Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса производства пиломатериалов 9
1.1 Современное состояние лесопильной промышленности России 9
1.2 Анализ технологических процессов и их влияние на качество пиломатериалов 11
1.3 Обзор исследований в области сортировки пиломатериалов 21
1.4 Инновационные технологии получения пиломатериалов 26
1.5 Анализ экономических факторов повышения эффективности работы лесопильного предприятия 33
1.5.1. Стратегии снижения себестоимости выработки пиломатериалов 34
1.5.2 Ассортиментная политика лесопильного предприятия 40
1.5.3. Основные способы повышения стоимостного выхода пилопродукции 41
1.6 Выводы 43
2. Теоретические исследования по оценке возможности повышения сортности пиломатериалов 45
2.1 Теоретические исследования вероятности перевода доски в бопег ъьгсоюш с-орх 45
2.2. Выводы 58
3. Основные методические положения экспериментальных исследований 59
3.1 Исходные материалы и их характеристика 59
3.2 Основные приборы экспериментальных исследований 65
3.3 Методы планирования и обработки результатов экспериментов 66
3.4 Исходные данные экспериментальных исследований 67
3.5 Методика проведения эксперимента 67
4. Экспериментальные исследования повышения выхода пилопродукции за счет операций дообраеотки .73
4.1 Исследования получения бессортной древесины 73
4.2 Обработка результатов исследований 74
4.3 Выводы 87
5. Технико-экономические основы внедрения результатов исследований 89
5.1 Технология доработки обрезных пиломатериалов 89
5.2 Технико-экономическая эффективность результатов внедрения 95
5.3 Выводы 98
Общие выводы и рекомендации 100
Список литературы
- Анализ технологических процессов и их влияние на качество пиломатериалов
- Теоретические исследования вероятности перевода доски в бопег ъьгсоюш с-орх
- Методы планирования и обработки результатов экспериментов
- Обработка результатов исследований
Введение к работе
Рациональное использование лесосырьевых ресурсов и эффективная работа деревообрабатывающей промышленности в значительной степени позволят решать многие социальные и экономические проблемы страны.
В условиях рыночной экономики в лесопильной промышленности возникает потребность в поиске возможностей создания гибких производств, способных реагировать на всевозможные колебания рынка и включающие анализ существующего положения, на основе современных приоритетов. Результативность работы отрасли тесно связана с повышением действенности технологических режимов производства пиломатериалов, обеспечивающих наиболее целесообразное использование природного сырья, таким образом, повышая прибыльность предприятий.
Лесопильное производство, результатом деятельности которого являются пиломатериалы и заготовки, представляет собой основной этап производства изделий из древесины, и, следовательно, в значительной мере определяющим себестоимость готовой продукции.
Переход к рыночным отношениям ставит перед деревообрабатывающей промышленностью ряд новых проблем, в том числе: перевооружение производства, развитие конкуренции, насыщение потребительского рынка, расширение ассортимента выпускаемой продукции. Эти проблемы нельзя решать без внедрения высокоэффективных технологий.
Современный технологический процесс на лесопильном предприятии включает в себя все операции от поступления сырья до отгрузки пилопродук-ции в плотных пакетах. С точки зрения эффективности функционирования предприятия наиболее предпочтительной является ассортиментная стратегия, согласно которой вырабатываются спецификационные и экспортные пиломатериалы. Особенность технологического процесса на таких производствах характеризуется тем, что должна выпускаться пилопродукция преимущественно высших сортов.
Лесопильная промышленность в нашей стране является экспортно-ориентированным производством, около 45% выработанной пилопродукции поставляется на экспорт. Одними из основных партнеров нашей страны в этом секторе традиционно являются такие страны как Япония и Египет (25% экспорта), Китай, Англия, Германия. В той связи следует обратить внимание на то, что лесопильные производства Сибири удалены от рынков сбыта, что в значительной мере снижает рентабельность лесопильных заводов, за счёт больших транспортных издержек. Это в свою очередь формирует экономические барьеры между доступными лесными ресурсами и потребителями пилопродукции. Таким образом, исследования в области повышения объемного выхода экспортных пиломатериалов являются актуальными и способствуют решению задачи повышения конкурентоспособности отечественной лесопильно-деревообрабатывающей промышленности на мировом рынке.
