Развитие технологий и инноваций в области лесопользования

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра иностранных языков и лингвистики

 

«The progression of forest operations technology and innovation» Journal Australian Forestry 2020

Развитие технологий и инноваций в области лесопользования

 (M. Brown; https://www.tandfonline.com, published 14 Feb 2020)

 

Выполнил: студ. ЛСДм-21з

                                      (группа)

Каширский В.Н.

 

Проверил: к.пед.н, доцент каф. ИЯиЛ

___________ Е.М. Егошина

 

 

Йошкар-Ола

2020

The annotation to the paper «The progression of forest operations technology and innovation»

The paper is devoted to trends in forestry exploitation and research, development and engineering of harvesting machines. Its key idea is to study technology aimed at increasing the volume of timber harvesting and reducing value. The given example increases in forest operations productivity through mechanization research, development and engineering, as presented in the mid-1990s.

One of the issues of the article is the development products illiquid wood to be considered economically viable. These products are biomass for heat energy.

A number of studies have identified operator performance as a key component in determining forest machine productivity as well as log volume and value recovery. There is potential for advanced sensors onboard harvesting equipment to detect tree-quality features in real time. A key RD&E challenge is accessibility to open data captured by onboard computers and harvesting heads.

The question of health and well-being of machine operators and forestry workers are given. Researchers have indicated that tree felling and wood extraction cause a larger number of accidents than loading and transportation. The main root causes of accidents in different types of activity are personal errors such as lack of personal protective equipment, operator error and the application of poor techniques.

Australian Forestry takes the best experience from other countries.

The paper was published in the Australian Forestry magazine on 14 Feb 2020. The authors of paper are M. Brown, M. R. Ghaffariyan, M. Berry, M. Acuna, M. Strandgard&R. Mitchell. The paper uses quotes from 13 different sources.

Развитие технологий и инноваций в области лесопользования.

В мире, начиная с периода ранней механизации и до начала 2000-х годов, тенденции в области лесохозяйственной эксплуатации и исследований, разработок и инженерии (RD&E) были сосредоточены на улучшении механической производительности. Различные проекты улучшали понимание проблемы, что повлияло на эффективность и производительность машин, а затем провели разработку, тестирование и внедрение улучшенных технологий и методов работы для повышения производительности машины. В последнее время для оперативного исследования были внедрены методы принятия решений по нескольким критериям (MCDM), включающие экологические и социальные факторы с целью улучшения выбора метода заготовки древесины (Blagojević et al. 2019). "RD&E" включает в себя разработку технологий бортовых систем, которые помимо того, что помогали лучше оценивать и управлять операциями, так же в дальнейшем помогали развиваться в области моделирования и аналитики. Проводимое в настоящее время исследование шведской лесной промышленностью, продемонстрировало реальный и прогнозируемый (после 1990-х годов) прирост производительности труда на основе этого подхода.

Рисунок 1. Изменение производительности лесных операций за счет проведения исследований, разработок и инженерии в области механизации, диаграмма середины 90-х годов.

С середины 2000-х годов эта тенденция значительно изменилась, и было выявлено фактическое падение производительности. По сути дела, новые технологические достижения в этот период были в большей степени ориентированы на себестоимость продукции, и были готовы поставить под угрозу производительность и затраты в интересах реализации более ценных продуктов и увеличения объемов производства. Несмотря на то, что производительность сопоставимых механизированных операций на австралийских плантациях эквивалентна описанным операциям в Скандинавии, существует тенденция к большей изменчивости между австралийскими операциями и большим разрывом между более технологичными и простыми механизмами.

 

Рисунок 2. Производительность (М ³ чел-день ^-1) в шведских заготовительных операциях, 1958-2013 гг.

