Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние исследований и научно-технических разработок в области технологий, систем автоматизации процессов раскроя пиловочных бревен и сращивания коротких пиломатериалов 11
1.1 Технологические особенности раскроя пиловочного сырья 11
1.1.1 Способы раскроя пиловочных бревен 11
1.1.2 Существующее оборудование для раскроя пиловочных бревен 14
1.1.3 Анализ технологических особенностей процесса раскроя бревен 16
1.1.4 Анализ особенностей разработки системы управления процессом раскроя пиловочника 18
1.2 Технология и система управления процессом сращивания пиломатериалов 21
1.2.1 Существующие способы соединения изделий из древесины 21
1.2.2 Выбор связующего и режима склеивания 25
1.2.3 Существующее оборудование для сращивания пиломатериалов 26
1.2.4 Анализ технологий и оборудования оптимизации поперечного раскроя обрезных пиломатериалов 28
1.2.5 Анализ существующих технологий сращивания коротких пиломатериалов 33
Выводы 36
1.3 Цель, задачи исследований и научных разработок 37
ГЛАВА 2 Исследование и разработка метода оптимизации процесса раскроя бревен на обрезные пиломатериалы на ленточнопильных станках с последующим сращиванием коротких заготовок 38
2.1 Анализ структуры технологического процесса раскроя пиловочника с последующим сращиванием коротких пиломатериалов 38
2.2 Разработка метода оптимизации процесса раскроя пиловочника на обрезные пиломатериалы с учетом мест вырезки пиловочных бревен 47
2.2.1 Выбор способа раскроя пиловочного бревна 47
2.2.2 Модель образующей круглых лесоматериалов и максимизация объемного выхода обрезных пиломатериалов из брусовой, и сбеговой части пиловочных бревен 50
2.3 Разработка метода процесса сращивания коротких пиломатериалов 52
2.3.1 Расчет существующей производительности участка сращивания коротких пиломатериалов. Ручная вырезка пороков и математическая модель затрат времени на данную операцию 52
2.3.2 Совершенствование существующей технологии производства сращенных пиломатериалов 56
2.3.3 Имитационное моделирование динамики процесса вырезки пороков 61
2.3.4 Исследование производительности системы автоматической вырезки пороков древесины 71
Выводы 82
ГЛАВА 3 Исследование и разработка комплекса технических средств, математического обеспечения, системы автоматизированного управления технологическими процессами раскроя бревен на ленточнопильных станках и сращивания пиломатериалов 84
3.1 Система автоматизации управления процессом раскроя бревен 85
3.2 Система управления автоматической вырезкой пороков брусковых заготовок 88
3.3 Решение задач выбора комплекса технических средств системы автоматизации раскроя бревен на ленточнопильных станках с последующим сращиванием пиломатериалов 104
3.4 Алгоритм и программа оптимизации раскроя пиловочных бревен 117
3.5 Методика автоматизации распознавания пороков древесины 126
3.6 Алгоритмическое и программное обеспечение системы автоматического управления процессом распознавания и вырезки пороков пиломатериалов... 148
3.7 Разработка общей автоматизированной системы управления раскроем пиловочных бревен на ленточнопильном станке и сращиванием коротких пиломатериалов 152
Выводы 156
ГЛАВА 4 Рекомендации по внедрению автоматизированной системы управления раскроем пиловочных бревен на ленточнопильных станках, по сращиванию пиломатериалов и эффективность научных разработок ... 158
4.1 Рекомендации производству по использованию научно-технических разработок в области технологии, автоматизации раскроя бревен и сращивания пиломатериалов 158
4.2 Исследование экономического эффекта от внедрения в производство АСУ раскроя бревен и сращивания пиломатериалов 160
Выводы 168
Заключение
Библиографический список
Приложения
- Способы раскроя пиловочных бревен
- Анализ структуры технологического процесса раскроя пиловочника с последующим сращиванием коротких пиломатериалов
- Система автоматизации управления процессом раскроя бревен
- Рекомендации производству по использованию научно-технических разработок в области технологии, автоматизации раскроя бревен и сращивания пиломатериалов
Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время наибольшую значимость приобретают рациональное использование исходного сырья, энергетических ресурсов, оперативное оптимальное планирование и автоматизация управления технологическими процессами и производствами на предприятиях. Реализация принципов оптимальности оперативного планирования и управления технологиями производств с использованием численных методов решения оптимизационных задач, например, повышение эффективности переработки древесины, особенно на заключительных стадиях, обеспечивает рост прибыльности предприятий.
