Читайте также:
|
|
круглых лесоматериалов. Проведенные исследовнаия показали [10], что автоматическая оптимизация раскряжевки хлыстов дает возможность обеспечить использование всех резервов повышения объемного и качественного выхода деловых сортиментов круглых лесоматериалов, повысить производительность технологических линий первичной обработки древесины. АСУТП обеспечивает выполнение плана в заданной номенклатуре сортиментов круглых лесоматериалов. На 2... 3,2 % повышается цилиндрический объем древесины бревен. Выпуск товарной продукции лесозаготовок в оптовых ценах в зависимости от качества лесосечного фонда повышается на 3...15% и даже до 20%.
Все это повышает прибыль и производительность труда, рентабельность производства. Рассматриваемая АСУТП также дает положительный эффект у потребителей круглых лесоматериалов. Лесопильное производство получает пиловочное сырье повышенного цилиндрического объема древесины, что позволяет на 1,5... 2,4% увеличить объемный выход обрезных пиломатериалов, улучшается также качественный выход досок.
Поставка балансового сырья в соответствии со спецификацией целлюлозно-бумажного производства дает возможность на полную мощность использовать окорочные станки, слешеры, дефибреры и другое оборудование древесномассных цехов, что увеличивает выпуск целлюлозы, бумаги, картона.
Заготовка фанерных кряжей повышенного цилиндрического объема повышает выход высококачественного, полноформатного шпона из бессучковой заболонной части древесины.
Выпуск однородных по сортности и повышенной цилиндрич-ности круглых лесоматериалов для строительства и шахтного крепежа сокращает расход древесины в строительстве и горнорудной промышленности.
Математические и экономико-математические модели хлыстов.
Математическая модель хлыста — это уравнение связи между диаметром 2х в коре или без коры и расстоянием этого сечения до комлевого торца у (рис. 14.17).
Проведенные исследования [10] показали, что наиболее правильной, точной моделью, охватывающей все сочетание размеров, разрядов высот, коэффициентов формы хлыстов данной породы, является уравнение образующей в относительных величинах
где a 4, a 3, a 2, a 1, а 0 — коэффициенты, имеющие свое значение для каждой породы дерева.
Математические модели дают наиболее точную формулу вычисления объема древесины хлыстов
где F — видовое число; для хлыстов данной породы F = const. Математические модели определяют и формулы вычисления объема бревен из хлыста по принятой схеме раскряжевки. Пусть у 1, y 2,..., yп — расстояние от верхних концов до комлевого сечения хлыста соответственно для 1, 2,..., n -го бревна, тогда
Цилиндрический объем древесины бревен по принятой схеме раскряжевки с известными у 1, y 2,..., yп определяется уравнением
Экономико-математические модели хлыстов — это зависимости, характеризующие изменение оптовой цены (по прейскуранту цен круглых лесоматериалов) единицы объема древесины по длине хлыстов.
Величина оптовой цены 1 м3 древесины Q зависит от номера тарифного пояса прейскуранта цен круглых лесоматериалов Т, породы древесины П, размера бревен по диаметру d и длине l, наличию и степени развития пороков древесины в бревне Ф, то есть Q = Q(T, Π, d, l, Φ). В определенном тарифном поясе для хлыстов одной породы оптовая цена единицы объема древесины зависит от размеров бревна и наличия в нем пороков древесины. Учитывая значительное различие величины оптовых цен 1 м3 древесины в зависимости от сорта и размеров бревен, экономико-математическая модель Q(y/H) по относительной длине хлыста представляет линейно-ступенчатую функцию. Координаты по (у/Н) ступенчатых переходов Q(y/H) хлыста определяются границами качественных размерно-сортовых зон. Учитывая различие хлыстов по размерам и степени фаутно-сти, единую экономико-математическую модель получить не представляется возможным. Поэтому для определения по каждому хлысту границ размерно-сортовых зон необходимо использовать на автоматизированных линиях автоматические измерители размеров хлыстов и дефектоскопы пороков древесины.
Критерии оптимальности раскряжевки хлыстов. Для наилучшего использования древесины в народном
хозяйстве прежде всего каждый древесный ствол должен быть раскроен оптимально. Уровень качества раскроя определяется численными величинами показателей, критериев раскряжевки. Критерии оптимальности раскряжевки — это технико-экономические показатели раскроя, характеризующие количественный и качественный выход круглых лесоматериалов.
