Введение к работе
Актуальность темы. Первой задачей при создании новых ресурсосберегающих, малоотходннх технологий первичной обработки древесины, производств и лесопромышленных предприятий, при модернизации существующих производств, является синтез технологической структуры как сложной системы обслуживания, обеспечивающей реализацию кортежа состояний древесины, начиная от состояния сырья до состояния продукции, т.е. необходимо на множестве параметров поверхностей и их значений, множестве параметров технологического оборудовали и юс значений, мнокестве операций первичной обработки древесины, при различных годовых грузооборотах лесопромышленных предприятий синтезировать технологическую структуру, для которой значения параметров технологического оборудования удовлетворяют требуемым значениям параметров обрабатываемых поверхностей деревьев, хлыстов, круглых лесоматериалов, а технологическая структура в целом удовлетворяет оптимальным значениям показателей эффективности, избыточности, сложности, удельным приведенным затрата^,!, годовым эксплуатационным расходам и т.д.
Создание ресурсосберегающих, малоотходннх технологических процессов невозмозно без применения современных компьютерных систем автоматизации процессов раскроя, сортировки, учета, перемещения хлыстов и круглых лесоматериалов при их обработке, и превде всего без современных процессорных устройств автоматизации измерений геометрических размеров хлнстов и круглых лесоматериалов, включающих в измерительную цепь программную вычислительную процедуру, и обеспечивающих решение множества измерительных задач для систем автоматизации процесса первичной обработки древесины.
Поэтому второй задачей синтеза при создании новых автоматизированных технологий является синтез структуры системы устройств автоматизации измерений геометрических размеров хлыстов и. круглых лесоматериалов на мнокестве условий, параметров и признаков синтезированной, при решении первой задачи, структуры первичной обработки древесины, при этом значения параметров автоматических процессорных устройств измерения размеров хлыстов и круглых лесоматериалов удовлетворяют требуемым значениям точности измерения, обусловленных измерительными задачами, а структура системы устройств автоматизации измерений удовлетворяет экстремальным значениям показателей эффективности, избыточности, слокности, технико-экономических показателей.
В целом задача является системной, многоварианткой, многокритериальной, ее решение затрудняется тем, что:
- нет модели синтеза технологической структуры, дозволяющей
переход от геометрической модели деревьев, хлыстов, круглых ле
соматериалов к технологической структуре;
недостаточно,, с точки зрения автоматизированного синтеза разработаны математическая модель технологической структуры первичной обработки древесины и структуры системы устройств автоматизации измерений размеров, критерии синтеза, показатели эффективности, ограничения, вычислительные методы, позволяющие решить многокритериальную задачу поэтапного синтеза;
недостаточно разработаны показатели и вычислительные методы избыточности и сложности технологической структуры первичной обработка древесины в процессе покрытия множества значений параметров поверхностей деревьев, хлыстов, круглых лесоматериалов мыокеством значений параметров технологического оборудования;
нет метода формализованного перехода от синтезированной . технологической структуры первичной обработки древесины к структуре системы устройств автоматизации измерений размеров хлыстов
и круглых лесоматериалов, критерия оптимальности и вычислительного метода покрытия множества условий, параметров и признаков технологической структуры множеством параметров и признаков структуры системы устройств автоматизации измерений размеров;
В целом необходимо решить проблему, заключающуюся в разработке методов многокритериального синтеза технологической структуры первичной обработки древесины и структуры системы устройств автоматизации измерений размеров хлыстов и круглых лесоматериалов для их автоматизированного раскроя, сортировки, учета и регулирования скорости перемещения в процессе их обработки, что является основой создания информационных, ресуросберегающих, малоотходных, автоматизированных технологий лесного комплекса.
Цель и задачи исследований. Целью работы является повышение эффективности при создании ресурсосберегающих, малоотходных автоматизированных технологий первичной обработки древесины на основе совершенствования многокритериального синтеза технологическ структуры первичной обработки древесины и структуры системы устройств автоматизации измерений размеров хлыстов и круглых лесома териалов для их автоматизированного раскроя, сортировки, учета и регулирования скорости перемещения, с компьютерной поддержкой
:5
процесса принятия решений при синтезе.