В лесопильной и деревообрабатывающей промышленности России ежегодно образуются десятки миллионов кубометров древесных отходов. Поэтому разработка малоотходных, ресурсосберегающих технологий раскроя пиловочника и сращивания коротких пиломатериалов, обеспечивает более эффективное и комплексное использование древесного сырья, что указывает на актуальность исследований и научных разработок в этой области. Практическое решение этих задач улучшает удовлетворение потребностей мебельной промышленности, строительства в качественных пиломатериалах в условиях снижения качества пиловочного сырья.
В Российской федерации число предприятий (в основном цехи столярно-строительных изделий), занимающихся раскроем пиловочника при минимизации отходов и склейкой пиломатериалов по длине не велико, тогда как в зарубежных странах с развитой деревообрабатывающей промышленностью данные операции является составной частью технологического процесса лесопиления [13].
Раскрой пиловочного сырья является основной и важнейшей операцией технологического процесса лесопильного производства. От правильности рас кроя зависит количество и качество получаемых пиломатериалов, а также соответствие их размеров и сортов спецификациям [55].
Склеивание укороченных пиломатериалов позволяет утилизировать немерные и короткие заготовки, создать непрерывные и малоотходные технологические процессы с выпуском продукции заданного качества, выпускать специфицированную пилопродукцию с переработкой ее на заготовки и детали целевого назначения, сохранить число требуемых градаций пиломатериалов по длинам, полнее удовлетворять заявки потребителей на продукцию определенной длины [45].
Таким образом, оптимизация раскроя пиловочника и автоматическое склеивание коротких пиломатериалов позволяет увеличить выход основной продукции без увеличения объемов лесопиления, тем самым сокращаются потребности в пиловочном сырье, что создает значительный экономический эффект лесного комплекса.
Проблемой в данном вопросе является недостаточная разработка методов построения моделей раскроя и сращивания пиломатериалов, дефектоскопии пороков пиломатериалов с учетом комплекса технологических особенностей оборудования и производственных процессов. При этом постановка задач оптимизации раскроя пиловочника, вырезка пороков древесины и сращивания коротких пиломатериалов сталкивается с отсутствием выхода на типовые расчеты по оптимизационным моделям при слабой изученности методологических принципов разработки рассматриваемых оптимизационных моделей с адаптацией их к изменению производственных и технологических условий.
Все это указывает на то, что тема диссертации, посвященная совершенствованию технологий, автоматизации раскроя бревен, сращиванию коротких пиломатериалов является актуальной для науки и практики лесопильного производства.
Цель диссертационного исследования состоит в разработке и решении задач совершенствования технологий, автоматизации раскроя пиловочного сырья на ленточнопильных станках и сращивания коротких пиломатериалов.
Поставленная цель предполагала решение следующих задач:
1. Провести исследование технологических особенностей и автоматизации процессов раскроя бревен, сращивания коротких пиломатериалов.
2. Разработать метод, модели алгоритмического и программного обеспечения управления раскроем бревен, сращиванием коротких пиломатериалов.
3. Провести исследование и разработку комплекса технических средств, математического обеспечения системы автоматизированного управления процессами раскроя бревен и сращивания коротких пиломатериалов.
