Системы автоматизированного проектирования технологии лесопильного производства

Проектирование производственных процессов лесопильных предприятий до сегодняшнего дня ведется на базе типовых решений по устаревшим нормативным документам и методикам с ручными расчетами. Это не обеспечивает достаточной достоверности принимаемых решений, и цена ошибки достигает миллионов рублей. Практически не используются модели, позволяющие проверить рациональность выбранного варианта производственного процесса лесопиления в динамике с учетом случайных факторов. Это касается проектирования как новых, так и реконструируемых лесопильных предприятий. Кроме этого, следует иметь в виду, что ускорение научно-технического прогресса требует перехода от среднестатистического к системному уровню проектирования.
При создании САПР технологии лесопиления встают те же самые вопросы, что и при автоматизации любого процесса, когда общие положения и структура средств получения, сбора, анализа информации и выработки управляющих воздействий характерны для подавляющего числа производств. В то же время существо и программно-методическое обеспечение разных производств, например лесопильного и мебельного, в корне различны, как и условия, средства и целый ряд других вопросов и факторов при их автоматизации. Поэтому можно, например, сформулировать основные виды обеспечения САПР: методическое, лингвистическое, математическое, программное, техническое, информационное и организационное, а также основные принципы и стадии построения и режимы работы САПР. Можно ввести сюда также общие сведения о функциональном (стоимостном) анализе (ФСА) и др. Однако только это не решает проблемы создания ни САПР технологии лесопиления, ни САПР мебели и пр.

Ключевым вопросом при разработке САПР технологии лесопильного производства, как и систем технологической подготовки производства пиломатериалов (АСТПП), является качество программного обеспечения при создании пакетов (библиотек) профессиональных технологических программ, обеспечивающих высокий уровень достоверности расчетов на ЭВМ с учетом динамики процессов лесопиления. Кроме того, именно программное обеспечение АСТПП, отработанное и проверенное в производственных условиях на АРМ технологов лесопильного производства, является основой для создания первой очереди САПР технологии лесопильного производства. В определенной степени это объясняется тем, что при создании САПР наиболее важным является выявление наиболее рациональных методов их осуществления. Известно, что метод может быть охарактеризован как способ достижения какой-либо цели, решения конкретной задачи. Методика же — это система методов последовательного и наиболее эффективного достижения цели, В этом смысле характерны афоризмы академика Д. С. Лихачева: «Ошибка в выводах указывает на ошибочность работы исследователя; ошибочность применяемого метода — на порок самого исследователя»; «Самый позорный провал в науке — применить порочный: метод, а не просто прийти к неверному выводу».
В общем виде структуру САПР технологии лесопиления можно представить состоящей из четырех блоков: блока синтеза проектных решений (блок № 1), блока технико-экономической оценки выбранных вариантов (блок № 2), блока имитационного моделирования производственного процесса (блок № 3) и блока оформления проектной документации (блок № 4).
В блоке № 1 синтеза проектных решений предполагается решение следующих комплексов задач: анализ спецификаций и определение расчетных характеристик сырья и пиломатериалов; выбор типов бревнопильного оборудования; составление (проектирование) системы (систем) оптимальных поставов; составление планов раскроя сырья на пиломатериалы при различных методах сортировки бревен; выбор и расчет производственной мощности основного технологического оборудования по всем участкам лесопильного производства; расчет баланса древесины; расчет необходимой вместимости складов сырья, рассортированных бревен, сырых и сухих пиломатериалов, готовой продукции; расчет систем транспорта, складирования и отгрузки технологической щепы и отходов.
Результатом синтеза проектных решений является определение структуры производственного процесса лесопильного предприятия, т.е. типов и количества оборудования (линий), связей между ними с учетом основных принципов управления процессами.
Одним из главных вопросов при этом является достоверный расчет производственной мощности реконструируемого или вновь проектируемого предприятия. Применение здесь действующей инструкции по расчету производственной мощности лесопильного предприятия исключается.
Блок № 2 технико-экономической оценки проектных решений предназначен для формирования технико-экономических показателей: стоимости основных фондов, числа работающих, производительности труда, себестоимости товарной продукции, экономического эффекта, срока окупаемости капитальных вложений и др.
При формировании оценок следует использовать результаты работы блока синтеза проектных решений, укрупненные нормативы по строительному обустройству и результаты расчетов из смежных частей проекта, задаваемых пользователем.
Блок № 3 имитационного моделирования производственного процесса предприятия состоит из системы профессиональных технологических программ, позволяющих моделировать производственный процесс как на отдельных участках в локальных режимах, так и работу производственного процесса предприятия в комплексе.