Указанные обстоятельства явились основанием для проведения научно-исследовательских работ по углубленному изучению процесса повышения сортности пилопродукции за счет внедрения операций доработки пиломатериалов.
Цель работы: Увеличение объемного выхода пиломатериалов высших сортов, за счет удаления сортообразующих пороков доски.
Для достижения указанной цели в работе предусматривается решение следующих задач:
- провести анализ научных работ связанных с операциями доработки низкосортных пиломатериалов, путем их продольного и поперечного раскроя;
- исследовать вероятности перевода пиломатериалов в повышенные сорта за счет изменения их размеров;
- выполнить теоретические исследования изменения объемного и ценностного выхода пиломатериалов после операции обрезки и торцовки;
- разработать математическую модель процесса доработки низкосортных пиломатериалов;
- провести экспериментальные исследования повышения сортности экспортных пиломатериалов поперечным и продольным раскроем досок;
- разработать практические рекомендации по применению методики оптимизации посортного выхода экспортных пиломатериалов;
- произвести производственную апробацию результатов исследований и разработать практические рекомендации по их внедрению;
- определить технико-экономическую эффективность внедрения разработанных мероприятий.
Объекты исследований. Хвойные пиломатериалы. Процессы продольного и поперечного раскроя пиломатериалов. Научную новизну имеют:
- Математическая модель прогнозирования качественного и объемного выхода пиломатериалов повышенного сорта;
- Зависимости вероятности повышения сортности пиломатериалов от сечения и длины;
- Методика проведения экспериментальных исследований повышения сортности пиломатериалов за счет обрезки и торцовки.
Научные положения, выносимые на защиту;
Раскрой бревна это необходимое, но недостаточное условие для получения пиломатериалов заданного качества, поскольку проектируются только геометрические параметры досок.
Сортность пиломатериалов зависит от пороков древесины, визуализация которых происходит только после формирования всех поверхностей сечения доски, поэтому всегда существует вероятность повышения сортности за счёт удаления дефектной зоны путём поперечного и продольного раскроя досок.
3. Повышение качества в процессе дополнительной доработки пиломатериалов сопровождается уменьшением объёма доски повышенной сортности, поэтому принятие решение об изменении размеров сортности пило-продукции зависит от стоимости и назначения пиломатериалов. Значимость работы для науки и практики; Для теории имеют значение:
• Полученные функциональные зависимости распределения вероятности повышения сортности пиломатериалов при продольном и поперечном раскрое.
• Математическая модель изменения сортности пиломатериалов при изменении их размеров по длине и ширине, позволяющая определить объемный выход бессортных пиломатериалов.
• Теоретическое обоснование целесообразности доработки сухих пиломатериалов для повышения их сортности.
Для практики имеют значение:
• полученные аналитические зависимости вероятности перехода пиломатериалов в высшие сорта от ширины, длины пиломатериалов и количества удаляемых градаций по длине и ширине доски;
• методика принятия решений о допустимом количестве удаляемых градаций при дополнительном раскрое пиломатериалов;
• технологические схемы участков дополнительной обработки низкосортных пиломатериалов;
• технологические режимы процессов продольного и поперечного раскроя на участках доработки низкосортных пиломатериалов.
Место проведения.
Работа выполнена в Братском государственном университете на кафедре Технологии деревообработки. Экспериментальные исследования повышения сорта пиломатериалов за счет обрезки и торцовки проведены в деревообрабатывающих цехах.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации, отдельные ее разделы были представлены научно-технической общественности на ежегодных научно-технических конференциях Братского государственного технического университета.
Промышленная проверка разработанных режимов операций доработки пиломатериалов с целью повышения качества проведена на ОАО "Братский ДОК" г. Братск, который подтвердил целесообразность использования предложенной технологии.
По результатам выполненных исследований опубликовано 12 научных работ.
Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, библиографического списка, включающего 100 наименований и приложений. Общий текст диссертации изложен на 188 страницах, включающих 36 рисунков и графиков, 46 таблиц.