4. Сделать анализ экономической эффективности полученных результатов исследований и научных разработок, и разработать рекомендации по внедрению в практику лесопильного производства.
Методика исследования
Научные и практические исследования процессов раскроя бревен с последующим сращиванием коротких пиломатериалов проводились на основе производственных экспериментов, на использовании методов математического моделирования процессов раскроя бревен, распознавания пороков древесины и вырезки дефектов пиломатериалов, на основе методов синтеза средств и систем автоматизации с разработкой программного обеспечения.
Достоверность полученных результатов
Результаты исследований и научных разработок получены на основе проведения производственных экспериментов с использованием методов математического моделирования и оптимизации технологических процессов с разработкой программного обеспечения для реальной системы управления раскроем бревен и сращиванием пиломатериалов. Получены позитивные результаты внедрения основных разработок в практику.
Научная новизна работы
- Получены математические модели оптимизации раскроя пиловочника, отличающиеся учетом породы и места вырезки бревна из хлыста;
- Разработана структура технологии раскроя бревен на ленточнопильных станках, отличающаяся автоматической вырезкой сучков, обзола, трещин;
- Предложены автоматизированные системы управления процессом раскроя бревен и сращивания пиломатериалов, отличающиеся использованием современных комплекса технических средств автоматизации и ЭВМ;
- Разработано алгоритмическое и программное обеспечение, отличающееся использованием цифровой системы управления участком сращивания пиломатериалов, и цифровой системой управления процессом распиловки бревен на ленточнопильных станках.
Теоретическое значение
Разработаны математические модели оптимизации раскроя пиловочника и сращивания пиломатериалов, которые дают возможность проводить численные расчеты показателей распиловки бревен и сращивания пиломатериалов, а так же решать численные задачи оптимизации этих технологических операций.
Практическая ценность работы
Разработано программное обеспечение и комплекс технических средств управления технологическими линиями распиловки бревен и сращивания коротких пиломатериалов, обеспечивающих повышение выхода обрезных на 5-6% и увеличение производительности участка сращивания пиломатериалов на 15-20%. В практику мебельного производства внедрены математические модели, алгоритмы функционирования разработанной линии автоматического выявления пророков древесины и их вырезки, с последующим сращиванием корот ких пиломатериалов по длине, а также рекомендации по оптимизации раскроя пиловочных бревен с применением разработанной компьютерной программы.
Апробация работы
Основные результаты докладывались и обсуждались на международных интернет-конференциях, научных конференциях профессорско преподавательского состава Воронежской Государственной лесотехнической академии в 2002-2005 гг.
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано 13 статей, в том числе единоличных 9.
Структура работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения, списка литературы из 107 наименований, 4 приложений и включает 68 рисунков, 28 таблиц. Объем текста составляет 198 машинописных страниц.
Результаты, выносимые на защиту
- Математические модели оптимизации раскроя пиловочника учитывающие место вырезки бревна из хлыста;
- Научные и практические решения по технологии автоматической вырезки пороков пиломатериалов (сучков, обзола, трещин);
- Автоматизированная система управления процессом раскроя бревен и сращивания коротких пиломатериалов с использованием современных комплекса технических средств и программного обеспечения;
- Алгоритмическое и программное обеспечение поддержки цифровой системой управления участком сращивания пиломатериалов, и адаптивной системой управления процессом распиловки бревен.
- Рекомендации производству по внедрению автоматизированной системы управления раскроем бревен и сращиванием коротких пиломатериалов.
Способы раскроя пиловочных бревен
С начала промышленного лесопиления бревна раскраивали в основном на лесопильных рамах по групповому способу, т.е. группой пил, устанавливаемых в соответствии со схемой раскроя. Постав пил должен обеспечить получение пиломатериалов определенных размеров и качества, поэтому схемы раскроя бревен, показывающие порядок и место пропилов, толщину, ширину и длину получаемых досок, были также названы поставами. Постав является основным технологическим документом, от которого зависит рациональность раскроя пиловочного сырья.