В соответствии с целью работы поставлены следующие основные задача исследований:
1. Разработать метод многоуровневого многокритериального струк
турного синтеза автоматизированного технологического процесса
первичной обработки древесины и системы процессорных устройств
автоматизации измерений размеров на множестве размерно-качест
венных параметров деревьев, хлыстов и круглых лесоматериалов
и технико-экономических показателей эффективности с формализованным переходом от геометрической модели объекта обработки к технологической структуре, и от синтезированной технологической структуры к структуре системы процессорных устройств автоматизации измерений размеров.
2. Обосновать математическую модель технологической структуры
первичной обработки древесины и структуры систем процессорнш:
устройств автоматизации измерений размеров деревьев, хлыстов и
круглых лесоматериалов,
-
Обосновать систему критериев, показатели эффективности и ограничения для поэтапного многокритериального синтеза технологической структуры и структуры системы процессорных устройств автоматизации измерений размеров.
-
Разработать метод количественной оценки избыточности и сложности технологической-структуры первичной обработки древесины
и структуры системы процессорных устройств автоматизации измерений размеров на множестве размерно-качественных параметров деревьев, хлыстов, круглых лесоматериалов и множестве параметров технологического оборудования и процессорных устройств измерения размеров.
-
Разработать метод формализованного перехода от синтезированной технологической структуры первичной обработки древесины к синтезу структуры системы процессорных устройств автоматизации измерений геометрических размеров деревьев, хлыстов, круглых лесоматериалов.
-
Разработать метод синтеза допустимых, нехудших и оптимальных вариантов технологической структуры первичной обработки древесины и структуры системы процессорных устройств автоматизации измерений размеров на множестве показателей эффективности структур.
7',. Формализовать описание исходных данных для синтеза технологи-
ческой структуры первичной обработки древесины и структуры системы процессорных устройств измерения размеров.' 8'. Реализовать результаты работн в'лесопромншленной практике и практике подготовки специалистов для лесной отрасли. 9. Провести анализ эффективности результатов работн.
Методы исследований базируются на теории системного анализа, теории многоуровневого многокритериального синтеза на множествах, теории внбора и принятия решений, теории графов и методов дискретного программирования. Научная новизна работы I. Разработан метод многоуровневого структурного синтеза процесса первичной обработки древесины и системы процессорных устройств автоматизации измерений, отличающийся от существующих тем, что на основе установленных отношений между множеством параметров поверхностей хлыстов и круглых лесоматериалов и их значений, множеством показателей эффективности установок, механизмов, поточных линий и лесопромышленных предприятий, позволяет сделать формализованный переход от геометрической модели хлыстов и круглых лесоматериалов к технологической структуре первичной обработки древесины, и на основе установленных отношений меаду множеством условий, параметров и признаков синтезированной технологической структуры и множеством параметров и признаков элементов структуры системы процессорных устройств к оптимальной структуре системы процессорных устройств автоматизации измерений геометрических размеров для автоматизированного раскроя, сортировки, учета и регулирования скорости перемещения хлыстов и круглых лесоматериалов при их обработке. При. этом на первом этапе синтеза осуществляется переход от геометрической модели хлыстов и круглых лесоматериалов к допустимым вариантам технологической структуры с количественной оценкой по показателю избыточности и сложности, на втором этапе решается задача выбора допустимых, нехудших и оптимальных вариантов технологической структуры первичной обработки древесины на множестве технико-экономических показа-' телей и системы безусловных и условных критериев предпочтения, на третьем этапе синтезируется структура системы процессорных устройств автоматизации измерений размеров хлыстов и круглых ' лесоматериалов на множестве условий, параметров и признаков синтезированной технологической структуры.