Анализ технологических процессов и их влияние на качество пиломатериалов
Основной целью деятельности предприятия является выпуск промышленной продукции требуемого качества в заданном объеме и ассортименте.
При формировании нормативов выходов пиломатериалов подавляющая часть исследований не отделяла влияние на эти выходы двух различных по своей природе групп факторов, отражающих [22]: - качество производственных процессов на конкретном предприятии; - взаимосвязь размерно-качественных групп бревен и пиломатериалов. Качество распиливаемых бревен следует считать частично управляемым фактором, так как такие пороки древесины, как синева, червоточины, трещины и частично гниль, появляются уже в заготовленных пиловочных бревнах во время хранения их у лесозаготовителей или на лесопильных заводах и в процессе транспортировки [87].
Качество вырабатываемых пиломатериалов зависит от состояния технологической подготовки пиловочных бревен перед распиловкой. Она включает сортировку и подборку сырья по породам, размерам и качеству, окорку сырья, оттаивание древесины в зимнее время, обмывку, извлечение металлических включений. Сортировка бревен по породам особенно необходима для лесопильных предприятий, вырабатывающих спецификационные пиломатериалы. Значительный экономический эффект может быть получен, как показывают исследования МЛТИ, при введении сортировки бревен по качеству. При этом возможна распиловка различных размерно-качественных групп бревен такими поставами пил, которые обеспечивают увеличение высокосортных досок в общем выходе пиломатериалов. Сортировка сырья по качеству позволит повысить точность и производительность сортировки пиломатериалов, поскольку на сортировку будут поступать пиломатериалы преимущественно одного сорта. Сортировка сырья по качеству и формирование однородных по размерам и качеству групп бревен обеспечит возможность управления соотношениями объемов пиломатериалов различных сечений и качества [109].
Современный технологический процесс на лесопильном предприятии включает в себя все операции от поступления сырья до отгрузки пилопродук-ции в плотных пакетах. Под структурой процесса понимается состав его операций (линий) и характер связи между ними [50]. При создании систем автоматизированного проектирования возникает необходимость в количественной оценке уровня исполнения отдельных операций и показателей качества готовой пи-лопродукции. [12,26]
В 90-е годы наметилась тенденция к снижению уровня мощности лесопильных предприятий, а за последние несколько лет, произошел резкий пере ход на малые предприятия. Большинство средних и крупных заводов перестало работать.
Основной причиной явился пересмотр стоимости сырья, электро- и других видов энергии. Существующие технологии и оборудование оказались в данных условиях неэффективными.
Как проектирование нового, так и модернизация существующего лесопильного предприятия, не обеспечивает его рациональную эксплуатацию без совершенной системы технологической подготовки производства. Задачей технологической подготовки производства является обеспечение максимальной производительности труда при максимально возможном объемном выходе пи-лопродукции и гармоничной загрузке всего оборудования. Кроме того, показателем, определяющим совершенство технологической подготовки, является своевременное выполнение спецификационного задания. Одновременное соблюдение всех перечисленных требований является сложнейшей многомерной задачей, решение которой невозможно без разработки и внедрения современных методов расчета с применением средств вычислительной техники [25,26,27,28].
С точки зрения специализации по назначению наиболее перспективны предприятия, вырабатывающие спецификационные и экспортные пиломатериалы. Особенность технологического процесса на таких производствах характеризуется тем, что должна выпускаться пилопродукция только высших сортов. При этом пиломатериалы низких сортов например, V сорт - планируется перерабатывать в щепу.
Сучки, гнили, трещины на пласта необрезных досок располагаются неравномерно. При раскрое каждой широкой необрезной доски на две, большая часть пиломатериалов имеет повышенную сортность по сравнению с выработкой широких необрезных досок (200-250 мм).
Теоретические исследования вероятности перевода доски в бопег ъьгсоюш с-орх
В нормативной документации на пиломатериалы имеется описание сортообразующих пороков, способы их измерения и учета [41]. Путем изменения какой-либо из размерностей доски, т.е. отрезания части, можно повысить сортность пиломатериала. Целью теоретических исследований является определение вероятности повышения сортности доски путем удаления сортообразующих пороков.
