авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Технологический анализ и моделирование процессов лесозаготовок методами статистической динамики

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

МЕНЬШИКОВ Александр Михайлович

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ

ПРОЦЕССОВ ЛЕСОЗАГОТОВОК МЕТОДАМИ

СТАТИСТИЧЕСКОЙ ДИНАМИКИ

Специальность 05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и

лесного хозяйства

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Архангельск – 2007

Работа выполнена в Архангельском государственном техническом

универси­тете

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор Копейкин А.М.

кандидат технических наук,

профессор Павлов Ф.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Морозов С.И.

кандидат технических наук,

доцент Бедердинова О.И.

Ведущая организация: ОАО "Северный проектно-

изыскательский институт

"Севпромпроект", г.Архангельск

Защита диссертации состоится 22 марта 2007 г. в 1000 часов на заседании дис­сертационного совета Д 212.008.01 в Архангельском государственном техни­ческом университете (163002, г.Архангельск, наб. Северной Двины, 17, ауд.1228).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Архангельского государ­ственного технического университета.

Автореферат разослан февраля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент Земцовский А.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Лесозаготовительное производство представляет собой цепь последо­вательных взаимоувязанных технологических операций, основными из кото­рых являются валка леса, вывозка древесины и производство круглых лесо­материалов. Вне зависимости от технологии лесозаготовок (хлыстовая или сортиментная), технических средств, применяемых для валки леса и транс­портирования древесины, технологические и производственные параметры этих операций являются ключевыми для определения потребности в техно­логическом и транспортном оборудовании, выбора режимов их эксплуата­ции, планирования и прогнозирования объёмов производства.

Технологический анализ, выполняемый усреднением производствен­ных показателей по кругу пред­приятий, оп­рав­дывал себя в условиях круп­ных лесозаго­товительных объе­динений типа ВЛПО "Архан­гельсклес­пром", включаю­щих до 50 произ­водственных единиц. Современ­ный уклад лесозаго­товитель­ного производ­ства от­личается минимальной цен­трализа­цией лесоза­готови­тельных пред­приятий, обычно не более 5-6 единиц в управлении од­ного соб­ственника, по­этому точность и эф­фективность ана­лиза традицион­ных сред­них показателей резко снизились. Требуются более со­вершенные методы технологического анализа лесозаготовительного произ­водства.

Современные методы обработки и практического использования ин­формации о процессах в виде временных рядов смогут обеспе­чить эф­фек­тив­ную ра­боту ав­томатизированных систем управления тех­но­ло­ги­чес­ки­ми про­цессами в лесо­заготовительном производстве. Поэтому ис­сле­до­вание и раз­работка новых методов и средств, позволяющих научно организо­вать, селек­тивно анали­зи­ровать и эффективно использовать производствен­ную инфор­мацию о лесоза­готовках, является актуальной научной задачей.

Цель работы – совершенствование технологии лесозаготовительного про­изводства, анализ и моде­лирование процессов лесозаготовок методами ста­тистической динамики.

Задачи исследований

1. Исследовать статистические свойства и динамику производственных показате­лей основных лесозаготовительных процессов

2. Изучить способы анализа динамических временных рядов с перио­дической нестационарностью уровней, выбрать оптимальный способ и адап­тиро­вать его к технологическим процессам лесозаготовок

3. Научно обосновать показатель, характери­зующий внутреннюю ста­тистическую структуру и динамику процессов лесозаготовок.

4. Разработать методику построения математических моде­лей дина­ми­ческих временных рядов, включая специфичные для лесозаго­товок про­цессы с резко выраженными сезонными колебаниями объемов производ­ства.

5. Апробировать разработанную методику на незави­симых статистиче­ских данных конкретного лесозаго­тови­тельного предпри­ятия.

6. Провести экспериментальные ис­следо­вания динамики пока­зателей предприятий ЛПК Архан­гельской области с помощью разработанных мате­матических моделей

Научная новизна

1. Разработан но­вый тео­ретический подход к определению тех­но­ло­ги­чес­ких показателей: ритмичности лесозаготовительного про­из­вод­с­тва, про­дол­жительности операционно-производственного цикла, функциональной на­­деж­ности транс­портных систем лесозаготовительных предприятий.

2. При определении показателей впервые применен способ декомпози­ции вре­менных рядов процессов лесозаготовок на де­терминированные и сто­хасти­ческие компо­ненты с соответствующим инструментарием исследования компонентов: гар­мониче­ским анализом Фурье, спектральным и кросс-спек­тральным анализом, авто­регрес­сионным представлением остаточных рядов.