В теории и практике производства и потребления сортиментов круглых лесоматериалов используются четыре основных критерия оптимальности раскряжевки: общий объемный выход деловых сортиментов круглых лесоматериалов; выпуск лесоматериалов плановых сортиментов; товарный выход круглых лесоматериалов по оптовым ценам, р.; цилиндрический объем древесины бревен, м3.
Получение наибольшего возможного выхода деловой древесины позволяет увеличить выпуск деловых сортиментов с 1 га лесосечного фонда, сократить расходы на строительство лесовозных дорог, на трелевку и вывозку древесины, уменьшить площади лесных вырубок, улучшить снабжение и загрузку производственных мощностей лесообрабатывающих отраслей промышленности.
Выпуск наибольшего возможного объема сортиментов в заданном соотношении плановой номенклатуры дает возможность лучшим образом удовлетворить плановые поставки круглых лесоматериалов потребителям.
Получение наибольшего возможного выхода лесоматериалов в оптовых ценах определяет выпуск товарной продукции, прибыль лесозаготовительного предприятия.
Увеличение цилиндрического объема и снижение объема сбеговой зоны бревен дает возможность улучшить показатели использования древесины. На предприятиях лесопиления, фанерного производства, в строительстве и горнорудной промышленности сокращается количество отходов, уменьшаются затраты на механическую обработку древесины, увеличивается выход конечных продуктов из 1 м3 круглых лесоматериалов.
Рассмотренные критерии в общем-то не противоречивы, увеличение численного значения одного показателя раскряжевки в определенной мере повышает значение других показателей.
При оптимизации раскряжевки нельзя рассматривать четыре критерия изолированно друг от друга, без учета условий лесозаготовок и сбыта лесопродукции.
Поэтому оптимальная раскряжевка должна в наибольшей мере удовлетворять конкретным требованиям и условиям производства и потребления круглых лесоматериалов.
Оптимальные схемы раскроя должны обеспечить повышение выхода конечной продукции в лесообрабатывающих отраслях народного хозяйства. Поэтому при построении алгоритма, программы микроЭВМ для оптимального управления раскряжев-
кой необходимо учитывать тип лесозаготовительного предприятия по задачам, условиям производства и реализации круглых лесоматериалов.
Например, для комбинированного лесозаготовительно-цел-люлозно-бумажного предприятия, заготавливающего лес для производства целлюлозы, бумаги при максимизации выпуска лесоматериалов в оптовых ценах Цилиндрический объем бревен не имеет смысла. Наоборот, для комбинированного лесозаготови-тельно-лесопильного предприятия необходимо максимизировать выпуск пиловочного сырья с наибольшим цилиндрическим объемом древесины, остальные показатели раскряжевки не имеют существенного значения.
Целевые функции оптимизации раскряжевки. Целевые функции оптимизации раскряжевки покажем в виде аналитических представлений рассмотренных критериев оптимальности:
1. Выход товарной продукции круглых лесоматериалов из хлыста по принятой схеме раскроя в оптовых ценах, Q общ. Известны длины бревен выпиливаемых из хлыста, начиная с комлевого: l 1 = y 1; l 2 = y 2— y 1; ...; lп = уп—yп- 1. Здесь у 1, у2,,..., уп — расстояние от комлевого торца хлыста до верхнего сечения 1, 2,..., п- го бревна.
Величина Q общ зависит от объема каждого бревна V 1, V 2,..., Vn и соответствующей оптовой цены 1 м3 древесины Q 1, Q 2 ,..., Qn, которая определяется сортностью и размером 1,..., п- го сортимента круглых лесоматериалов.
Объем каждого бревна
поэтому Q общ =
Для максимизации товарного выхода круглых лесоматериалов из хлыста в оптовых ценах необходимо раскроить хлыст в сечениях границ сортовых зон на однородные по сортности отрезки, после чего распилить сортовые зоны на сортименты определенной длины. При определении числа бревен п, выпиливаемых из хлыста, можно использовать соотношение
где а cp — средняя сортиментная длина бревен, определяемая плановой спецификацией поставки круглых лесоматериалов.
Границы сортиментных зон хлыста определяются в основном размерами сучьев и реже — размерами гнилей.
