Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Задачи, решаемые в области теории раскроя пиловочного сырья с использованием ЭВМ

29.07.2015

Развитие теории раскроя пиловочного сырья с использованием ЭВМ позволяет на качественно новом уровне решать следующие задачи:
— проектировать (составлять) максимальные спецификационные поставы, позволяющие получить при раскрое пиловочных бревен максимальным объемный или ценностный выход спецификационных пиломатериалов с учетом их качества;
— составлять планы раскроя пиловочных бревен, т.е. системы поставов, обеспечивающие выполнение заданных спецификаций пиломатериалов из имеющегося или ожидаемого сырья при прогнозируемом объемном или ценностном выходе с учетом качества пиломатериалов;
— определять рациональные способы и схемы раскроя пиловочных бревен на пиломатериалы: вразвал, с брусовкой, круговой способ, секторный, сегментный, развально-сегментный и др.;
— определять оптимальные методы сортировки бревен: по четным и группам четных диаметров, по диаметрам (12; 13; 14; 15 см и т. д.), по оптимальным границам сортировочных групп бревен, по качественным признакам и др., по критерию максимального объемного или ценностного выхода пиломатериалов (с учетом их качества), а также приведенного дохода с учетом затрат на капитальные и эксплуатационные расходы;
— прогнозировать объемный выход, посортный состав, а также при необходимости прочностные характеристики пиломатериалов;
— совершенствовать нормирование пороков пиломатериалов;
— определять оптимальные схемы раскроя конкретных хлыстов, бревен, брусьев и досок с учетом их размеров (диаметра, сбега, длины), особенностей формы (кривизны, эллиптичности) и пр.
Максимальные спецификационные поставы проектируют (составляют) на ЭВМ при помощи специальных технологических программ по распиловке бревен определенной толщины (диаметра) на пиломатериалы всех размеров в различных сочетаниях, допускаемых государственными стандартами, техническими условиями или иными требованиями к выпиловке. При раскрое бревен такими поставами может быть получен максимально возможный объемный или ценностный выход пиломатериалов. Однако при этом число выпиливаемых сечений за оперативный период времени может оказаться больше 50, что в условиях специализации лесопильных предприятий, как правило, нерационально. Получаемое в этом случае максимальное значение объемного или ценностного выхода спецификационных пиломатериалов является критерием не только при оценке эффективности тех или иных систем поставов, но и, например, при минимизации числа сечений выпиливаемых пиломатериалов и проведении целого ряда других исследований. В отличие от традиционного понятия о максимальных поставах, здесь в расчете используются только спецификационные размеры пиломатериалов в соответствии с ГОСТом, ТУ и т.д. Именно поэтому такие поставы и названы максимальными спецификационными.
Следует иметь в виду, что при проектировании максимального спецификационного постава для определенного диаметра, бревна объемный или ценностный выход пиломатериалов может значительно изменяться в зависимости от числа толщин, ширин, размеров и вариантов сочетаний. Оптимизация поставов на ЭВМ позволяет свести к минимуму потери объемного или ценностного выхода пиломатериалов при минимизации числа сечений. Исследования показывают, что, например, объемный выход пиломатериалов увеличивается с ростом числа толщин, но практически не зависит от общего числа сечений при их определенном: количестве.
К оптимальным относятся спецификационные поставы, обеспечивающие максимально возможный объемный или ценностный выход пиломатериалов при распиловке бревен определенной толщины (диаметра) на пиломатериалы тех сечений, которые предназначены к выпиловке в течение определенного оперативного периода времени работы лесопильного предприятия (нескольких недель, дней, месяцев, года). Здесь могут иметь место также ограничения на количество длин вырабатываемых пиломатериалов и др. Оптимальные спецификационные поставы лежат в основе технологической подготовки производства лесопильных предприятий, так как именно их использование приводит к получению максимально возможного объемного или ценностного выхода пиломатериалов из сырья, поступающего на. конкретное предприятие, с учетом имеющихся требований и ограничений по количеству выпиливаемых сечений пиломатериалов за определенный период времени работы предприятия и другим показателям. Следует иметь в виду, что при выработке сравнительно небольшого числа сечений, например 12...15, распиловка бревен меньшим числом поставов, например восемью или: десятью вместо 40...50, приводит к снижению объемного выхода, пиломатериалов на 1...2 %.
При наличии на предприятии бревнопильного оборудования: с гибкими (переналаживаемыми перед каждым бревном) поставами выпиловка ограниченного числа сечений пиломатериалов за определенный период времени работы предприятия может иг должна производиться тем числом поставов, которое дает наибольший объемный или ценностный выход. Это может иметь место и при круглогодичной поставке сырья на предприятие, когда, например, месячный запас пиловочных бревен рационально хранить в уже рассортированном виде. В этом случае может быть, большое число сортировочных групп бревен, что позволяет иметь на 1...2 % больший объемный выход пиломатериалов при раскрое бревен последовательно несколькими десятками поставов и без переналадки поставов перед каждым бревном иметь большую производительность бревнопильных линий за счет увеличения коэффициента использования их машинного времени.