3. Для получения матема­тических моделей сезонных лесозаготовитель­ных процессов со статистически надежными оценками параметров впервые применены процедуры "выбеливания" спектра дисперсии ос­татков и вос­ста­нов­ления крайних уровней на ле­вом (отда­лен­ном) конце ряда способом воз­вратного прогнозирования, впер­вые использовались специальные критерии слу­чайности и стационарности динамических рядов.

На защиту выносятся:

- результаты исследования динамики и внутренней статистической струк­туры не­стационарных технологических процессов ле­со­за­го­то­ви­тель­но­го произ­вод­ства;

- методика разработки математических моделей временных рядов тех­нологических процессов лесозаготовок, подверженных влиянию общей тен­денции развития, сезонных колебаний и случай­ных факторов, действую­щих одно­временно;

- результаты исследований продолжительности про­из­водственного цик­ла в сопряженных технологических процессах лесозагото­вок на основе кросс-спек­трального анализа их динамических ря­дов показателей;

- результаты исследований по опре­де­лению уровней функциональной надежно­сти транспортных систем лесо­заго­товительных предприятий мето­дами статистической динамики.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением большого объема эксперимен­тальных данных, обработанных методами математической статистики на ди­рективном уровне надежности 0,95, корректностью принятых при разра­ботке математических моделей допущений и хорошим совпадением результа­тов расчетов по теоретическим моделям с экспериментальными данными.

Практическая значимость работы

Приме­нительно к основным технологическим процессам лесозагото­вок разра­ботана и апробирована методика, позволяющая анали­зировать прежде не использовавшуюся производственную информацию в виде не­ста­ционарных ди­намических временных рядов натуральных показа­телей.

Соз­даны предпосылки для со­вершенство­вания управления процес­сами лесозаготовок на основе новых методов техно­логического анализа, в боль­шей мере реализующих воз­можности автоматизированных систем уп­рав­ле­ния технологическими процессами лесозаготовок.

Реализация результатов исследования

Результаты исследования используются:

для научно обоснованного прогнозирования динамики процессов при разработке перспективных планов и программ технологического раз­вития, учи­тывающих цикличность развития и специфиче­скую сезонность лесозаго­товок;

при создании систем статистического контроля (мониторинга) ре­жимов протека­ния процессов и кумулятивных объемов лесозаготовитель­ного произ­водства синхронно с поступле­нием первич­ных данных;

в учебном процессе при подготовке специалистов для лесо­про­мыш­лен­но­го комплекса.

Апробация работы

Основные положения диссертации доложены и по­лучили одобрение на за­седании Ученого совета ОАО "Научдревпром-ЦНИИМОД" (2003); на еже­год­ных научно-технических конференциях профессорско-преподаватель­ского со­става АГТУ (2005-2007); на четвер­той всероссийской научно-техни­ческой кон­ференции в ВоГТУ, г.Вологда (2006); на международной научно-технической конференции в БГИТА, г.Брянск (2006); на всероссийской кон­ференции в Ин­ституте экологических проблем Севера УрО РАН, г.Архангельск (2006).

Публикации

Основное содержание и результаты работы отражены в 6 публикациях.

Структура и объем работы

Диссертация объемом 180 страниц состоит из введения, пяти глав, об­щих выводов и рекомендаций, содержит 53 рисунка, 12 таблиц. Библио­гра­фический список включает 123 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены актуальность темы, цель работы, научная но­визна, практическая значимость и основные положения, выносимые на за­щиту.

В первой главе изучены транспортные системы предприятий ЛПК Ар­хангельской области, грузонапряженность их элементов; определена совре­менная технологическая структура лесозаготовительного производства в Ар­хангельской области; указаны на­правле­ния технологиче­ского анализа, тре­бующие совершенствования; выбран критерий оценки качества функциони­рования технологических процессов лесоза­готовок; про­анализированы ме­тоды определения произ­водственно-технологических показателей.

Под технологическим ана­лизом понимается система пра­вил, обеспечи­вающих получе­ние зна­ний о технологических ре­жи­мах функционирования процес­сов ле­со­заготовок с помощью сле­дую­щих характеристик:

1) продолжительность операционно-производственного цикла;

2) ритмичность функцио­нирования лесозаготовительных процессов;

3) характер и степень взаи­мовлияния системно сопря­женных процес­сов;

4) уровень функциональной надежности лесотранспортных сис­тем.