Для определения мест распиловки однородной по сортности зоны хлыста на бревна целевая функция максимизируется не в пределах длины хлыста, а в пределах длины сортовых зон. Для этого можно воспользоваться методами классического анализа, градиента, одношагового поиска, динамического программирования, итерационного поиска. Полученные длины бревен округляются до стандартных размеров.
2. Выпуск лесосортиментов круглых в заданном объемном соотношении плановой номенклатуры. Вид целевой функции определяется условиями производства и количеством заготавливаемых сортиментов. Рассмотрим несколько случаев.
а) Предприятие ориентируется на выпуск одного сортимента, например, пиловочника диаметром 0,14 м и выше, т. е. каждый хлыст должен распиливаться в сечении 0,14 м. Длина пиловочной зоны y п определяется по математической модели хлыста:
решение которой дает искомую величину у п. Пиловочная зона раскраивается на бревна с максимальным цилиндрическим объемом.
б) Предприятие поставляет пиловочник объемом V п, строевой лес объемом V с, рудничную стойку объемом V р. Определим весовое значение каждого сортимента в долях единицы П + C +
+Р=1. Пиловочник П=V п/(V п+ V c+ V p); строевой лес С =
V c /(V п+ V c+ V p ) рудничная стойка Ρ = V р/(V п+ V c+ V p). Хлысты
поступают из одноворзастных насаждений, и от каждого хлыста можно получить все три сортимента: из комлевой части — пиловочник, из серединной — строевой лес, из вершинной — рудстойку.
Длина пиловочной зоны у п определяется уравнением с одним неизвестным
где N — объем
хлыста;
подставляется из математической модели.
Общая протяженность пиловочной зоны и зоны строевого леса
Решение этого уравнения дает величину у п + у с, а протяженность зоны строевого леса у с = (y п +у с ) — у п.
Оставшаяся вершинная часть хлыста соответствует по объему весовому значению рудстойки Ρ в сортиментном плане.
в) Лесозаготовительное предприятие работает в разновозрастных смешанных насаждениях. Сортиментная программа включает в себя большинство сортиментов круглых лесоматериалов, указанных в ГОСТе. Из каждого хлыста нет смысла получать все сортименты. В этом случае, исходя из известных по лесорубочному билету объемных распределений по размерам хлыстов, необходимо разделить все хлысты на три категории крупности: крупномерные, средние, тонкомерные. Например, из крупномерных хлыстов следует получать шпальный кряж, пиловочник, строительные бревна; из хлыстов средних размеров— пиловочник, строительные бревна, кряжи для лущения, балансы; из тонкомерных — балансы, рудстойку.
Границы крупности хлыстов по диаметру определяют весовыми коэффициентами сортиментов и данными таксации лес-фонда. Определение длины сортиментных зон в каждой категории крупности хлыстов проводится по методике пункта «б».
3. Целевая функция раскряжевки — выход цилиндрического объема древесины бревен характеризуется выражением
Целевая функция V ц определенна, непрерывна в области 0, Н. Следовательно, в этой области существует схема раскроя, при которой V ц получает максимальное значение. Обращение в нуль частных производных первого порядка является необходимым условием существования экстремума, т. е.
Решение этой системы уравнений дает искомые координаты сечений схемы раскряжевки у 01, у 02,..., у 0 п = Н, которая обеспечивает максимальный выход цилиндрического объема древесины бревен. Эта целевая функция может быть максимизирована также методами градиента, динамического программирования, одношагового и итерационного поиска [10]. Уместно отметить, что этот аппарат максимизации V ц можно использовать не только в пределах длины хлыста Н, но также в пределах отдельных сортиментных, сортовых зон.
4. Получение наибольшего объемного выхода деловых сортиментов круглых лесоматериалов получается при точной вырезке неделовой части хлыста, в основном из комлевой зоны с большим диаметром напенной гнили. Для определения границ
деловой и неделовой части хлыста необходима автоматическая дефектоскопия древесины. Можно также воспользоваться и эмпирическими формулами расчета [9].
Таким образом, рассмотренный аппарат максимизации целевых функций дает математическую основу построения алгоритмов, программ микроЭВМ, расчета оптимальных схем раскряжевки в АСУТП производством круглых лесоматериалов.
Для этого необходима следующая основная исходная информация:
1. Исходя из условий производства и реализации круглых лесоматериалов, устанавливают необходимые критерии оптимальности раскряжевки и определяют последовательность их максимизации.