Началом теории раскроя пиловочного сырья считаются работы Х.Л. Фельдмана [54], который в 1932 году разработал системы максимальных поставов. Как для всякой задачи на экстремум, решение сводится к тому, чтобы выразить искомую величину (сумму объемов всех досок) в виде функции и находить те значения переменных, при которых первая производная обращается в нуль. Отсюда определяются максимальные площади поперечных сечений обрезных досок (прямоугольников), которые можно вписать в круг вершинного торца бревна (рисунок 1.1). Очевидно, максимальную площадь будет иметь квадрат со стороной 0,707d, где d - диаметр вершинного торца бревна. В результате этого решения впервые были поставлены следующие вопросы: о необходимости подсортировки бревен с учетом размеров вершинных диаметров и сбега; о необходимости рационального использования не только основной, но и сбеговой части бревен; о необходимости укорочения боковых досок; о возможности сравнения различных способов распиловки с помощью математических выкладок.
Дальнейшее развитие теории раскроя пиловочных бревен на пиломатериалы было осуществлено профессором Д.Ф. Шапиро. Он разработал аналитический метод определения оптимальной толщины обрезных пиломатериалов при раскрое бревен на 1, 2 и т.д. пары досок и составил номограмму максимальных поставов Фельдмана-Шапиро. Припуски на усушку и пропилы включались в размер толщины досок. Увязка этих номограмм со спецификационны-ми размерами досок была затруднена, и они не получили практического применения. Поэтому появилось понятие «относительно максимальные поставы», под которыми понимали поставы с некоторыми отклонениями от абсолютно максимального выхода пиломатериалов в меньшую сторону, так как рекомендуемые толщины досок в долях диаметра торца бревна редко совпадают со спе-цификационными толщинами пиломатериалов с учетом пропилов и припусков на усушку [23].
Дальнейшее уточнение и дополнение теории раскроя осуществили: проф. Песоцкий А.Н., выявивший влияние эллиптичности и кривизны бревен, неточности подбора их в постав, смещения центра бревна относительно постава, сортности, размеров бревен и других факторов на объемный выход пиломатериалов [77]. Он также рассмотрел технико-экономический анализ различных вариантов баланса древесины на разные виды продукции с учетом условий производства, потребления, транспорта, сырьевых ресурсов и определил три основных условия рационального раскроя древесины в лесопилении: максимальный количественный, качественный и спецификационный выход пилопро-дукции.
Наиболее полные исследования и обобщения теории максимальных поставов были проведены проф. Н.А. Батиным, разработавшим графики проектирования поставов, дающих максимальный объемный выход пиломатериалов. Графики и данные Н.А. Батина представляют значительный интерес в области максимальных и оптимальных поставов, несмотря на переход к проектированию и расчету поставов по специальным технологическим программам на ЭВМ. Они позволяют спроектировать лучшие неполные поставы, т.е. поставы, включающие только толщину досок, для различного количества пар досок в поставе в зависимости от спецификационных требований [55].
В данном разделе диссертации хотелось бы отметить, что в настоящий момент существует большое количество выпускаемого оборудования для распиловки бревен как отечественных, так и зарубежных производителей. Например, с помощью многопильного станка для распиловки бревен Ц-32 компании УкрСпецЛесМаш получают двухкантные брусья и бруски, а при работе с четырьмя пилами, - и необрезные доски при переработке пиловочника хвойных и лиственных пород, причем выход необрезных пиломатериалов на данном оборудовании целиком зависит от поставов, сформированных оператором.