Анализ структуры лесозаготовительного производства в ЛПК Архан­гель­ской об­ласти по состоянию на 01.01.2005г. выявил соотношения техно­логиче­ских процессов лесозагото­вок ТП-2 и ТП-3, видов первич­ного лесо­транспорта и способов доставки круглых ле­сомате­риалов потре­би­телям, представленные на ри­с.1.

Элементы транспортных систем лесозаготовительных предприятий ЛПК Архангельской области представлены на ри­с. 2.

Методологические основы технологического анализа лесо­заготови­тельного производства и способы определения указанных характеристик из­ложены в рабо­тах В.И.Алябьева, Н.Г.Багаева, С.В.Гурова, В.М.Захарикова, Р.Н.Ковалева, В.Н.Меньшикова, Н.П.Мошонкина, Ф.А.Павлова, А.К.Редькина, Э.О.Салминена, С.С.Стороженко и др. В зависи­мости от решаемых задач ди­на­мические вре­менные ряды пока­зателей рассматриваются авто­рами как отдельные реализации детер­минированных функций вре-мени, априори при­надлежа­щих строго эргодиче­скому ан­самблю (большинство логистиче­ских ис-следова­ний), либо как реа­лиза-ции чисто случайного стационар-ного про­цесса доста­точно боль-шой в сравнении с ин­тервалом корреляции процесса продолжи­тельности и описы­ваются стохасти­ческими моделями (технико-технологиче­ские исследования).

Другой подход, впервые разработанный и выносимый автором на за­щиту, рассматривает временные ряды показателей процессов лесозаготовок как совокупность взаимосвязанных детерминированных (тренд и сезонные колеба­ния) и стохастических (случайные флуктуации) компонентов с пози­ций ста­тистической динамики.

Качество функцио­нирования технологических процессов лесозаготовок оценивается критериями в стоимостном, трудовом и натуральном выраже­нии. Поскольку две первые категории в переходный период экономики отра­жают эффективность факти­ческих затрат недоста­точно надежно, выбор кри­терия сделан в пользу нату­ральных показателей объемов производ­ства.

Исходя из анализа состояния вопроса сформулирована цель и задачи исследования.

Во второй главе выполнен анализ статистических свойств исходных временных рядов пока­зателей процессов вывозки древесины и про­изводства круглых лесоматериа­лов, выбран способ иссле­дования процессов лесозаго­то­вок, обла­дающих как очевидной, так и скрытой нестационарностью.

Анализ статистических свойств временного ряда лесоза­готовительного процесса вклю­чает в себя изу­чение динамики, по­строение гис­тограммы рас­пределения ин­тенсивности объ­емов производства, временной раз­вертки ис­ходного ряда, экс­периментальные оценки сред­него значе­ния, дисперсии и ко­эффици-ентов ав­токорреляцион­ной функ-ции (коррело­граммы). В ре­зуль­тате анализа подтвер­ждается (или не под­твержда­ется) ну­левая гипо­теза гаус­сов­ского распределе­ния плотно­сти вероят­ности показа­телей ряда, вы­яв­ля­ется ори­енти-ровоч­ный вид тренда математиче­ского ожи­да­ния среднего уровня вре­менного ряда, вид гра­фика се­зонных коле­баний и характер взаимо­связи этих компо­нентов.

На рис.3 видно, что плот­но­сти распределения пока­зате­лей процессов имеют вид убы­ваю­щих функ­ций, су­ще­ственно от­ли­чаю­щихся от графика нор­маль­ного распреде­ления. Ста­ти­сти­че­ский анализ показал, что они хорошо ап­проксимиру­ются функцией бэта-рас­преде­ления с указанными параметрами.

На рис.4 представлены ис­ход­ные временные ряды нату­раль­ных пока­за­те­лей ос­новных про­цессов ле­со­заго­то­вок, об­ла­дающие спе­цифичной гар­мо­ни­че­ской не­ста­ционар­но­стью. Подобная не­ста­цио­нар­ность при­суща ис­клю­чи­тельно про­из­водст­венно-технологи­че­ским по­каза­те­лям про­цессов ле­созаго­то­вок – ди­намика дру­гих пока­за­телей (стои­мо­ст­ных, тру­довых) существенно отличается.