-
Обоснована математическая модеяв технологической структуры первичной обработки древесины и. структуры системы процессорных устройств автоматизации измерений геометрических размеров хлыстов и круглых лесоматериалов, отличающаяся от существующих тем, что устанавливает связь между множеством размерных параметров поверхностей хлыстов и круглых лесоматериалов и элементами технологической структуры, множеством технологического оборудования и операций, устанавливает формализованное отношение между .множеством технологического оборудования и множеством операций первичной обработки древесины, связь между множеством размерных параметров и признаков синтезированной технологической структуры и множеством элементов структуры системы процессорных устройств автоматизации измерений .
-
Предложена система показателей эффективности, критериев и ограничений для поэтапного многокритериального синтеза технологической структуры и структуры системы процессорных устройств автоматизации измерений размеров, отличающихся тем, что учитывает отношения между множествами, используемыми на каждом этапе синтеза и методом решения задачи поиска покрытия одного множества другим, с целью перехода от геометрической модели к технологической структуре, и от технологической структуры к структуре системы процессорных устройств автоматизации измерений размеров.
-
Разработан метод .количественной оценки избыточности и сложности технологической структуры первичной обработки древесины и структуры системы устройств автоматизации измерений, отличающийся тем, что з процессе решения дискретной задачи о покрытии множества значений параметров хлыстов и круглых лесоматериалов множеством значений параметров технологического оборудования показатель избыточности определяется непосредственным отношением потенциально возможного числа значений параметров технологического оборудования (процессорных устройств) к числу требуемых значений, определяемых требуемыми значениями параметров поверхностей хлыстов и лесоматериалов, а метод определения показателя сложности отражает функционирование элементов структур как процесс обработки поверхностей хлыстов и круглых лесоматериалов, для технологической структуры, и как процесс выполнения измерительных задач, для структуры системы процессорных устройств автоматизации изме-
8.
рений, направленный от входного технологического оборудования к финальному, и от первичннх преобразователей измерительной информации к процессорам (для структуры системы процессорных устройств автоматизации измерений размеров).
-
Предложен метод синтеза допустимых, нехудших и оптимальных вариантов технологической структуры первичной обработки древесины и структуры системы процессорных устройств автоматизации измерений на множестве показателей эффективности структур (показатели избыточности, сложности, технико-экономические показатели-) и предложенной системы безусловного и условных критериев предпочтения, отличающийся тем, что позволяет довести задачу синтеза технологической структуры первичной обработки древесины и структуры системы процессорных устройств автоматизации измерений размеров до единственного решения, до выделения оптимального варианта, при этом исключается возможность потери нехудших вариантов, за счет введения на первом этапе выделения безусловного критерия предпочтения, сравниваемых вариантов на основе отношения нестрогого порядка, при отношении толерантности относительно упорядочения показателей эффективности по важности, с последующим выделением из нехуд-ших вариантов оптимального варианта на основе условных критериев, устанавливающих строгое упорядочение сравниваемых вариантов и показателей эффективности, а ускоренное выделение допустимых, нехудших и оптимальных вариантов достигается за счет операций над множеством вариантов и значений показателей эффективности,- представленных в виде матриц. При этом логические условия для безусловного и условных критериев предпочтения доведены до конкретных формализованных выражений, определяющих порядок вычислительной процедуры при любом числе и сочетании показателей эффективности.