Станок LT 300, самый мощный и производительный распиловочный станок в линейке фирмы - предложение компании Wood-Mizer. Спроектированный для применения в промышленности, он оборудован новой пилящей головой и станиной с наиболее совершенной системой гидравлики из всего спектра станков Wood-Mizer. LT 300 - наилучшая альтернатива старым циркулярным пилам и широколенточным станкам. Станок легок в управлении, самый быстрый, самый современный и наиболее производительный станок во всей линейке продукции Wood-Mizer. Увеличение прибыли производится за счет снижения затрат на оплату труда и уменьшения отходов древесины.
Анализ структуры технологического процесса раскроя пиловочника с последующим сращиванием коротких пиломатериалов
Исследуемый технологический процесс раскроя бревен на обрезные пиломатериалы с последующим автоматическим сращиванием коротких заготовок, может быть представлен упрощенно в виде структурной схемы, представленной на рисунке 2.1 [31].
Согласно схеме на вход блока раскроя пиловочника подаются бревна, после распиловки которых получившиеся обрезные пиломатериалы (длинные, короткие и с пороками) направляются в сушильные камеры. После удаления влаги до 8% длинные без пороков пиломатериалы направляются непосредственно в производство. Высушенные короткие и с пороками брусковые заготовки, проходя процедуру вырезки пороков, сращиваются по длине. После выдержки клееные материалы также могут быть использованы в том или ином производстве.
Входные и выходные показатели рассмотренного процесса представляют собой элементы с множеством параметров, которые необходимо учитывать при управлении и планировании процессов раскроя бревен, сращивания коротких пиломатериалов. Пиловочные бревна характеризуется параметрами: 1. Диаметр в вершинном торце - dB, мм; 2. Длина бревна - Н, м; 3. Место вырезки (комлевое, срединное) - т. 4. Порода. Оставшиеся после раскроя пиловочного бревна короткие или длинные с дефектами бруски определяются параметрами: 1. Ширина-а, мм; 2. Толщина - Ь, мм; 3. Длина-/, мм; 4. Порода. Короткие бруски без недопустимых пороков (табл. 2.1), получившиеся после процедуры вырезки дефектов древесины, представлены параметрами: 1. Ширина - а, мм; 2. Высота - Ь, мм; 3. Длина-/, мм; 4. Порода - сосна.
Для выполнения поставленных выше задач необходимо произвести анализ технических характеристик оборудования, расчет производительности и построить циклограммы функционирования и протекания технологического процесса.
Согласно структуре исследуемого процесса (рисунок 2.1) автором предложены схемы технологического процесса раскроя бревен на обрезные пиломатериалы (рисунок 2.2) с последующим автоматическим сращиванием (рисунок 2.3) [26].
В отличие от существующей технологии распиловки бревен (рисунок 1.5) разработанная схема имеет ряд усовершенствований, призванных увеличить производительность и объемный выход обрезных пиломатериалов. Из бассейна 1 пиловочные бревна длиной 4,5 м (длина при раскряжевке выбирается согласно требованиям длины получаемых обрезных пиломатериалов) подаются транспортером 2 на платформу 3, которая распределяет их по одной из четырех линий распиловки. Далее пиловочное бревно, проходя через участок определения длины и диаметра 4, тележкой 5 подается к ленточнопильному станку Pezzolato HD 8 6. Оператор по информации, содержащейся в карте раскроя напечатанной на печатающем устройстве 7, производит ввод параметров продольной распиловки.
