решении. Первую группу образуют проблемы, в которых основную
трудность представляют вопросы организационного характера, а вторую - проблемы, в которых основная сложность состоит в решении формальных вопросов с математической точки зрения. Проблему определения значения α1 (t ) в таком случае можно отнести к первой группе, а проблему определения τ i , j ко
второй (в последнем случае главной трудностью является способ установления
кратчайшего пути).
В связи с тем, что ко второй группе относятся, кроме того, проблемы определения (построения)графика движения единиц лесовозного транспорта,
главной, в данном случае, необходимо считать проблему относящуюся к первой группе. Так как проблема подготовки информационных данных в определённое реальное время наиболее сложна, рассмотрим более подробно этот случай на примере подготовки информации о значении а,{0, т.е. информацию о
количестве единиц лесовозного транспорта, находящихся в момент t в пункте
i=1,2,..., τ (количество единиц подвижного состава находящихся в системе обслуживания на территории лесного склада лесопромышленного предприятия).
С этой целью введём обозначения:
t0- момент начала разработки графика движения единиц лесовозного
транспорта;
τ i - период времени, необходимый для передачи сообщений из пункта j в
центральный пункт сбора информации или передачи распоряжения из цен-
34
трального пункта управления движением единиц лесовозного транспорта в
пункту j (в данном случае, считаем, что центральный пункт сбора информации
и, центральный пункт управления движением единиц лесовозного транспорта
находятся в одном месте, т.е. в специально созданном помещении -пункте информационно-оперативной диспетчерской службы лесопромышленного предприятия);
τ - период времени, необходимый для разработки графика движения единиц лесовозного транспорта на определённый рабочий период (смену, сутки).
Если через α1 (t ) обозначить количество единиц лесовозных автопоездов,
годных (готовых) для вывозки древесины в момент времени t, а через α~i (t ) - информацию, которая имеется об этой величине в момент времени t то разность
α~1 ( t ) − α 1 ( t )
(24)
выражает степень утери актуальности α~i (t ) .
Это значит, что приступая в момент времени t0 к разработке графика движения единиц лесовозного транспорта, мы располагаем информацией α~i ( t0 ) ,
которая отображает состояние и местонахождение единиц лесовозного транспорта в момент t 0 − τ i :
α~i (t 0 ) = α i (t 0 − τ i )
(25)
После разработки графика движения в момент t 0 + τ диспетчер (человекруководитель-оператор системы управления) передаёт на основании его (графика) соответствующие распоряжения для транспортных единиц (лесовозных
автопоездов), находящихся в различных производственных точках, и систем их
обслуживания, до которых эти распоряжения придут в моменты t 0 + τ + τ i :.В эти
моменты актуальное (действительное) состояние и место – расположение единиц лесовозного транспорта выражается значениями α i ( t0 + τ + τ i ) .
В результате распоряжений, разработанных на основании состояния
транспортно-грузового процесса α i ( t 0 − τ i ) в момент ( t 0 − τ i ) (отработанная информация), будут реализованы в момент t 0 + τ + τ i ,в который состояние данного
процесса будет α i ( t 0 + τ + τ i ). Если в результате обработки полученной информации интервал времени ( t 0 + τ + τ i ) окажется слишком большим, то может случиться, что выработанные решения (распоряжения) уже не могут быть выполнены, т.к. количество единиц лесовозного транспорта аi за это время уменьшилось. Такое состояние может привести к тому, что авторитет и эффективность
центрального диспетчерского пункта управления функционированием данного
транспортно-грузового процесса будут подорваны.
Способы реализации выработанных информационных данных. Значительное снижение (даже исключение) приведенных выше отрицательных результатов запаздывания выдачи выработанных информации в системе управления транспортно-грузовыми процессами может быть достигнуто или путем
блокировки возможностей изменения состояния α i (t ) за время t 0 − τ i до t 0 + τ + τ i ,
или путем снижения отрицательных факторов запаздывания при передаче выработанной информации.
35
Первый способ можно реализовать с помощью административных мер,
которые сводятся к запрещению использования единиц лесовозного транспорта
без разрешения центрального пункта систем ИОДУ: тем самым будет обеспечиваться справедливость следующего равенства:
α i ( t 0 + τ + τ i )= α i t 0 + τ i ,
(26)
гарантирующего реальную возможность реализации распоряжений (выработанных информации) центрального пункта СИОДУ. Таким образом, этот способ приводит в конечном итоге к тому, что низшие звенья лишаются возможности принятия любых серьезных решений, и все они сосредоточиваются в одном центральном пункте системы управления, который вынужден заниматься
решением и мелких проблем в управлении транспортно-грузовым комплексом
лесопромышленного производства, т.е. в результате приходим к полной и безусловной выработки и реализации всех решений (информации) управления.
Второй способ заключается в уменьшении отрицательных результатов
запаздывания передачи выработанной информации без лишения низших звеньев системы управления права выдачи соответствующих распоряжений единицам лесовозного транспорта для реализации локальных заданий (однако при
гарантии первоочередной реализации распоряжений, выданных с центрального
пункта системы управления). Вместе с этим, этот, второй, способ реализации
выработанных решений, состоит в: уменьшении запаздывания за счет внедрения в систему управления средств быстрой передачи выработанных решений
(уменьшение времени τ i ), механизации и автоматизации работ по планированию (уменьшение значения τ ) и предвидении изменения состояния α i (t ) в пе≈
риод 2τ i + τ ) и в использовании для планирования информации α( t0 ) , являющейся прогнозом значений α i ( t 0 + τ + τ i ).
Действенность второго способа заключается в том, что решения разрабатываются на основе информации α~i (t0 ) , являющейся прогнозом состояния
α i ( t 0 + τ + τ i ), составленным на основе информации α~i (t 0 ) описывающей состояние α i ( t 0 − τ i ).
В частном случае, если можно было, например, безошибочно прогнозировать состояние α i ( t 0 + τ + τ i ), т.е. если бы было справедливо равенство
α~i − α i ( t 0 + τ + τ i )=0 ,
(27)
то централизованное управление (СИОДУ) было бы безошибочным, позволяя
одновременно низшим звеньям своим принимать локальные решения, уточняющие реализацию центральных распоряжений и приспосабливая их к измененным условиям функционирования ТГК лесопромышленного предприятия.
Установление содержания информации и способа его запоминания. Немаловажной проблемой для оптимальных систем управления транспортногрузовыми процессами (СИОДУ), наряду со сбором, обработкой и подготовкой
информационных данных, является установление содержания поступающей
информации и способа запоминания их содержания.
36
Например, система управления (СИОДУ) может действовать, опираясь на
сообщения (информации), передаваемые транспортно-грузовыми подразделениями лесопромышленного предприятия, включающая номер единицы лесовозного транспорта и местонахождение ее в момент отправления из соответствующего пункта прибытия в пункт назначения.
Место нахождения какой-то единицы лесовозного транспорта может
быть определено номером пункта i=1,2,...,J, в котором она была нагружена или
разгружена, или парой (i, j ) ∈ J × J , характеризующей какую-то определенную
трассу лесовозной дороги предприятия, по которой движется (находится) данная транспортная единица.
На основании проведенных исследований [8…12] можно с полной уверенностью сказать, что в центральном пункте сбора информации (центральный
пункт СИОДУ) должна вестись картотека единиц лесовозного транспорта, определяющая в любое время работы их действительное место пребывания (нахождения). Непрерывно обновляемая поступающими сообщениями (информацией с различных производственных участков), такая картотека (стенды, панно) служит основой для составления сводок αi , определяющих количество единиц лесовозного транспорта, находящихся в отдельных пунктах под погрузкой
и разгрузкой и в движении на каких-то участках трассы лесовозной дороги.
Другим способом может быть двуступенчатый способ подготовки информационных данных, при котором сообщения (информация) передаются в
местные (промежуточные) пункты сбора информации, лесопункты крупных лесопромышленных предприятий, где составляются соответствующие сводки, а в
центральный пункт сбора информации идут сведения, включающие номер
пункта и актуальное (действительное) значение α i (t0 ) .
Очевидно, что этот, второй, двухступенчатый способ подготовки информации не требует введения средств автоматической обработки полученных информационных данных и может быть реализован обычным методом в противоположность первому способу, который при большом количестве поступающих
сообщений (информации) требует обязательного наличия в системе управления
как транспортно-грузовым комплексом, так и всем производственнотехнологическим процессом лесопромышленного предприятия ЭВМ различного уровня.
Обеспечение актуальности информационных данных. Проблема обеспечения актуальности информационных данных возникает тогда, когда диспетчерская служба требует оперативного управления (непрерывного и в реальное
время). При этом система управления должна обеспечивать по возможности
более эффективное функционирование транспортно-грузовых процессов. В
этом случае решения управленческого характера должны приниматься с определенным горизонтом времени Т, называемым горизонтом предварительной
подготовки информационных данных. Так, например, график движения единиц
лесовозного транспорта на вывозке древесины (лесовозных автопоездов), составленный в период tо, охватывает период времени от t0 до t0+∆T. Это не означает, конечно, что такие графики составляются через каждый период Т. Вместе
37
с этим такие графики следует составлять на каждый период обновления ∆T, который, как правило, должен быть значительно меньше периода Т (внезапное
изменение числа единиц подвижного состава лесовозного транспорта - уменьшение, по причине поломок, аварий и т.п.)
Повышение актуальности (необходимости) графика движения транспортных единиц заключается фактически в составлении (разработке) нового
графика за период T, учитывающего изменение реальной ситуации и степень
реализации действующего до этого графика движения. Таким образом, оперативное управление в данном случае заключается в так называемом шаговом
способе предварительной подготовки информационных данных Т с длиною
«шага» ∆T.
Применяемые в настоящее время формы управления транспортногрузовыми комплексами [14] заключаются обычно в разработке графика движения транспортных единиц на период Т и через каждый период ∆T=Т. Такая
форма соответствует потребностям транспортно-грузовых процессов в том
случае, когда за период Т происходят какие-то незначительные изменения (в
частности, не изменяются потребности в транспортных единицах), что обновление графиков движения не вызывается необходимостью, а потребности на
вывозку древесины поступают на стыках соседних периодов предварительной
подготовки информационных данных.
Однако необходимо учитывать, что чем меньше значение Т, тем меньше
возможности оптимизации и совершенствования управления транспортногрузовыми процессами, в частности, оптимизации использования транспортных единиц.
Если мы хотим избежать такой невыгодной, негибкой системы управления функционированием какого-то транспортно-грузового процесса, необходимо введение непрерывности предварительной подготовки информационных
данных, заключающейся в том, что в каждый момент появления новой потребности на вывозку древесины должен составляться новый график движения на
ближайший период Т.
Если интервалы времени между поступлениями очередных потребностей
(заявок, информаций) обозначить символом ∆T, то непрерывная предварительная подготовка необходимых информационных данных есть шаговая процедура, в которой длина шага Т– величина переменная, причем случайная переменная.
Очевидно, непрерывная предварительная подготовка необходимых информационных данных значительно более трудоемка, чем подготовка их с шагом ∆T=T, однако она обеспечивает быструю реакцию системы управления на
потребности объемов вывозки древесины, не требуя затруднительного прогноза
их. Введение такой системы управления в совершенствование транспортногрузового комплекса требует, как правило, автоматизации операций по непрерывной подготовке информационных данных, которые могут быть выполнены
при наличии ЭВМ в системе информационно-оперативного диспетчерского
управления. При этом необходимо помнить, что длительное время передачи
информации в системах управления приводит к увеличению ошибки прогноза
38
и к тому, что решения (выработанная информация) получаются неточными и
зачастую невыполнимыми. В случае частых отмен ранее принятых решений
может произойти дезорганизация в работе транспортно-грузового комплекса,
что может привести к результату, противоположному повышению эффективности его функционирования.
Управление аварийными ситуациями в транспортно-грузовом комплексе.
В реальных условиях функционирования транспортно-грузового комплекса лесопромышленных производств его система управления должна быстро и четко
реагировать на возникновение всякого рода аварийных ситуаций как в лесовозном подвижном составе ,так и в механизмах, его обслуживающих. При этом
основной задачей системы управления (например СИОДУ является нивелирование результатов «выпадения» из движения единиц лесовозного транспорта и
из погрузочно-разгрузочных операций соответствующих машин и механизмов,
удовлетворение неотложных транспортно-грузовых потребностей, возникших в
результате исключения по различным причинам из транспортно-грузового
процесса транспортных единиц и погрузочно-разгрузочных механизмов. Такая
ситуация приводит к необходимости содержания в ТГК определенного резерва
единиц подвижного состава лесовозного транспорта, актуальное размещение
которых определено значениями α i (t0 ) .
Управление подобными ситуациями в диспетчерских службах лесопромышленных предприятий должно осуществляться также оперативно, т.е. система управления должна быть готова к возникновению аварийных ситуаций в
любое реальное время.
Дежурный (сменный) диспетчер СИОДУ транспортно-грузовым комплексом распоряжается определенным количеством резервных единиц лесовозного подвижного состава и всеми средствами скорой технической помощи
предприятия, с таким расчетом. В зависимости от сложности аварийной ситуации, он в любое реальное время может ввести в транспортно-грузовой процесс
необходимое количество единиц лесовозного транспорта или послать в соответствующую точку производственной территории предприятия необходимую
техническую помощь.
3 Эргономические основы совершенствования управления
транспортно-грузовыми процессами лесопромышленных
производств
В двух предыдущих разделах значительное внимание было уделено проблеме совершенствования управления транспортно-грузовыми процессами лесопромышленных производств на основе создания оптимальных автоматизированных систем подъёмно-транспортными устройствами и на основе систем информационно-оперативного диспетчерского управления. При этом была показана значительная роль человека-оператора-диспетчера в повышении эффективности функционирования транспортно-грузовых процессов.
39
Основной целью данного раздела является более деятельное рассмотрение роли человека в совершенствовании управления транспортно-грузовыми
процессами лесопромышленных производств.
Известно, что основной наукой, изучающей человека (группу людей) в
условиях его взаимодействия с машиной, механизмом или другими техническими средствами в процессе выполнения определённой трудовой деятельности, является эргономика. При этом в эргономике человек, машина, устройство
и среда, в которой они функционируют, рассматриваются как единая целостная
система со сложными взаимодействиями.
Изучение в этих условиях человеческих факторов позволяет разработать
методы и рекомендации по их учёту при создании и эксплуатации техники и
систем управления ею, обеспечить благоприятные условия труда на рабочем
месте и тем самым способствовать повышению эффективности функционирования человеко-машинных систем и процессов, в которых они играют ведущего роль [17].
В связи с тем, что в качестве основного объекта исследований в эргономике выступает система человек-машина-среда (СЧМС) с её характерными
свойствами, то эти свойства получили название человеческих факторов, которые представляют собой интегральные характеристики связи человека и машины (системы управления или какого-то технического средства), проявляющиеся
в конкретных условиях их взаимодействия при функционировании системы,
связанной с достижением конкретных целей, поставленных перед ней.
В связи с тем, что основным составляющим транспортно-грузового процесса является некоторое количество взаимосвязанных систем человек-машина
(в дальнейшем мы их будем называть подсистемами), эргономические основы,
вполне понятно, должны быть определяющими в совершенствовании (оптимизации, повышения эффективности) управления ими.
3.1 Основные понятия об эргономических системах
Системой называют множество взаимосвязанных элементов, каждый
из которых связан с каждым другим элементом, так что любые два подмножества этого множества не могут быть независимыми. Ограничение количества
элементов входящих в систему, во многом зависит как от объективных факторов (объём производства, объём вывозки и т.д.), так и от субъективных, понимаемых в том смысле, что исследователь сам выбирает границу этого количества в зависимости от целей конкретного задания. Элементами системы могут
быть объекты или понятия, а также сочетания этих объектов и понятий. Систему, все элементы которой есть объекты, принято называть физической.
Эргатической системой называется любая физическая система, в той
или иной степени зависящая от участия в ней человека [18].
С точки зрения теории управления эргатическая система представляет
собой совокупность объектов управления (ими могут быть не только машины,
технические устройства, но и люди), с которыми взаимодействует человек,
осуществляющий функции управления (в нашем случае – это диспетчер ин-
40
формационно-оперативного диспетчерского управления транспортно-грузовым
процессом). Эргатические системы, как правило, являются системами управления, в которых в качестве решающего и управляющего «звена» используется
человек (оператор системы автоматизированного группового управления ПТУ
или диспетчер СИОДУ).
Система «человек-машина» - широко используемое понятие, состоящее
из человека-оператора и машины, посредством которой оператор осуществляет
трудовую деятельность - выполняет поставленную на соответствующем участке производства цель. Машиной (объектом управления) в системе «человек машина» называют совокупность технических средств, используемых человеком-оператором в процессе его деятельности. Система «человек-машина»
есть эргатическая система, в которой человек-оператор управляет машиной, в
то время как в эргатической системе в широком смысле человек может управлять и другими людьми, в свою очередь управляющими машинами.
Вместе с этим процесс целенаправленного преобразования в эргатической системе предмета труда можно назвать эргатическим. Предметом труда в
эргатическом процессе является любой объект, с которым человек-оператор
взаимодействует на протяжении определённого периода времени и при определенных условиях с целью изменения его свойств.
Итак, эргатический процесс предполагает знание человеком, действующим в эргатической системе, цели своих действий. Кроме того, в эргатической
системе человек должен обладать определёнными навыками, с помощью которых он может выполнить поставленную перед системой задачу. При выполнении этих условий можно говорить о человеке в эргатической системе как о человеке операторе [19].
«Человек-оператор» - человек осуществляющий трудовую деятельность,
основу которой составляет взаимодействие с предметом труда, машиной, техническим устройством (ПТУ), другими людьми (обслуживающим персоналом
машин ) и внешней средой через посредство информационной модели и органов управления (в нашем случае опять же оператор САГУ и диспетчер
СИОДУ)
41
Рис. 4 Обобщённая схема моноэргатической системы
Эргатические системы в общем можно подразделить: по числу операторов, степени непрерывности участия оператора в работе системы и виду связи
оператора с объектом управления. В свою очередь, эргатические системы по
числу операторов могут быть: моноэргатические и полиэргатические.
y(t)
x(t)
об
U(t)
ε (t )
lm
l2
Um-1(t)
U2(t)
l1
U1(t)
Рис. 5 Обобщённая схема полиэргатической системы
с m операторами
Обобщённая моноэргатическая система, представленная на рис.4, имеет:
объект воздействия или управления (1); человека-оператора с его центральной
нервной системой (2); эффектор, орган человека-оператора, воздействующий
на управляемый объект (3); рецептор, биологический датчик, с помощью которого человек-оператор получает информацию о состоянии объекта (4); индикатор, с помощью которого человек-оператор может наблюдать за состоянием х(t)
42
объекта и своими действиями (5), а также сравнивать текущее состояние х(t)
объекта с заданным хвх(t) и делать управляемый объект наиболее наблюдаемым;
исполнительный механизм с помощью которого в объект вводится управляющее воздействие осуществляется (управление) u(t) эффектора (6); вспомогательный механизм, с помощью которого человек-оператор может принимать
правильные решения при наличии на его «входе» альтернативной ситуации (7),
вместе с этим вспомогательный механизм призван усилить (или заменить) центральную нервную систему в некоторых случаях.
Моноэргатические системы составляют большую долю эргатических
производственных систем (процессов), и поэтому они наиболее часто становятся объектом исследования.
Полиэргатическая система, или многооператорная обобщённая схема, которой представлена на рис.5; организована иерархически, т.е. каждый более
высокий уровень состоит из систем низшего уровня. Концепция уровня системы важна потому, что подсистемы более высшего порядка могут иметь свойства (например, сложность, зависимость), не присущие подсистемам низшего
уровня. Очевидно, что взаимодействие между различными уровнями системы
оказывает значительное влияние на функционирование всей системы в целом.
Одной из главных особенностей полиэргатической производственной
системы является то, что в информационном смысле люди-операторы её находятся в последовательной связи. В то же время при создании полиэргатических
систем недостаточно учитывать лишь последовательность связи операторов,
хотя такой учёт необходим. Если моноэргатическая система управляется индивидуумом, то полиэргатическая система управления – как бы коллективом. В
самом деле, коллектив - это совокупность людей, объединённых общей целью и
корректирующих свою деятельность в соответствии с целью системы, в которую они входят в качестве управляющих звеньев. В полиэргатической системе часто можно выделить отдельные моноэргатические производственные
системы, в какой-то степени зависимые друг от друга. Как видно из рис.5, в
обобщённой схеме полиэргатической системы люди-операторы представлены
индексами 1,2,...,m (эти индексы означают номера операторов), Um(t) - выходной сигнал m-го оператора, U(t) - управляющий сигнал системы, х(t) -выходной
сигнал системы (координата), y(t)- задающий сигнал, ε (t ) - сигнал ошибки.
По степени непрерывности участия оператора в работе эрратических
производственных систем они подразделяются на два вида. Эрратические системы, в которых человек оператор не принимает непосредственного участия в
выполнении этой системой своей задачи, а осуществляет лишь функции контроля, поиска или восстановления принято называть эрратическими системами
первого рода. Эрратическими системами второго рода называют такие системы, в которых человек-оператор осуществляет функции непосредственного
управления выполнением системой своей задачи.
В свою очередь, эрратические производственные системы первого рода
могут быть: контрольные эрратические системы; поисковые эрратические системы и восстанавливающие эргатические системы. А эрратические производст-
43
венные системы второго рода: компенсирующие эргатические системы; преследующие эргатические системы и предсказывающие эргатические системы.
И, наконец, эргатические системы, в которых человек-оператор непосредственно связан с управляемым объектом, являются, как правило, многоконтурными системами. Ясно, что в таких системах человек-оператор действует в иных условиях, поэтому эргатические системы по виду связи человекаоператора с объектом управления подразделим на эргатические системы с непосредственной связью и эргатические системы с дистанционной связью. Вместе с этим эргатические системы с непосредственной связью иногда называют
«управлением с присутствием», а для системы с дистанционной связью используется такой же термин - «дистанционное управление».
3.2 Транспортно-грузовой процесс лесопромышленного производства–
полиэргатическая система с множеством сложных взаимодействий
Рассмотрим транспортно-грузовые процессы (ТГП) лесопромышленных
производств с точки зрения приведённых выше понятий эргатической системы
и эргатического процесса.
В своё время очень подробно и с тщательной детализацией транспортногрузовые процессы лесопромышленных производств были проанализированы с
целью их оптимизации на основе методов статистического и имитационного
моделирования [6]. При этом было выявлено, что ТГП лесопромышленных
производств относятся к процессам активных транспортных систем, в которых
объекты транспортировки (лесные грузы-деревья, хлысты, круглые лесоматериалы, пиломатериалы и т.п.) не могут перемещаться самостоятельно, и основной задачей которых является не только облегчение, но и, прежде всего, обеспечение возможности их перемещения. В целом ТГП любого лесопромышленного предприятия состоит из пассивных элементов (дорожная сеть вместе с
устройствами по обеспечению движения) и активных элементов (транспортные
средства и машины, механизмы и устройства, их обслуживающие). В свою
очередь, как в пассивных, так и в активных (особенно) составляющих ТГП задействовано большое количество объектов (машин, механизмов и устройств), в
функционировании которых основную роль играет человек.
Возьмём среднее лесопромышленное предприятие с объёмом производства в пределах 100 тыс.м3 в год. Такое предприятие будет иметь как минимум
один лесной (нижний) склад, примыкающий, например, к железной дороге
МПС, разветвленную сеть автомобильных лесовозных дорог, состоящую из магистралей, веток и усов, несколько лесопунктов и значительное количество
мастерских участков, различные производства по переработке заготовленной
древесины, ремонтно-механические мастерские и, безусловно, транспортный
цех или транспортную службу. Предположим, что на предприятии имеется
оперативно-диспетчерское управление всем производством, в том числе и ТГП,
а подъёмно-транспортные устройства лесного склада имеют автоматизированное (дистанционное) управление.
44
Рассмотрим детально транспортно-грузовой процесс (вывозку древесины) такого предприятия. Он (ТГП) включает прежде всего лесовозные автопоезда в количестве 8-10 единиц, управляемые опытными водителями и связанные с диспетчером по радио (подсистемы «человек-машина»), агрегаты, обеспечивающие погрузку данного подвижного состава на лесосеке, например, челюстные погрузчики (подсистема «человек-машина») и подъёмнотранспортное устройство – козловой электрический кран, обеспечивающий
разгрузку подвижного состава на лесном складе (подсистема «человекмашина»). Кроме того, непосредственно на дороге, на каком-то участке её, могут производиться ремонтно-восстановительные работы, операции по очистке
дорожного полотна от кустарника и травянистой растительности и т.д. При выполнении таких работ и операций опять же будут функционировать подсистемы «человек-машина» (бульдозер, автогрейдер, планировщик и т.д). Таким образом, в данном ТГП принимают участие большое количество подсистем «человек-машина», которые можно назвать моноэргатическими системами, а
транспортно-грузовой процесс, выполняемый большим количеством людей
(операторов), занятых в управлении указанными подсистемами, полиэргатической системой.
Но так как все названные подсистемы «человек-машина» действуют с
одной общей целью и взаимосвязаны в этом действии, то данную эргатическую
систему можно назвать полиэргатической с множеством сложных взаимодействий.