В данной главе в результате применения методов математической статистики проведена систематизация и обработки данных. В качестве объектов исследования в более или менее обширной совокупности рассматривается переход разнопородного пиломатериала (а именно, доски разного размера и сортности, разных пород деревьев) в более высокий сорт. При этом учитывается, что всякий эксперимент или опытные данные связаны с различного рода ошибками (ошибки наблюдений, измерений). Поэтому в рассматриваемых характеристиках опытных данных должным образом была проведена оценка ошибки приближенного значения исследуемого процесса. По частоте появления события — перехода пиломатериала в более высокий сорт в серии из п опытов можно с заданной надежностью вычислить вероятность интересующего события. В данной главе также решена задача, определения закона распределения вероятности перехода пиломатериалов из низких сортов в более высокие.
Итак, задача состоит в том, чтобы составить представление о той вероятностной ситуацией, с которой мы столкнулись, в данном случае — задача о вычислении вероятности случайного события или функции распределения случайной величины отклонения обрабатываемых пиломатериалов от нормы соответствующей сортности или математического ожидания, или дисперсии случайной величины. Проведенные в проведенных исследованиях события считаются независимыми, а условие их проведения постоянными. В этом, конечно, содержится некоторая идеализация вероятностного процесса, поскольку в реальной ситуации меняется породный состав пиломатериала, природно-климатические и региональные условия произрастания, измерительный инструмент и т.п. что сказывается на вероятностном процессе [11].
Изучение множества сходных объектов можно проводить как по качественному, так и по количественным признакам. Например, если обследуется партия пиломатериалов, то качественным признаком может быть сортность, а количественным признаком размер доски.
Проверку партии досок можно проводить двумя разными способами: 1) можно провести сплошной контроль всей партии; 2)можно провести контроль только определенной части партии. Первый случай не всегда удобен из-за значительного объема числа измерений.
При втором способе множество случайным образом отобранных объектов называют выборочной совокупностью или выборкой. Все множество объектов подлежащих контролю и исследованию называют генеральной выборкой.
Число объектов выборочной (генеральной) совокупности называют объемом выборки. Например, если из 10 000 досок отобрано для контроля (измерения и коррекции) 1000, то говорят, что объем генеральной совокупности N=10 000, а объем выборки п=1000.
Объем генеральной совокупности в реальности это конечное множество объектов, но достаточно великое множество. Поэтому в теоретических выводах (для упрощений) объем генеральной совокупности предполагается бесконечным. Увеличение объема генеральной совокупности (начиная с некоторой достаточно большой величины) уже не сказывается на результатах обработки данных выборки.
Выборка может производиться двумя способами. Первый способ называется повторной выборкой. Объекты в этом обследовании берутся поочередно из генеральной совокупности и возвращаются после обследования, при этом не исключено, что один и тот же объект возьмут несколько раз. Второй способ - бесповторная выборка. В этом случае обследованные объекты в генеральную совокупность не возвращаются. В данном случае, если в результате изменения размеров, доска повысила свою сортность, не имеет смысла возвращать в генеральную совокупность. Поэтому второй способ - бесповторной выборки применяется в данном исследовании.
Существенным свойством выборки является полное отражение особенностей всех объектов генеральной совокупности. Это особенно важно, так как генеральная совокупность имеет определенную неоднородность (например, в зависимости от породы древесины, дефекты могут встречаться чаще или реже). Подобная выборка называется репрезентативной (представительной).
Поскольку партия пиломатериалов (досок) представляет собой разно-породные материалы, то для репрезентативности выборки лучше, чтобы в выборку попадали пиломатериалы от каждой породы в соотношении вырабатываемых пиломатериалов производством. Таким образом, выборка должна выполнятся раздельно по породам, с последующим их объединением. Иначе говоря, по некоторому признаку генеральная совокупность разбивается на подмножества, объекты каждого подмножества признаны однородными (по всей генеральной совокупности однородности не наблюдается). По каждому выделенному подмножеству выполняется простой случайный отбор, затем в выборке производится объединение полученных результатов.