Системой подачи заготовок 1 бруски 2 отправляются на линейку определения их длины 3 и далее на транспортер 4. С помощью поперечных роликовых транспортеров 5, 7 пиломатериал прижимаются к ограничивающей планке 16. Далее брусок попадает под прижимную планку 12, функция которой состоит в точном позиционировании заготовки во время процедуры сканирования ее поверхности системой видеокамер и ультразвуковым датчиком 9. Для обеспечения высокого качества изображения поверхности древесины используется подсветка (рисунок 2.6). - брусковая заготовка; 2 - вращающий валик; 3 - конвейерная лента; 4 - стойка; 5 - рама; 6 - правая ПЗС-камера; 7 - крепеж; 8 - осветительные лампы; 9 - ограничивающая планка; 10 - ультразвуковой датчик; 11 - сечение обзора ультразвука; 12 - верхняя ПЗС-камера; 13 - левая ПЗС-камера; 14 - нижняя ПЗС-камера; 15 - область обзора верхней ПЗС-камеры
Рисунок 2.6 - Схема установки системы видеокамер с подсветкой Преобразованная информация от камер в виде цифровых кодов поступает в управляющую ЭВМ 10. Далее брусок по транспортеру 11 под прижимной планкой 12 поступает на торцующий агрегат 14, который по сигналу с ЭВМ выполняет деление заготовки и соответственно осуществляет вырезку пороков (п. 3.2, 3.3, 3.6, 3.7). Удаление отходов торцовки производится устройством 15. Транспортером 17 брусок без недопустимых дефектов (таблица 2.1) по ГОСТ 2140-81 [17] направляется на линию сращивания.
В схеме установки видеокамер и осветителей (рисунок 2.6) подача брусковой заготовки 1, прижатой к ограничивающей планке 9, осуществляется вращающим валиком 2 и транспортирующей лентой 3. Для получения изображения всех четырех поверхностей бруска применяется система такого же количества ПЗС-камер 6, 12, 13, 14. Сканирование пороков ПЗС-камерой производится в движении по длине заготовки растром 15, размеры которого определяются ее зоной обзора (раздел 3.3). Подсветка осуществляется лампами 8. Камеры и осветители крепятся к раме 5. Выявление пороков ультразвуком также осуществляется при движении пиломатериалов, но, в отличие от ПЗС-камеры, таким датчиком 10 «просматривается» уже сечение брусковой заготовки 11.
Система автоматизации управления процессом раскроя бревен
Задача данного технологического участка состоит в максимизации объемного выхода обрезных пиломатериалов Х2, Y2, с учетом ограничений, накладываемых параметрами входного сырья Xi и используемого оборудования.
Реализация такой системы управления осуществляется исходя из предлагаемой технологии (рисунок 2.2) в виде схемы автоматизации технологического процесса раскроя бревен на обрезные пиломатериалы (рисунок 3.3). Автоматическое измерение диаметра и длины пиловочных бревен выполнено на основе лазерного сканера 4 (GE/la, GE/16, ..., GE/46), данные с которого поступают в ЭВМ 19. Подающие к ленточнопильным станкам тележки 5 имеют автоматический привод (1л, ..., 4л) управляемый с компьютера. Конечные выключатели (GS/Із, ..., GS/43) служат для останова тележек 5. По данным с датчика диаметра и длины с помощью компьютерной программы «OPTIM_RASKR» (приложение А) рассчитывается оптимальный постав распиловки для того или иного бревна, данные которого в виде совета оператору выдаются на печатающем устройстве 7 (1г, ..., 4г) (рисунок 2.4). Оператор вручную задает координаты раскроя бревен по предложенной схеме (1ж, ..., 4ж).