Цель, качество и количественные характеристики ТГП как эргатической системы. В целях упрощения данного выше определения транспортногрузового процесса лесопромышленного предприятия будем оперировать более
обобщёнными понятиями: эргатический процесс и эргатическая система, естественно, подразумевая при этом ТГП, как полиэргатическую систему с множеством сложных взаимодействий.
Под целью эргатического процесса, такого как ТГП, условимся понимать
изначальную задачу (обеспечения заданного объёма вывозки древесины в смену, декаду, месяц, квартал т.д.), которая выполняется в результате протекания
этого процесса. Цель - долгосрочный (по отношению к времени работы системы) желаемый результат, который может быть недостижимым в заданном промежутке времени, но к которому система должна стремиться. Ближайший желаемый результат (сменный объём вывозки, в м3 ), достижимый за данный период действия эргатической системы (ТГП) можно называть итогом. И точно
также за другие промежутки времени (итоги вывозки древесины, в м3, за месяц,
квартал, полугодие и год).
Условимся под качеством данной эргатической системы (ТГП) понимать
совокупность её свойств, которые определяют приемлемость системы для решения конкретной задачи или класса конкретных задач.
Оценка приемлемости может производиться по таким характеристикам
системы, как время функционирования, совокупность входных воздействий,
совокупность выходных величин (показателей), совокупность управляющих
воздействий.
45
Пусть исследуется совокупность объектов, адекватно описываемая некоторой системой Σ(T ,U , Ω, X , Y ,ϕ ,η ) с переходной функцией ϕ (t ,τ , x, u ) и выходной
функцией η (t , x) .
Пусть S0 есть некоторое заданное подмножество множества Т × X × У, где Т
- конечное множество исследуемых моментов времени, X - конечное множество
входных воздействий, У - конечное множество выходных величин. Знак « × »
означает произведение множеств, под которым понимается множество в данном случае трёхмерных векторов t,х,у, причём t ∈ T , x ∈ X , y ∈ Y .
Если Q - некоторое (необязательно конечное) множество состояний, то
ϕ : Q × X → Y есть переходная функция, а η : Q × X → Y есть выходная функция
(знак «:» означает «такое, что ...»; знак « → » означает «стремиться к...»).
Обозначим через Г некоторое заданное подмножество множества
Ω, Г ⊂ Ω , где Ω - множество возможных управлений, реализуемых человекомоператором. Тогда назовём S0 целевым множеством, а Г - множеством допустимых управлений (действий человека-оператора) [20].
Управляющее воздействие и есть совокупность действий человекаоператора, которая преобразует некоторое начальное событие (tо, х0) в целевое
подмножество S0, если множество состояний, определяемое t ,ϕ ,η при t>t0, пересекается с S0 . Это означает, что управляющее воздействие переводит эргатическую систему из любого начального состояния в конечное, определяемое
свойствами целевого подмножества S0 . Тогда условимся называть момент времени t1 моментом первого достижения состояний, определяемых целевым подмножеством S0. В таком случае период времени t1-t0 от начала эргатического
процесса до момента первого достижения назовём периодом процесса и обозначим через Т (например, работа ТГП в течение одной смены, т.е. от начала её
до конца). Далее примем, что качество выполнения эргатической системой своей задачи может быть оценено как некоторая вещественная функция, определённая на множестве {Т, X, У, Ω} при условии, что управляющее воздействие
«u» преобразует начальное событие (t0,x0) в конечное S0 с моментом t1 достижения последнего. Эта вещественная функция обозначена здесь через I(t0,x0,u,t1,x1)
и в дальнейшем для краткости будет называться просто качеством управления
u, u ∈ Г , относительно начального события (t0,x0) [21].
Функция I(t0,x0,u,t1,x1) определяет суммарные затраты на достижение эрратической системой (ТГП) состояния, определяемого целевым под множеством S0 . Следовательно, эргатическая система (транспортно-грузовой комплекс
лесопромышленного предприятия) должна при исполнении поставленной задачи стремиться к тому, чтобы I(t0,x0,u,t1,x1) → min .Это условие определяет так называемое целеустремлённое действие рассматриваемой эргатической системы
(ТГП).
Вместе с этим при построении теории оценок качества такого эргатического процесса, как транспортно-грузовой процесс, потребуется разделение его
на отдельные операции. Под операцией условимся понимать функционально
завершённую часть полиэргатического процесса, имеющую самостоятельную
цель или задачу и при исполнении которой достигается частный результат (так,
46
например, результат работы моноэргатической системы «водитель-лесовозный
автопоезд», результат работы моноэргатической системы «операторконсольный кран» и т.п.) В свою очередь, такие эргатические операции (моноэргатические системы) могут быть подразделены на последовательности движений или групп движений, которые можно назвать элементарными (простейшими) актами [22].
Количественные характеристики функционирования эргатической системы (как при исполнении эргатических операций - например, взятие пачки лесоматериалов консольно-козловым краном из накопителя или из штабеля, так
и при исполнении неэргатических операций - например, перемещение пачки
лесоматериалов в необходимую точку склада по заданной оператором программе в автоматическом режиме) будем называть показателями. Такие показатели эргатической системы определяют прежде всего её качество. Так как задание, поставленное перед эргатической системой (ТГП -объём вывозки древесины, в м3 в смену), может быть выполнено с различными уровнями показателей,
но при этом выполнение задания является основным критерием оценки, то
можно предложить обобщённое понятие успешности любого эргатического
процесса. Под успешностью понимается показатель качества эргатического
процесса, которым определяется тактическая и техническая приемлемость системы. Этот показатель может быть изменен и использован на любом этапе отработки любой эргатической системой, в том числе и транспортно–грузовым
комплексом лесопромышленного предприятия.
Таким образом, успешность эргатического процесса является показателем прежде всего эффективности эргатической системы - её способности достигать поставленной цели в заданных условиях и с определённым качеством.
Человек-оператор эргатической системы, его действия и пути достижения основной цели. Как было определено ранее (3.1), человек-оператор в любой эрратической системе является основным её управляющим звеном. Причём
управление объектом (машиной, механизмом, техническим устройством и т.п.)
человек-оператор осуществляет через посредство только органов управления
(низший уровень), информационной модели и органов управления (средний
уровень) и информационной модели и автоматизированного дистанционного
управления (высший уровень).
В конкретном случае, т.е. в лесопромышленном предприятии лесовозные
автопоезда, челюстные погрузчики и другие подобные им машины и механизмы взаимодействуют с предметом труда и внешней средой с помощью человека-оператора посредством только органов управления, а подъёмнотранспортные устройства лесного склада (электрические краны-погрузчики) посредством информационной модели и органов управления (пульт управления) дистанционно. И наконец, диспетчер информационного оперативно - диспетчерского управления (СИОДУ), которого также можно назвать человекомоператором, управляет всем транспортно-грузовым процессом (машинами, механизмами, техническими устройствами и людьми) посредством информационной модели, мнемосхемы, различных технических средств дистанционного
управления (радио, телефон, громкоговорящая связь и т.д.). Следовательно,
47
диспетчер СИОДУ транспортно-грузовым процессом лесопромышленного
предприятия является человеком-оператором, наивысшего уровня полиэргатической системы с множеством сложных взаимодействий.
Обобщая вышесказанное, можно сделать следующий вывод, что информационная модель в любой эргатической системе для человека-оператора имеет большое значение, т.к. она представляет собой организованное в соответствии с определёнными нормами и правилами отображение состояния предмета
труда, эргатической системы в целом, внешней среды и способов взаимодействия на них.
Информационная модель должна позволять человеку-оператору сопоставлять текущее состояние управляемого им объекта с требуемым, которое
диктуется целью эргатического процесса, и тем самым обеспечивать работоспособность системы в целом.
Очевидно, что характер работы человека - оператора существенно зависит от того, находится ли он непосредственно на подвижном объекте или же
управляет этим объектом на расстоянии. Так, например, крановщику, находящемуся в подвижной кабине, установленной непосредственно на металлоконструкции крана, взаимное положение перемещаемого груза и места его укладки
или взятия представляется иначе, чем если бы крановщик-оператор находился в
специальной операторской или на месте укладки груза и управлял краном с
помощью автоматизированного (дистанционного) управления [22].
Действия человека-оператора – это функциональный элемент его деятельности, имеющий осознанную человеком-оператором цель эргатической
системы. Причём пути достижения этой цели определяют способы действий
человека оператора в конкретной эрратической системе. Способ действий –это
индивидуально своеобразная совокупность психологических средств (умственных, моторных), к которым человек-оператор прибегает сознательно или стихийно и которые позволяют ему привести в соответствие с условиями деятельности специфические особенности своего поведения. Очевидно, что способ
действий - это устойчивая система приёмов, стиль деятельности, обусловленные определёнными личными качествами человека-оператора.
Условимся называть способ достижения человеком оператором основной
цели эргатического процесса доктриной. Следовательно, разнообразие способов действий при достижении одной и той же цели предопределяет возможность построения эргатического процесса с помощью применения одной или
нескольких доктрин.
Итак, цель эргатической системы, воспринятая человеком-оператором в
форме намерения, становится основной задачей его деятельности в заданный
период времени. Человек-оператор принимает ту или иную доктрину своего
поведения в зависимости от уровня профессиональной подготовленности (обученности), действия факторов внешней среды на рабочем месте и т.д. При измерении уровня обученности или действий внешних факторов доктрина может
измениться. Цель эргатического процесса при этом не изменяется.
Обученность - состояние эргатической системы (транспортно-грузового
процесса), обусловленное профессиональной подготовленностью человека-
48
оператора (диспетчера СИОДУ) и характеризующееся стабилизацией показателей работоспособности при последовательном предъявлении однотипных задач.
Под уровнем профессиональной подготовленности (уровнем обученности) надо понимать способность человека-оператора выполнять определённую
деятельность с определённым качеством, которая определяется совокупностью
специальных знаний, умений и навыков.
Процесс профессиональной подготовки, таким образом, заключается в
овладении знаниями, возникновении умений и превращении всех элементов
деятельности человека-оператора (диспетчер СИОДУ) в навыки. В таком случае человек-оператор, стремясь к достижению цели эргатического процесса,
сумеет выбрать оптимальную доктрину или изменить применяемую доктрину.
Адаптивность и взаимодействия в эргатических системах. Адаптивность эргатической системы есть свойство, выражающиеся в способности человека-оператора (в нашем случае, диспетчера СИОДУ) перестраивать структуру и параметры своей деятельности с целью повышения качества реализуемого системой эргатического процесса (ТГП).
Показателями адаптивности эргатической системы являются:
- скорость изменения показателя качества;
- порог обучения (наилучшее значение показателя качества, достигнутое
системой в обусловленный период времени или за обусловленное число
циклов);
- рассеивание показателя качества на пороговом уровне;
- знак скорости изменения функционала качества.
Мотивация есть свойство эргатической системы, выражающееся в её способности регулировать интенсивность изменения показателей адаптивности
при изменении цели эргатического процесса.
Взаимодействие - это сложный эргатический процесс, в котором изменение деятельности одного человека-оператора имеет своими последствиями (или
стимулирует) изменения в деятельности одного или нескольких человек (вид
взаимосвязи при этом не имеет значения). Например, в одной из моноэргатических систем «водитель-автолесовоз» появились неполадки, т.е. произошло изменение деятельности данного человека-оператора (водителя), повлекшее за
собой нарушение графика движения, а, следовательно, и изменения в деятельности такой моноэргатической системы, как «оператор-кран козловой», т.е. изменение деятельности человека-оператора и обслуживающего персонала козлового крана (строповщиков).
Установим виды взаимодействия, подразделив их на два основных класса: взаимодействие с тождественными интересами и взаимодействие с противоположными интересами.
Взаимодействие с тождественными интересами. Такой вид взаимодействия предполагает существование некоторого функционала взаимодействия,
который устремляется к заданному экстремуму вследствие совместных действий систем-участников. При этом могут иметь место: взаимодействие сотрудничества, при котором две и более эргатические системы осуществляют дейст-
49
вия, направленные на достижение одной (общей) цели, но происходящие в разных условиях (при различных режимах работы системы или её частей). Например, при вывозке древесины лесовозными автопоездами с различных лесопунктов (неодинаковые расстояния движения и состояния лесовозных дорог); взаимодействие в условиях соревнования, при котором две и более эргатические
системы осуществляют взаимосвязанные действия, направленные на достижение одной цели, происходящие в одинаковых условиях (при идентичных режимах работы системы или её частей). Например, при вывозке древесины несколькими лесовозными автопоездами с одного лесопункта и по одной лесовозной дороге.
Взаимодействие с противоположными интересами. При таком взаимодействии системы иногда не могут влиять на поведение друг друга (нерефлексивное взаимодействие). Рефлексивное взаимодействие предполагает существование у операторов сознательно отображённых моделей других систем, участвующих во взаимодействии, когда создаётся возможность своим поведением
влиять на поведение других систем. Например, взаимодействие таких эргатических систем ТГП, как лесовозные автопоезда и погрузочно-разгрузочные средства их обслуживающие.
Пусть u (⋅) есть некоторое управление, преобразующее событие (t0,x0) в S0,
а t1- момент первого достижения желаемого результата. Тогда введём некоторую вещественную функцию Fо, определённую на S0 и некоторую непрерывную вещественную функцию F, определённую на множестве X × u(T1,T2) и обладающую тем свойством, что, если [t1,t2] есть некоторый замкнутый подинтервал
промежутка (Т1,Т2), а x(⋅) – непрерывная функция, отображающая [t1,t2] в Х(при
u ∈ Ω ), то функция F ( x, u (⋅)) интегрируема на интервале [t1,t2].
Тогда
F0 (t1 ,ϕ (t1 ; t 0 , x0 , u (⋅)))
(28)
и
t1
∫ F (ϕ (t; t , x , u (⋅)), u(t ), t )dt
0
0
(29)
t0
есть вполне определённые вещественные числа.
Сумма чисел
F0 (t1 ,ϕ (t1 ; t 0 , x0 , u (⋅)))
и
t1
∫ F (ϕ (t; t , x , u (⋅)), u(t ), t )dt
0
0
t0
определяет качество управления и(ּ) вида
t1
I (t1 ; t 0 , x0 , u (⋅)) = F0 ( x1 , t1 ) + ∫ F ( ( t ; t 0 , x0 ,u( ⋅ )),u( t ),t )dt ,
(30)
t0
где X 1 = (t1 ; t0 , x0 , u (⋅)) есть цель достижения.
Член F0 (t1 , x1 ) назовём показателем конечного состояния эргатической системы, а интегральный член (29) назовём показателем качества конечного дос-
50
тижения цели эргатического процесса, который характеризует затраты на переход из начального состояния (начало функционирования ТГП) в конечное (завершение ТГП в конце смены).
В последующих разделах более подробно рассматриваются эргономические вопросы разработки систем автоматизированного управления ведущими
подъёмно-транспортными механизмами и систем информационного оперативного диспетчерского управления в направлении совершенствования управления транспортно-грузовыми процессами лесопромышленного производства.
4 Эргономические вопросы разработки систем автоматизированного
управления ведущими подъёмно-транспортными устройствами
При вывозке древесины из леса (лесосеки) в виде хлыстов и деревьев
особую значимость приобретает лесоскладское производство. При такой технологии на лесных складах осуществляются все основные операции по первичной обработке древесного сырья, определяющие конечный результат производственной деятельности лесопромышленного предприятия. Его основной продукцией будут оставаться круглые лесоматериалы (сортименты) различного назначения.
Важным условием нормального функционирования каждого лесного
склада является чёткая организация производственных участков разгрузочноштабелёвочно-погрузочных работ.
В таком случае ведущими механизмами на лесных складах, начиная с
разгрузки хлыстов и заканчивая погрузкой круглых лесоматериалов (сортиментов), будут козловые, консольно-козловые и башенные электрические крановые
установки нового поколения. Это кран-лесопогрузчик КБ-578 (взамен выпускаемого ранее КБ-572), консольно-козловой кран лесной модификации КЛ-12,5
(для замены изношенных кранов ККС-10), козловой кран лесопогрузчик ЛТ 62В (вместо ранее выпускаемого ЛТ-62).
Следовательно, проблема разработки и создания оптимальных систем автоматизированного группового управления этими ведущими механизмами лесных складов была и остаётся на сегодняшний день ещё более актуальной.
4.1 Важность эргономической оценки систем автоматизированного
управления подъёмно-транспортными устройствами (кранами) на лесных
складах
Использование в настоящее время в лесопромышленном производстве
новых технологий более глубокой и безотходной переработки древесины в условиях лесных складов позволяет выдвинуть концепцию перевода подъёмнотранспортных устройств (ПТУ) на системы автоматизированного управления,
которые должны быть лучше приспособлены к человеку - оператору. В рамках
этой концепции выбор технических решений при разработке таких систем
51
управления будет осуществляться на основе определённых эргономических
требований для максимального учёта возможностей человека-оператора.
В самом общем случае система автоматизированного группового управления (САГУ) включает [23] рабочее место человека-оператора, оборудованное
органами управления на соответствующем пульте и в специальном помещении,
вспомогательным оборудованием, содержащим устройства обратной связи по
зрительному, слуховому и другим каналам. Человек-оператор в данном случае
отделён от выполняемой задачи как бы дистанционным барьером, так как рабочее пространство (зоны производства работ ПТУ) находится на некотором удалении от него (оператора).
Расположение человека-оператора на некотором удалении от рабочего
пространства уменьшает его связь с реальностью выполняемой работы ПТУ,
что выражается в обеднении информации о ходе решения поставленной задачи
и окружающей среде, а также о результатах его действий, что влечёт за собой
снижение возможностей оператора идеально выполнить свою задачу.
Взаимодействие между человеком - оператором и задачей в основном состоит в переносе информации между оператором, с одной стороны, системой
управления и ПТУ– с другой. Идеальный (оптимальный) вариант системы автоматизированного управления ПТУ позволит оператору работать на расстоянии с равной или даже большей эффективностью по сравнению с обычной системой управления [24]. Однако считается, что достичь этой цели нельзя без организации телесимбиоза, эффекта присутствия или «прозрачности» системы
[25– 27].
По нашему мнению, чтобы в системе человек-оператор-система автоматизированного управления-ПТУ создать телесимбиоз, необходимо четко знать
место оператора в контуре человек-ПТУ-задача. Роль эргономиста (исследователя) заключается в том, чтобы, осуществляя исследования системы человекоператор-система автоматизированного управления-ПТУ, снабжать инженеров
(разработчиков) необходимой информацией (физиологическими и психофизиологическими данными о возможностях человека) и затем (на их основе) проводить оценку необходимого технического оборудования и его размещения в системе.
Вместе с тем, ПТУ с системой автоматизированного управления и человеком-оператором, выполняющим задачу управления, можно рассматривать
как составные части системы человек-машина-среда. Такая система состоит из
множества элементов, которые все вместе содействуют достижению общей цели. Выходы этой системы зависят не только от характеристик каждого элемента, но и от их взаимодействия. Система такого типа представлена на рис. 6.
Взаимодействия между человеком-оператором и ПТУ через автоматизированную систему управления можно проанализировать в рамках приведенной
системы человек-машина-окружающая среда. В этом плане можно всегда перейти к систематическому изучению физиологических и психофизиологических требований к оператору, оценивающему обстановку или выполняющему
задачу посредством системы автоматизированного управления (САУ) с соответствующим ПТУ.
52
Таким образом, концепция интерфейса, позволяющего оператору «общаться» с машиной (ПТУ) через САУ, должна учитывать возможности человека в первую очередь. «Успех» системы человек (оператор)-машина (ПТУ)среда (зона обслуживания ПТУ), т.е. её способность осуществлять за данную
задачу (программу), в огромной степени зависит от соответствия характеристик
САУ+ПТУ функциональным возможностям человека.
При эргономической оценке различных подъёмно-транспортных устройств трудно предсказать все возможные случаи, которые могут произойти в
реальной ситуации в условиях того или иного лесного склада. Именно поэтому
Рис. 6 Схема системы человек (оператор)-машина (ПТУ)среда (зона обслуживания ПТУ)
в первую очередь необходимо производить эргономическую оценку рабочего
места и рабочей нагрузки оператора [20].
Цель эргономистов (исследователей) состоит в согласовании концепции
оборудования САУ с возможностями человека-оператора, так чтобы рабочая
нагрузка оператора была на уровне, позволяющем ему эффективно выполнять
поставленную задачу без ущерба для здоровья. Как умственные, так и физические перегрузки (или недогрузки) человека-оператора приводят к снижению
эффективности его труда и, как следствие, эффективности функционирования
всей системы, и в первую очередь системы автоматизированного управления
ПТУ.
Оценку рабочей нагрузки оператора необходимо производить в реальной
рабочей обстановке, когда можно учесть все факторы, оказывающие влияние
на эту нагрузку. Это сложная функция переменных, зависит от типа всех составляющих САУ, технического состояния всего оборудования ПТУ, физиче-
53
ской среды, поставленной задачи, организации труда. Воздействие заданной
рабочей нагрузки изменяется в зависимости как от физических (масса, рост, состояние и т.п.), так и от интеллектуальных (опыт, уровень обучения и т.п.) характеристик человека-оператора.
Эргономическая оценка определенной концепции САУ таких ведущих
механизмов лесопромышленного производства, к которым относятся ПТУ различного типа, может быть практически полезной лишь тогда, когда соответствующее исследование затрагивает одновременно ПТУ в обычных условиях
эксплуатации и операторов САУ, выполняющих производственную задачу на
этих же ПТУ, но уже с новой системой управления. Цель эргономиста (исследователя) при изучении реального производственного процесса состоит в выявлении тех возможных случаев, когда концепция системы управления не отвечает поставленным перед ней целям и, в частности, в выявлении несоответствий между возможностями человека-оператора и требованиями, предъявляемыми к нему техникой поставленной задачи и организацией труда.
Для этого прежде всего необходимо описать реальные ограничения, с которыми сталкивается оператор САУ в процессе управления тем или иным ПТУ
в производственных условиях лесного склада. Важность описания реального
трудового процесса оператора САУ для понимания условий его труда весьма
убедительна, поэтому изучение реакции оператора на различные условия выполнения какой-то конкретной задачи имеет смысл лишь в том случае, если определены требования к системе в целом.
При этом рабочая нагрузка определяется, исходя из сравнения данных,
относящихся к ограничениям, налагаемым реальной рабочей обстановкой, с
одной стороны, и к оценке физиологической и психофизиологической этих ограничении для оператора – с другой [20].
Для проведения эргономической оценки деятельности оператора в конкретном случае можно воспользоваться следующими методами анализа труда,
которые позволяют определить:
-физические требования (статические, динамические усилия);
-требования, связанные с окружающей обстановкой (шум, освещение,
видимость, перемещение);
-сенсорные требования (слух, зрение, чувствительность);
-сенсомоторные требования (быстрота реакции, программа управляющих
действий);
-когнитивные требования (память, принятие решения).
Анализ поведения человека-оператора САУ при выполнении поставленной задачи касается:
-общей физической активности и сенсомоторной деятельности;
-активности в поиске и сборе информации;
-активности мышления и принятие решении.
54
4.2 Взаимодействие оператор-САУ-ПТУ
Связь между человеком-оператором САУ и подъемно-транспортными
устройством (например, консольно-козловым электрическим краном) представлена на рис. 7.
Как видно из этой схемы, имеется множество входов, относящихся к сенсорному блоку. Выходы от человека-оператора к ПТУ реализуются через блок
управляющих движений с пульта САУ. При этом человек-оператор получает
информацию, которую он должен обнаружить, опознать, интерпретировать.
Эти операции требуют привлечения кратковременной и долговременной памяти и осуществляются в блоке принятия решений.
Входные сигналы могут быть непосредственными или опосредственными, текущими или отсроченными. Под опосредственными в данном случае понимаются все сигналы, поступающие к человеку-оператору через специальные
устройства: различные телефонные аппараты, в том числе и радиотелефоны,
Рис. 7 Связи в системе человек-оператор-САУ-подъемно-транспортное
устройство: _________входы; _ _ _ _ _ _ выходы.
55
телевизионные мониторы, громкоговорители, экраны визуализации (мнемосхемы и т.п.). Для того чтобы глубже понять связь в указанной системе необходимо подробнее рассмотреть [7] моторные аспекты взаимодействия человекаоператора в САУ и ПТУ [20].
Сенсорные аспекты
З р е н и е. Органом зрения человека служит глаз, который, как оптическая
система, состоит из диафрагмы, радужной оболочки, сокращения которой регулируют отверстие зрачка и диоптрического аппарата (хрусталикадвояковыпуклой линзы, вызывающей схождение световых лучей на сетчатке).
Сетчатка чувствительна к интенсивности светового потока, частоте испускания
световой волны, яркости, световому контрасту между объектами и фоном,
спектральному составу источника. Вся зрительная информация перерабатывается на уровне сетчатки, затем на уровне таламуса и, наконец, на уровне коры
головного мозга. Бинокулярное зрение, которое позволяет воспринимать единый, целостный образ, есть результат переработки информации на уровне коры
головного мозга, который осуществляет синтез двух изображений, поступающих с обоих глаз. Кроме того оно позволяет, в частности, следить за объектом,
перемещающимся по глубине поля зрения, и способствует восприятию объема
(рельефа) предметов. При бинокулярном зрении (без движения глаз) поле зрения составляет 180° по горизонтали и 120° по вертикали [19, 28].
Эти краткие анатомо-физиологические напоминания позволяют констатировать, что условия работы зрительного анализатора в системе автоматизированного управления ПТУ на лесном складе имеет существенное значение.
Поле зрения ограничено зоной работы ПТУ на складе. В отдельных случаях конструкция ПТУ или отдельные элементы ее оказываются в поле прямого видения. При этом они загораживают часть поля зрения, а дистанция наблюдения значительно превышает расстояние, характерное для нормальной работы
зрения, что приводит к потере трехмерного восприятия и разрешающей способности.
Использование обычного телевидения в данном случае, казалось бы, является фактором, устраняющим данное негативное явление [29], однако, в свою
очередь, это приводит к ухудшению качества зрительной информации за счет
того, что наблюдается:- явления мелькания, характерные для ЭЛТ; -наличие