Основная и самая важная информация о случайной величине (повышения сортности) содержится в ее законе распределения. Из закона распределения можно получить все важные практические сведения о ней (о повышении сортности). Поэтому необходимо провести исследование поведения случайной величины и получить в результате закон распределения.
Методы планирования и обработки результатов экспериментов
Формирование качества пиломатериалов представляет вероятностный процесс. Исследование подобного рода необходимо проводить с применением математической теории эксперимента [37, 64].
В данной работе исследование технологии изготовления экспортных пиломатериалов осуществлялось проведением активного эксперимента.
На основании проводимых ранее исследований при получении экспортных пиломатериалов [64] была принята гипотеза о нормальном распределении погрешностей эксперимента.
Исследование формирования ширины и длины экспортных пиломатериалов при переводе их из низшего сорта в высший, будут проводиться методом активного эксперимента.
В качестве метода обработки результатов эксперимента с целью получения математического описания объекта будет применяться обработка эксперимента по В-плану [3,97,107]. .
Полученные регрессионные зависимости будут применяться для прогнозирования результатов для больших ширин и длин пиломатериалов. Однако исследования по толщине доски не планируется проводить, поэтому толщину досок следует принимать условно постоянной.
В результате обработки необходимо получить регрессионные зависимости, при помощи которых проводится прогностический анализ вероятности перехода пиломатериалов в повышенные сорта от ширины , длины пиломатериалов и количества удаляемых градаций. Коэффициент корреляции, в среднем, должен быть очень высоким благодаря функциям поиска оптимальных решений.
Для проведения экспериментальных исследований были измерены пакеты пиломатериалов с размерами досок, мм: 200x40x4800; 200x40x4200; 200x40x3600; 150x40x4800; 150x40x4200; 150x40x3600; 100x40x4800; 100x40x4200; 100x40x3600. Каждую доску из этого массива необходимо визуально разбить на зоны по ширине (с градацией 25 мм) и зоны по длине (с градацией 0,3 м). В каждой зоне фиксировать пороки, которые будут определяющими для возможности перехода из низкосортных пиломатериалов в более вы-сококачественную продукцию.
Условия проведения экспериментов приведены в методической сетке, табл. 3. Процесс доработки пиломатериалов из низкого сорта в высший представляет собой многофакторный процесс.
Интервал варьирования длины пиломатериалов в теоретических исследованиях находился в пределах от1,5до 6,3м. Нижняя граница ограничена требованиями ГОСТ 26002, а верхняя - возможностями предприятий. Поэтому при проведении экспериментальных исследований выберем интервал варьирования длины в исследуемом диапазоне, несколько сузив границы варьирования.
Исследование ширины пиломатериалов проводилось в пределах от 75 до 275мм. Нижний предел ограничен требованиями ГОСТ 26002, как минимальный размер самой узкой доски, а верхний - возможностями предприятий. При проведении экспериментальных исследований ограничимся верхним значением ширины пиломатериалов - 200мм, а нижним - 100мм, как наиболее часто выполняемым по контрактам.
В результате проведенного анализа сведений о расположении сорто-образующих пороков, а также для подтверждения результатов теоретического анализа необходимо провести комплекс экспериментальных исследований.
Целью данного эксперимента является установление зависимости объемов потерь при доработке пиломатериалов от их размеров и количества удаляемых градаций.
Задачей исследований является выявление количественных и качественных показателей процесса сортировки пиломатериалов после сушки. Анализ показателей позволит рекомевдовать операцию дообработки пиломатериалов. Переменные факторы и интервалы их варьирования приведены в табл. 4.1.
При переборке штабелей досок IV сорта ГОСТ 26002 выявляется ряд дефектов, не допускаемых соответствующим ГОСТом в бессортных пиломатериалах. Эти дефекты были измерены и составлены паспорта на каждую доску соответствующей размерной пачки пиломатериалов. Сортировка досок, измерение дефектов проводились на предприятии ЗАО «Братский ДОК». Паспортизация досок проводилась при переборке штабелей предварительно рассортированных и соответствующих IV сорту ГОСТ 26002. Пиломатериалы были высушены до транспортной влажности.