Кроме того, из рис.4 видно, что наибо­лее вероятные функции ма­тема­ти­че­ских ожиданий процессов имеют вид W-об­разной кри­вой с двумя при­мерно равными по значе­нию ло­каль­ными ми­нимумами, при­хо­дящи­мися на пе­риоды весенней и осен­ней рас­пу­тиц. Экспе­ри­ментальные кри­вые не яв­ля­ются чисто синусои­даль­ными, од­нако в любом пе­риоде они могут быть пред­став­лены как суммы си­нусои­дальных рядов с различ­ным числом гармо­ник.

Изучение динамики процес­сов показало, что наиболее прием­лемым для устранения нестацио­нарности исходных рядов является широко применяе­мый в техниче­с-ких прило­жениях способ их де­ком-позиции на детер­миниро­ван­ные и сто­хастиче­ские ком­поненты на ос-нове гармони­ческого ана­лиза Фу­рье.

В главе 3 представлена раз-работанная методика создания мо­делей ле­созаготовитель­ных процес­сов с двухкомпонентной струк­ту-рой, включающей детермини­ро­ван­ный тренд и случайные колеба­ния, и с трехкомпонентной структу­рой, вклю­чающей тренд, се­зонные ко­лебания и случайный компо­нент. Оба вида про­цессов показаны на рис.5.

Одним из основных эта­пов методики является идентификация тренда, сезонных ко­лебаний и случай­ного компонента мате­матическими уравне­ниями, и совме­стная оценка па­раметров уравнений.

Под идентификацией понимается процедура подбора класса математи­че­ских моделей, которые далее будут оцениваться фор­мальными мето­дами.

В общем случае (в случае трехкомпонентного процесса) математиче­ская модель динамического ряда имеет вид

, (1)

где – математическое ожидание среднего значения процесса (тренд) – представляет собой гладкую (степенную, логарифмическую, экспоненци­аль­ную или полином не выше 3-й степени) функцию времени t;

– теоретическое значение функции сезонной составляющей;

t – остаточные случайные колебания

В случае двухкомпонентного процесса = 0.

Первое слагаемое в уравнении (1) является де­терминиро­ванной систематической составляющей про­цесса, которая иден­тифицируется какой-либо аналитической функ­цией с наилуч­шими аппрок­симационными свойствами. При этом форма взаимо­связи де­терминирован­ных компонентов может быть адди­тивной, мультипли­кативной или смешан­ной: показано, что в последних двух случаях се­зонные ко­лебания яв­ляются функциями тренда.

Второе слагаемое t является стохастической пе­ременной, включающей всевозможные случайные ошибки обмера, учета дре­весины и об­работки пер­вичных данных. Остатки t непосредственно не на­блюдаются, их оценка по­лучается путем элимини­рования из исходного ряда де­терминированных сис­тематических компонентов:

(2)

С точки зрения физической возможности реализации технологического процесса детерминированные компоненты необходимо определить таким об­разом, чтобы выполня­лось естественное для лесозаготовительного производ­ства условие неотрицательности объемов производства

, (3)

а строгость математических выкладок обеспечивалась сохранением ба­ланса сумм временных рядов показателей (равенства площадей, ограничен­ных осью абсцисс и гра­фиками тренда или сезонных колебаний)

(4)

Исходя из этого, при разработке методики автором решена задача од­новре­менной оценки параметров всех компонентов модели (1) с учетом огра­ниче­ний (3) и (4), а для процессов с трехкомпонентной структу­рой – до­пол­ни­тельно уточне­ния формы взаимосвязи детерминированных компонен­тов. К досто­инствам такого под­хода относится то, что в силу со­вместного рассмот­ре­ния и оценки парамет­ров всех компонентов стано­вится воз­можной про­верка их ста­тистиче­ской надежности с помощью единой проце­дуры.

Для наиболее распространенного случая аддитивной связи детермини­рованных компонентов рядов показателей процессов лесозаготовок уравне­ние тренд-сезонных колеба­ний получено автором в виде

(5)

а для связи смешанного типа в виде

, (6)

, , (7)

где – экспериментальное среднее арифметическое значение процесса;

аn, bn – коэффициенты полигармонической функции Фурье, удовлетво­-

ряющей четырем достаточным условиям Дирихле, с основным

периодом ко­лебания ;

n – число гармоник ряда Фурье, . Рекомендуется N 5;

th – месяцы опорного годичного интервала, ;

– круговая частота, ;

– среднее арифметическое объемов производства в одноименных



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.