более или менее фиксированного угла зрения, зависящего от положения телекамеры, который не должен заметно отличаться от угла зрения оператора в условиях непосредственного обзора; -отсутствие естественного стереоскопического зрения; -слабый контраст, акцентируемый черным и белым цветом (в
случае телевидения с черно-белым экраном); -изолирование поля зрения от рабочего пространства и т.д.
В заключение можно сказать, что визуальные аспекты взаимодействия
оператор-САУ-ПТУ значительно изменяют нормальные условия зрения, и человек (оператор) не может довольствоваться своим повседневным опытом,
чтобы обнаруживать, познавать, интерпретировать зрительную информацию.
56
С л у х. В рассматриваемой системе значительная часть информации поступает к человеку-оператору в форме звуковых сигналов. Звуковые волны
этих сигналов поступают на слуховой анализатор человека (ухо).
Ухо состоит из трех частей:
-внешнего уха (ушной раковины), которое улавливает колебания и концентрирует их на мембране, чувствительной к вибрациям (барабанной перепонке);
-среднего уха (косточек), которое принимает звуковые волны и передает
дальше;
-внутреннего уха, чувствительные клетки которого превращают звуковую энергию в нервные импульсы, достигающие по слуховым путям мозга, где
они вызывают звуковое ощущение, а затем восприятие звука.
Основными параметрами звуковых волн являются амплитуда, частота и
форма, которые отражаются в слуховых ощущениях как громкость, высота и
тембр. Модуляция звуков по этим параметрам позволяет передать огромную по
объему информацию. Но, принимая ее, человек должен детектировать звуковой
сигнал, т.е. выделять модулирующую функцию. Исходным процессом в детектировании является слуховое различие.
Восприятие звука зависит от частоты и интенсивности звукового сигнала.
Полная область воспринимаемых частот заключена в диапазоне 16-20000 Гц.
Порог слышимости звука, или минимальная интенсивность, зависит от его частоты: он минимален в диапазоне 1000-6000 Гц и возрастает при больших и
меньших частотах.
Акустический анализатор обеспечивает отражение не только амплитуды,
частоты и формы колебаний звуковых волн, но и положения источника звука в
пространстве: его расстояние и направление относительно субъекта.
В нашем случае, т.е. в рассматриваемой системе, звуковые сигналы, поступающие к оператору из производственной среды (зоны производства работ
ПТУ на лесном складе), весьма многочисленны и разнообразны. Это – шум
сортировочных бревнотасок, сбрасываемых в накопители круглым лесоматериалам (сортиментам), работающих механизмов ПТУ (кранов), транспортных
средств различного назначения, находящихся в зоне обслуживания, системы
вентиляции и кондиционирования воздуха в помещении оператора и, наконец,
информация, передавая по громкоговорящей связи, и т.д.
Таким образом, все эти производственные шумы создают неблагоприятный звуковой фон, общая интенсивность которого достигает 60-80 дБ на частотах в диапазоне 65-4000 Гц.
Такое положение дел, необходимо менять при переводе ПТУ лесных
складов на различные системы автоматизированного управления, путем создания перспективных конструкций помещений операторов, которые могли бы их
оградить от значительных и ненужных перегрузок, обусловленных шумом окружающей среды. Из этого следует, что острота слуха человека-оператора может быть нарушена звуковым фоном среды за счет либо эффекта маскировки
(путем мгновенного повышения порогов слышимости), либо утомления опера-
57
тора, которое может привести к трудности восприятия звуков-носителей важной для выполняемой работы информации.
Тактильный и кинестетический анализатор. Перемещения, скорости и
ускорения различных частей тела влекут за собой использование множества
разнообразных «датчиков», которыми снабжено тело человека.
В первую очередь эти датчики относятся к механорецепторам, возбуждение которых лежит в основе кожных ощущений, ощущения давлений на ткани,
положения и движений суставов. Механорепторы расположены в трех областях
тела человека: 1)кожа, волосы и нижележащие ткани; 2)суставы (на уровне сумок и связок); 3)мышцы и сухожилие.
Рассмотрим названные виды анализаторов в отдельности.
Кожные анализаторы чувствительны к изменениям давления от времени,
тогда как другие рецепторы (расположенные в волосах и тканях) дают информацию об интенсивности раздражителя и скорости его воздействия.
Проприоцепторы в суставах чувствительны к положению сустава и позволяют обнаружить его движения по скорости и ускорению.
Проприоцепторы в сухожилиях чувствительны к мышечному напряжению, которое является результатом сокращения или растяжения мышечных волокон, в то время как проприоцепторы в мышцах (нервно-мускульные веретена, расположенные в мясистой части мышц) - к растяжению мышц при их расслаблении.
К этим механорецепторам добавляются вестибулярные и зрительные рецепторы. Вестибулярные рецепторы расположены во внутреннем ухе и чувствительны либо к угловым ускорением и, следовательно, к вращениям, либо к
угловым ускорением в горизонтальной и вертикальной плоскостях головы, а
также к ускорению силы тяжести.
Зрительная информация восполняет отсутствие вестибулярной информации, когда движения осуществляются с постоянной скоростью, поскольку вестибулярные рецепторы являются датчиками ускорения. Эта информация также
дополняет вестибулярную, поскольку вестибулярные рецепторы не могут различать линейное ускорение и наклон головы. Вместе с этим, зрительная информация позволяет воспринимать движение общей картины, занимающей все
поле зрения или ее часть.
Таким образом, именно эти сведения, поступая на различные уровни центральной нервной системы, перерабатываются, интегрируются и позволяют человеку в большой или меньшей степени чувствовать положение своих частей
тела (что принято называть кинестезией), а также воспринимать толчки, вибрации и т.д.
Например, в нашей системе человек-оператор САУ удерживает с помощью грузозахватного устройства пачку сортиментов, и она перемещается в
процессе копирующего (заданного) управления ПТУ (двустороннее действие).
Информация будет следующей: тактильная информация, воспринимая рукой,
исходит от кнопки или тумблера пульта управления, а отнюдь не от объекта
(ПТУ).
58
Труднее соотнести между собой кинестетическую и зрительную информации о положении объекта; оператор получает и использует информацию, относящуюся к вибрациям и трению и передаваемую посредством кнопки или
тумблера с пульта управления.
Моторные аспекты
В процессе выполнения всех технологических операций ПТУ человекоператор САУ, как интегрирующе-мыслящее звено, совершает многочисленное
количество движений. Перемещение любой конечности является результатом
последовательных движений в суставах. В общем случае различаются:
-движения, связанные с перемещением конечностей, в которых участвуют проксимальные суставы и мышцы: для верхних конечностей (рук) - это плечевые и локтевые суставы и мышцы;
- малые движения, например, ощупывание, для осуществления которых
необходимо участие дистальных суставов и мышц: для верхних конечностей это суставы и мышцы запястья, кисти и пальцев.
Любое движение в суставе вызвано сокращением специфической группы
мышц: мышц-агонистов этого движения. Так, например, изгиб в локтевом суставе обеспечивается за счёт одновременного сокращения бицепса, плечевой
мышцы, латерально-плече-лучевой мышцы и круглого пронатора. Кроме того,
в большей или меньшей степени рассматриваются мышцы – антагонисты данного движения, которые также являются агонистами движения в противоположном направлении, а здесь играют в то же время роль фиксаторов суставов и
тормозов.
Мышечные сокращения являются результатом электрической активности
мышц, или электромиографической (ЭМГ) активности. Последняя зависит от
скорости движений. При быстрых движениях происходит последовательное
сокращение мышц (агонистов и аптагонистов). При медленных движениях
торможение обеспечивается только за счет пассивных сил, таких как инерция,
вязкое трение и упругость суставов: мышцы-антагонисты в этом случае не работают.
Итак, человеческая рука представляет собой сложную управляемую систему с обратными связями. Точность и скорость ее движений определяется не
самими по себе свойствами мышечной ткани и строением суставов, а главным
образом характеристиками процесса циркуляции управляющей информации
(временем цикла регуляции, временем переключений, структурой управляющих сигналов и т.д.). Из этого, конечно, не следует, что анатомия руки не играет роли в построении движений. Совершенно ясно, что строение моторного
аппарата и его механические свойства оказывают существенное влияние на характеристики процесса управления (регуляции) Благодаря организации управляемых (регуляционных) взаимодействий на основе сигналов обратной связи
(прежде всего проприоцентивных) преодолеваются избыточные степени свободы движущегося органа, кинематические цепи становятся полносвязанными, а
движения тем самым превращаются в координированные.
Таким образом, проблема передачи сигналов от человека-оператора к
ПТУ через САУ является наиболее важной, возникающей при разработке и
59
конструировании системы управления и в первую очередь пульта управления
оператора. В этой связи прежде всего возникает вопрос о характеристиках его
моторного «выхода» и обусловленных ими требованиями к конструированию
органов управления.
4.3 Требования, предъявляемые задачей системы
автоматизированного управления ПТУ
Задачи, выполняемые в рабочем пространстве (зоне производства работ
ПТУ лесного склада), заключаются прежде всего в транспортировке круглых
лесоматериалов в различном виде, а также другой продукции лесопромышленного производства (пиломатериалы, полуфабрикаты мебельного производства,
тарная дощечка и т.п.) и их позиционировании относительно некоторой цели
(транспортное средство, вагоны МПС, штабеля соответствующей продукции и
т.п.), точно ориентированной в зоне обслуживания ПТУ.
Транспортировка любой продукции на лесном складе требует определенного перемещения ее, характеризуемого направлением, координатами и амплитудой [24]. Позиционирование (исполнение заданных координат точки перемещения-транспортировки) в данном случае накладывает большие или меньшие ограничения на число степеней свободы в зависимости от того, должен ли
данный объект (та или иная продукция лесопромышленного производства)
только попасть в заданную точку пространства (зоны обслуживания ПТУ на
лесном складе) или необходимо точно отрегулировать его положение и направление относительно цели, например в случае, когда необходимо произвести укладку пачки круглых лесоматериалов или пиломатериалов в вагон или специальное транспортное средство (автомобиль-лесовоз потребителя).
Кнопочно-тумблёрное управление ПТУ с пульта САУ, когда кнопки и
тумблеры в большей или меньшей степени оптимально расположены и отражают в какой-то степени реальное положение обслуживаемого пространства,
отнимает значительное количество времени работы оператора. Хотя при этом
человек бессознательно стремится к компромиссу между утомлением от процесса управления и утомлением от физической нагрузки. Все вышесказанное
ведет к замедлению операций [30].
К этим факторам добавляется еще и утомление оператора, обусловленное
порою неизбежным отклонением объекта в зависимости от направления его перемещения, что заставляет человека-оператора так работать с объектом (выполнять доводочные операции управления), чтобы компенсировать динамические последствия этого отклонения.
И, наконец, одним из требований задачи автоматизированного управления ПТУ является требование учета времени задержек при передаче движения.
Эти задержки включают запаздывание при воспроизведении исполнительным
устройством движений задающего устройства, запаздывание в информационных каналах обратной связи (зрительном, слуховом) при передаче информации
из рабочего пространства (зоны обслуживания ПТУ) к человеку-оператору на
большое расстояние, а также затрат времени на ее расшифровку. В совокупно-
60
сти эти задержки могут приводить к отсроченному отображению информации о
результатах деятельности человека-оператора, что ухудшает эффективность его
деятельности. Когда подобная задержка превышает одну секунду, то эффективность работы оператора САУ остается на прежнем уровне только для задач,
выполняемых по разомкнутому контуру управления, где человек-оператор не
использует кинестетический канал обратной связи.
4.4 Стратегия выполнения задачи
При выполнении задачи автоматизированного (дистанционного) управления ПТУ сенсорные и моторные процессы тесно связаны с процессами в центральной нервной системе человека.
Сенсорные процессы в управляющей деятельности оператора САУ состоят в приеме информации о рабочей среде, характере и расположении находящихся в ней объектов, а также информации о состоянии своего собственного
организма. Эта информация расшифровывается, интерпретируется и сравнивается с информацией, хранящейся в памяти человека-оператора. В результате
такой переработки информации происходит принятие решения, сопровождающееся выбором подходящей стратегии выполнения задачи. Исходя из этой
стратегии, определяются характеристики мышечных движений, которые бессознательно фиксируются оператором в виде планов координации работы различных мышц в зависимости от расположения органов управления (кнопки,
тумблеры и т.п.) на соответствующем пульте.
В общем случае принято различать непрерывные и дискретные задачи
управления (регулирования). При выполнении задач первого типа требуется в
каждый момент времени учитывать текущую информацию чаще всего зрительную, чтобы постоянно соотносить моторный акт с его целью. Для задач второго
типа не требуется осуществлять такое непрерывное управление (регулирование) либо потому, что речь идет о движении, реализующем единичное действие, как, например, повернуть ручку тумблера или нажать на кнопку, либо потому, что приходится иметь дело с набором более или менее изолированных
движений. В последнем случае процесс выполнения задачи протекает благодаря развертыванию моторной программы, куда не входит текущая информация,
приходящая по каналам обратной связи САУ.
При работе в САУ, например, кранами, человек-оператор «набивает» руку, обучается, привыкает и адаптируется, в конечном итоге, совершенствуя
процесс своей деятельности. При этом обучение может заключаться в построении моторных программ и их включении в структуру его деятельности, которые значительно привели бы к сокращению времени отдельных элементов процесса управления.
Таким образом, обучение позволяет человеку-оператору перейти от стратегии выполнения задачи в форме непрерывного управления (регулирования)
по замкнутому контуру к стратегии ее выполнения в форме программного
управления или, точнее, к стратегии, предусматривающей разбиение общей задачи на задачу перемещения предмета (пачки сортиментов) по разомкнутому
61
контуру и задачу его точной остановки по отношению к намеченной цели (определенная точка в соответствующем штабеле круглых лесоматериалов) по
замкнутому контуру.
В конечном итоге эффект обучения человека-оператора САУ выражается
в увеличении скорости выполнения поставленной задачи, достигаемой в результате уменьшения времени установки на последнем ее этапе.
Фактически удаление оператора САУ от выполняемой задачи [30], ухудшение, вводимой в передачу информации дистанционным управлением ПТУ,
побуждает оператора применять стратегии, резко отличающиеся от стратегии
выполнения обычных движений. В частности, в то время как при обычных
движениях обучение позволяет освободиться от информации обратной связи и
протекает в разомкнутом контуре по крайней мере параллельно, можно выдвинуть гипотезу о том, что при дистанционном управлении ПТУ движения сильно зависят от обратной связи, так как принятая стратегия является стратегией
выполнения задачи либо по замкнутому контуру, либо в форме движения и
ожидания.
4.5 Анализ качества системы «человек-операторавтоматизированное управление-ПТУ»
Особенности эрратической манипуляционной системы «человек- оператор -автоматизированное управление ПТУ»
Основным отличием дистанционно (автоматизировано) управляемых
подъёмно-транспортных устройств (ПТУ) лесных складов от автоматических
грузоподъёмных кранов (манипуляторов), как это было доказано ранее [24], является непосредственное участие человека (оператора) в процессе управления.
Такие ПТУ представляют собой человеко - машинные (эргатические) системы
[31], которые, в свою очередь, могут быть названы эргатическими манипуляционными системами, так как консольно-козловые, козловые и башенные электрические краны лесных складов, оборудованные специальными грузозахватными механизмами, представляют собой краны - манипуляторы.
Для исследования и проектирования таких систем автоматизированного
управления (САУ) в полной мере применимы инженерно-психологические методы, разработанные для человеко-машинных систем [20]. Вместе с этим, такие
эргатические дистанционно (автоматизированно) управляемые манипуляционные системы, на наш взгляд, обладают существенными особенностями, как человеко - машинные системы.
Во-первых, это разнообразие выполняемых операций. Если в системах
слежения, при управлении любым транспортным средством, дорожностроительной машиной и т.п. выполняется, как правило, одна, хотя и достаточно
сложная операция, то в манипуляционной системе, как в нашем случае, например, консольно-козловым краном, оператор может управлять процессом переноса объекта манипулирования (груза или грузозахватного устройства), перемещая его по сложной траектории при погрузке вагонов МПС, или транспортного средства потребителя, или при укладке пачки лесоматериалов в штабель,
62
или подаче сырья в цех лесопиления и т.п. Все эти операции существенно различаются по способу выполнения, характеру деятельности оператора, используемой информации.
Во-вторых, одна из особенностей такой эргатической манипуляционной
системы, как наша, заключается в возможности выбора оператором различных
способов управления при выполнении одной и той же операции. Например, при
использовании автоматизированной системы управления башенным краном
оператор может применять управление по положению, вектору скорости, вектору силы и различные комбинированные способы управления.
В-третьих, отличительной особенностью такой системы от большинства
исследованных человеко-машинных систем являются особенности объекта
управления, или объекта манипулирования (лесного груза или грузозахватного
механизма), как динамической системы. Движение груза (лесопилоитериалов
или какого-то другого лесного груза) или грузозахватного у механизма (грейфера) в пространстве описывается системой нелинейных дифференциальных
уравнений высокого порядка. При этом качественные характеристики процесса
управления, воспринимаемые оператором, зависят от текущего положения груза или грузозахватного механизма в пространстве, массы их, модуля и направления внешних сил и моментов (сила ветра), приложенных к объекту манипулирования.
И наконец, в – четвёртых, отличительной чертой рассматриваемой системы является активное использование оператором в процессе управления ПТУ
наряду с устройствами отображения (пульт управления) визуальной информации других информационных средств (отображение исполнения операции манипулирования на экране телевизора).
Таким образом, рассматриваемая нами система «человек-оператор-САУПТУ», как эргатическая манипуляционная, является средством сложной предметной деятельности человека (оператора). В ней, как и в обычной трудовой
деятельности, сочетается воздействие оператора на материальные объекты
внешней среды с получением необходимой сенсорной информации. Система
подобного рода наиболее полно реализует предметную деятельность человека,
и в этом состоит её коренное отличие от всех других систем «человек-машина».
Анализ качества функционирования системы «оператор–САУ-ПТУ»:
При проведении анализа качества функционирования указанной системы
необходимо вначале провести формализацию всего множества возможных операций, выделив наиболее характерные, типовые операции (штабелевка лесоматериалов). Важно, что операции могут быть отнесены к одной и той же группе
только в том случае, если при их выполнении идентична структура деятельности оператора данной системы.
Показатели качества выполнения технологических операций рассматриваемой эргатической системой определяются степенью успешности решения
(выполнения) поставленных задач. Однако эти показатели различны для различных операций и ввиду непосредственного участия оператора в процессе
управления носят статистический характер [23, 32]. Выбор обобщенных показателей, характеризующих качеств функционирования данной системы при вы-
63
полнении различных типовых операций лесопромышленного производства, является наиболее важным этапом исследования эргономических факторов деятельности человека-оператора. Если определены аппаратурные способы их вычисления, то имеется возможность для решения задачи анализа данной эргатической системы, в том числе сравнительного анализа способов автоматизированного управления различного типа крановыми установками, а также влияния
параметров САУ на качество функционирования системы «оператор (О) - автоматизированное управление (АУ) - ПТУ».
Возможные пути разработки и создания эргатической манипуляционной
системы «О-А-ПТУ»
Задача разработки и создания эргатической манипуляционной системы
«О-А-ПТУ» обратна описанной выше. В этом случае заданы требования к качеству выполнения технологических операций разгрузочно-штабелевочнопогрузочного процесса на том или ином лесном складе лесопромышленного
производства. При этом необходимо разработать требования к технической
части системы, а также требования к человеку - оператору, осуществляющему
процесс управления. Этот комплекс задач составляет инженерно - психологические стороны разработки и создания системы «О - А - ПТУ». Конечной целью его является разработка такой технической аппаратуры, которая позволит
оператору наиболее надёжно выполнять все операции названного технологического процесса, а это требует согласования свойств системы автоматизированного управления ПТУ со свойствами (особенностями) человека-оператора.
Рис. 8 Структурная схема взаимодействия оператора, аппаратуры управления и
ЭВМ в автоматизированной эргатической манипуляционной системе
В своё время нами было дано подробное описание оптимальной системы
автоматизированного группового управления ПТУ с использованием ЭВМ [20].
В данной эргатической манипуляционной системе оператор также осуществля-
64
ет управление ПТУ на лесном складе с использованием ЭВМ, структурную
схему которого можно представить на рис. 8.
Как видно из данного рисунка, оператор использует задающие органы
(кнопки, тумблеры, рукоятки т.п.) пульта управления, позволяющие обеспечить
управление объектом манипулирования (ПТУ) с многими степенями свободы.
Управляющие сигналы на приводы (механизмы) ПТУ, снабжённые датчиками положения - обратной связи D1, рассчитываются микропроцессором, в
соответствии с алгоритмами управления исполнительного уровня. ЭВМ может
быть использована оператором и для планирования траекторий движения груза
или грузозахватного устройства, удовлетворяющих заданным требованиям, например, укладка пачки лесоматериалов в определённую точку рабочего пространства (в определённое место определённого штабеля лесоматериалов).
Кроме того, ЭВМ служит для обработки сигналов с датчиков состояния (положения) механизмов объекта манипулирования (ПТУ) D2 и внешней среды (зоны обслуживания) D3. На основании показаний указанных датчиков формируется информационная модель выполняемой технологической операции, предоставляемая оператору с помощью устройств отображения информации.
Воспринимая информацию о состоянии зоны обслуживания ПТУ (внешней среды), ходе выполнения штабелёвочно-погрузочных работ и сопоставляя
этот процесс с задачами управления, оператор формирует концептуальную модель, которая определяется как совокупность представлений человекаоператора о целях и задачах его трудовой деятельности, о состояниях предмета
труда (ПТУ и его механизмов, груза и грузозахватного устройства), системы
автоматизированного группового управления, внешней среды (зоны обслуживания территории лесного склада управляемыми ПТУ) и способах воздействия
на них.
Цели человека-оператора и технологические цели
В процессе своей функциональной деятельности, направленной на решение определённой задачи, оператор формирует основную цель и планирует последовательность подцелей (простых целей - задач), необходимых для её достижения. Элемент функциональной деятельности человека-оператора, направленный на достижение определённой цели принято называть действием. В результате действия человека-оператора система автоматизированного группового управления ПТУ выполняет какую-то определённую простую операцию
(взятие пачки лесоматериалов из приёмника - накопителя), то есть операцию,
рассматриваемую здесь как элемент определённого технологического процесса
(штабелёвка лесоматериалов).
Чтобы отличить мыслительную цель операции от фактической введём
также понятие «технологическая цель операции (процесса)», которая определяется как совокупность технологических требований, которые должны быть выполнены в результате простой операции. Такое соответствие должно обеспечиваться, с одной стороны, средствами отображения информации, а с другой предварительным обучением оператора (адаптацией), опытом его работы в
этой системе. Именно основная цель определяет содержание действия (функ-
65
циональной деятельности) человека-оператора системы. При этом она (основная цель) должна быть согласована с технологической целью.
Технологическая цель операции (процесса) при свободном автоматизированном управлении объектом манипулирования (грузом или грузозахватным
устройством ПТУ) может быть определена условиями, налагаемыми на соответствующие переменные:
.
..
I q ( X (t ), x(t ), x(t ), F (t ), t ) ≤ ε q ,
(31)
где q = 1,..., 1, t ∈ [0, T ]
х-6ּ1 - вектор положения центра масс и ориентации объекта манипулирования (груза или грузозахватного устройства);
F-6ּ1 - вектор сил и моментов, действующих на груз или грузозахватное устройство (грейфер); ε q = const ;
Т - время выполнения технологической операции.
При наличии связей, наложенных на движение объекта манипулирования, к неравенствам (31) необходимо добавить уравнения или неравенства, определяющие эти связи.
Простые технологические операции будем относить к одному и тому же
типу, если у них совпадает структура условий (31). Примером простой операции может служить вывод объекта манипулирования (груза или грузозахватного устройства) в заданную точку (штабель лесоматериалов, накопитель и т.п.)
рабочей зоны ПТУ с заданной ориентацией (терминальная операция). В момент
окончания данной операции t=T могут быть предъявлены требования и к вектору сил и моментов F. При этом технологическая цель такой операции может
быть описана условиями вида
.
..
I q ( х( Т ), x( Т ), x( Т )) ≤ ε q
(32)
q = 1,..., l .
.
В левую часть этих неравенств могут входить постоянные векторы х * , х *,
определяющие требуемое положение или скорость объекта. Простые операции,
у которых совпадают и заданные параметры в условиях (31), (32), будем называть отдельными простыми операциями. Например, задача стабилизации объекта (груза или грузозахватного устройства) относительно положения х * , описываемая условиями вида (31), является отдельной простой операцией. Каждая
отдельная простая операция, выполняемая в эргатической системе, представляет собой множество случайных реализаций, полученных при неизменных условиях работы.
Оценка качества выполнения технологических (манипуляционных) операций. Показателями качества технологических операций обычно принято считать объективные оценки степени выполнения определённых технологических
требований. При этом такое определение справедливо только по отношению к
рабочим операциям, которые выполняет объект манипулирования. Для гностических операций показателем качества должно быть определение степени соот-
66
ветствия исследуемых свойств среды (объекта управления) их субъективным
оценкам человеком - оператором. Вместе с этим показатели качества выполнения технологических (манипуляционных) операций необходимо отличать от
показателей качества функциональной деятельности оператора, включающих
психологические и психофизиологические оценки.
При выполнении по системе автоматизированного эргатического управления ПТУ отдельной простой технологической операции наиболее полной
оценкой качества её является вероятность достижения намеченной цели:
I = P ( I1 ≤ ε 1 , I 2 ≤ ε 2 ,..., I 2 ≤ ε i
(33)
Более простыми оценками являются центральные моменты функционалов I Q , q = 1,..., l различных порядков к0 :
 0 l1 0 ln 
mq(1k...) qn = M  I q1 ... I qn ,