Каждую доску из этого массива визуально разбивали на зоны по ширине (с градацией 25 мм) и зоны по длине (с градацией 0,3 м). В каждой зоне фиксировались пороки, которые были определяющими для возможности пе-рехода из низкосортных пиломатериалов в более высококачественную продукцию. Проводили анализ зарегистрированных пороков и, в соответствии с планом эксперимента, проводили условный раскрой. Таким образом, по ширине доски можно отпилить максимум 3 градации, т.е. 75мм, т.к. в эксперименте использовались пиломатериалы шириной минимум 100мм. После удаления 3-х градаций по ширине останется только 25мм качественной древесины. При торцовке исследовали удаление одной градации, 6-ти и 11-ти, что соответствует принятой на предприятии спецификации длин досок.
Протоколы наблюдений приведены в табл. 4.3. Обработка результатов эксперимента проведена в соответствии с методами математической статистики и регрессионного анализа, приведенными в 3 главе.
В результате была получена следующая регрессионная зависимость вероятности перехода пиломатериалов в бессортные от длинны пиломатериалов, подвергающихся торцовке (XI); ширины пиломатериалов, подвергающихся обрезке (Х2); количества градаций, удаляемых по длине пиломатериалов (ХЗ); количество градаций, удаляемых по ширине пиломатериалов (Х4).
Обработка результатов исследований
Технология конечной доработки пиломатериалов с целью повышения их сортности основана на удалении сортообразующих дефектов доски. Для этого проводится продольный или поперечный, либо комбинированный раскрой досок. Выбор схемы раскроя каждой конкретной доски осуществляется оператором-бракером. Нарис. 5.1 представлены типичные случаи распределения пороков на пласта доски.
Основой для принятия решения о выборе схемы являются вид дефекта доски, понижающий ее сорт, и локализация пороков. Из рис. 5.2 видно, как положение пороков доски влияет на способ ее раскроя. Поперечный раскрой используется для удаления пороков, расположенных вблизи торцов доски (рис 5.2, а). Продольный раскрой используется в случае локализации пороков близ кромок доски, а также для исправления дефектов механической обработки (рис. 5.2, б).
Общая схема процесса доработки пиломатериалов с целью повышения их сортности представлена на рис. 5.3. На схеме указаны основные этапы процесса окончательной обработки пиломатериалов и принятия решений о его целесообразности.
Иерархическая схема процесса окончательной обработки пиломатериалов Для выполнения операции доработки пиломатериалов разработана технологическая схема участка раскроя, представленная на рис. 5.4. Основой участка являются прирезной станок (6) и торцовочная установка (6). В качестве установки для поперечного раскроя рекомендуется использовать станки с автоматическим распознаванием места реза по маркировке мелком, такие установки позволяют обеспечить высокую производительность с минимальными трудоза 93 тратами. В качестве станка для продольного раскроя необходимо использовать станок с «плавающими пилами», оснащенный упорной линейкой. Данное оборудование позволяет проводить продольный раскрой как с использованием двух нескольких пил, расстояние между которыми оперативно изменяются в соответствии с необходимой шириной реза, так и при помощи одной пилы и линейки, что позволяет раскраивать доски, базируя их от кромки.
Технологический процесс раскроя состоит из следующих операций: Заготовки пиломатериалов низших сортов загружаются на подающий стол (1), далее доски поштучно подаются на рольганг, где бракером проводится их оценка, и отмечаются пороки. Затем доска кантуется (3) и перекладывается на подающий транспортер торцовочного устройства, на котором доска оценивается и маркируется с другой пласти. На следующем этапе доска подается в торцовочный станок, где производится ее поперечный раскрой. В случае, когда поперечные резы доски не требуются, доска проходит через торцовочный станок без обработки. Доски, для которых требуется только поперечный раскрой, отправляются в штабель готовой продукции (5) сразу после операции торцовки.
Пиломатериалы, для которых предусмотрена операция продольного раскроя, проходят ее на прирезном станке. Обрезки от прирезного станка удаляются по конвейеру (7). После операции продольного раскроя доски поступают на поперечный транспортер (8), где они сортируются по ширине и раскладываются в штабели готовой продукции (9).