При первом взгляде вызывает обеспокоенность то, что улучшения, которые были столь важны для поддержания экономической конкурентоспособности лесных цепочек поставок, остановились и, возможно, даже регрессировали. При более глубоком рассмотрении вопроса выявляется смещение акцента усилий "RD&E" не только на снижение затрат, что достигается за счет повышения производительности, но и на стоимость получения более ценного продукта при обороте по разумной стоимости. Хотя эффективность и производительность машин по-прежнему имеет большое значение, в настоящее время для производства более ценных продуктов прилагаются наиболее активные усилия в области "RD&E". В настоящее время разрабатываются новые технологии заготовки для измерения деревьев в реальном времени и поддержки оптимального, или почти оптимального, разделения продукции (Marshall & Murphy 2004). Позднее акцент на стоимости еще более усилился, чтобы увеличить общий объем, извлеченный за счет минимизации потерь и расширения видов и ассортимента продуктов, таких как биомасса для производства энергии (Ghaffariyan et al.). Была разработана технология для производства продукции из стволов, которые раньше не заготавливались из-за экономической нецелесообразности. Такие разработки, как разноразмерные обрабатывающие головки, помогли увеличить общую отдачу от инвестиций (ROI) с единицы площади леса и обеспечить большее число лесных участков для производства (Gingras 2004). Совсем недавно стремления "RD&E" создали технологии для использования лесозаготовительной техники в труднодоступных местах и крутых склонов; хотя их производительность меньше, чем при использовании на равнинной местности, но в то же время их производительность выше по сравнению с бензопилами, что улучшило рентабельность инвестиций. С появлением новых лесных товаров, в частности биомасс для тепловой энергии, важным фактором RD&E стал потенциал влияния и улучшения качества древесины посредством лесных операций и управления цепочками поставок, с постоянными усилиями по контролю и управлению такими функциями, как влажность древесины для повышения стоимости ресурса и снижения затрат на логистику (Strandgard & Mitchell 2017).

В ряде исследований производительность оператора была определена как ключевой компонент в определении производительности лесных машин (Purfürst & Erler 2011), а также объема бревна и его стоимости. Ранее для определения основных причин различий работы операторов обычно требовалось тщательное наблюдение за каждым оператором. Несмотря на то, что в некоторых случаях все еще требуется подробные наблюдения, последние разработки в области бортовых компьютерных технологий позволили провести весьма детальные наблюдения за действиями операторов, которые могут быть использованы для обучения новых или менее продуктивных операторов. Кроме того, существует возможность использования современных датчиков на борту валочной техники для обнаружения качественных характеристик деревьев в режиме реального времени (Miettinen et al. 2010). Одной из ключевых задач в области "RD&E" является расширение возможностей подрядчиков лесозаготовок и лесоустроителей использовать данные, полученные с помощью бортовых компьютеров и лесозаготовительных головок.

Здоровье и благополучие операторов лесозаготовочной техники и работников лесного хозяйства могут оказывать существенное влияние на качество и эффективность работы. Исследования также связали работу оператора с условиями профессионального здоровья и техники безопасности, рабочими графиками и эргономикой машин (Murphy et al. 2014). Несчастные случаи на производстве влияют на затраты на оплату труда из-за отсутствия времени, необходимого для восстановления здоровья. Potočnik и др. (2017), которые изучали несчастные случаи в ходе лесозаготовительных операций в Словении в период 1990-2005 годов, сообщили, что в общей сложности 846 несчастных случаев во всем лесном хозяйстве. Из них 68% пришлось на рубку деревьев, 24% - на трелевку и 8% - на уход за лесом. Другие исследователи указали, что рубка деревьев и другие операции по заготовке древесины вызывают большее число несчастных случаев, чем погрузка и транспортировка. Основными первопричинами несчастных случаев в различных видах деятельности является человеческий фактор, который включает в себя такие ошибки как: отсутствие средств индивидуальной защиты, ошибка оператора и применение некачественных методов. Человеческий фактор может быть устранен с помощью улучшенной подготовки по технике безопасности и последующего контроля. Существует необходимость в более строгом соблюдении отчетности о несчастных случаях и в том, чтобы работники осознавали ценность реализованных улучшений.

Помимо внедрения "RD&E" в технологии лесохозяйственных операций и производственно-сбытовых цепочек значительные усилия были затрачены на создание и совершенствование специфичных структур лесного хозяйства для проведения описательной и прогнозной аналитической работы. В большинстве случаев эти инструменты были разработаны для закрепления знаний, полученных в ходе оперативных испытаний для того, чтобы компании могли объединить несколько конечных результатов (одна и та же функция цепочки поставок) для моделирования систем заготовки древесины или цепочек поставок. Затем эти структуры могут быть развернуты для интеграции знаний из "RD&E" в системы бизнеса и в управленческие системы. В более поздних работах по "RD&E" эта область исследований расширилась и стала включать в себя оптимизированное принятие решений предписывающей аналитики с использованием целого ряда подходов для оптимизации. Модели оптимизации были сосредоточены на "ROI" и в большинстве случаев изучали цепочки поставок и логистическую оптимизацию (Acuna et al. 2019). Статья Ренквиста и др. (2015) «Проблемы исследования операций в лесном хозяйстве: 33 открытых проблемы» хорошо раскрывает тему активных и новых, прогнозных и нормативных аналитических исследований в лесном хозяйстве, детализируя 33 области, такие как заготовку, транспорт и логистику, в оперативном, тактическом и стратегическом масштабах.