Исторически сложилось, что подавляющее большинство отечественных лесопильных предприятий расположены на берегах рек для обеспечения сезонной водной поставки сырья. Оборудование с гибкими поставами в отечественном лесопилении практически отсутствует. В этих условиях применять большое число поставов, а следовательно, и большое число сортировочных групп бревен в основном затруднительно. Использование ЭВМ при минимизации оптимальных спецификационных поставов позволяет значительно уменьшить потери объемного или ценностного выхода пиломатериалов.
Наиболее важным положением при проектировании поставов на ЭВМ является то, что использование ЭВМ не по специальным технологическим программам с методом полного перебора вариантов, а по существующим методам позволяет лишь повысить производительность вычислений, оставляя выход пиломатериалов и достоверность вычислений на прежнем уровне.
Максимальные и оптимальные спецификационные поставы, при которых может быть получен максимальный или оптимальный объемный выход пиломатериалов, отличаются от таковых же, ориентированных на максимальный или оптимальный ценностный выход пиломатериалов, критерием оптимизации. В первом случае им выступает объем, а в втором — цена пиломатериалов. Показатели качества пиломатериалов, по которым в соответствии с их размерами определяется цена того или иного постава и систем поставов, прогнозируются на основе статистических данных предприятия или параметров статистических распределений характеристик качества сырья определенного места произрастания. При решении проблемы датчиков качества проектирование максимальных спецификационных поставов но критерию ценностного выхода пиломатериалов может осуществляться в процессе сортировки пиловочного сырья или непосредственно перед его раскроем на бревнопильном оборудовании с регулируемыми (гибкими) поставами.
Необходимо учитывать, что современные теория и практика раскроя пиловочного сырья с применением ЭВМ, как правило, базируются не на общих аналитических расчетах и даже не на результатах расчетов по тем или иным оптимизационным моделям без учета конкретно требуемых размеров спецификационных пиломатериалов, так как именно непосредственное использование заданных размеров пиломатериалов в процедуре оптимизации позволяет увеличить их выход на несколько процентов. Именно поэтому в мировой практике лесопиления активно используется технология, подразумевающая индивидуальный подход к раскрою каждого хлыста, бревна, бруса и доски с применением специальных оптимизационных программ на ЭВМ по критерию максимального выхода спецификационных с конкретно заданными размерами пиломатериалов. Иными словами, необходим (и использование ЭВМ со специальными оптимизационными технологически ориентированными программами это позволяет) не просто поиск области оптимизации в том или ином случае при косвенном учете заданных параметров пиломатериалов с последующим округлением до их ближайших спецификационных (стандартных) размеров, а их использование в процедуре оптимизации с самого начала. Иначе мы проведем оптимизацию не по тому критерию.
Ввиду важности этого положения поясним его на следующем примере. Рассмотрим задачу оптимальной обрезки необрезных досок не спецификационных, а максимальных размеров путем вписания прямоугольника максимальной площади в необрезную доску, ограниченную кривыми кромками и торцами. Затем произведем округление до ближайших спецификационных размеров. Однако процедура округления до стандартных (спецификационных) размеров в большую сторону, например увеличение размера по ширине, повлечет за собой уменьшение длины доски. Это требует новых расчетов. Возможен вариант, когда при этом площадь полученной доски будет меньше площади доски с уменьшенной шириной, но увеличенной длиной. Вероятно, процедура округления должна вестись в меньшую сторону. Однако это может привести к значительным потерям объемного выхода.
Пример. Рассмотрим результаты, полученные при обрезке необрезной доски, выпиленной из бревна диаметром 24 см, длиной 6 м и кривизной 1 %, наружная пласть которой находится на расстоянии 0,9 радиуса от центра бревна. При этом длина доски равна 480 см, ширина 120 мм и площадь 5660 см2. При округлении до стандартных размеров с градацией по ширине 25 мм и длине 300 мм получится доска шириной 100 мм, длиной 480 см и площадью 4800 см2. В действительности возможно увеличение объемного выхода на 6,25 % при вписании доски шириной 100 мм, длиной 510 см и площадью 5100 см2. При этом ориентация необрезной доски может производиться в некоторых случаях не только по оси, но и под некоторым углом.
Таким образом, математический аппарат теории раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы главным образом должен использоваться в качестве математического описания в триаде: математическое описание—алгоритм—технологически ориентированная программа.
Вопросы планирования раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы являются как бы заключительной стадией теории раскроя. Однако они непосредственно связаны с управлением производством пиломатериалов и поэтому рассматриваются далее. Там же рассмотрены и вопросы точности выпиловки пиломатериалов, так как неучет последних зачастую приводит к уменьшению выхода пиломатериалов на несколько процентов.