-
Предложен метод синтеза структуры системы устройств автоматизации измерений размеров хлыстов и круглых лесоматериалов, позволяющий осуществить'формализованный переход от технологической структуры первичной обработки древесины к структуре СУМ, и отличается тем, что устанавливает отношения между множеством параметров и признаков технологической структуры и множеством параметров и признаков элементов СУАИ, и позволяет определять уравнение и структуру процессорных измерителей, число и тип первичных преобразователей и процессорных измери-
телей в целом для систем автоматизации раскроя, сортировки, учета и регулирования скорости перемещения хлыстов и круглых лесоматериалов в процессе их обработки, а сформированные множества признаков для определения элементов СУАИ позволяют синтезировать интеллектуальные итеративные адаптивные процессорные измерители, выполняющих совокупность измерительных задач, а для выбора алгоритмов измерения в память измерителя вводятся виды измерительных задач и мнокества признаков, для расширения совокупности, измерительных задач формируется дополнительная информация в процессе измерительной процедуры. 7. Разработан ряд процессорных измерителей размеров хлыстов и круглых лесоматериалов для автоматизации технологических процессов первичной обработки древесины, новизна которых подтверждена авторскими свидетельствами на изобретение. Теоретическое значение. Предлагаемая методология многокритериального синтеза развивает такое направление в области,многоуровневого многокритериального синтеза как создание комплексных моделей синтеза технологических структур и структур систем автоматизации технологических процессов с компьютерной поддержкой процесса принятия решении.
Практическая ценность работы. Предлагаемая методология синтеза на основе установленных отношений между множеством размерно-качественных характеристик древесины, множеством параметров технологического оборудования, множеством показателей эффективности структуры автоматизированных технологических процессов является основой для нового подхода ко всей проблеме создания новых информационных технологий в лесном комплексе, основой для создания новых интеллектуальных процессорных средств автоматизации измерений размерно-качественных параметров древесины для систем автоматизации технологических процессов.
' Результаты диссертационной работы были использованы в АО "Краеноярсклеспромпроект" для проектирования технологической структуры первичной обработки древесины, для выбора вариантов технологического оборудования производства подготовки древесного сырья. При этом трудоемкость процесса обработки информации снизилась в 3,5 раза, стоимость обработки информации уменьшилась в 5 раз, ври повышении качества проектных решений. Экономический эффект от использования материалов диссертации составил 53 млн. рублей.
В ОАО "Сибирский научно-исследовательский институт лесной промышленности" были использованы материалы диссертации для мн< гокритериального выбора установок, станков, механизмов для технологических потоков о различным способои агрегатирования и ев; зи, при этом трудоемкость процесса обработки информации снизшы в 5,6 раза, стоимость обработки информации в 4,9 раза. Экономический; эффект от использования материалов дассертации составил. 37 млн.рублеи.
В течение І99&гІ996гг. под руководством ж непосредственном участии автора дассертации выполнены госбюдаетные и хоздоговорные НИР, в рамках которых внедрены результаты, полученные в дне сертационной работе, по синтезу устройств измерения размеров хлыстов и круглых'лесоматериалов для автоматизированных систем раскроя, сортировки, и учета. Разработаны и изготовлены варианты однокамерных и двухкамерных процессорных измерителей на базе пр боров с зарядовой связью, проведены производственные испытания на Усть-Илимском ЖПС, изготовлена техническая документация, вне рены в составе автоматизированных систем раскроя, сортировки и учета. Поставка технической документации и комплектов процессор ных измерителей размеров осуществлена на Илимскую лесоперевалоч ную базу, Усть-Илимский лесошиьно-деревообрабатыващий завод, Тюменский домостроительный комбинат ДСК-500, фанерный завод Братского ЛЕК. Экономический эффект от их применения составляет более 400 млн.рублей. Цены 1996 года.
Апробация работы. Научные и практические результаты диссертационной работы'докладывались на всесоюзных, республиканских, краевых конференциях и совещаниях: Москва - 1984, 1990, 19944-1996г.; Гомель - 1985г.; Петрозаводск - 1986г.; Ростов к/Д -1988г.; Ижевск - 1988г.; Красноярск - 1988, 199341997г., а така на ежегодных научных конференциях Красноярской технологической академии.
Публикация работы. По теме диссертационной работы опубликовано 40 работ, в том числе монография, учебник для вузов и 3 аі торских свидетельства.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, заключения, списка литературы из 153 нашле нованай, 2 приложения, и включает 88 рисунков, 21 таблицу. Объе основного текста составляет 419 машинописных страниц.