Заглядывая вперед, международные усилия в области лесохозяйственных операций и производственно-сбытовых цепочек "RD&E" направлены принципы "Индустрия 4.0" или "четвертой промышленной революции" - в цепочки лесных поставок. "Индустрия 4.0" основана на повышении эффективности и увеличении "ROI" за счет интеграции данных и знаний в цепочки поставок, чтобы обеспечить оптимизацию, автоматизацию операции, управляемых комплексными данными в реальном времени.

Канадская промышленность определила свою стратегию "RD&E" до 2025 года как "лесное хозяйство 4.0". Цель состоит в том, чтобы к 2025 году увеличить доход на 1 миллион канадских долларов в неделю для промышленности через интегрированные системы данных для обеспечения заготовки, которая будет соответствовать требованиям клиентов в режиме реального времени; оптимизацию заготовки древесины в количестве 1 миллиона м3 пиломатериалов в неделю с использованием отдельных машин и использование отдельных грузовиков для пробега 1 млн. км в неделю. Эта отрасль будет изучать новые технологии для улучшения инвентаризации лесов на уровне деревьев или стволов с использованием данных, связанных с улучшенными лазерными и локационными измерениями в режиме реального времени для того, чтобы повысить эффективность рентабельности инвестиций и уменьшить зависимость от взгляда операторов. Цель состоит в том, чтобы "закрытый цикл" охватывал и сопоставлял все данные, полученные для поддержки реализации стоимости продукта по всей цепочке поставок, и управлял улучшенным лесопользованием для будущих ротаций в лесном хозяйстве.

В качестве основы системы "лесное хозяйство 4.0" канадская отрасль видит необходимость в создании коммуникационных решений в режиме реального времени для всех частей лесного хозяйства, которые в настоящее время не особенно хорошо связаны между собой. Сочетание лучших данных, лучшей интеграции и передачи в реальном времени создает основу для автоматизации, телеопераций, робототехники и интеграции планирования в реальном времени с автоматизированным принятием решений. Несмотря на то, что оформление составлено несколько иначе, с меньшим акцентом на коммуникации и автоматизацию, европейская индустрия имеет аналогичное представление о будущих потребностях в "RD&E", о чем свидетельствует ее программа "Tech4Effect", разработанная для обеспечения управляемой данными, основанной на знаниях революции в европейском лесном секторе.

В Австралии технологическое внедрение было таким же, как в операциях и цепочках поставок в северном полушарии, но с разными сроками и акцентом для удовлетворения австралийской промышленности. Практически по всем технологиям заготовки древесины в Австралии отстают в развитие по сравнению с Канадой и Европой. Во многих случаях это отставание использовалось австралийской промышленностью для получения преимуществ, так как ранний опыт и результаты на международном уровне помогают информировать местные планы "RD&E", что влияет на разработку и ускорение достижений целевых результатов в австралийской промышленности. Оптимизация харвестерной головки в Австралии была внедрена позднее, но получила широкое применение гораздо быстрее, чем во многих других странах, предлагая значительный прирост производительности машины на 5–10% и повышение стоимости до 3%. (Walsh 2012). В области нормативной аналитики (например, определения того, какой грузовик должен доставить, какая загрузка бревен и какому клиенту при минимальных затратах) и оптимизации, Австралия была одним из первых разработчиков "RD&E" в области транспорта и логистики, имея прочные партнерские отношения в Европе. Значительные потенциальные выгоды были выявлены (Acuna et al. 2011) за счет повышения эффективности, но проблемы эффективного предоставления точных и своевременных данных об операциях, как правило, ограничивали потенциал для развертывания.

Появление новых древесных продуктов (например, биомассы для биоэнергетики) и применение нового поколения лесозаготовительных машин и грузовых автомобилей с высокими техническими возможностями и возможностями автоматизации открывают новые возможности для Австралии. Будущие проекты "RD&E" должны будут лучше интегрировать извлечение новых продуктов в обычные операции и разрабатывать эффективные методы для оптимального использования новых технологий заготовки, чтобы поставлять высококачественную продукцию с более низкими эксплуатационными затратами, сниженными рисками для безопасности для лесных рабочих и меньшим воздействием на окружающую среду.

Приложение 1