n
∑ li = k
i =1
(34)
Если, в частности, распределение вероятности величин I q близко к нормальному, то достаточно полная оценка даётся моментами первого и второго
порядков:
 0 2 
(2)
m q = M I q ; m q = M  I q  = D I q = σ q2
(35)
 
{ }
{ }
0 0 
mq( 2i )q j = M  I q1 I q j  , которые характеризуют математическое ожидание функ

ционалов Iа, их дисперсию и взаимную корреляцию.
Оценка качества выполнения простой технологической операции (например, на штабелёвочно-погрузочных работах, выполняемых консольнокозловыми кранами по системе автоматизированного группового управленияСАГУ) зависит от возможности предоставления оператору информации о достижении заданной цели этой операции. При этом можно рассматривать три
возможных случая реализации данного положения. В первом случае оператору
предоставляется полная информация о достижении заданной цели на мнемосхеме пульта управления в графической форме или в виде определённых символов. Во втором случае такая информация сообщается (подаётся) лишь частично. И в третьем случае оператор судит о результатах выполнения данной
технологической простой операции только на основании своих наблюдений и
ощущений.
Если в первом случае время не ограничено, и операция может быть выполнена оператором с помощью САУ при совершении им определённых действий с пульта управления, то время выполнения этой операции и является основным показателем её качества. Если же время ограничено по каким-то производственным причинам, то основным показателем качества будет служить
вероятность достижения заданной цели.
67
Во втором случае показателями качества выполнения заданной технологической операции наряду с временем её выполнения, можно полагать из
функционалов I q ,a , которые входят в определение конечной цели операции, но
не входят в число условий, экспонируемых оператору. И, наконец, в третьем
случае все функционалы, входящие в определение технологической цели этой
простой операции, можно рассматривать как показатели качества выполнения
самой технологической операции.
Параметры и функции, определяющие качество выполнения простой
технологической операции. Эффективность выполнения. Для оценки качества
выполнения простой технологической (манипуляционной) операции необходимо ввести некоторую меру в пространстве параметров или функций, от которых зависит конечная (заданная) цель этой операции. Такой мерой µ , например, может служить вероятность попадания точки х * в соответствующее множество в рабочей зоне того или иного ПТУ. Однако такая мера может быть задана и другими способами, в том числе в зависимости от объективной оценки
важности выполнения этой операции в определённом подмножестве рабочей
зоны ПТУ, в зависимости от субъективных оценок оператором этой важности.
Предположим также, что известна вероятностная мера оценки качества
технологической операции µ , ,соответствующая отдельно взятой операции в
определённый момент и обусловленная только особенностями работы оператора в системе (САГУ). Рассмотрим теперь полное множество возможных путей
реализации заданной простой операции U * . Например, в случае операции вывода в заданную точку зоны обслуживания ПТУ груза (пачки лесоматериалов)
или грузозахватного устройства, речь идёт о множестве реализаций переноса
указанного объекта манипулирования (груза или грузозахватного устройства) в
произвольную точку рабочего пространства зоны обслуживания ПТУ. Наиболее точно множество путей реализации простой технологической операции
может быть определено как прямое произведение пространства реализации отдельных операций и пространства параметров, которые образуют рассматриваемую простую операцию из отдельно взятых простых (ещё более простых)
операций. Мера µх на множестве реализаций простой заданной технологической операции определяется как произведение мер µ* = µ ⋅ µ' .
В свою очередь, каждый из частных показателей качества I q может быть
усреднён по мере µ * , что даёт возможность судить о достижении заданных целей технологической операции в среднем по рабочему пространству зоны обслуживания (ПТУ)
_
I q = ∫ I q dµ * .
(36)
U*
При этом могут быть также вычислены величины
∫εdµ
Iq ≤
*
, q = 1,...l , имеющие
q
смысл вероятности выполнения соответствующих неравенств в тех случаях,
когда мера µ * является вероятностной. Данные интегралы в то же время могут
не определять вероятность выполнения рассматриваемой технологической опе-
68
рации данного типа, поэтому в дальнейшем условимся называть их (интегралы)
эффективностью выполнения операции. В частности, если число определённых точек в пространстве рабочей зоны ПТУ конечно (как нашем конкретном
случае), то эффективность можно будет определить следующим образом:
Э{I1 ≤ ε 1 ,..., I e ≤ ε e } =
1 N
Σ Xi
N i =1
(37)
1, если I q ≤ ε q , q = 1,..., l 
Xi 

0 в противном случае. 
Для определения эффективности транспортно-грузовых операций, являющихся составляющими простой технологической операции, необходимо
задать меру на множестве траекторий x * (t ) . В частном (нашем) случае позиционного управления, когда каждая траектория движения груза или грузозахватного устройства задаётся множеством точек, задача сводится к рассмотренной
ранее. В задаче слежения (оператор следит за выполнением технологической
операции, манипулируя при этом грузом или грузозахватным устройством) вид
случайного процесса x * (t ) должен быть задан, то есть задана соответствующая
вероятностная мера.
Выбор между показателями типа (36), то есть средними значениями
функционалов, входящих в определение целей технологических операций, и
показателями, обобщающими вероятность выполнения заданной цели, зависит
от способа задания цели оператору САГУ.
Качество выполнения сложной операции в системе автоматизированного эргатического управления ПТУ. Качество сложной технологической операции, состоящей из последовательности простых (например, штабелевка круглого лесоматериала состоит из наведения грузозахватного неустройства в соответствующий накопитель, набора пачки лесоматериала в нём, перемещении её
(пачки) в определённую точку соответствующего штабеля и укладка её в штабель и т.п.), обычно определяется с помощью линейной комбинации частных
показателей, вычисленных для простой операции, как
I = ∑ I *p µ p
(38)
p
Коэффициент µ p находится методами экспертных оценок, которая по
предположению, должны удовлетворять следующим условиям:
µ p ≥ 0; Σµ p = 1.
Еще более общий подход требует определение эффективности выполнения сложной операции ПТУ (консольно-козловым или башенным краномлесопогрузчиком) по системе автоматизированного эргатического манипуляционного управления. Если, в частности, параметры каждой простой технологической операции (взятие пачки лесоматериалов из накопителя или укладка её
в штабель) имеют случайный характер, и эффективность выполнения такой
операции может быть истолкована, как вероятность одновременного выполнения всех условий, определяющих её технологическую цель, то вероятностный
смысл может быть вложен и в определение эффективности выполнения сложной операции.
69
Обозначив I pq , p = 1,..., m, q - й функционал качества для Р-й простой операции, в качестве показателя её эффективности будем иметь величину
 I11 ≤ ε 11 ,..., I1l1 ≤ ε 1l1 ; I 21 ≤ ε 21 ,..., I 2 l 2 ≤ ε 2l 2 ;...; I m1 ≤ ε ml ;...;
P* = P
.
I
l
≤
ε
l
m m
 mm

(39)
В частном случае, когда все эти этапы сложной операции, являющиеся
простыми операциями, входящими в её (сложной операции) состав, можно считать статистически независимыми, справедливо соотношение
m
{
}
P * = П Pp ; Pp = P I p1 ≤ ε p1 ,..., I p l p ≤ ε p l p ,
p =1
(40)
которое существенно упрощает вычисление эффективности выполнения сложной технологической операции. Однако требование статистической независимости этапов подлежит специальной проверке, поскольку выполняется далеко
не всегда.
Введенные ранее (34),(36) показатели определения качества позволяют
судить об успешности выполнения всех технологических операций штабелёвочно-погрузочных работ на лесных складах электрическими крановыми установками по САГУ. И вместе тем этого недостаточно, чтобы судить о качестве
функционирования самой системы управления, а также о качестве работы человека-оператора, с тем, чтобы выявить трудности в работе всей эргатической
системы или определить рекомендации по её разработке и созданию. В связи с
этим приходится вводить ряд показателей, описывающих процесс управления
.
..
ПТУ, то есть изменение во времени векторов x(t ), x(t ), x(t ), F (t ) и не связанных
непосредственно с задачей рассматриваемой технологической операции. Эти
показатели можно назвать показателями качества процесса управления. При
этом заметим, что цель технологической операции может быть достигнута при
различных значениях этих показателей.
Анализ качества процесса управления в системеавто
м а т и з и р о в а н н о г о э р р а т и ч е с к о г о у п р а в л е н и я П Т У.
Для анализа процессов управления в таких эргатических системах, которой является САГУ крановыми установками на лесных складах, могут быть использованы те же показатели качества процессов управления, что и при анализе
автоматических систем управления, в том числе время переходного процесса,
колебательность (или перерегулирование), плавность (определяемая как число
перемен знака ускорения за единицу времени) и т.п.
Для операции переноса объекта (груза или грузозахватного устройства) в
заданное положение показатели качества процесса можно получить из анализа
функции времени, то есть
I i*1 = mi (t ) = M {xi (t )};
  0 2 
σ i (t ) =  M  x i (t )

 
1/ 2
(41)
70
(i = 1,..., l ) ,
а
также
матрицы
корреляционных
функций
0
 0

K (t ,τ ) = K ij (t ,τ ) =  M  x i (t ) x j (τ ) и матрицы дисперсии

 
0
 0

D = d ij (t ) =  M  x i (t ) x j (t ) .

 
[
]
[
]
(42)
Время переходного процесса Т может быть найдено по функции mi (t ) как
момент вхождения этой функции в заданную область, то есть T = max i Ti если
mi (t ) − mi* < ε i , i = 1,..., n при t ≥ Ti . Другое определение времени переходного процесса основано на рассмотрении среднего квадратичного отклонения: T = max i Ti
если σ i (t ) − σ i* < ε i , i = 1,..., n при t ≥ Ti .
Колебательность М (число переходов через установившееся значение), а
также перерегулирование δ m = max i max i mi (t ) − mi* / mi* определяются по функции
mi (t ) . Косвенным показателем колебательности в переходном процессе может
служить величина δ σ = max i max i σ i (t ) .
Во многих случаях переходный процесс в автоматизированной эргатической системе аппроксимируется с достаточной точностью как процесс в некоторой системе второго порядка, что позволяет установить постоянную времени
T0 = max i Ti и коэффициент демпфирования ξ = min ξ i , соответствующие данной
условной системе.
Для колебательных процессов показателями служат частоты первых гармоник и амплитуды колебаний.
Переходный процесс нельзя рассматривать отдельно от предыдущих этапов выполнения технологической операции. Анализ функций mi (t ),σ i (t ), M  x i (t )
.