2. Анализируется сортиментный план, вычисляются весовые значения сортиментов, выявляются средние длины сортиментов а ср и допустимые диапазоны изменения их диаметров, а также градации длины бревен. Устанавливаются категории и границы крупности хлыстов по диаметру и перечень сортиментов круглых лесоматериалов, заготавливаемых из каждой категории крупности хлыстов.
3. В процессе подачи каждого хлыста в раскряжевку измеряется его длина Я, диаметр на середине d0,5, границы сортовых зон по размерам сучьев и диаметр, протяженность внутренних гнилей.
Уместно отметить, что наиболее эффективным методом контроля качества круглых лесоматериалов, хлыстов является метод рентгено-телевизионной дефектоскопии. На масштабной сетке экрана видеоконтрольного устройства четко видны размеры сучьев, гнилей, и оператор может точно устанавливать и вводить в систему управления информацию о сортовых зонах хлыстов. Кроме того, оператор вводит информацию о породе поступившего хлыста. В раскряжевку могут поступать половинки хлыстов и обломки. В этом случае объект раскряжевки проходит на транспортере необходимые измерения, микроЭВМ определяет его математическую модель и схему раскряжевки.
Структурная схема АСУТП производством круглых лесоматериалов. В состав общей структурной схемы АСУТП производством сортиментов круглых лесоматериалов (см. рис. 14.16) на автоматизированных линиях первичной обработки древесины должны входить следующие системы управления технологическими операциями: автоматического управления процессом оптимальной раскряжевки хлыстов; автоматической маркировки сортиментов; автоматического учета лесоматериалов; автоматической сортировки бревен.
Система автоматического управления процессом оптимальной раскряжевки работает циклично, и ее функционирование начинается при поступлении очередного хлыста в раскряжевку.
Информация о параметрах хлыста при помощи телевизионного измерителя и рентгено-телевизионного дефектоскопа через согласующее устройство поступает в микроЭВМ. Система относится к экстремальной, самонастраивающейся системе автоматического управления цикличным технологическим процессом. МикроЭВМ вырабатывает управляющие воздействия на раскряжевочный агрегат индивидуально по каждому хлысту в соответствии с его размерно-качественными характеристиками и алгоритмами оптимизации раскряжевки. Порядок работы раскряжевочного агрегата автоматически перестраивается на каждый хлыст по результатам максимизации целевых функций раскряжевки.
В управляющем вычислительном устройстве возникает информация о размерно-качественных параметрах выпиленных бревен. Эта информация через согласующее устройство поступает в систему автоматического учета лесоматериалов и в систему автоматической сортировки бревен.
Общая структурная схема (см. рис. 14.16) и соответствующий математический аппарат, рассмотренный выше, являются основой для составления технического задания на проектирование АСУТП производством круглых лесоматериалов для различных автоматизированных линий первичной обработки древесины. В техническом проекте проводятся структурно-аналитический синтез и более детальная проработка отдельных систем с определением и выбором технических средств контроля, управления. Разрабатывается, анализируется информационное и математическое обеспечение АСУТП производством круглых лесоматериалов, включающее в себя алгоритмы, программы, инструкции функционирования вычислительной системы управления раскряжевкой хлыстов, учетом, маркировкой и сортировкой бревен. Разрабатываются технические решения по привязке управляющего вычислительного устройства к измерителям хлыстов и к исполнительным органам систем раскряжевки, учета, маркировки, сортировки бревен, т. е. осуществляется синтез соответствующих согласующих устройств. После этого составляется рабочий проект АСУТП и внедрение его на линиях первичной обработки древесины.
Контрольные вопросы
1. Как производится автоматическое управление раскряжевочной установкой с одной пилой и несколькими пилами?
2. Как производится автоматическое управление подающим транспортером раскряжевочной установки?
3. Как производится автоматическое управление скоростью надвигания пильного аппарата?
4. Какие способы управления и элементы применяются при цифровом и логическом управлении расстановкой пил?
5. В чем состоит методика расчета оптимального способа раскряжевки хлыстов?
Дата добавления: 2015-08-27; просмотров: 86 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ АСУТП ПРОИЗВОДСТВОМ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ | | | ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СОРТИРОВКЕ ДРЕВЕСИНЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ СОРТИРОВОЧНЫХ СИСТЕМ |