Optimization of a forest harvesting set based on the Queueing Theory: Case study from Karelia

Abstract

The modern technological process of timber harvesting is a complex system both technically and organizationally. Nowadays, the study of such systems and improvement of their efficiency is impossible without the use of mathematical modeling methods. The paper presents the methodology for the optimization of logging operations based on the queueing theory. We show the adapted queueing model, which characterizes the process of logging with the use of a harvesting set consisting of harvesters and forwarders. We also present the experimental verification of the designated model that confirmed mode`s adequacy. The analysis of the effectiveness of the investigated harvesting set was conducted and the recommendations for its optimization were drawn. The research was conducted in the Pryazhinsky District in the Republic of Karelia. We showed that significant improvement of operational efficiency of the investigated harvesting set in the study area cannot be done by adjusting separate machine operations (i.e. by reducing the time of operations execution and their steadiness). However, a change in the number of machines allowed significant improvement in the operational efficiency. The most optimal harvesting set design for the experimental area consisted of two harvesters and two forwarders.Key words: queueing theory; harvester; forwarder; harvesting set; moddeling abstrakt Moderný ťažbový proces predstavuje technicky aj organizačne komplexný systém. Štúdium takýchto systémov a zvyšovanie ich efektívnosti v súčasnosti nie je možné bez využitia metód matematického modelovania. V článku prezentujeme metódu na optimalizáciu ťažbového procesu založenú na báze teórie hromadnej obsluhy. Prezentujeme model hromadnej obsluhy pre zostavu ťažobných strojov pozostávajúcu z harvestorov a vývozných súprav. Okrem toho prezentujeme výsledky experimentálnej validácie navrhnutého modelu, ktoré potvrdili jeho funkčnosť. Výskum bol realizovaný v Prijažinskom regióne v Karélii. Z výsledkov vyplynulo, že významnejšie zlepšenie výkonnosti zostavy ťažbových zariadení v modelovom území nemôže byť dosiahnuté úpravou jednotlivých operácií (napr. skrátením času výkonu operácie). Naopak, zmeny počtu zariadení majú na výkonnosť ťažbovej zostavy zásadný vplyv. Optimálna ťažbová zostava pre podmienky modelového územia pozostáva z dvoch harvestorov a dvoch vývozných súprav.

The method of selection of forest machines under the climatic conditions

“…Территория нашей страны представлена разнообразием природно-климатических условий, и выбор определенных лесозаготовительных машин непосредственно связан с предполагаемыми условиями их использования. Проблемой подбора лесозаготовительных машин занимались многие специалисты (в частности [3,6])…”

Improving the Efficiency of Saw Cutting Using Gasoline Engine Tools

“…Основные направления развития лесозаготовок находятся в области снижения энергоемкости производственных процессов, роста производительности труда и уменьшения негативных экологических последствий окружающей среде [1,5,13]. Совершенствование лесосечных работ по обозначенным позициям традиционно реализуется путем разработки новых технологий, конструкций инструмента или технических средств для их реализации, а также за счет выявления так называемых «узких мест» или внутренних резервов повышения эффективности в производстве, в том числе, на основе создания автоматизированных систем управления технологическими процессами [2,9,10,14].…”