позволяет выявить моменты перехода от этапа разгона к этапу движения приблизительно постоянной скоростью и затем к этапу торможения (например,
грузовой тележки консольно-козлового крана), а также характеристики отдель.
ных этапов, такие max i max i x(t ) , плавности процессов и т.п.
Для транспортной операции основными характеристиками процесса
управления служат отклонение математического ожидания mi (t ) − xi* (t ) = ε i (t ) и
среднее квадратичное отклонение σ i (t ) = [D{ε i (t )}]1/ 2 . По этим функциям могут
быть вычислены показатели max i max t ε (t ) , max i max t σ i (t ) . Время выполнения такой операции может служить её показателем качества, тогда, когда оно рассматривается вместе с показателем точности.
В случае оценки процессов управления с элементами непосредственного
слежения и стабилизации объекта можно использовать те же показатели, однако в таких случаях они будут зависеть от соответствующих характеристик случайных процессов, описывающих случайный сигнал, за которым ведётся слежение оператора, либо случайные возмущения, действующие на систему
управления.
71
В случае, если эргатическая управляемая система, может быть приближённо описана как линейная, то показатели качества процесса управления могут быть определены по соответствующим весовым функциям, связывающим
входные и выходные сигналы.
Например, в задаче слежения за положением объекта (груза или грузозахватного устройства) без ограничений на ориентацию может быть получена
матрица весовых функций размера 3x3 путём решения системы уравнений Винера - Хопфа. Числовые характеристики этих функций и будут служить показателями процесса управления объектом манипулирования. Данная задача также
может быть решена и для нелинейной эргатической системы при весьма широких допущениях. В таком случае получится система весовых функций, зависящих от нескольких переменных [34].
Оценка качества выполнения операций управления человекомоператором. Для более полного определения качества процесса управления в
автоматизированной эргатической системе в число дополнительных показателей, на наш взгляд, необходимо включить и показатели, характеризующие напряжённость труда человека-оператора (психофизиологическую нагрузку такого труда для человека, степень его усталости, изменение физиологических факторов и т.п.).
Физическую работу, проделанную оператором, управляющим ПТУ на
лесном складе, путём манипуляции с различными органами управления на соответствующем пульте можно оценить по формуле:
N T
A = Σ ∫ µ i (t )ω i (t )dt ,
i =1
(43),
0
где N - число пар рук участвующих в управлении;
µi– моменты, развиваемые в степенях подвижности кинематической
схемы, описывающей руку человека;
ω i - соответствующие угловые скорости.
Моменты µ i могут быть определены путём решения первой задачи динамики для руки человека, движение которой получено в результате наблюдения
(эксперимента). Оценка (43) существенна для копирующих систем, особенно
двустороннего действия, при управлении которыми оператор выполняет определённую физическую работу (нажимает кнопки, переключает рычаги тумблеров и т.п.).
Как видно из проведённых ранее исследований [32,33], для автоматизированных систем управления ПТУ физическая работа оператора сведена до
минимума и практически не зависит от способов управления при выполнении
как простой, так и сложной технологических операций. В данном случае напряжённость работы оператора [20] определяется не столько физиологическими, сколько психофизиологическими факторами. Поэтому для оценки напряжённости работы или усталости оператора при автоматизированном (групповом) управлении ПТУ на лесных складах, по нашему мнению, наиболее целесообразно применять хорошо известные психофизиологические тесты. Например, при простейшей оценке «резерва внимания» - это время реакции оператора
72
на загорание определённой лампочки на пульте управления, которая должна
сигнализировать ему о достижении определённого положения объектом манипулирования, и после чего он должен свободной рукой перейти к следующему
действию, например, к включению грузозахватного устройства на раскрытие с
последующим захватом пачки лесоматериалов. В качестве теста для оценки
общего утомления, характерного на этапе завершения рабочего времени (конец
смены), могут использоваться некоторые из простых операций, которые непосредственно выполняются оператором (например, взятие грузозахватным устройством пачки лесоматериалов из накопителя сортировочной линии; укладка
пачки лесоматериалов в определённую точку соответствующего штабеля или
вагон и т.п.). Вычисляемая средняя квадратичная ошибка (величина её) служит
косвенным признаком усталости оператора. Аналогичные результаты даёт тест,
в котором оператору предлагается следить за наведением грузозахватного устройства с пачкой лесоматериалов на далеко отстоящий вагон МПС или транспортное средство, совершающего двухмерное случайное движение на экране
приёмной телевизионной камеры (дисплея). В данном случае показателем усталости по-прежнему будет являться средняя квадратичная погрешность слежения.
В случае оценки качества выполнения сложных технологических (манипуляционных) операций по формуле (38) показатели усталости оператора
также могут быть введены в комплексный показатель качества с соответствующими весовыми коэффициентами, назначенными методом экспертных оценок.
Дисперсия всех показателей качества автоматизированных (эргатических) манипуляционных систем управления (САГУ), о которых шла речь выше,
в существенной степени зависит от подготовленности (адаптации) человекаоператора. В данном случае предполагается, что операторы должны пройти
предварительный отбор, в результате которого выбрать тех, которые могут
быть обучены (адаптированы) в более короткие сроки выполнению всех возможных технологических операций в процессе штабелёвочно-погрузочных работ.
Таким образом, прежде чем приступить к вычислению показателей качества, необходимо отобранному человеку-оператору (в данном случае это, как
правило, должен быть крановщик с большим стажем работы) пройти процесс
обучения (подготовки, адаптации), состоящий из повторяющихся серий всех
возможных технологических (манипуляционных) операций. В каждой из серий
испытаний человека-оператора вычисляются математические ожидания и дисперсии показателей качества. При этом процесс адаптации (обучения) человека
- оператора полагается завершенным после того, как наступает стабилизация
математического ожидания и дисперсии вычисляемых показателей качества.
Следует иметь в виду, что оператор САУ какой-то крановой установкой на определенном виде работ лесного склада после достаточно длительной работы
может изменить «стратегию» выполнения той или иной технологической операции на более совершенную, что приведёт к изменению средних значений показателей качества системы «оператор-автоматизированное управление-ПТУ».
73
5 Эргономические аспекты разработки систем информационнооперативного диспетчерского управления процессами
лесопромышленного производства
Как было доказано ранее [35], в основу совершенствования существующих систем управления процессами лесопромышленного производства с учетом современных условий их функционирования должна быть положена диспетчерская служба нового поколения с информационно-поисковонакопительно-командными характерными возможностями. Такой диспетчерской службой на современном этапе становления лесопромышленного производства является система информационно-оперативного диспетчерского управления (СИОДУ). Вместе с этим было установлено, что диспетчер системы информационно-оперативного диспетчерского управления процессами лесопромышленного производства является человеком-оператором наивысшего уровня
полиэргатической системы с множеством сложных взаимодействий. Таким образом, диспетчер (человек-оператор) СИОДУ управляет всеми процессами лесопромышленного производства (машинами, механизмами, техническими устройствами, производственными участками-цехами и людьми) посредством информационной модели, мнемосхемы, различных технических средств дистанционного управления (радио, телефон, громкоговорящая связь и т.д.), постоянно следя и наблюдая за ходом выполнения их (процессов). Следовательно, диспетчер в данном случае является человеком-оператором наивысшего уровня не
только полиэргатической системы с множеством сложных взаимодействий, но
и сложной следящей системы по положению. Поэтому в дальнейшем будем
рассматривать диспетчера как основное звено следящей системы управления,
от которого в первую очередь будит зависеть эффективность и качество
СИОДУ лесопромышленным производством. В связи с этим анализ труда диспетчера как человека-оператора такой системы имеет первостепенное значение.
Целью анализа труда диспетчера является сбор данных и определение задач,
которые предстоит решить. Другими словами, анализ труда диспетчера позволяет определить переменные характеризующие его трудовой процесс, и выбрать среди них один или несколько переменных критериев, которые в конечном итоге будут служить оценкой успешного или неудачного нашего вмешательства (исследователя) в этот трудовой процесс.
5.1 Особенности человека-оператора (диспетчера) как звена системы
управления (СИОДУ)
В области исследования систем управления и особенно таких сложных
следящих систем, к которым относится СИОДУ, в первую очередь является
разработка моделей диспетчера (человека-оператора). Необходимость создания
модели, правильно и с достаточной точностью воспроизводящей деятельность
диспетчера в системе управления, продиктована в первую очередь практическими соображениями.
74
Так как использование моделей в эргономических исследованиях имеет
ряд различных выгод: модели помогают более глубоко понять сложные системы или события; полезны при обучении и адаптации человека-оператора; создают благоприятные условия для экспериментирования, а в тех случаях, когда
экспериментирование невозможно, – основу для прогнозирования. И, наконец,
что тоже немаловажно, преимущество моделей заключается в их занимательности, по крайней мере, для тех, кто принимает непосредственное участие в
разработке и внедрении сложных систем управления, к которым относится
СИОДУ. Модель диспетчера позволит оперировать с человеком-оператором,
таким образом, как с обычным техническим звеном системы управления, и благодаря этому упростит и ускорит создание СИОДУ для определенного лесопромышленного производства, обладающего какими-то специфическими характеристиками, а также значительно облегчит задачу оптимизации таких систем.
Исследования простых следящих систем «человек-машина» установили,
что модель оператора с довольно высокой точностью описывает осредненные
по времени действия человека при данном входном сигнале и данной системе
слежения. Изменение того или иного влечет за собой изменение величин параметров передаточной функции в одних случаях, изменение структуры функций
– во-вторых и, наконец, делает передаточную функцию совсем непригодной
для описания поведения оператора – в-третьих. В этих изменениях проявляется
прежде всего адаптивность человека, из-за которой его передаточной функцией
можно пользоваться только при тех условиях, при которых она была найдена.
Вместе с тем человек-оператор обладает стохастичностью управляющих
движений. Даже тогда, когда передаточная функция с высокой точностью описывает осредненные по времени действия человека, каждое отдельное корректирующее движение может существенно отклоняться от того, которое соответствует линейным операциям над входным сигналом. Таким образом, реакция
человека-оператора (диспетчера) содержит случайную составляющую. Это
случайная составляющая проявляется также и в том, что, в отличие от технического линейного элемента, в выходной величине которого могут быть только
частоты, содержащиеся во входной величине, в выходной же величине человека обнаруживаются частоты, отсутствующие во входном сигнале.
Кроме того, динамические параметры человека-оператора (диспетчера)
изменяются в связи с непостоянством его психофизиологического состояния.
Эти изменения нельзя заранее предусмотреть, и поэтому их следует отнести к
случайным, но немаловажным факторам.
К указанным двум фундаментальным отличиям человека-оператора (диспетчера) от технического элемента системы управления (СИОДУ) - адаптивности и стохастичности - можно добавить и следующие. Человек-оператор способен выполнять управляющие движения, как по замкнутой, так и по разомкнутой схеме. Быстрые короткие движения (оперирование на пульте управления)
осуществляются без корректирующего влияния внешних и внутренних (для организма человека) обратных связей.
75
В случае диспетчерского управления, т.е. при управлении динамическими объектами человек-оператор (диспетчер) не ограничивается только зрительной информацией. В данном случае используются также слуховая, проприоцептивная, осязательная информации, как от внешних воздействующих факторов окружающей среды, так и от различных технических средств управления.
При этом, что особенно важно для диспетчера, кроме текущих сигналов перечисленных обратных связей для управления всеми процессами привлекается и
информация, хранящаяся в его памяти. Благодаря этому человек-оператор
(диспетчер) способен прогнозировать, экстраполировать и входной сигнал, и
поведение управляемых (корректируемых им объектов) объектов и процессов,
что весьма важно для данной задачи управления всем производством в целом.
Последняя из главных особенностей человека-оператора как звена системы управления связана с прерывистостью, дискретностью его восприятия, так
и ответных управляющих движений. Его способность выполнять непрерывные
плавные движения часто маскируют тот факт, что он (человек-оператор) является импульсным элементом, так как дискретные корректирующие движения
его, как правило, накладываются на непрерывные.
Таким образом, человек-оператор (диспетчер) представляет собой адаптивное, стохастическое, прогнозирующее, импульсное звено с запаздыванием в
системе управления (СИОДУ).
Как показали результаты исследования научно-исследовательских работ
по созданию и внедрению различных систем диспетчерского управления лесопромышленным производством [3-6], основными функциями диспетчера (человека-оператора) являются: обнаружение (детектирование) сигнала, идентификация сигнала (по отношению к чему-то, не являющемуся сигналом) и интерпретация его. Эти функции надстроены одна над другой и осуществляют все
вместе преобразование сигнала, или «входа» в ответную реакцию (принятие
решения), или «выход» (рис. 9).
Обнаружение сигнала является наиболее простой функцией, состоящей в
констатации наличия или отсутствия определенной формы сигнала и в установленном месте или объекте. При этом диспетчер воспринимает что-то или не
воспринимает ничего и это «что-то» может быть какой-то разницей (изменением).
Как видно из приведенной схемы этой функции (рис. 9), для нее необходим механизм обнаружения. Этот механизм («черный ящик», природа которого
не известна) получает команды из «кратковременной памяти» на основе определенных инструкций (этим и подчеркивается значение инструкций в трудовой
деятельности человека-диспетчера). Такие команды касаются деривации (шунтирования), позволяющей избежать бесполезных в данном случае идентификации и интерпретации, а также фильтрации, указывающих сенсорной системе
(человека), каким образом она должна ориентироваться и регулировать свою
деятельность, чтобы удерживать только требуемое явление. Команды фильтрации задаются также и «долговременной памятью», которая заполняется должным образом в процессе предшествующего обучения (адаптации). Инструкции,
76
относящиеся к деривации и фильтрации, определяют отношение диспетчера к
работе.
Рис. 9. Три разновидности действий человека-диспетчера
Функция идентификации более сложная по сравнению с функцией обнаружения. Она состоит в разбиении входных сигналов на несколько категорий.
Эта функция аналогична некоторым перцептивным функциям, изучаемым
психологами-экспериментаторами. Она осуществляется при выполнении операций контроля, происходящих процессов или производимых видов продукции
77
различных производственных подразделений. В наиболее простом случае мы
имеем дело только с двумя «категориями»: «хорошо-плохо», «много-мало»,
«правый-левый», «туда-сюда» и т.д.
Как видно из рис. 9, данная разновидность деятельности человекадиспетчера отличается от обнаружения включением механизма идентификации, причем шунтируется только интерпретацией. Механизм идентификации
питается, с одной стороны, механизмом обнаружения, передающим ему необходимые входные данные, с другой - долговременной памятью, представляющей необходимые для идентификации «схемы выбора». Эти схемы разновидности действий человека-диспетчера в первом приближении можно назвать его
структурными моделями. Они позволяют обеспечивать известную константность восприятия, а тем самым и повторяемость действий. Наличие таких схем
в долговременной памяти является результатом процессов специального обучения (адаптации).
Наиболее сложной функцией, по сравнению с двумя предыдущими, является функция интерпретации. Именно поэтому она наиболее часто встречается
при выполнении человеком-диспетчером конкретных практических действий и
присутствует во всех более или менее «интеллектуальных» операциях его деятельности. Отличие интерпретации от идентификации состоит в том, что, интерпретируя, диспетчер учитывает не только характеристики, непосредственно
появляющиеся на «входе» (в процессе его деятельности), но и их ожидаемый
эффект, тем самым, придавая им «особое значение». Так, при появлении на экране телевизора движущегося автолесовоза диспетчер не только идентифицирует его как автолесовоз, но и интерпретирует его как какого типа он и чем
(как) нагружен (хлыстами, сортиментами и в каком количестве). Подобным образом диспетчер не только отличает определенное положение стрелки на шкале
какого-то прибора (вольтметр или амперметр) от других возможных ее положений (нормальное напряжение сети), но и интерпретирует это положение как
сигнал тревоги (чрезмерно повышенное или пониженное напряжение) или команду к соответствующей ответной реакции и т.д.
Для точной интерпретации необходимо, чтобы обеспечивающий ее механизм интерпретации правильно отфильтровывал входные данные, передаваемые предшествующими механизмами. Это возможно только в том случае, если
долговременная память выдает правила идентификации. В трудовой деятельности диспетчера такими правилами являются данные ему инструкции его полномочий и действий.
В результате анализа труда диспетчера созданных систем управления лесопромышленным производством [8…13] было выявлено, что в отдельных
случаях срыв в его работе происходит из-за недостаточности (неточности, неполноты) инструкций.
Инструкции для работы диспетчера в каждом конкретном случае (в зависимости от специфических особенностей лесопромышленного производства)
могут быть более или менее сложными. Иногда они должны устанавливать
подлинную стратегию с многочисленными альтернативами, как, например, при
задачах обнаружения аварий или, что более обычно, при решении каких-то
78
особо важных производственных проблем. В этих случаях речь идет о многозвенной интерпретации, при которой правила, необходимые для интерпретации
входных данных, вполне аналогичны программам для электронных вычислительных машин.
Безусловно, рассмотренные здесь три разновидности действий человекадиспетчера весьма просты по структуре, но они и не претендуют на то, чтобы
учитывать все «почему» и «как» ощущения, восприятия и размышления. Они
служат для определения тех видов действий человека-диспетчера, которые требуют различных видов «манипулирования входными данными», поступающими из окружающей его среды лесопромышленного производства.
Следовательно, для более глубокого и всестороннего исследования деятельности человека-диспетчера должна быть разработана такая модель диспетчера, которая учитывала бы не только рассмотренные выше особенности, но и
те, которые они не затрагивают.
5.2 Основные виды моделей человека-оператора
Теория информации в собственном смысле этого слова является теорией
статистической, т.е. она позволяет изменять количество переданной и принятой
информации. В эргономических исследованиях (анализ труда) широко используется соответствующая этому положению математическая модель. Использование математических моделей при анализе труда полезно, в первую очередь,
на стадии постановки экспериментов, когда требуется описать функцию связывающую подачу сигнала с соответствующим образом закодированной ответной
реакцией. Другими словами, статистическая теория информации дает возможность экспериментально изучать поведение человека-оператора, рассматриваемого как канал, способный передавать информацию. Проведенные за последнее
время исследования позволяют установить ряд данных (характеристик), которые могут быть непосредственно использованы в эргономике, в частности, при
анализе труда человека-оператора системы управления. Так, установлено, что
человек функционирует как канал с ограниченной емкостью: количество переданной информации остается пропорциональным количеству полученной информации до известного предела, зависящего от сенсорной модальности, индивидуальных особенностей и т.д. За этим пределом канал насыщается, и количество передаваемой информации остается неизмененным, что ведет, естественно, к ошибкам или пропускам. Вместе с этим известно, что человек-оператор
функционирует как одноканальное устройство, и что это обстоятельство иногда
делает необходимым введение, например, избыточности данных в сигнализацию (передача информации) и т.д.
Однако при анализе труда человека-оператора статистическая теория информации, взятая сама по себе, еще не позволяет учесть все аспекты коммуникаций между людьми и машинами (процессами и системами управления). Для
анализа труда человека-оператора в системах «человек-машина», «человекпроцесс», «человек-система управления» и т.д. были разработаны различные
модели (наиболее известные-модель Ганье, модель Бирмингема и Тейлора). По-
79
видимому, большое число и разнообразие предложенных моделей человекаоператора объясняется именно многообразием свойств человека в системе
управления. Модели различают по многим признакам, и поэтому возможны
различные способы их классификации. С точки зрения теоретического аппарата для анализа их действия модели принято делить на линейные и нелинейные.
В зарубежной технической литературе, для того чтобы отразить нестационарность и наличие нелинейности у человека-оператора, линейные модели обычно
называют квазилинейными. Однако для любого технического звена, считающегося линейным, также можно обнаружить нестационапрность или отклонения
от линейности. И вполне понятно, что нет никаких оснований подчеркивать эти
особенности человека-оператора в названии его модели. Следовательно, для
него наиболее приемным и целесообразным должен использоваться термин
«линейная модель».
Другим не менее важным признаком, определяющим технические средства реализации модели, является ее непрерывность, или дискретность. В то же
время и непрерывные и дискретные модели могут быть как линейными, так и
нелинейными. В свою очередь, дискретные модели можно подразделить на три
типа: модели с дискретным восприятием входного сигнала, снабженные на
входе импульсным элементом; модели с дискретными управляющими командами на выходе и, наконец, модели с дискретными входной и выходной величинами.
Наиболее важным свойством модели, приближающим ее к человекуоператору, является способность прогнозировать входной сигнал или выходную величину объекта (процесса) управления или и то и другое.
В соответствии с делением процесса слежения человека-оператора на сопровождающий и компенсирующий и его модели могут быть моделями сопровождающего слежения, для которых управляющими сигналами служат входная
величина и ошибка слежения, и моделями компенсирующего слежения управляемые только ошибкой. Кроме того, модели сопровождающего слежения делятся на модели с предвидением, учитывающие будущее изменение входной
величины, и модели без предвидения.
В любом случае эти модели человека-оператора (диспетчера) описывают
функции слежения. Под этим термином следует понимать операции, при которых двигательная реакция оператора (диспетчера) должна приспосабливаться к
непрерывно изменяющимся сигналам окружающей его среды.
В случае простого слежения человек-оператор (диспетчер) выполняет
функцию упрощения (умножения на константу). Данному количественному
изменению на входе должно соответствовать пропорциональное изменение на
выходе. Другими словами, входной сигнал следует умножить на константу, характеризующую отношение «вход/выход» (рис.10,а). При этом другие операции слежения могут требовать различных функций. Так, при оценке скорости
(например, движение лесовоза по территории лесного склада) человекдиспетчер использует функцию, аналогичную дифференцированию, а при
оценке ускорения - двойному дифференцированию. Если задача человекадиспетчера будет состоять в экстраполяции положения переменной в заданный
80
момент с учетом скорости движения, то ему придется произвести функцию,
аналогичную интегрированию; если же при этом необходимо будет учитывать
и ускорение, потребуется функция, аналогичная двойному интегрированию
(рис. 10,б,в,г).
Рис. 10 Функция человека-диспетчера при различных операциях слежения: 1) время (время реакции); 2) усиление (умножение на константу); 3) алгебраическое сложение; 4) отклонение по времени; 5) интегрирование.
81
82
Модель подобного типа весьма далека от моделей, обычно используемых
в психологии. Однако необходимо заметить, что на данной стадии речь идет не
об объяснении психически механизмов, а об описании проведения человекаоператора (диспетчера) при выполнении им определенной операции управления.
При анализе трудовой деятельности как человека-оператора системы
«человек-машина», так и человека-диспетчера прежде всего необходимо построить специфическую модель, которая наиболее пригодна при описании той
или иной конкретной операции, а порой даже нескольких операций, являющихся преобладающими в деятельности того или иного вышеназванного субъекта.
На рис. 11 приведен пример простой специфической модели для анализа деятельности оператора системы автоматизированного группового управления
подъемно-транспортными устройствами на лесных складах. Эта модель предназначена прежде всего для того, чтобы установить виды и границы проведения исследований деятельности человека-оператора, а также показать секторы,
по линии которых могут быть приняты меры предотвращения нестандартных
ситуаций (несчастных случаев) и т.п.
5.3 Непрерывная линейная модель человека-диспетчера, выполняющего
операции сопровождающего слежения
В основе всех методов определения параметров непрерывной линейной
модели человека, выполняющего операцию слежения за входным сигналом при
помощи линейной системы регулирования, лежит структурная схема, представленная на рис. 12.
Рис. 12 Структурная схема определения параметров линейной модели человека-оператора, выполняющего операции сопровождающего слежения
Данная схема (рис. 12) соответствует как компенсирующему, так и сопровождающему слежению. Человек-оператор представлен на ней передаточной функцией Wч ( р) и источником так называемого остатка, или ремнанты r(t).
При этом под остатком понимается та часть выходного сигнала человекаоператора, которая не может быть получена линейным преобразованием входного сигнала.
83
Последовательно с человеком-оператором включен линейный объект
управления, обладающий передаточной функцией W0 ( р) . Входная и выходная
величины замкнутой линейной системы обозначены соответственно через a(t )
и ϕ (t ) . Входным сигналом для человека-оператора в какой-то определенный
промежуток времени является ошибка Θ(t ) , которая может быть определена,
как
θ (t ) = a(t ) − ϕ (t ) .
(44)
Выходная величина человека-оператора складывается из входного сигнала, преобразованного им Wч ( р) и остатка как
S (t ) = θ (t )Wч ( p ) + r (t ) .
(45)
Выходная величина системы в целом может быть получена умножением
S(t) на передаточную функцию системы управления слежением:
ϕ (t ) = S (t )W0( p )
(46)
или после подстановки (45) в(46) получим
ϕ (t ) = θ (t )Wч ⋅W0 ( p ) + r (t )W0 ( p) .
(47)
Соотношения (44), (45), (46) позволяют выразить все переменные через
входной сигнал и остаток, а именно, подставив (47) в (44), находим
W0 ( p )
1
(48)
θ( t ) =
a( t ) −
r( t ) .
1 + Wч ( p )W0 ( p )
1 + Wч ( p )W0 ( p )
Затем, подставив (48) в (45), получаем выходную величину человекаоператора
Wч ( p )
1
(49)
S( t ) =
a( t ) +
r( t ) ,
1 + Wч ( p )W0 ( p )
1 + Wч ( p )W0 ( p )
а умножив (49) на W0 ( р) , определяем выходную величину системы в целом ϕ (t )
т.е.
Wо ( p )
Wo ( p )
(50)
(t ) =
a( t ) +
r( t )
1 + Wч ( p )W0 ( p )
1 + Wч ( p )W0 ( p )
Статические методы определения параметров передаточной функции
Wч ( p ) человека-оператора основаны на использовании формул спектрального
или формул корреляционного анализов. Исходные данные получают опытным
путем в условиях, когда входной сигнал системы a(t) является случайной стационарной функцией времени, и процесс слежения приобрел установившийся
характер.
По экспериментальным данным полученных значений переменных величин вычисляют одними методами только модуль частотной характеристики,
т.е. амплитудно-частотную характеристику, а другими методами - частную характеристику полностью, т.е. и амплитудно-частотную и фазовую частотную
характеристики.
Проанализировав экспериментальные данные Д.Макруера и Е.Крендела
[37], можно найти, что передаточная функция человека, выполняющего однокоординатное компенсирующее слежение за непрерывно изменяющимся сиг-
84
налом с помощью усилительного, инерционного, интегрирующего или двойного интегрирующего звеньев, может быть представлена в виде
Wч ( p ) =
K (TLP + 1)
e −τp .
(T1P + 1)(TNP + 1)
(51)
τ
В данном выражении (51) запаздывание
в зависимости от вида входного сигнала лежит в пределах 0,12…0,20 с. Постоянная времени TN , являющаяся характеристикой инерционности нейромускульного механизма человека,
зависит от частотного состава входного сигнала и динамических свойств объекта управления. Постоянная времени TI за счет изменения которой в основном
происходит адаптация человека к частным свойствам сигнала и которая особенно важна при низкочастотном сигнале. Постоянная времени упреждающего
звена TL , фактически появляющегося в передаточной функции, если это необходимо служит для обеспечения устойчивости низкочастотного сигнала или
его эффективной отработки. Коэффициент усиления К, изменяется в широких
пределах в зависимости от коэффициента усиления объекта управления, а также от степени тренированности (адаптации) оператора (например, САГУ).
Кроме коэффициента усиления К в состав передаточной функции может быть
включен еще один коэффициент для учета пороговой величины ошибки, начиная с которой оператор обычно выполняет управляющие движения. Однако
ввиду того, что ошибки меньшей величины он воспринимает, но не устраняет,
то здесь этот коэффициент может быть опущен как малообоснованный. В данном случае (САГУ) адаптацию человека-оператора следует рассматривать как
оптимизацию его деятельности, одним из основных критериев которой является, по-видимому, запас устойчивости системы.
Другой вид универсальной модели человека-оператора (диспетчера) может быть предложен, исходя из исследований, проведенных Д. Макруером с
соавторами [38] частотой характеристики разомкнутой системы, а именно
Wч (iω )W0 (iω ) =
ω 0 iωτ
e
iω
e
.
(52)
Или в форме передаточной функции это выражение может выглядеть
следующим образом:
Wч ( p )W0 ( p ) =
ω0
p
e −τ e ⋅ p .
(53)
Следовательно, человек-оператор (диспетчер) и управляемое им звено в
определенный момент времени (автолесовоз, входящий на лесной склад) заменяются интегрирующим звеном с чистым запаздыванием. Входящие сюда параметры ω 0 и τ e определяются из двух условий: модель должна обладать частотой среза и запасом устойчивости по фазе, определенными данными эксперимента. Для выполнения первого условия достаточно положить, что ω 0 - частота среза амплитудно-частотной характеристики разомкнутой системы, т.е.
частота, при которой характеристика становится равной единице.
Действительно, подставив выражение (53) в виде
85
Wч (iω )W0 (iω ) =
ω 0 e −iωτ
ωe
i
π
2
e
=
ω0
π 