Х2 (300 мм Х2 3000 мм), Х2 (матрица двоичных элементов со случайным распределением) соответственно ширина, толщина, длина, распределение по роков измеряются датчиками и учитываются при расчете управляющих воздействий Ху2", Х", Х72, X (соответственно управление устройством подачи пиломатериалов в линию оптимизации, транспортерами №1 и №2 (рисунок 2.4) линии вырезки пороков, а также устройством опускания/подъема торцующей пилы с помощью сигнала напряжения с выхода ЦАП управляющей ЭВМ) на линию вырезки пороков. Для реализации задачи системы управления разработана интеграция спроектированной линии вырезки пороков II (рисунок 2.4) с существующей линией сращивания I с раздельным управлением от двух различных ЭВМ (рисунок 3.5). В разработанной схеме автоматизации технологического процесса вырезки пороков и сращивания коротких пиломатериалов на участке склеивания брусковых заготовок по длине I обозначены следующие средства автоматизации, установленные производителем линии «OBLES» OMEGA - Н (раздел 1.2.3): датчик контроля толщины заговоток - GE/7B; контур управления нанесением клея (GE/8a, GTI/86, NS/вд, HS/8r, Н/8в, ИМ/8е); контур управления ленточным транспортером линии сращивания (GE/9a, GTI/96, NS/9B, ИМ/9Г); датчики наличия заготовок на цепном транспортере линии сращивания - GS/10a, GS/106, GS/ІОв; датчик определения длины брусковых заготовок GE/lla, работающий совместно с контуром управления прессом (ИМ/Пв, Н/12а, PI/126, NS/12B, ИМ/12г-ж, ИМ/1 За, ИМ/136). Средства автоматизации линии вырезки пороков древесины II (рисунок 3.5) рассмотрим по рисунку 3.6.
С помощью устройства подачи 3 брусковых заготовок осуществляется их своевременная загрузка в линию вырезки пороков. Время поступления каждого бруска tn; рассчитывается программой ЭВМ «UPRAVLENIE» (приложение Б) по формуле (3.1), исходными данными для которой являются длина бруска 5 /бр(і+і), расположенного еще на оптической линейке измерения длины, и скорость движения ленты транспортера №1 (рисунок 3.6). Таким образом, поступление брусковых заготовок на транспортер №1 линии вырезки пороков осуществляется устройством подачи, приводимым в движение исполнительным механизмом - однооборотным электродвигателем - через интервалы времени tni, зависящие от длины коротких пиломатериалов и скорости ленты транспортера №1.
Рассмотрим структурную схему системы управления линии вырезки пороков (рисунок 3.7).
Первый контур управления линией оптимизации служит для стабилизации скорости движения транспортера №1, приводимым в движение исполнительным механизмом - серводвигателем переменного тока (п. 3.3) [103]. Измерение скорости перемещения ленты транспортера №1 осуществляется бесконтактным индуктивным датчиком серии ДКС (п. 3.3) [40], значение текущей скорости, которого сравнивается с заданным значением, то есть в данном контуре управления реализуется отрицательная обратная связь по скорости.
Рекомендации производству по использованию научно-технических разработок в области технологии, автоматизации раскроя бревен и сращивания пиломатериалов
1. Проведенные исследования в области раскроя бревен на обрезные пиломатериалы в производственных условиях показали, что полезный процент выхода обрезных досок составляет от 50 до 60 %. Приведенные разработки с применением ЭВМ для расчета оптимальных поставов для ленточнопильной распиловки позволят увеличить объемный выход на 5-6 %.
2. Фактический уровень существующих систем автоматизации линий сращивания довольно высок и удовлетворяет современным требованиям. Существующая система автоматизации реализована в средствах бесконтактной автоматики, что говорит о высокой надежности. Однако применение ручного труда на участке вырезки пороков снижает производительность участка склеивания в целом. Использование разработанной автоматизированной системы управления линией удаления пороков с применением ЭВМ работающей в режиме реального времени позволит получить дополнительно на предприятии ЗАО «Фотон» Пензенской области 1240 м сращенного пиломатериала в год.
3. Объединение участков раскроя бревен и сращивания пиломатериалов на территории одного цеха под управлением одной ЭВМ повысит производительность и снизит издержки производства.
4. Разработка выбора технических средств автоматизации должна быть обусловлена требованиями современности, надежности и достаточного быстродействия. В качестве управляющего комплекса рекомендуется использовать компьютер на базе процессора Intel PentiumIII-1133 Мгц с материнской платой на базе чипа VIA VT82C686B, который обладает высокой надежностью и удовлетворяет условиям по быстродействию, что необходимо при управлении технологическими процессами в режиме реального времени. В качестве общего программного обеспечения предлагается использовать ОС Microsoft Windows 2000 Professional. Для оптимизации распиловки бревен следует использовать разработанную программу «OPTIM_RASKR». Функционирование линии вырезки пороков пиломатериалов следует осуществлять под управлением программы «UPRAVLENIE». Для распознавания пороков древесины предлагается использовать недорогие и надежные ПЗС-камеры типа Pictor 1616ХТЕ компании Meade Instruments Corporation со SCSI-II интерфейсом и ультразвуковую систему сканирования структуры пиломатериалов.