Модель должна позволять проверить работоспособность рассматриваемого производственного процесса в течение длительного промежутка времени с учетом случайных факторов. Здесь же отрабатывают технологические требования к системе управления производством пиломатериалов на предприятии (АСУП), к профессиональным технологическим программам, включаемым в контур систем управления технологическим оборудованием (АСУТП) и другие вопросы, являющиеся содержанием автоматизированных систем управления.
Важным вопросом является разработка новых методов проектирования оптимальных поставов и планирования раскроя сырья с использованием ЭВМ, используемых как при синтезе проектных решений (блок № 1), так и при имитационном моделировании производственного процесса предприятия в целом (блок № 3). Это позволяет повысить выход пиломатериалов и достоверность и эффективность процессов.
Необходимость введения в состав САПР технологии лесопиления блока имитационного моделирования связала также с тем, что в блоке синтеза проектных решений используется большое число усредненных показателей, не учитывающих динамику процессов и случайные факторы, ввиду чего достоверность принятых решений на первой стадии проектирования может оказаться недостаточной. Начинать проектирование с имитационного моделирования всех возможных вариантов производственного процесса предприятия неэффективно ввиду большого объема вычислительных работ, на выполнение которого потребуется значительно больше времени и ресурсов ЭВМ. Поэтому имитационному моделированию подвергаются не все варианты, а лишь тот, который признан пользователем эффективным по результатам работы блока № 2 технико-экономической оценки проектных решений.
Блок № 4 оформления проектной документации предназначен для формирования результатов автоматизированного проектирования в виде текста, таблиц и чертежей в форме, определенной нормативными документами,
В общем виде процесс функционирования технологической подсистемы САПР лесопиления происходит следующим образом.
Вначале пользователь-проектировщик подготавливает исходные данные для их ввода в систему программ блока синтеза проектных решений. При этом он задает участок производства, с которым желает работать, и наименование проектной процедуры (из возможных). Выполнив все возможные процедуры и отвечая на запросы, пользователь осуществляет автоматизированное проектирование участка. Его решение по каждому участку является окончательным для данной стадии проектирования. При необходимости проектировщик может ввести коррективы в решения, найденные ЭВМ. Неработоспособные варианты отсеиваются (исключаются) при имитационном моделировании всего производственного процесса предприятия в блоке № 3.
Блок № 2 на основании параметров, рассчитанных в блоке синтеза проектных решений, а также используя нормативную информацию и данные от пользователя, получаемые по запросу, вычисляет значения технико-экономических показателей (ТЭ-Пов) по участкам и объекту в целом. В блоке производится сравнение расчетных значений с нормативными. В принципе нормативными показателями в настоящее время являются уровни эффективности инвестиций в планируемые сроки, конкурентности пилопродукции и другие требования и условия, предъявляемые к проекту. Если значения расчетных ТЭПов вышли за пределы нормативных, то синтез проектных решений необходимо повторить, проведя корректировку ряда исходных данных. При этом в блоке № 2 должны формироваться советы пользователю относительно изменения параметров процессов для улучшения того или иного ТЭПа и оптимизации по технико-экономическим критериям процесса в целом.
Блок № 3 производит имитационное моделирование выбранного варианта процесса. В результате работы блока может оказаться, что выбранный вариант неработоспособен. Это может случиться из-за невозможности выполнения заданной спецификации пиломатериалов в контрольные сроки, несогласования работы (асинхронности) участков и цехов, недостаточности выбранных складских площадей и по другим причинам. Проектировщику при этом ясно, как провести корректировку исходных данных, так как из результатов моделирования видно, из-за каких участков и по каким причинам вариант оказывается неработоспособным. Корректировка при этом начинается с блока № 1 синтеза проектных решений. Так повторяется до тех пор, пока не синтезируется проектное решение, удовлетворяющее пользователя по технико-экономическим параметрам и выдержавшее проверку на работоспособность. При этом решаются также задачии блока № 3, описанные выше. Структурная и параметрическая оптимизация производственных процессов при их проектировании осуществляется с учетом алгоритмов управления, реализуемых в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУТП), оперативно-диспетчерского управления (АСОДУ) и подсистемой оперативного управления основным производством АСУП.
После того блок № 4 выдает проектную документацию по технологической подсистеме, выполненную и оформленную согласно нормативным требованиям. Кроме этого, блок № 4 должен позволить выдавать в оформленном виде и промежуточную информацию, в частности, задания от технологов к смежникам.
Эффективность построения и функционирования САПР во многом зависит от наличия единой информационной базы, ее полноты и высокого технического уровня. Это позволяет существенно сократить время на получение проектировщиками необходимой нормативно-справочной информации. Разработка САПР лесопиления является сложной научно-технической проблемой, решение которой требует совместных усилий проектных, научно-исследовательских организаций и лесотехнических вузов.