exp− i (ωτ e + ) ,
2 
ω

(54)
убеждаемся в том, что модуль выражения обращается в единицу при условии
ω = ω 0 . Запас устойчивости по фазе ∆ϕ , исходя из выражения (54), может быть
установлен как
π
π
∆ϕ = π − (ω 0τ e + ) = − ω 0τ e .
2
2
(55)
Тогда эффективное запаздывание может быть найдено, как
τe =
1 π
( − ∆ϕ ) .
ω0 2
(56)
Таким образом, вариант системы слежения с неустойчивым звеном должен быть исследован с целью выявления таких характеристик модели, которые
диктуются прежде всего условиями устойчивости замкнутой системы, так как
необходимость обеспечить устойчивость жестко ограничивает характер управляющих движений человека-диспетчера.
5.4 Дискретная нелинейная модель человека-диспетчера, выполняющего
операции компенсирующего и сопровождающего слежения
Дискретные (импульсные) модели человека-оператора, известные в настоящее время, представляют собой применение теории и техники импульсных
систем управления к системам, включающим человека как их основное звено.
Близость динамических характеристик таких моделей к характеристикам
человека связана прежде всего с тем, что импульсная схема отражает действительно присущие человеку дискретность восприятия и дискретность ответных
движений при выполнении им непрерывной операции слежения. Кроме того,
импульсная модель, в отличие от непрерывной, способна объяснить, почему
выходной сигнал человека-оператора содержит частоты, отсутствующие во
входном сигнале. Хорошо тренированный, целеустремленный человекоператор действует приблизительно оптимальным образом, зависящим от некоторых внутренних ограничений, присущих поведению человека, а также от
глубины понимания им условий выполнения основной задачи.
Экспериментальным путем установлено, что импульсная модель лучше
согласуется с характеристиками человека-оператора, если на ее входе на время
текущего периода фиксируется не величина входного сигнала, а скорость его
изменения. В моделях это обычно осуществляется путем фиксации средней за
время истекшего периода скорости изменения сигнала, которая вычисляется
как отношение разности двух последних значений сигнала к длительности периода.
Другими словами, принимается, что в промежутке между двумя отборами входного сигнала, он (сигнал) изменяется линейно со скоростью, равной
средней скорости за предыдущий промежуток [39].
Опираясь на исследования Г.Иогансена, можно предположить, что, модель человека-диспетчера может быть нелинейной многопараметрической моделью как для компенсирующего, так и для сопровождающего слежения. При-
86
мененный в этих исследованиях метод оптимизации параметров можно также
использовать и для разработки дискретной модели человека-диспетчера
СИОДУ лесопромышленным производством.
Под оптимизацией в данном случае понимается отыскание таких величин
параметров, при которых выходной сигнал модели с максимально возможной
точностью совпадает с выходным сигналом человека-диспетчера.
При этом операция оптимизации включает три основных этапа:
1 Регистрацию в ходе опытов по слежению трех основных переменных:
входного сигнала a(t), сигнала S(t) на выходе человека-диспетчера и сигнала φ(t) на выходе того или иного объекта управления.
2 Оптимизацию модели в разомкнутом контуре.
3 Оптимизацию модели в замкнутом контуре
Рис.13 Оптимизация модели человек-диспетчер
в разомкнутом контуре
При оптимизации в разомкнутом контуре (рис. 13) на вход модели подаются теже сигналы а(t)и ϕ (t ) , которые подавались бы на дисплей в опыте по
слежению. Выходной сигнал модели Sм(t) будет сравниваться с записанным при
проведении опыта с выходным сигналом человека-диспетчера Sч(t). Их разновидность будет служить для автоматического подбора оптимальных величин
параметров модели. Для этого, во-первых, необходимо вычислить некоторый
критерий точности согласования модели и натуры и, во-вторых, необходимо
подобрать такие величины параметров, при которых критерий имел бы минимальную величину. В данной методике оптимальные величины параметров находятся случайным поиском, т.е. при многократном повторении операции
сравнения модели с натурой новые значения задаются параметрам случайным
образом. Для экономии времени этот этап, как и следующий, может выполняться в ускоренном масштабе времени.
Оптимизация в замкнутом контуре (рис. 14) отличается тем, что из предварительно записанных материалов опытов с испытуемым (диспетчером)
87
Рис. 14 Оптимизация модели человек-диспетчер
в замкнутом контуре
используются только записи внешнего сигнала и выходного сигнала человекадиспетчера. Выходной сигнал модели при этом поступает на объект управления или его динамический аналог, откуда возвращается в преобразованном виде ϕ (t ) на модель.
Данный вид оптимизации обладает тем преимуществом, что позволяет
начать поиск с произвольно назначенных величин параметров и легко найти
область устойчивости модели. При этом оптимизацию необходимо проводить в
указанной последовательности, а не начинать её с замкнутой схемы, так как это
может вызвать определённые трудности с обеспечением устойчивости.
После того как будут найдены оптимальные параметры модели, окончательное суждение о степени её близости человеку-оператору выносится на основании сравнения таких вероятностных характеристик процесса слежения, как
средние величины, корреляционные функции и спектральные плотности выходных сигналов, а также взаимные корреляционные функции входных и выходных сигналов.
Нелинейная дискретная модель человека-оператора была построена
Г. Иогансеном [39] на основании данных, полученных в опытах по однокоординатному сопровождающему и компенсирующему слежению на экране ЭЛТ.
Используя данные этих опытов, можно с определённой уверенностью предположить, что передаточная функция человека-диспетчера, выполняющего операции компенсирующего и сопровождающего слежений в системе управления
лесопромышленными производством, может быть представлена как
Wч ( p) =
k (T1 p + 1)e −τp
(T2 p + 1)(T3 p + 1)
.
(57)
В передаточной функции (57) принято запаздывание τ =0,1 с. В качестве
критерия оптимальности может быть использован интервал от квадрата разности между выходными величинами модели и человека-диспетчера.
88
6 Экологические основы совершенствования управления
транспортно-грузовыми процессами
В настоящее время экология превратилась в одну из главенствующих
междисциплинарных синтетических наук, решающую оптимальную проблему
современности–изучения взаимоотношений человечества с окружающей средой.
Недопущение растущего загрязнения окружающей среды, сейчас, как никогда, состоит в коренной перестройке всей антропогенной деятельности. Суть
нового эколого-экономического мышления изложена в концепции перехода
Российской Федерации к устойчивому развитию, утвержденной указом президента России от 01.04.96г. В этом документе указывается, что переход страны к
устойчивому развитию должен обеспечить сбалансированное решение проблем
социально-экономического развития и сохранения благоприятной окружающей
среды и природно-ресурсного потенциала, удовлетворение потребностей настоящего и будущих поколений людей.
Вполне понятно, что процесс этот очень длительный, и борьба за чистоту
окружающей среды не носит мимолетный характер. Поэтому некоторые эколого-экономические проблемы в сфере природоохранной деятельности лесного
комплекса необходимо ставить и анализировать особо остро, и принимать по
ним определенные выработанные позитивные решения.
Таким образом, в настоящее время наиболее важными аспектами охраны
природы являются: технико-технологический и эколого-экономический).
Технико-технологический аспект охраны природы предлагает организацию производства по принципу безотходности.
Современная технико-технологическая база лесного комплекса не позволяет осуществить на промышленных предприятиях глубокую очистку воздуха
и воды ввиду исключительной дороговизны этих мероприятий. Разработка новых технологических процессов, на основе которых может быть создано безотходное производство, обеспечит не только высокие технико-экономические показатели, но и комплексное использование природных ресурсов. Однако по
техническим и экономическим причинам переход к безотходной технологии
сразу осуществить невозможно. Реальный путь экологизации технологии - это
постепенный переход сначала к малоотходным, а затем - к безотходным циклам. Тем самым могут быть достигнуты рациональное природопользование и
охрана окружающей среды.
Эколого-экономический аспект охраны природы стал формироваться относительно недавно. Своим возникновением и развитием он обусловлен бурным ростом производства и научно-технической революцией.
Первоначально охрана природы развивалась в основном как биологическая область знания, преследующая цель «охранять живую природу». В период
научно-технической революции, когда масштабы преобразовательной деятельности людей неизмеримо выросли, изменения природного равновесия стали
сильно отражаться на развитии народного хозяйства (вследствие недостаточно-
89
го учета экологического фактора), и проблема охраны природы приобрела также большое экономическое значение.
Современные темпы экологического развития обострили проблему ограниченности природных ресурсов, в связи с чем возникла необходимость учета
экологических требований к экономике. Следует подчеркнуть, что экономическое развитие внутренне противоречиво: с одной стороны, оно порождает ряд
острых экологических проблем, а с другой - в экономическом развитии заложена основа для устранения этих противоречий. Раскрыть природу противоречий
- значит понять связь двух систем: промышленного производства и окружающей среды. При этом необходимо помнить, что в системе «Экономика-среда»
не может быть отдано предпочтение ни экономике перед окружающей средой,
ни окружающей среде перед экономикой. Необходимо обеспечить такое взаимодействие, при котором высокие темпы расширенного воспроизводства, экономического роста и повышение всеобщего благосостояния сочетались бы не
только с сохранением, но и непрерывным улучшением и развитием как отдельных компонентов, так и всей окружающей среды.
Необходимым условием совершенствования механизма управления природоохранной деятельности на предприятиях лесного комплекса выступает
квалифицированный учет природоохранных затрат.
Вместе с тем до настоящего времени не разработан единый методический
подход к учету таких затрат, отсутствует значительная глубина проникновения
в суть этих вопросов [40].
В настоящем разделе представлены некоторые пути решения вопросов
подобного типа в транспортно-грузовых системах лесопромышленных производств.
6.1 Эколого-экономические проблемы лесного комплекса
При переходе к рыночным отношениям для охраны окружающей среды и
рационального природопользования требуется введение экономического механизма в сферу взаимодействия природы и общества.
Стратегическими целями Российской Федерации в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов, в том
числе и ресурсов лесного комплекса, являются:
-последовательное решение проблемы развития хозяйственного комплекса государства, при котором полностью учитываются экологические и природно-географические условия конкретных территорий для обеспечения благосостояния народов, населяющих эти территории;
-последовательное достижение на каждой конкретной территории качества среды обитания, отвечающего не только принятым санитарногигиеническим нормам, но и той системе ее оценок, которая учитывает генетическое здоровье населения;
-восстановление и сохранение биосферного равновесия (на локальном,
региональном и глобальном уровнях), генетического фонда животного и растительного мира;
90
-рациональное использование всего природно-ресурсного потенциала
России [41].
В связи с этими общими задачами, перехода лесного комплекса к устойчивому развитию в первую очередь являются интенсивное развитие производства на основе достижений научно-технического прогресса, внедрение новой
техники и прогрессивной технологии с учетом экономического фактора.
Научно-техническое развитие должно охватывать практически все отрасли лесного комплекса – от лесозаготовок и лесного хозяйства до глубокой химической переработки древесины. При этом необходимы ресурсосберегающие
пути формирования эффективного лесного комплекса, в основу деятельности
которого должен быть положен прежде всего экологический фактор.
Необходимо забыть те времена, когда при разработке технологических
процессов лесозаготовок, механической и химической переработки древесины
основными задачами считались разработка технологической схемы и аппаратурное оформление основного производства, а утилизации же производственных отходов практически не уделялось должного внимания.
Становится вполне понятным, что такое отношение к производству и средозащитной деятельности недопустимо, так как оно привело к развитию многоотходных технологий, особенно в лесопромышленном производстве. Неэффективное внедрение в производство достижений науки отрицательно сказалось на общем состоянии техники и технологии в различных отраслях лесного
комплекса, в том числе и в лесопромышленном производстве, где медленные
темпы обновления основных фондов привели к колоссальному износу основного оборудования.
В связи с этим основные тенденции развития лесного комплекса в настоящий период времени должны соответствовать концепции устойчивого эколого-экономического развития. При таком подходе в области лесной промышленности наиболее приоритетным направлением является создание нового поколения лесозаготовительных машин, соответствующих прежде всего лесоводственным и экологическим требованиям.
На сегодняшний день лесозаготовки отличаются не очень высокой механизацией и получением любой ценой древесины высокого качества. При этом
используются в основном гусеничные машины большой массы и устаревшие
технологии, позволяющие заготовлять 50-60% имеющихся ресурсов древесного
сырья, т.е. пневокорневая древесина, сучья, кора, древесная зелень практически
не используются и даже не утилизируются. Поэтому вторым, не менее важным,
направлением является поэтапная трансформация традиционно сложившихся
технологий в безотходные.
Целью развития малоотходных и безотходных производств является создание замкнутых технологических циклов с полным использованием поступающего древесного сырья и его отходов. При этом недопустимость загрязнения окружающей среды выше уровня допустимых санитарных норм является
наиболее важным требованием к малоотходному производству.
В случае безотходного производства полностью используются природные (древесные) ресурсы, не образуются отходы и не оказывается отрицатель-
91
ного воздействия на окружающую среду. Организацию такого производства во
всех отраслях лесного комплекса следует расценивать как перспективный этап
устойчивого эколого-экономического его развития.
Вместе с этим условием устойчивого развития лесного комплекса является рациональное управление лесами, что возможно реализовать только при переходе лесного хозяйства на интенсивный путь развития [42, 43].
Экономические вопросы, связанные с экологизацией лесного комплекса,
имеют важное значение.
Обратим внимание на наиболее главные из них. И прежде всего, определение экономической эффективности природоохранной деятельности, которое
заключается в сопоставлении величины предотвращаемого экологического
ущерба с величиной капитальных вложений, обеспечивающих его. Однако вопросы, связанные с обоснованием экономической эффективности природоохранной деятельности на предприятиях лесного комплекса еще мало изучены
и требуют глубокой теоретической проработки.
Не менее существенное значение имеет определение экологоэкономического ущерба наносимого природной среде предприятиями лесного
комплекса. Теоретические и методические исследования в этом направлении по
определению величины ущербов окружающей среде проводятся давно, и в этой
области имеется определенный накопленный опыт, которым при необходимости всегда можно воспользоваться.
Особо важное значение имеет в настоящее время экономическое стимулирование природоохранной деятельности. На макроэкономическом уровне такое стимулирование должно осуществляться через систему ценообразования,
плату за ресурсы, плату за сбросы (выбросы) загрязняющих веществ, гибкую
политику экономических налогов. Экономическое стимулирование природоохранной деятельности на уровне предприятия должно непосредственно увязываться с экономическими интересами работающего на нем коллектива.
В связи с необходимостью организации в лесном комплексе малоотходных и безотходных производств особо остро становится вопрос их экологоэкономической оценки.
В данном случае необходимо рассмотреть технико-экономические и экологические предпосылки создания и внедрения малоотходных и без отходных
технологий, показать влияние форм организации производства на возможности
внедрения таких технологий и оценить уровень организации и экономическую
эффективность малоотходных и безотходных производств.
6.2 Транспортно-дорожный комплекс и его влияние на
окружающую среду
Транспортно-дорожный комплекс является мощным источником загрязнения природной среды. Из 35 млнт вредных выбросов 89% приходится на выбросы предприятий автомобильного транспорта и дорожно-строительного комплекса, 8% - на выбросы железнодорожного транспорта, около 2% - на выбросы автотранспортные и около 1% - на выбросы водного транспорта.
92
Существенна роль транспорта в загрязнении водных объектов. Кроме того, транспорт является одним из основным источников шума в городах и вносит значительный вклад в тепловое загрязнение окружающей среды.
Выбросы от автомобильного транспорта в России составляют 22 млн т в
год. Отработанные газы двигателей внутреннего сгорания содержат более 200
наименований вредных веществ и соединений, в том числе и канцерогенных.
Нефтепродукты, продукты износа шин и тормозных накладок, сыпучие и пылящие грузы, хлориды, используемые в качестве антиобледенителей дорожных
покрытий, загрязняют придорожные полосы и водные объекты.
Существенное значение имеет загрязнение атмосферы асфальтобетонными заводами, так как выбросы этих предприятий содержат канцерогенные вещества. Эксплуатируемые в настоящее время в России асфальтосмесительные
установки разной мощности выбрасывают в атмосферу от 70 до 300 т взвешенных веществ в год.
Выборочное обследование показало, что очистное оборудование ни на
одной из них не работает эффективно вследствие конструктивного несовершенства, неудовлетворительного технического состояния и неполного проведения регламентного обслуживания.
На подвижных дорожных объектах, обеспечивающих строительство, ремонт и содержание дорог общего пользования, ежегодно выбрасываются 450
тыс.т. пыли, сажи и других вредных веществ. От стационарных источников загрязнения поступает свыше 130 тыс. т загрязняющих веществ. Этими же предприятиями ежегодно в поверхностные водоемы сбрасывается 43 млн. м3 загрязненных сточных вод.
Транспортно-грузовые процессы предприятий лесной отрасли являются
одной из значительных составляющих транспортно-дорожного комплекса нашей страны. Чтобы разобраться в сложных взаимоотношениях транспортногрузовых процессов с окружающей средой лучше всего применить системный
анализ связей между зависимыми объектами и определяющими их состояние
факторами. Определяющие методы такого подхода получили научное обоснование в научных работах И.Е.Евгеньева и А.А Миронова [44, 45].
В упрощенном виде модель взаимодействия составляющих транспортногрузового процесса (ТГП) лесопромышленного предприятия с окружающей
средой представлена на рис. 15. Из рисунка видно, что основными составляющими ТГП, оказывающими отрицательное воздействие на окружающую среду,
являются: транспортные средства (ТС), подъемно-транспортные устройства
(ПТУ) и лесовозная автомобильная дорога круглогодового действия (АД). Совместное функционирование транспортных средств, как материального выражения силы, и автомобильной дороги, как выражения пути, создает по законам
физики определенную транспортную работу.
Если рассматривать эту работу как интегральный процесс, неизбежные
по законам термодинамики потери энергии при переходе от потенциальной к
кинетической проявляются в форме транспортных выбросов, отрицательно
действующих на окружающую природную среду (тепло, вещественные отходы
сгорания топлива, шум, вибрация и др). Вполне понятно, что данная группа
93
воздействий создается только в процессе движения транспортных средств, которые соответственно и являются их источниками. Однако передача этих воздействий окружающей среде происходит через дорогу, по которой движутся
транспортные средства. При этом дорожные факторы определяют отчасти и
количество (эмиссию) выбросов, и параметры их распространения на придорожной полосе (территории).
Воздействия на окружающую среду дороги как инженерного сооружения
имеют постоянный характер и не связаны непосредственно с движением транспортных средств. Именно их имеют в виду, когда говорят о гармоничном сочетании какой-то лесовозной дороги с природой.
Воздействие процессов строительства и ремонта автодорог продолжается
сравнительно короткое время, хотя и может иметь существенное значение.
Далее рассмотрим более подробно все указанные факторы воздействия на
окружающую среду транспортно-грузового комплекса лесопромышленного
производства.
Рис. 15. Модель взаимодействия транспортно-грузовой системы предприятия лесного комплекса с окружающей средой:
I – социально-экологическая система; II – окружающая природная среда; III –
лесосека; IV – лесной склад; ТС – транспортные средства (лесовозный подвижной состав); АД – автомобильные лесовозные дороги (магистрали); ПТУ –
подъёмно-транспортные устройства; 1 – расход природных ресурсов на изготовение и работу ПТУ; 2 – расход природных ресурсов на изготовление и работу
ТС; 3 – загрязнения различного рода (смазочные масла, тормозные колодки и
т.д.); 4 - загрязнения различного рода (выбросы ОГ, масла и т.д.); 5 – воздействие сооружений дорожного комплекса; 6 – технологические воздействия строительства и ремонта; 7- расход природных дорожно-строительных материалов; 8
– различного рода загрязнения механизмов работающих на лесосеке; 9 – расход
природного топлива на транспортные средства; 10 – различного рода загрязнения машин и механизмов работающих на лесном складе предприятия
94
Влияние лесовозного автомобильного транспорта на окружающую
среду
Токсичные компоненты отработанных газов
Лесовозный автомобильный транспорт (ЛАТ) загрязняет воздух веществами, которые выбрасываются с отработавшими и картерными газами, попадают в воздух в результате испарения топлива. При этом основная мacca вредных
выбросов современного автомобиля приходится на отработанные газы (ОГ).
Отработанные газы ЛАТ - это смесь более 200 химических элементов и
соединений. В настоящее время принято считать, что основными компонентами ОГ являются: окись углерода (СО), углеводороды ( Сn H m ), окислы азота
( NOx ), альдегиды и пр.
Токсичные газообразные вещества делятся на несколько подгрупп. Самая
многочисленная подгруппа токсичных веществ состоит из углеводородов. По
токсичности углеводороды значительно различаются, но чаще всего их рассматривают в сумме.
Кроме отработанных газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) источниками загрязнения атмосферы являются картерные газы и испарения топлива из карбюратора и топливного бака. С картерными газами выделяется до
20% Сn H m , а на испарение из карбюратора и топливного бака приходится в
среднем 15% Сn H m .
В составе отработанных газов содержатся несколько десятков различных
углеводородных соединений. Особенно опасным является присутствие в Сn H m
канцерогенных веществ, вызывающих раковые заболевания. Наиболее полно
изученным канцерогенным веществом является ароматический углеводород
бенз-а-пирен.
Сажа также очень опасный компонент отработанных газов. Наряду с углеродом, она является носителем канцерогенных углеводородов, адсорбирующихся на ее поверхности.
Около 70-80% свинца, добавленного к бензину с этиловой жидкостью,
вместе с отработавшими газами попадают в атмосферный воздух. Соединения
свинца, накапливаясь в организме человека, вызывают изменение кроветворных органов и нарушения обмена веществ.
В отработавших карбюраторных газах также содержатся в малых количествах окислы серы, которые угрожающе действуют на кроветворные органы
человека.
Различные транспортные средства в процессе движения, как правило, работают с переменными нагрузками на неустановившихся режимах, с последовательными циклическими переходами с режима холостого хода на режим разгона, установившийся режим работы и далее торможения. Особенно в неблагоприятных условиях в этом отношении находится лесовозный транспорт лесопромышленных предприятий, расположенных в сильнопересеченной местности
(горные регионы нашей страны).
95
Установлено, что в период торможения двигателем выделяется большое
количество углеводородов. Максимальные концентрации СО наблюдаются при
работе двигателей транспортных средств на холостом ходу и при полных нагрузках. Вместе с этим при разгоне транспортного средства и при движении с
установившейся скоростью в отработавших газах отличается большая концентрация окислов азота. При работе двигателя ТС в режиме на обогащенных смесях наблюдается практически линейная зависимость концентрации СО от коэффициента избытка воздуха.
Шум от транспортных средств и другие физические воздействия
Звук, нарушающий тишину, постоянно присутствующий или мешающий
слуховому восприятию (речи, музыки и пр.), приводящий к напряженности или
нарушению здоровья, называют шумом.
Шум окружающей среды - это звук, который обычен для определенного
места - улица, дороги, леса и т.д. Он возникает от совместного воздействия нескольких близко расположенных и далеко расположенных источников.
Транспортный шум является одним из наиболее опасных загрязнений окружающей среды.
Шум принято оценивать относительными по отношению к единице сравнения параметрами: уровнем звукового давления, уровнем интенсивности звука, уровнем звуковой мощности. За единицу сравнения для звукового давления
принято пороговое звуковое давление, равное 2-10-5 Н/м2, значение которого
стандартизовано.
В результате названные выше относительные показатели приобрели
смысл абсолютных, так как они однозначно характеризуют абсолютные значения звукового давления, или интенсивности звука.
Таким образом, шум как совокупность звуков характеризуется количественно и качественно соответственно двумя основными показателями:
- уровнем звукового давления, или уровнем интенсивности;
- спектром, т.е. совокупностью частотой звуков, составляющих шум.
Транспортный поток (поток лесовозного и другого транспорта движущегося по лесовозной автодороге) состоит из отдельных транспортных средств.
В результате транспортный поток представляет собой сложный источник шума,
состоящий из отдельных источников. Уровень шума, создаваемого транспортным потоком, подчиняется примерно тем же закономерностям, которые характеризуют цикл движения каждого единичного транспортного средства (лесовозный автопоезд, автомобили другого назначения и пр.): работа на холостом
ходу, трогание с места и разгон - установившееся движение-торможение и остановка. При трогании с места и разгоне резко увеличивается уровень шума.
Значительное влияние на уровень шума от потока транспортных средств
оказывают интенсивность движения и его состав. В данном потоке интенсивность шума существенно превышает уровень шума отдельного транспортного
средства.
При движении транспортного средства возникают колебания, вызываемые неровностями дороги, а также неуравновешенными силами двигателя и
трансмиссии. Эти колебания передаются на раму, кузов транспортного средст-
96
ва и через полотно дороги на элементы придорожного пространства. В этом
случае воздействия вибрации можно рассматривать как шум, в двух аспектах:
воздействие на водителя и пассажиров транспортного средства и воздействие
на окружающую среду и окружающие объекты, если такие располагаются в непосредственной близости от автодороги.
В транспортном средстве вибрации низкой частоты возникают при взаимодействии колес с дорогой, и параметры колебаний (амплитуда, частота и ускорение) являются случайными. При этом уровень вибрации в основном определяется скоростью движения, равностью дорожного покрытия и конструктивными особенностями подвески транспортного средства.
Вибрации, возникающие в дорожном покрытии, обусловлены его временным сжатием при проезде ТС и последующим быстрым снятием нагрузки.
Возникающие таким образом колебания покрытия дороги передаются на грунт
и далее на близлежащее пространство и на все, что в нем расположено. Уровень вибрации при этом зависит от интенсивности и скорости движения, состава потока ТС и равности дорожного покрытия. Чем выше интенсивность, скорость движения и чем больше в составе потока тяжелых грузовых ТС, тем выше уровень вибрации, возникающей в придорожном пространстве. При наличии неровностей на дорожном покрытии происходит ударное взаимодействие
колес ТС с дорогой, что также увеличивается уровень вибраций. Передача вибрации на придорожное пространство зависит от грунта, его плотности, влажности, степени однородности и гранулометрического состава.
Шины пневмоколёс подвижного состава являются также источником нескольких видов загрязнения окружающей среды: продуктами износа шины,
акустического загрязнения вследствие генерации звуковых колебаний, вибрационного загрязнения.
В процессе эксплуатации ТС происходит износ шин подвижного состава,
особенно тягового, проявляющийся в уменьшении глубины рисунка протектора
вследствие протекания процессов трения в контакте шин с покрытием дорог. В
результате образуются тонкодисперские частицы резины, поступающие в виде
пыли в воздух.
Помимо резиновой пыли в воздух поступает пыль в результате износа
тормозных колодок, дисков сцепления тяговых ТС, а также продуктов истирания поверхности дорожных покрытий.
Среди загрязнителей, находящихся в резиновой пыли, прежде всего следует отметить кадмий, добавляемый в резину для ускорения процессов вулканизации при производстве пневматических шин подвижного состава автомобильных дорог. Кадмий постепенно накапливается в придорожной полосе, что
отрицательно сказывается на здоровье людей, пребывающих в ней, так как
кадмий весьма токсичный элемент, способный накапливаться в организме человека и поражать его внутренние органы.
97
Воздействие лесовозных автомобильных дорог на окружающую среду
Загрязнение придорожной полосы, особенно магистральных участков лесовозных дорог и дорог общего пользования с усовершенствованными покрытиями в процессе эксплуатации дороги проявляется в загрязнении почвы, придорожной растительности, поверхностных и грунтовых вод. Загрязнение происходит главным образом путем выпадения из атмосферы на покрытие твердых мелкодисперсных и пылеватых фракций, частиц, приносимых колесами
транспортных средств с дорог и проездов с неусовершенствованными покрытиями и грунтовых дорог, со стройплощадок, частичных потерь перевозимых
сыпучих грузов, продуктами истирания шин и покрытий, загрязнений, приносимых ветром, а также токсичными компонентами отработавших газов лесовозного транспорта и продуктами износа их деталей.
Большая часть токсичных компонентов отработавших газов рассеивается
в воздухе над проезжей частью и придорожной территорией. При этом концентрация их достаточно быстро убывает по мере удаления от дороги.
Особую роль в загрязнении придорожной полосы играет свинец, которого в ОГ содержится около 80 %. Свинец попадает в близлежащий грунт и фиксируется им. При этом главную роль в фиксации свинца в грунте играет органическое вещество. Основным механизмом фиксации является координационное связывание свинца группами, обладающими свободной нарой электронов.
Адсорбция свинца гумусом, и устойчивость свинцово-гумусовых связей увеличиваются при подщелачивании грунтовой среды. Кроме гумуса в фиксации
свинца грунтом участвуют глинистые минералы, но несколько в меньшей степени. В целом свинец достаточно прочно удерживается грунтом.
Наибольшую опасность в составе загрязнений от автодороги представляет пыль. Как правило, к пыли относятся частицы размером менее 100 мк
(1мк=10-6 м). Крупные частицы не могут находиться во взвешенном состоянии
в воздухе и оседают на поверхность дорожного полотна или на пространство,
рядом с ним лежащее.
Мелкие частицы пыли длительное время находятся в воздухе и, медленно
оседая, проникают в дыхательные органы человека.
Пылеватые частицы размером более 10-5 м способны задерживаться в
верхних дыхательных путях (на слизистой оболочке носа и бронхов), не проникая внутрь легких. Пылеватые частицы размером менее 10-6 м способны проникать в легкие, где они задерживаются, и в зависимости от природы и характера
могут оказывать вредное влияние, вызывая различные заболевания. Так как
частицы пыли обладают способностью аккумулировать микроорганизмы, это
может приводить к развитию даже инфекционных заболеваний, таких как
грипп, туберкулез, полиомиелит, корь, коклюш и т.д. Достаточно отметить, что
в 1 ч пыли содержится более 1 млн микроорганизмов. Микроорганизмы и пыль,
находясь во взвешенном состоянии в воздухе над дорогой, образуют бактериальные и аэрозольные системы. Запыленность воздуха над дорогой находится в
прямой зависимости от загрязненности дорожного покрытия.
98
Особенно пыль образуется при эксплуатации автомобильных дорог с
грунтовыми и другими покрытиями низшего типа (гравийные и щебёночные),
что особо характерно для лесного комплекса, вследствие истирания, измельчения, выдувания материала покрытия, а также за счет заноса на проезжую часть
и рыхлого материала (различных отходов) с прилегающих территорий.
Сильному загрязнению подвергаются придорожные полосы также и при
зимнем содержании автодорог, когда покрытия их покрываются снежноледяными отложениями, способствующими появлению различных видов
скользкости, а, следовательно, приводящими к снижению скоростей движения
и увеличению его опасности. При борьбе с этими явлениями на проезжей части
дорог применяются различные технологические операции и нормы распределения различных материалов, снижающих или даже ликвидирующих скользкость на дорогах. К таким относятся прежде всего песок чистый, песок содержащий какие-то добавки (например, соли) и различные химические материалы.
К противогололёдным химическим материалам относятся хлориды, нитраты, фосфаты и сульфаты Na, Cl, Mg, спирты, гликолы, ацетаты и др.
Химические вещества, применяемые в качестве противогололедных, воздействуют на окружающую дорогу растительность отрицательно двумя путями: прямым контактом при посыпке или разливе или через почву (грунт), лежащие в непосредственной близости от дороги. Прямой контакт возникает в
процессе удаления засоленного снега и грязи с проезжей части на обочину и
разделительную полосу, что приводит к непосредственному разрушению ткани
растений. Действие солей на почву (грунт) ухудшает не только ее химический
состав, но и структуру, что способствует гибели растений.
Вместе с этим соль, применяемая в качестве противогололёдного материала, во время зимней скользкости является одним из самых опасных факторов, загрязняющих сточные воды. Если допустить, что среднегодовая концентрация соли может наблюдаться в любой момент при условии, что концентрация ионов растворенной соли наивысшая, то в этом случае воздействие соли на
окружающую среду - максимальное.
Таким образом, вредные воздействия для окружающей дорогу растительности, в том числе деревьев, что особенно характерно для лесного комплекса,
возникают от следующих воздействий транспортно-грузовых систем:
1 Транспортные загрязнения (обработавшие газы, пылевидные выбросы,
особенно содержащие тяжелые металлы, кислотные дожди).
2 Гидрологические изменения, связанные с устройством насыпей и выемок, изменения микроклимата.
3 Засорение придорожной территории бытовым мусором, отходами производства, повреждение зерново-почвенного покрова, устройство объездов и производственных временных дорог в период строительных работ.
4 Добыча грунта и других нерудных материалов в непосредственной близости от дороги.
Предотвращение или ослабление вредных последствий достигается соблюдением общих и специальных правил экологической безопасности и рекультивацией нарушенных земель.
99
Исследователями установлено влияние различных загрязнений на регуляторные свойства биомембран, разрушение пигментов, подавление синтеза
белков, ферментов, другие функции растений. Так, у некоторых растений чувствительность к загрязнению атмосферы выше, чем у животных и человека. По
таким загрязнителям, как сернистый газ, аммиак, двуокись азота санитарные
нормы даже при их полном соблюдении, еще не гарантируют сохранности насаждений. Так, сернистый газ в безопасной для человека концентрации (0,05
мг/м3) начинает подавлять фотосинтез уже через 20-30 мин действия.
Вместе с тем многие растения аккумулируют загрязняющие почву тяжелые металлы и в довольно большом количестве. Исследованиями [46] установлено, что в придорожной полосе хвоя ели и сосны может содержать в разных
химических формах медь, свинец, цинк и другие металлы на два порядка больше, чем почва.
Воздействие дороги на деревья, другие растения, на животных, обитающих в лесу, обычно привлекают особое внимание защитников природы различных общественных организаций.
Однако такие воздействия имеют локальный характер, распространяются
в пределах определенной зоны влияния, границы которой можно с определенной степенью надежности зафиксировать.
Воздействия транспортно-грузовых систем на геолого-гидрологическую
среду менее заметны, последствия их проявляются постепенно, но значение их
бывает намного больше - результатом может быть процесс ухудшения состояния окружающей биосистемы в целом (дигрессия).
Вначале сокращаются годовой прирост древесины, высота деревьев (показатель бонитета), затем постепенно меняются основной состав и состав подлеска.
При этом хвойные породы заменяются лиственными, широколиственные
(дуб, клен, ясень и др.)– мелколиственными (береза, осина и др.), возникают
заболевания, выражающиеся чаще всего в усыхании всего дерева или низа кроны. Вместе с этим происходит деградация лесной подстилки (зернового слоя), а
разрушение ее делает невозможным естественный S прирост, порождает эрозию или переуплотнение грунта поверхностного слоя.
Основной принцип предупреждения дигрессии растущих лесонасаждений в придорожной полосе заключается в сохранении по возможности исходного естественного состояния. Дорога должна так вписываться в лесную экосистему, чтобы полностью сохранились её параметры.
Подъемно-транспортные устройства, машины и механизмы и воздействие на окружающую среду.
Как видно из pиc. 15, в транспортно-грузовой системе любого лесопромышленного предприятия специальные транспортные средства (лесовозные автопоезда, лесовозы и др.) обслуживаются дважды в рабочем цикле. В качестве
обслуживающих средств лесовозный подвижной состав в транспортногрузовом системе на погрузочных площадках лесосек и на перегрузочных
пунктах магистральных дорог при погрузке его применяются в основном ма-
100
шины и механизмы с движителями внутреннего сгорания. Это различные автомобильные и пневмоколесные краны (КС-1562, КС-1562А, КС-1563, КС-2561Д
и др.), челюстные гусеничные лесопогрузчики (ПЛ-1В, ЛТ-65В и др.).
Разгрузка основного подвижного состава лесовозных дорог (лесовозных
автопоездов) на лесных складах производится специализированными подъемно-транспортными устройствами, к которым относятся, прежде всего, электрические козловые краны (К-305Н, ЛТ-62) консольно-козловые краны (ККС-10,
ККЛ-32, ККЛ-125, KKJ&, KKK-16 и др.), электрические краны-лесопогрузчики
башенного типа (БКСМ-14ПМ, КБ-572 и КБ-Б 72А), а также электрифицированные мостовые и кабельные краны различных типов. Со специализированными электрическими кранами на лесных складах, особенно с небольшими
объемами производства, широко применяются и названные ранее автомобильные пневмоколесные краны различной грузоподъемности.
Вместе с названным электрифицированным подъемно-транспортным
оборудованием на лесных складах в транспортно-грузовых процессах в качестве обслуживающих механизмов применяются машины с двигателями внутреннего сгорания - это кран-экскаватор Э-505А, автопогрузчики-4045ЛМ, 40282,
4049М, погрузчик штабелер КЛ-4, лесоштабелер ЛТ-163 и др.
Таким образом, руководствуясь данным параграфом, можно сказать, что
как на лесосеке, так и на лесном складе лесопромышленного предприятия от
работы подъемно-транспортных устройств с силовым оборудованием в виде
двигателей внутреннего сгорания в экологическом отношении имеют место теже виды воздействия на окружающую среду, что и подвижной состав автомобильных лесовозных дорог.
Так, например, основную массу загрязняющих воздух веществ на лесосеке составляют отработавшие газы разнообразных подъемно-транспортных и
транспортных средств, применяемых в технологической операции погрузки
подвижного состава древесным сырьем (деревьями, хлыстами или сортиментами).
Объем отработавших газов и содержание в них вредных веществ в основном зависит от количества потребляемого топлива и технического состояния двигателя, главным образом системы питания. По количеству потребляемого топлива можно судить об объеме выделяемых отработавших газов.
Дымность отработавших газов дизельных двигателей челюстных погрузчиков определяется в соответствии с требованиями ГОСТа 23.1.441-76. Она не
должна превышать 40 % в режиме свободного ускорения. Для автомобильных
дизельных двигателей (тяговые лесовозные автомобили типа КрАЗ) дымность
отработавших газов определяется в соответствии с требованиями ГОСТа
21393-75, т.е. не должна превышать 15 % при максимальной частоте вращения
коленчатого вала.
Кроме того, что характерно для транспортных средств, указанные ПТУ
на лесосеке при выполнении операции погрузки подвижного состава, совершая
необходимые маневровые движения, полностью уничтожают всякую растительность, превращая погрузочную площадку и прилегающую к ней территорию в мертвую зону.
101
Не меньшее воздействие на окружающую среду (на территорию лесного
склада и прилегающие на ней территории) оказывают также-подъемнотранспортные устройства, такие как электрические козловые, консольнокозловые, башенные и мостовые краны. Известно, все указанные механизмы
работают на строго определенной территории, которая ограничивается в большинстве своем подкрановыми путями.
Поэтому, выполняя разгрузочно-штабелевочно-погрузочные операции,
эти электрические ПТУ лесных складов на территории или обслуживаемыми
нарушают всякие допустим экологические требования, порой приводя эти территории или части их в захламленные, заболоченные участки, совершенно непригодные для хранения древесного сырья. А так как указанные ПТУ очень
сложные механизмы, порой имеющие 4-5 электрических привода с обязательным наличием редукторных передач и других механизмов, требующих постоянной смазки различными маслами, то вполне понятно, что потери последних
имеют значительные количества, что также отрицательно сказывается на окружающей среде.
Характерной особенностью лесных складов, а именно их систем обслуживания потоков транспортных средств специализированного подвижного состава предприятия, а также подвижного состава различных потребителей, является то, что одновременно в этих системах под разгрузкой, погрузкой, в очереди на выполнение одной из этих указанных операций находится большое число
единиц средств автомобильного и другого транспорта мотовозов узкой колеи,
которые совершают необходимые технологические маневровые операции, работая на пониженных скоростях.
При таком положении на окружающую среду территории лесного склада
воздействуют все виды указанных отрицательных факторов с точки зрения экологии.
6.3 Обеспечение экологической безопасности транспортно-грузовых систем лесопромышленных предприятий
Основные направления обеспечения экологической безопасности. Основными направлениями минимизации экологического ущерба от функционирования транспортно-грузового комплекса являются:
1 Природоохранные мероприятия, направленные на сохранение условий
жизни растительного и животного мира, сохранение микроклимата, предотвращение эрозии почв и грунтов, сохранение режима стока поверхностных и грунтовых вод.
2 Снижение уровня загрязнений атмосферного воздуха, воды, а также
уровня акустического и вибрационного воздействий;
3 Снижение уровня энергопотребления при работе транспортных средств
и систем, их обслуживающих, а также дорожно-строительных и дорожноремонтных машин при производстве дорожно-строительных материалов
и всех работ и операций в дорожном строительстве.
Технические решения, реализуемые в транспортно-грузовом комплексе
лесной промышленности, должны предусматривать в качестве основного эко-
102
логического критерия минимизацию уровня биопотребления (экологического
ущерба) и уровня энергопотребления (минимальная мощность двигателей, минимальный расход топлива, минимально возможную интенсивность движения
при оптимальном его составе, оптимальную по расходу энергии скорость движения транспортных средств, оптимальные по расходу топлива и энергии дорожные условия – продольные уклоны, радиусы поворота, ширина проезжей
части, расстояние видимости, ровность и степень шероховатости проезжей части и др.).
Основные направления (задачи) обеспечения экологической безопасности транспортно-грузового комплекса лесной промышленности заключается в
следующем:
1 Сформулировать концепцию и основные положения программы.
2 Разработать систему показателей для оценки экологической безопасности транспортно-грузового комплекса (ТГК) и методику их определения.
3 Разработать систему управления экологическим состоянием ТГК.
4 Создать условия для формирования «экологического мышления» у всех
работников ТГК лесной отрасли.
5 Разработать отраслевую систему мониторинга и контроля экологической безопасности ТГК.
6 Разработать природоохранные мероприятия.
7 Разработать экономический механизм системы управления экологическим состоянием ТГК.
При экологической оценке транспортно-грузового комплекса первоочередное внимание обоснованно должно уделяться воздействиям возникающим
при движении транспортных средств, а затем транспортной артерии (автомобильной дороги) и после подъемно-транспортным устройствам, обслуживающим транспортные средства. Влияние строительства лесовозных дорог на экологию окружающей среды в данном случае не рассматривается.
Определение массы выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных средств на автомобильных дорогах.
В данном случае рассчитывается выброс оксида углерода, углеводородов, оксидов азота и серы, сажи, свинца последовательно всеми типами транспортных средств и затем суммируется.
Массовый выброс загрязняющих веществ грузовыми (специальными) автомобилями с определенной грузоподъемностью и типом двигателя при движении по территории населенных пунктов рассчитывается по формуле
M 1iks = mliks Llks k ris k nis 10 −6 , т ,
(58)
где mliks - пробеговый выброс 1-го загрязняющего вещества грузовыми автомобилями k-й грузоподъемности с двигателями S-ro типа,
г/км;
Llks - суммарный пробег по территории населенных пунктов грузовых
автомобилей k-й грузоподъемности с двигателями S-го типа, км;
kris - коэффициент, учитывающий изменение выбросов загрязняющих
веществ при движении по территории населенных пунктов;
103
knis - коэффициент, учитывающий изменение пробегового выброса от
уровня использования грузоподъемности и пробега.
Массовый выброс загрязняющих веществ грузовыми (специальнымилесовозными) автомобилями с определенной грузоподъемностью и типом двигателя при движении вне населенных пунктов рассчитывается по формуле [47]
M 2iks = m2iks L2 ks k nis 10 −6 , т ,
(59)
где m2iks - пробеговый выброс загрязняющего вещества грузовыми автомобилями (автолесовозами) грузоподъемности с двигателями
S-го типа, г/км;
L2ks - суммарный пробег при движении вне населенных пунктов, км;
Knis - коэффициент, учитывающий изменение выброса от уровня использования грузоподъемности и пробега.
Суммарный массовый выброс 1-го загрязняющего вещества грузовыми
автомобилями Mri определяется по формуле
5
3
M ri = Σ Σ ( M 1iks + M 2iks )K Tis т ,
(60)
k =1 s =1
где kTis - коэффициент, учитывающий влияние технологического состояния грузовых автомобилей на массовый выброс загрязняющего
вещества для типа двигателя.
Значения kTis принимают равными: для грузовых лесовозных автомобилей с бензиновыми двигателями kTCO=2,0; kTCH=1,83; К TNO = 1,0 ; KTC=1,15;
K TSO = 1,15 ; для автомобилей с дизельными двигателями kTCO=1,6; kTCH=2,1;
К TNO = 1,0 ; KTC=1,9; K TSO = 1,15 .
При отсутствии данных о распределении пробега грузовых автомобилей
в составе автопоездов на вывозке древесины и наличии данных (в диспетчерской) об общем пробеге лесовозного автомобиля Lks, пробег L1ks и L2ks определяется по формулам:
– транспортировка древесины по территории лесного склада и местным потребителям
L1ks = 0,9 Lks ; L2 ks = 0,1Lks ;
(61)
– транспортировка древесины с мастерских участков на лесной склад и с
других пунктов складирования древесины (перегрузочные пункты на магистралях)
L1ks = 0,2 Lks ; L2 ks = 0,8 Lks .
(62)
2
2
2
2
Расчет уравнений шума и вибрации на придорожных территориях
Уровень шума при движении транспортного потока по автомобильным
лесовозным дорогам зависит от многих факторов: мощности, режима работы и
состояния двигателя и самого транспортного средства (автомобиля), его скорости, вида шин и состояния покрытия, числа полос движения, интенсивности и
состава движения, интервала между лесовозными и автопоездами ширины
придорожной полосы, продольных уклонов дороги и т.д.
104
Учесть все факторы при расчете дорожного шума в настоящее время невозможно. Из имеющихся методов расчета транспортного шума наибольшее
количество факторов включает метод ЦНИИП градостроительства, согласно
которому эквивалентный уровень шума в расчетных точках примагистральных
территорий можно определить по формуле