5. Монтаж рекомендуемых средств автоматизации рекомендуется выполнять в соответствии с ГОСТ и одновременно с этим нужно учитывать еще и требования условий эксплуатации оборудования и внедряемой компьютеризации технологического процесса, что в свою очередь имеет большое значение, так как от правильного монтажа зависит и качество эксплуатации всего оборудования в целом, а не правильное выполнение монтажа средств автоматизации ведет к частым сбоям в работе оборудования и к быстрой его изнашиваемости.
Экономический эффект получен за счет увеличения производительности линии сращивания, увеличения выхода обрезных пиломатериалов при раскрое бревен, уменьшения количества рабочего персонала [35].
1. Определены особенности управления технологическими процессами раскроя бревен на ленточнопильных станках, сращивания пиломатериалов по длине, связанные с использованием уже имеющимся на предприятии оборудованием.
2. Разработаны методы оптимизации раскроя бревен на обрезные пиломатериалы, включающие выбранный способ распиловки с брусовкой, максимизацию объемного выхода обрезных досок из брусовой и сбеговой зоны пиловочника, математические модели для составления компьютерной программы управления.
3. Предложены рекомендации по совершенствованию технологии процессов распиловки и система автоматизированного управления технологическим процессом раскроя бревен на ленточнопильных станках с применением ЭВМ, работающей в режиме советчика, что позволяет с учетом ограничений, накладываемых параметрами пиловочника и ленточнопильных станков, определить оптимальные параметры распиловки, а также повысить производительность транспортных операций по перемещению пиломатериалов между лесопильным оборудованием.
4. Разработана методика идентификации пороков пиломатериалов (сучок, обзол, трещина), дающая возможность выявлять координаты их местоположения в пиломатериале с целью дальнейшей вырезки.
5. Разработанные модели, алгоритмы и компьютерные программы системы управления линией удаления пороков обеспечивают поддержку автома 170
тической подачи на нее пиломатериалов, автоматического распознавания и удаления дефектов древесины с последующим направлением брусковых заготовок на линию автоматического сращивания по длине.
6. Предложена структура общей системы автоматизированного управления раскроем пиловочных бревен на ленточнопильном станке и сращиванием коротких пиломатериалов, позволяющая комплексно на территории одного производственного помещения выполнять данные технологические операции с минимальными транспортными задержками, экономя при этом на количестве требуемых технических средств по сравнению с раздельным проведением этих процессов.
7. Разработаны рекомендации по выбору комплекса технических средств для автоматизации технологических процессов раскроя бревен и сращивания пиломатериалов согласно современным требованиям, надежности, удовлетворяющим условиям быстродействия, что дает возможность поддерживать оптимальные скорости работы линии вырезки пороков и лен-точнопильных станков, производить быструю восстанавливаемость программного обеспечения и замену вышедшего из строя оборудования.
8. Разработанные математические модели, алгоритмы функционирования линии автоматического выявления пророков древесины и их вырезки, с последующим сращиванием коротких пиломатериалов по длине, а также рекомендации по оптимизации раскроя пиловочных бревен с применением разработанной компьютерной программы «OPTIM_RASKR», которые позволяют повысить объемный выход обрезных пиломатериалов на 5-6 % и увеличить производство сращенных пиломатериалов на 19%, внедрены на предприятии ЗАО «Фотон» Пензенской области, что подтверждается актами внедрения в производство (приложение Г).