 f
Q
0 ,1⋅Lsoj  m 1 
−9
2,4 0 ,3 
 (63),
 ⋅ Σ
LAээк = 101g 
+
1
,
2
⋅
10
⋅
P
ε
V
λ
Σ
P
⋅
10
1 m
i
0 ,1∆Lф

i
=
1
j
=
1
d j 

 4 ⋅ 10

где Q - численность населения любого лесного поселка (через который
проходит магистраль дороги), чел;
∆Lф - поправка, зависящая от размера поселка и расположения их друг от
друга;
P1 - пропускная способность одной полосы движения (авт/ч) на рассматриваемом участке дороги при средней скорости движения автопоездов V,
км/ч;
f- количество типов лесовозных и других автомобилей в транспортном
потоке;
λ - шероховатость покрытия, мм;
Pi – процент i-го типа автомобиля в транспортном потоке, %;
LSOi - уровень звукового давления i-го автомобиля на расстоянии 7,5 м от
оси его движения со скоростью 50 км/ч, дБА;
dj - расстояние от расчетной точки на примагистральной территории от
оси j-той полосы движения, м;
ξ m - коэффициент многополосности.
При прохождении автомобильных дорог вблизи населенных пунктов или
при их пересечении эквивалентный уровень транспортного шума определяется
по формуле
2 r0
VT
L Aээк = 10 lg
k ⋅ 10 0 ,1Lr + ( 1 − k г ) ⋅ 10 0 ,1LA arctg
(64)
N ⋅V ⋅ r
2r
где r0- базовое расстояние от расчетной точки до оси первой полосы движения (при расчете шумовых характеристик r0=7,5, м);
N-интенсивность движения автомобилей в час «пик», авт/ч;
V- средняя скорость движения автомобилей, м/с;
r-расстояние от расчетной точки до оси первой полосы движения, м;
Lr, LA - уровень звука на расстоянии r0 =7,5 м соответственно от автопоезда или одиночного автомобиля в транспортном потоке;
T=3600 с.
Уровень вибрации в зданиях и сооружениях, находящихся вблизи автомобильных лесовозных дорог определяется по величине виброскорости, виброускорения и вибросмешения и также измеряется в децибелах
[
V
Lv = 10 lg 
 V0
]
2

V
 = 20 lg .
V0

(65)
105
a
S
; LS = 20 lg
(66)
;
S0
a0
где Lv, La, Ls- соответственно уровни виброскорости, виброускорения и
вибросмешения, дБА;
V, a, S - соответственно фактическая колебательная скорость м/с; фактическое виброускорение, м/с2, фактическое вибросмешение, м; V0, a0,
S0 V0, a0, S0 - пороговые величины виброскорости, виброускорения и
вибросмешения (V0=5·10-8 м/c2, a0=3·10-4 м/с2, S0=8·10-12м).
La = 20 lg
Определение эколого-экономического ущерба от загрязнения окружающей среды
Загрязнение окружающей среды приводит к негативным последствиям,
которые влияют на экономическое развитие общества, снижая научный, технический, социальный, культурный уровени регионов.
При анализе производственной, бытовой деятельности человека используют эколого-экономические оценки, выраженные в стоимостных показателях
затрат труда, необходимых для поддержания устойчивого развития биосферы и
сохранения эволюционного развития общества.
Затраты труда на сохранение устойчивого развития биосферы в процессе
деятельности людей состоят из следующих компонентов:
– устранение вредного воздействия материальных, энергетических, информационных потоков, поступающих в экологические системы;
– сохранение уровня производства и экономического состояния общества, вызванного действием закона снижения энергетической эффективности природопользования.
Вредное воздействие материальных, энергетических, информационных
потоков проявляется в увеличении количества заболеваний и смертности людей, снижении продолжительности жизни, снижении производительности труда, что сказывается на экономической эффективности общественного производства.
Закон снижения эффективности природопользования проявляется не
только при загрязнении биосферы, но при истощении запасов минерального
сырья, различных видов топлива, интенсификации поиска новых сырьевых и
топливно-энергетических ресурсов - все это отражается на величинах затрат,
связанных с изготовлением продукции.
Рассмотрим наиболее распространенную линейную модель оценки величины ущерба от загрязнения атмосферы, учитывающую поступление вредных
веществ в воздух. В этой модели ущерб от загрязнения атмосферы
Э1возд = к1 γ1σ 1 fM 1 ,
(67)
где M1 - приведенная масса газового выброса усл.т/год;
f - поправка на характер рассеивания примесей в атмосфере;
σ 1 - показатель относительной опасности вещества для данной территории
106
γi - удельный ущерб от выброса в атмосферу одной условной тонны
вещества, равный 2,4 р./усл.т.;
к1 - коэффициент, характеризующий состояние экономики общества
(поправка на инфляцию).
Приведенную массу годового выброса находят по формуле:
N
M 1 = Σ Bi m i ;
i =1
(68)
Bi = α1α 2 α 3 α 4 α 5
(69)
где mi - масса выброса, т/год;
α1 - показатель относительной опасности для человека;
α 2 - коэффициент, учитывающий вероятность накопления вещества и
последующего поступления в организм человека неингаляционным путем;
α 3 - показатель опасности вещества для природы (кроме человека);
α 4 - вероятность вторичного поступления вещества в атмосферу (образования пыли);
α 5 - вероятность образования более токсичных веществ из исходных.
Показатель относительной опасности вещества для человека зависит от
соотношения ПДК эталона (обычно берут оксид углерода) и загрязняющего
вещества в воздухе рабочей зоны и населенных мест
1/ 2
1/ 2
α1 = (ПДК рзсо ⋅ ПДК сссо ) / (ПДК iрз ⋅ ПДК сс1 ) ,
(70)
где ПДК сорз , ПДК сссо -соответственно допустимые концентрации оксида углерода в воздухе рабочей зоны и среднесуточные, мг/м3;
ПДК iрз , ПДК ссi - предельно допустимые концентрации загрязняющего вещества, мг/м3.
Коэффициент вероятности накопления вещества и последующего поступления в организм равен: α 2 = 5 для токсичных металлов и оксидов ванадия,
марганца, кобальта, никеля, хрома, цинка, мышьяка, кадмия, сурьмы, олова,
платины, ртути, свинца, урана и трансурановых элементов; α 2 = 2 для других
металлов и оксидов - ароматических углеводородов, бензпирена; α = 1 для других загрязнителей выбрасываемых в атмосферу.
Показатель относительной опасности выбросов для природы равен: α 3 = 2
в случае кислот, щелочей; α 3 = 1,5 для оксидов серы и азота, сероводорода, сероуглерода, неорганических соединений фтора; α 3 = 1,2 для неорганических пыл
ей окислов токсичных металлов, органических веществ; α 3 = 1 для других соединений, в том числе для металлов и их оксидов: кальция, железа, магния, калия.
Вторичный выброс пыли и аэрозолей зависит от количества осадков, выпадающих в регионе. Для территорий со среднегодовым количеством осадков
менее 400 мм/год принимают α 4 = 1,2 в остальных случаях α 4 = 1 .
107
Вероятность образования токсичных веществ принимается равной: α 5 = 5
для углеводородов, топлива, бензинов при поступлении в атмосферу южнее 45°
северной широты; α 5 = 2 для тех же веществ при поступлении в атмосферу севернее 45° северной широты; α 5 = 1 для других веществ.
6.4 Эффективность совершенствования управления транспортногрузовыми системами лесопромышленных производств с учетом экологического фактора
Определение текущих природоохранных затрат
На предприятиях лесного комплекса в т.ч. и в транспортно-грузовых системах их, текущие природоохранные затраты учитываются по следующим
статьям расходов: материалы, топливо, энергия; основная и дополнительная заработная плата производительного персонала; отчисления на социальные нужды; расходы на содержание и эксплуатацию природоохранного оборудования;
цеховые расходы.
В общем виде потребность в том или ином материале – на плановый период определяется методом прямого счета, т.е. как произведение удельной
нормы расхода Hp на объем очистки (сточных вод, газо-пыльных выбросов и
т.д.) в натуральном выражении Qp
PM = H p Q p .
(71)
В отдельном конкретном случае метод расчета плановой потребности соответствующего вида материала может конкретизироваться в зависимости от
специфических условий. Например, годовой расход химического реагента для
очистки воды может быть определен, как
Pг = Н хр Qв /( 10 4 α ) ,
(72)
3
где Нхр - норма расхода химически чистого реагента на 1 м очищаемой
воды,
Qв - объем воды, очищаемой за год, м3;
α - содержание основного вещества в товарном реагенте, %.
Годовые затраты на материалы будут определяться по формуле
n
З г = Σ Pм С n ,
i =1
(73)
где Сп - заготовительная себестоимость единицы материальных ресурсов;
n- число видов материалов.
Заготовительная себестоимость материалов складывается из договорной
цены Цд и расходов предприятия, связанных с транспортировкой Зтр и хранением Зхр материалов. К расходам по транспортировке и хранению относятся:
плата за провоз всеми видами транспорта; расходы по выгрузке и доставке на
склады своего предприятия со станции назначения; оплата услуг посреднических
снанабженческо-сбытовых
организаций;
прочие
транспортнозаготовительные расходы заготовительные себестоимость единицы материала
можно определить по формуле
108
С n = Ц д + ( Зтр + З хр ) / Qм ,
(74)
где Qm- общее количество материала приобретаемого предприятием на
природоохранные цели, нат.ед.изм.
Учет текущих природоохранных затрат.
В настоящее время на предприятиях лесного комплекса отсутствует единый подход и порядок учета текущих затрат на охрану окружающей среды. В
большинстве своем первичная документация по учету природоохранной деятельности отсутствует или производится нерегулярно. В подобных случаях величина природоохранных затрат определяется расчетным путем по формуле:
Ф
З = С т .п. − ( М с + П n + Б n ) п ,
(75)
Ф
где З- затраты по охране воздушного и водного бассейнов (окружающей
среды)
Ст.п. - производственная себестоимость товарной продукции;
Мс- стоимость потребного сырья и материалов;
Пn- стоимость попенной платы;
Бn- потери от брака;
Фn- среднегодовая стоимость основных природоохранных фондов предприятия;
Ф - среднегодовая стоимость основных производственных фондов предприятия.
Поскольку текущие расходы по охране природы включаются в себестоимость вместе с затратами по основной производительной деятельности, нет
возможности определить реальную долю каждого вида текущих затрат. Действующий порядок калькулирования себестоимости продукции не предусматривает выделения природоохранных расходов из общей суммы себестоимости,
что значительно осложняет их исчисление [48]. Действительно, достаточно
квалифицированно выделить природоохранные затраты очень трудно, а порой
и невозможно. Все это свидетельствует о необходимости специализированного
учета природоохранных затрат, о выделении их из общего объема расходов на
производство. Важность и актуальность решения данного вопроса неоднократно отмечались в специальной литературе [49, 50].
Полагают, что текущие природоохранные затраты наиболее целесообразно учитывать комплексно на трех взаимосвязанных этапах.
Первый этап - выделение таких затрат на самостоятельном счете первого
порядка «Расходы на охрану окружающей среды». Второй этап – выделение
системы субсчетов для учета затрат по отдельным сферам. Третий этап – организация аналитического учета экологических мероприятий.
Такая постановка вопроса, действительно, в принципе является правильной.
Ее практическая реализация позволит не только обеспечить достоверность учета природоохранных затрат, но и наиболее квалифицированно осуществлять
контроль и анализ таких затрат, определять их экономическую эффективность.
Комплексный показатель природоохранных затрат
109
Важным источником снижения статьи затрат на охрану окружающей
среды и себестоимость очистки является опережающий рост производительности труда по сравнению с ростом средней заработной платы. При этом, чем
больше разрыв в этих показателях, тем больше экономия. Чтобы учесть, как
изменить себестоимость вследствие разрыва в показателях роста производительности труда и заработной платы, нужно выполнить расчет по формуле
ЗП р − ПТ р α
∆С =
,
(76)
ПТ р
где ∆С - изменение себестоимости очистки сточных вод или воздушной
среды за счет сверхпланового разрыва в показателях роста производительности
труда и заработной платы, %;
ЗПр - рост заработанной платы, % к плану;
ПТр - рост производительности труда, % к плату;
α - процент заработанной платы в себестоимости очистки окружающей среды (сточных вод, воздуха и т.д.).
Комплексным показателем природоохранных затрат на предприятиях
лесного комплекса, в том числе в транспортно-грузовых системах его предприятий, могут служить затраты на 1р товарной продукции. Этот показатель может
определяться по формуле
(
)
Зпо =
С п .о .
,
Q
(77)
где Сnо- общая сумма природоохранных затрат, тыс.р.;
Q- объем товарной продукции предприятия, тыс,
Зnо- комплексный показатель природоохранных затрат (например,
3
р./м ).
Экономия, получаемая за счет сокращения природоохранных затрат,
приходящихся на 1р. товарной продукции предприятия, определяется по следующей формуле:
Э = ( З тф + З тп )Qф ,
(78)
ф
где Зт -природоохранные затраты на 1 р товарной продукции предприятия (системы) фактические, р;
Зтп - природоохранные затраты на 1р товарной продукции по плану, р.;
Qф - объем товарной продукции по отчетным данным предприятия.
Экономическая эффективность природоохранной деятельности предприятий лесного комплекса
Совершенствование экономических методов управления процессами и
операциями производством предприятий лесного комплекса в настоящее время
как никогда имеет определяющее значение.
Возросла при этом и актуальность задачи определения экономической
эффективности природоохранных мероприятий. Направление крупных капиталовложений, производственных затрат на охрану природы при всей очевидно-
110
сти их полезности должно обосновываться расчетами получаемого эффекта или
срока окупаемости.
На микроэкономическом уровне (на уровне предприятия лесного комплекса или его транспортно-грузовой системы) обобщающий показатель экономической эффективности природоохранной деятельности представляет собой отношение величины предотвращаемого экономического ущерба ∆У к затратам на эти цели Зп.о.
Э=
∆У
.
Зпо
(79)
На уровне предприятия лесного комплекса рекомендуется аналогичный
показатель определять по формуле
Эх. р . =
∆Д пр. р. + ∆П ум + ∆П пзос
П лсв + П лзос + С оч + Ен + К пр
,
(80)
где Эхр - экономическая эффективность природоохранных затрат на уровне предприятия;
∆Д пр. р. - прирост денежной оценки природных ресурсов, сберегаемых
или приумноженных в результате природоохранной деятельности предприятия;
∆П ут - прирост прибыли от утилизации ценных компонентов из сбросов, выбросов и отходов предприятий;
∆П лзос - сокращение платежей за загрязнение окружающей среды в результате природоохранной деятельности предприятия;
П лсв - плата за потребление свежей воды;
П лзос - платежи за загрязнение окружающей среды;
Соч - затраты, связанные с очисткой и обезвреживанием сбросов, выбросов, отходов и отбросов предприятия;
Ен- коэффициент экологической эффективности природоохранной деятельности предприятия;
Кпр - стоимость основных фондов природоохранного назначения предприятия.
Желание, а порой потребность, получить более объективную, полную и
всестороннюю характеристику экономической эффективности природоохранных мероприятий вызывает необходимость использовать, помимо рассмотренных выше основных показателей, дополнительные параметры. Назначение последних - дополнить, детализировать основные показатели, выразить величину
отдельных видов затрат и результатов природоохранной деятельности и тем
самым отразить отдельные преимущества и недостатки того или иного варианта рассматриваемого экологического мероприятия.
Обобщающий коэффициент эффективности транспортно-грузовой системы лесопромышленного предприятия
Было определено, что наиболее полно и достаточно глубоко уровень совершенствования управления транспортно-грузовых систем предприятий лесного комплекса отражает коэффициент эффективности (Кэ), представляющий
собой отношение затрат, связанных с удовлетворением потребностей предпри-
111
ятия в перевозке лесных грузов (древесины) к фактическим затратам. И так как
эффективность транспортно-грузового процесса зависит от компонентов и его
звеньев, необходимо было определить влияние основных эксплуатационных
факторов на эффективность совершенствования этого процесса.
Были рассмотрены такие реально действующие факторы, как дополнительные затраты, связанные с увеличением расстояния вывозки древесины
( ∆S1 ), дополнительные затраты, связанные с несоответствием подвижного состава роду перевозимого груза ( ∆S 2 ), дополнительные затраты, связанные с
возможными повреждениями и потерей груза ( ∆S 3 ), дополнительные затраты,
связанные с выполнением непредусмотренных (дополнительных) погрузочноразгрузочных работ ( ∆S 4 ) , дополнительные затраты, связанные с промежуточным хранением груза (на погрузочных площадках лесосек и магистралей) ( ∆S 5 )
дополнительные затраты, связанные с инерционностью транспортно-грузового
процесса ( ∆S 6 ) и дополнительные затраты, связанные с увеличением себестоимости транспортирования древесины ( ∆S 7 ), а также вновь возникаемые дополнительные затраты, связанные с увеличением себестоимости погрузочноразгрузочных работ в связи с переоборудованием ПТУ системой автоматизированного группового управления ( ∆S8 ). Значения указанных дополнительных затрат были учтены при построении линейного графа транспортно-грузового
процесса лесопромышленного предприятия [31].
Кроме того, там же было рассмотрено влияние на совершенствование
управления транспортно-грузовым процессом системы диспетчерского управления с точки зрения повышения эффективности его функционирования. Итак,
дополнительные затраты, связанные с увеличением себестоимости древесины в
связи с управлением транспортно-грузовым процессом по системе СИОДУ будут
∆S 9 = ∆S dyW ( f ) ,
(81)
где ∆S dy - увеличение себестоимости 1 м3 за счет затрат на создание и
внедрение СИОДУ.
Вместе с этим там же были рассмотрены эргономические аспекты оказывающие непосредственное влияние на совершенствование управления транспортно-грузовыми процессами лесопромышленных производств, т.е. на коэффициент эффективности (Кэ). В данном случае дополнительные затраты ∆S10
зависят напрямую от затрат на более высококвалифицированную подготовку
обслуживающего персонала транспортно-грузовой системы и в первую очередь
операторов лесовозного транспорта, автоматизированной системы управления
и диспетчеров СИОДУ.
И наконец, в настоящей монографии затронут вопрос экологического аспекта и влияние его на совершенствование управления транспортно-грузовыми
системами предприятий лесного комплекса, т.е. в данном случае определены
все виды затрат необходимые для обеспечения сохранности окружающей среды любого транспортно-грузового комплекса (системы) лесопромышленного
предприятия. Обозначив эти дополнительные затраты как ∆S11 и просуммиро-
112
вав их с остальными, коэффициент эффективности совершенствования управления транспортно-грузовым процессом примет вид
Kэ =
( S + S n − Zδ г ) ⋅ W (t )
(82)
( S + S n ) ⋅ W (t ) + ∆S1 + ∆S 2 + ∆S 3 + ∆S 4 + ∆S 5 + ∆S 6 + ∆S 7 + ∆S 8 + ∆S 9 + ∆S10 + ∆S11
Таким образом, проведенные теоретические исследования факторов,
влияющих на совершенствование управления транспортно-грузовыми системами, т.е. эффективность их функционирования, показывают, что реальная
оценка эффективности совершенствования управления ими связана с выполнением оптимального транспортно-грузового процесса, при котором лесной груз
от места производства (погрузки) до места потребления (разгрузки) перевозится с минимальными стоимостными затратами. Совершенствование управления
транспортно-грузовыми процессами вызывает необходимость проведения исследований, направленных на разработку определенных принципов и методов
определения рациональных параметров различных компонентов и звеньев
транспортно-грузовых систем предприятий лесного комплекса.
113
Заключение
Решение задачи совершенствования управления транспортно-грузовыми
процессами лесопромышленных производств с целью повышения эффективности их функционирования на современном этапе становления рыночной экономики имеет существенное практическое значение для предприятий лесного
комплекса. Это обосновывает важность и необходимость разработки теоретических основ определения основных положений таких транспортно-грузовых
процессов и путей совершенствования управления ими на современном этапе.
Представленные в данной работе материалы проведённых исследований
– это только первый результат, показывающий направление и возможные пути
повышения эффективности совершенствования управления транспортногрузовыми процессами лесопромышленных предприятий.
На базе выдвинутых теоретических положений совершенствования
управления ТГП на основе создания систем автоматизированного группового
управления и систем информационно-оперативного диспетчерского управления выполнены следующие работы:
Определены параметры и составляющие транспортно-грузовых процессов лесопромышленных производств, которые имеют наиболее существенное
значение при совершенствовании управления ими.
Создана методология оценки эффективности совершенствования управления транспортно-грузовыми процессами с использованием специального коэффициента эффективности.
Разработана математическая модель транспортно-грузового процесса лесопромышленного предприятия с учётом определения (оценки) эффективности
совершенствования его управления.
Определены методологические основы совершенствования функционирования транспортно-грузовых процессов на основе совершенствования их
систем управления, а также принципы и этапность такого совершенствования.
Установлен метод стадийности и этапности управления транспортногрузовыми процессами при их совершенствовании.
Разработан алгоритм качества управления ТГП на основе информационно-оперативной диспетчерской службы.
Определены основные положения подготовки и реализации информационных данных функционирования ТГП в системе информационнооперативного диспетчерского управления.
Даны эргономические основы совершенствования управления транспортно-грузовыми процессами лесопромышленных производств.
Решена задача определения эффективности совершенствования управления транспортно-грузовыми системами лесопромышленных производств с учётом экологического фактора.
К числу первоочередных задач по совершенствованию управления транспортно-грузовыми процессами лесопромышленных производств, с целью повышения эффективности их функционирования, относятся следующие:
- разработка общей методологии и моделей функционирования транспортно-грузовых комплексов лесопромышленных производств среднего уровня
114
(региона – области, края, республики), без которых нет законченной теории
ТГК низшего уровня (предприятия, маршрут);
- разработка методики анализа функционирования ТГК различных уровней с учётом оценки качества их совершенствования и обеспечения экологической безопасности соответствующих регионов;
- разработка методики анализа себестоимости работы основных составляющих ТГК с учётом не только дискретности его, но и с учётом того, что ускорение исполнения транспортно-грузового процесса лесопромышленного
производства при совершенствовании управления им вызывает рост потребности в ресурсах в большинстве случаев согласно квадратичным зависимостям.
115
Библиографический список
1. Кондратюк, В.А. Эффективность лесного комплекса: проблемы, решения
[Текст] : /В. А. Кондратюк // Лесн. пром - сть. - 2003. - №1 - С. 2 - 3.
2. Алябьев, В.И. Оптимизация производственных процессов на
лесозаготовках [Текст]: /В.И. Алябьев. - М. Лесн. пром-сть, 1997. - 231с.
3. Редькин, А.К. Применение теории массового обслуживания на
лесозаготовках [Текст]: /А.К. Редькин. - М. Лесн. пром - сть, 1973. - 152с.
4. Алябьев, В.И. Оперативное управление автомобильной вывозкой леса
[Текст]: учеб пособие /В.И. Алябьев; МЛТИ. - М., 1983. - 79 с.
5. Автоматизация управления транспортными системами [Текст]: /А.П.
Артынов [и др.]. - М.: - Наука, 1984. - 274с.
6. Макеев, В.Н. Основы моделирования и оптимизации транспортно грузовыми процессами лесопромышленных производств [Текст]: учеб,
пособие /В.Н. Макеев. - Воронеж, 1995. - 80с.
7. Николин, В.И. Автотранспортный процесс и оптимизация его элементов
[Текст]: /В.И.Николин. -М.: Транспорт, 1990. - 192с.
8. Макеев, В.Н. Система централизованного управления производственными
процессами лесного склада Горячее - Ключевского лесокомбината
[Текст]: /В.Н. Макеев, И.Л. Ерихонов//Сб. статей по итогам договорных
науч. - иссл. работ Минлесхоза РСФСР за 1976 - 77 г.г. - М. Лесн. пром. -сть,
1978.-С. 95-98.
9. Макеев, В.Н. Промышленное телевидение централизованного управления
нижнескладским производственным процесс]м [Текст]: /В.Н. Макеев, И.Л.
Ерихонов, Н.И. Булавин// Сб. статей по итогам договорных науч. - иссл.
работ Минлесхоза РСФСР за 1977 - 80 г.г. - М.: Лесн. пром- сть, 1983. С. 132- 137.
10. Макеев, В.Н. Использование радиотехнических средств в системе
централизованного диспетчерского управления технологическими
процессами Игирминского леспромхоза ЦНИИМЭ [Текст] / В.Н. Макеев,
Д.М. Гадаев; ВЛТИ. - Воронеж, 1983. - 10 с. Деп в ВИНИТИ 15.06.83,
№993л. б
11. Макеев, В.Н. Учёт первичного сырья в системе централизованного диспетчерского управления Бендерского комбината «Фанеродеталь» [Текст]/ В.Н.
Макеев, Ю.В. Пахунов; ВГЛТА. - Воронеж, 1987.-18 с. -Деп. в ВИНИТИ
17.03.87, № 1900 - лб 68.
12. Макеев, В.Н. Радиосвязь в системе ЦДУ Собинского леспромхоза [Текст]/
В.Н. Макеев, В.П. Корыстин, Б.Е. Руденко, Л.В. Сбоев // Информационный
сб. «Лесоэксплуатация и лесосплав» ВНИПИЭИ леспром. - М., 1989. вып.4. С. 13 - 14.
13. Макеев, В.Н. Принципы и методы оперативного - диспетчерского управления
лесопромышленным производством [Текст] / В.Н. Макеев, М.И. Круцких;
ВГЛТА. - Воронеж, 1995. - 9 с. Деп в ВИНИТИ 06.06.95, №1645-В95
116
14. Матюкин, И.Е. Применение математических методов на промышленном
транспорте [Текст]: учеб, пособие /И.Е. Матюкин, Ю.А. Катькало;
Вышэйшая школа. -Минск, 1979. - 191 с.
15. Редькин, А.К. Основы моделирования и оптимизации процессов
лесозаготовок [Текст]: учеб./А.К. Редькин. М.: Лесн. пром - сть, 1988 - 256с.
16. Методологические основы и математические методы [Текст]: том 1 / под
ред. ДЖ. Моудера, С. Элмаграби. М.:- Изд - во Мир, 1981. - 712с.
17. Обливин, В.Н. Эргономика в лесозаготовительной промышленности
[Текст]: учеб. / В.Н. Обливин [и др.]. - М. Лесн. пром - сть, 1988. - 221 с.
18 Таран, В.А. Математические вопросы автоматизации производственных
процессов [Текст]: учеб. / В.А. Таран, С.С. Брудник, Ю.Н. Кофанов;
М.:Высшая школа, 1966. - 216 с.
19. Ломов, Б.Ф. Человек и техника. Очерки инженерной психологии
[Текст]: / Б.Ф. Ломов, - М. Советское радио, 1966. - 464 с.
20. Макеев, В.Н. Эргономические основы разработки автоматизированного
управления подъёмно-транспортными устройствами на лесных складах
[Текст]: монография / В.Н. Макеев; ВГЛТА. - Воронеж, ВВАИУ, 1998. 151с.
21. Калман, Р. Очерки по математической теории систем [Текст]: Р.
Калман, П. Фалб, М. Арбиб; ~М. Мир, 1971. - 400с.
22. Макеев, В.Н. Оптимизация автоматизированных систем управления
подъёмно-транспортными устройствами на лесных складах [Текст]:
монография / В.Н. Макеев; - Воронеж: ВГУ, 1991. - 166с.
23. Коробов, В.В. Основные направления развития технологии и техники в
лесозаготовительной отрасли [Текст] / В.В. Коробов // Лесн. пром - сть.
-2001. №2.-С. 2-6.
24. Макеев, В.Н. Автоматизация управления подъёмно-транспортным
оборудованием на лесных складах [Текст]: / В.Н. Макеев // сб.
Обзорная информация «Лесоэксплуатация и лесосплав» ВНИПИЭИ
леспром. - М, 1992. Вып. 2.-44 с.
25. Charles I., Vertut I. La Telesymbitique, Proc.n II Collouge International Suz
Ехрoitation des осеns, АСОВОR, Вогdeaux, 1974. Vо1. 6, Р Вх 56.
26. Согkег К., Vishkin А. N., Lyman I., Research issues in implemtnting,
remote presence in teleoperator control, Proc. 17tn conference on Manual
Control, UGLA, 1981 – P. 109.
27. Flatan С.R., Тhе manipulator as a mean of extending our dexterous
capabilities to larger and smaller scales, Ргос 21 tn RSTD Соnf., 1973. Р. 47
28. Штейнбух, К. Автомат и человек. Кибернетические факты и гипотезы
[Текст]: / К. Штейнбух - М.: Советское радио , 1966. 493 с.
29. Макеев, В.Н. Управление кранами с применением телевизионной
установки [Текст]: / В.Н. Макеев, Н.И. Булавин // Механизация и
автоматизация производства. 1978. № 6.- С. 8 - 10.
30. Макеев, В.Н. Опыт дистанционно - программного управления кранами
на лесных складах [Текст]: монография / В.Н. Макеев - М. Лесная пром сть, 1973.-71 с.
117
31. Макеев, В.Н. Совершенствование транспортно - грузовых процессов
лесопромышленных производств [Текст]: монография / В.Н. Макеев;
ВГЛТА. - Воронеж, 1999 - 56 с - Деп. в М. ВИНИТИ 15.04.99 №1418 - В99.
32. Макеев, В.Н. Исследование процесса штабелевки и погрузки
лесоматериалов консольно - козловыми кранами с дистанционно программным управлением [Текст]: дис... канд. техн. наук 05.21.01 / В.Н.
Макеев- Воронеж, ВГЛТИ 1970, - 198 с.
33. Булавин, Н.И. Исследование процесса штабелевки и погрузки
лесоматериалов крановыми установками при групповом управлении
[Текст]: дис...канд. техн. наук 05.21.01 / Н.И. Булавин Минск Белорусский
технологический ин - т, 1980. - 187 с.
34. Пупков, К.А. Функциональные ряды в теории нелинейных систем
[Текст]: / К.А. Пупков, В.И. Каналин, А.С. Ющенко. - М.: Наука, 1979. 448с.
35. Макеев, В.Н. Совершенствование транспортно - грузовых процессов на
основе систем диспетчерского управления [Текст]: / В.Н. Макеев //
Вестник Центр. - Чернозём. Регион, отделение наук о лесе АЕН ВГЛТА.
Воронеж, 1999. Вып 2. - С. 64 - 70.
36. Макеев, В.Н. Алгоритм оперативно - диспетчерского управления
лесопромышленным производством [Текст]: / В.Н. Макеев, М.И. Круцких
// Реализация региональных научно - технических программ чернозёмного
региона: Матер, конф. ВГТУ Воронеж, 1997. -С.76 - 79.
37. McRuer D.T., Krendel E.S. The human operator as a servo system tlement.
Part I. – I. Franklin Inst, 1959 – P.59.
38. Шеридан, Т.Б. Система человек - машина. Модели обработки
информации, управления и принятия решений человеком-оператором
[Текст]: / Т.Б. Шеридан, У.Р. Феррелл, - М.: Машиностроение, 1989.- 399 с.
39. .Johaunson G. Development and optimization of a nonlineaz multipazameter
human operator model. IEEE Trans. Syst. Man Cyb., 1972, SМС - 2. Р. 189.
40. Мосягин, В.И. Проблемы экологизации лесного комплекса [Текст]: / В.И.
Мосягин. - СПб.: ИГО ЛТА, 1999. - 305 с.
41. Протасов, В.Ф. Экология, здоровья и природопользования в России
[Текст]: / В.Ф. Протасов, А.В. Молчанов; М.: Изд-во Финансы и
статистика, 1995. - 181 с.
42. Ильин, В.А., Учёт интенсивности лесохозяйственного производства при
переходе его на новые экономические отношения [Текст]: / В.А. Ильин,
Ю.В. Кузьминых // Лесн. хоз - во. 1992. № 12.- С. 15 - 17
43. Кузьминых, Ю.В. Интенсивность лесохозяйственной деятельности как со
циально - экономический индикатор устойчивого управления лесами Рос
сии [Текст]: / Ю.В. Кузьминых, В.А. Ильин, В.Н. Петров // Организационно
- экономические вопросы повышения эффективности
функционирования лесного комплекса Ленинградской области: Сб. науч.
тр. / ЛТА. - СПб, 1997.- С. 61 - 64.
44. Евгеньев, И.Е. Защита среды обитания от транспортного загрязнения
[Текст]: / И.Е. Евгеньев // Автомоб. дороги. 1990. № 6—С. 12 - 13.
118
45. Евгеньев, И.Е. О системном подходе к учёту воздействия транспортных
коммуникаций на окружающую среду в районах новых территориально производственных комплексов Сибири [Текст]: / И.Е. Евгеньев, А.А.
Миронов // М.: Изв. Строительство и архитектура. 1983. № 9 - С. 112 - 116.
46. Беккер, А.А. Охрана и контроль за загрязнением природной среды
[Текст]: / А.А. Беккер, Т.Б. Агаев. М.: Гидрометиоиздат, 1989. - 151 с.
47. Евгеньев, И.Е. Защита природной среды при строительстве, ремонте и
содержании автомобильных дорог [Текст]: / И.Е. Евгеньев, В.В. Савин; М.: Транспорт, 1989. - 239 с.
48. Мосягин, В.И. Учёт природоохранной деятельности [Текст]: / В.И. Мося
гин // Бухгалтерский учёт. - 1987. №9-С. 13-15.
49. Мосягин, В.И. Охрана природы в отраслях химической переработки
древесины [Текст]: / В.И. Мосягин. - М.: Экология, 1993. - 193 с.
50. Юдин, А.П. О совершенствовании учёта природоохранных затрат на
целлюлозно-бумажных предприятиях [Текст]: / А.П. Юдин, М.Н. Лупиан
// Эколого - экономические проблемы лесного комплекса: Сб. научн. тр. /
НТО Бумдревпром,- СПб. 1997- С. 143 - 144.
51. Семёнова, Н.А. Экономическая эффективность затрат на
природоохранную деятельность целлюлозно-бумажных предприятий
[Текст]: / Н.А. Семёнова, Е.Г. Сердобинцева // Эколого - экономические
проблемы лесного комплекса: Сб. научн. тр. / НТО Бумдревпром, СПб,
1997.-С. 145-146
119
Научное издание
Макеев Виктор Николаевич
Совершенствование управления транспортно-грузовыми процессами
лесопромышленных производств
Монография
Редактор С.Г.Герасименко
Темплан 2004 г
Подписано в печать 20.04.05 Формат 60х84/16. Усл.п.л. –
. Заказ №
Уч. изд. л .–
Объем __________Тираж
____________________________________________________________________
Воронежская Государственная Лесотехническая Академия
РИО ВГЛТА, 394613, Воронеж, ул. Тимирязева,8
Отпечатано в ООО «Сатурн», 394087 г. Воронеж, ул. Ломоносова, 87.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
11
Размер файла
979 Кб
Теги
процесса, лпп, грузовыми, управления, макеев, совершенствование, транспортной
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа