Введение к работе
Актуальность исследования. В целях удовлетворения потребностей внутреннего рынка в высококачественной и конкурентоспособной лесобумажной продукции отечественного производства и снижения доли импортируемой продукции, согласно одной из основных задач Подпрограммы «Лесопромышленный комплекс» Государственной программы Российской Федерации "Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности" на период до 2020 года является увеличение переработки низкосортной древесины.
Для стимулирования развития энергоэффективных и экологически чистых технологий и материалов, создания условий для их использования в жилищном строительстве необходимо, в первую очередь, создавать новые технологии производства заготовок и изделий из низкосортной древесины.
Специфика домостроения, в частности, деревянного, ориентирует производство домов и комплектов деталей домов, преимущественно на использование пиломатериалов хвойных пород, при этом пиломатериалы мягких лиственных пород и березы используются в незначительных объемах.
С учетом выше изложенного необходимо проведение исследований и разработка технологии, при которой достигаются наилучшие качественные показатели получаемой продукции из древесины березы для домостроения.
Цель и задачи исследования. Основной целью проводимого исследования является разработка эффективной ресурсосберегающей технологии производства заготовок из древесины березы для домостроения на основе теории раскроя и математических методов оптимизации.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
-
Разработка оптимизационной математической модели процесса поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки для домостроения.
-
Определение влияния качественных характеристик березовых пиломатериалов на объемный выход заготовок для домостроения.
Практическим результатом диссертационной работы является разработка технологии и оборудования, позволяющего эффективно перерабатывать древесину березы, с получением из нее заготовок для домостроения.
Методы исследования. Экспериментальные работы по определению объемного выхода заготовок из пиломатериалов проводились в ООО «Лесопромышленная компания «НАВЛЯ» Брянской области, Навлинского района, п. Клюковники. Круглые березовые лесоматериалы, распиленные ленточнопильным станком «SERRА Bаvаriа» на пиломатериалы, подавались на специально отведенный участок, где проводились измерения их размерно-качественных характеристик путем оцифровывания каждой доски, с дальнейшей обработкой полученных данных в компьютерной программе «АutoCАD» и в программе специально разработанной в рамках данного исследования «BoаrdCheck».
Обработка полученных в ходе экспериментальных работ данных осуществлялась математическими методами с получением уравнений регрессии для нахождения коэффициентов объемного выхода заготовок.
Научные положения, выносимые на защиту. Оптимизационная математическая модель процесса поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки для домостроения.
Уравнения регрессии для нахождения объемного выхода заготовок, вырабатываемых при поперечном способе раскроя пиломатериалов.
Научная новизна результатов работы. Разработана и получена в явном виде оптимизационная математическая модель процесса поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки для нахождения максимального значения валовой прибыли.
Получены уравнения регрессии для нахождения коэффициентов объемного выхода основных заготовок, заготовок свободных размеров длины при поперечном способе раскроя березовых обрезных пиломатериалов.
Достоверность и обоснованность научных результатов. Полученные в ходе выполнения работы научные положения, выводы определяются большим объемом проанализированного материала, а также глубиной и системностью применяемого комплексного анализа, обеспечиваются разнообразием источников информации, использовании комплекса методик и подтверждаются совпадением основных результатов теоретических и экспериментальных исследований. Адекватность математических моделей, полученных в работе, проверена и подтверждена критериями, в соответствии с общепринятой в научной практике точностью. Полученные автором решения внедрены в конкретные разработки, образцы техники и технологические процессы. На все разработанные и изготовленные в рамках выполнения работы опытно-промышленные образцы оборудования и программные продукты получены авторские свидетельства, зарегистрированные в Федеральной службе интеллектуальной собственности по патентам и товарным знакам.
Личный вклад диссертанта в решение поставленных задач. Автором разработана оптимизационная математическая модель процесса поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки для домостроения.
Разработана программа и методика испытаний, технические условия, руководства по эксплуатации на опытно-промышленные образцы оборудования, техническое задание на программу ЭВМ «BoаrdCheck для моделирования процесса поперечного раскроя пиломатериалов».
Автор непосредственно участвовал в предварительных и приемочных испытаниях разработанного оборудования.
Автором проведены процедуры подачи заявок на патенты в «РОСПАТЕНТ» и сертификации выпускаемой на оборудовании продукции из березовых пиломатериалов.
Экспериментальные работы по определению объемного выхода заготовок пиломатериалов проводились автором самостоятельно.
Практическая значимость работы. Разработана технология и изготовлен комплект технологического оборудования, для изготовления цельномассивной доски пола.
Получена оптимизационная математическая модель процесса поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки, которая позволяет рассчитывать оптимальные планы раскроя и находить максимальное значение валовой прибыли.
Разработана программа ЭВМ «BoardCheck» для моделирования процесса поперечного раскроя пиломатериалов», которая предназначена для расчета объемного выхода основных заготовок, при использовании поперечного способа раскроя.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Основные результаты диссертационной работы соответствуют п. 1 «Исследование свойств и строения древесины как объектов обработки (технологических воздействий)» и п. 2 «Разработка теории и методов технологического воздействия на объекты с целью получения высококачественной и экологически чистой продукции» из паспорта специальности 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки».
Реализация результатов работы. На основании диссертационного исследования автора, в производственной компании ООО «КБ Крапухина» было разработано специализированное оборудование для переработки низкосортной древесины березы.
Результаты работы автора были использованы в производстве ООО «ЛПК «НАВЛЯ» при оптимизации процессов получения пилопродукции.
Предложенные в диссертационной работе технология и оборудование, позволяющие перерабатывать низкосортную древесину, с получением из нее продукции с высокой добавленной стоимостью, а, именно, цельномассивной доски пола, были использованы в рамках приоритетного инвестиционного проекта «Организация лесозаготовок и комплексной переработки древесины в Брянской области» (Приказ Министерства промышленности и торговли Российской Федерации №17 от 26.01.2009г.). В рамках приоритетного инвестиционного проекта по предложенной автором технологии предполагается выпуск цельномассивной доски пола (паркетной доски) в объеме 100,0 тыс. м2.
Отдельные разделы диссертационной работы, в которых приводится методика проведения экспериментальных исследований, определяется порядок организации проведения эксперимента, осуществляется анализ результатов экспериментальных исследований, используются при подготовке магистерских работ на кафедре «Технологии деревоперерабатывающих производств» ФГБОУ ВПО «МГУЛ».
Внедрение результатов подтверждается документально организациями, которые в своей деятельности применили эти результаты.
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования были использованы при написании и сдаче научно-технических отчетов:
«Проведение предварительных и приемочных испытаний «Линия по переработке тонкомерной древесины, производству паркетной доски и обшивочных погонажных изделий: отчет о НИОКР»: № 01/09/В-01/09-07/06/5 / Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр лесопромышленного комплекса» (ФГУП «ГНЦ ЛПК»); рук. И.В. Воскобойников; исполн. Е.В. Кравцов [и др.] – М., 2009. – 120 с.;
«Проведение приемочных испытаний линии по переработке тонкомерной древесины, производству паркетной доски и обшивочных погонажных изделий: отчет о НИОКР»: № 01/09/В-01/09-07/07/17 / Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр лесопромышленного комплекса» (ФГУП «ГНЦ ЛПК»); рук. И.В. Воскобойников; исполн. Е.В. Кравцов [и др.] – М., 2009. – 135 с.;
«Завершение строительно-монтажных работ по запуску в эксплуатацию линии по переработке тонкомерной древесины, производству паркетной доски и обшивочных погонажных изделий. Опытная партия продукции, сертификация продукции: отчет о НИОКР»: № 01/09/В-01/09-07/08/24 / Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр лесопромышленного комплекса» (ФГУП «ГНЦ ЛПК»); рук. И.В. Воскобойников; исполн. Е.В. Кравцов [и др.] – М., 2009. – 24 с.;
«Анализ современного состояния технологий и оборудования для продольного раскроя лесоматериалов, в том числе короткомерных с наличием кривизны и других погрешностей геометрических форм древесины. Проведение патентных исследований оборудования для продольного раскроя короткомерных лесоматериалов: отчет о НИОКР»: № 06/11/11411.0816900.19.006/01/8 Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр лесопромышленного комплекса» (ФГУП «ГНЦ ЛПК»); рук. В.А. Косарев; исполн. Е.В. Кравцов [и др.] – М., 2011. – 162 с.;
«Разработка инновационной технологии продольного раскроя короткомерных лесоматериалов, в том числе с наличием кривизны и других погрешностей формы. Создание экспериментального образца станка для продольного раскроя короткомерных лесоматериалов. Разработка технологии комбинированной механической обработки деревянных материалов и заготовок фрезами и шлифовальными лентами с обеспечением повышения качества и точности продукции. Акты изготовления экспериментального образца станка для продольного раскроя короткомерных лесоматериалов, протоколы его испытаний. Исследования, разработка конструкции и оснастки для отработки процессов финишной механической обработки острых прямоугольных кромок, удаления шлифовальной древесной пыли и мелко размерных частиц, удаления частично отслоившегося от массива ворса древесных волокон обрабатываемых заготовок с целью повышения товарно-потребительских характеристик: отчет о НИОКР»: № 06/11/11411.0816900.19.006/02/9 Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр лесопромышленного комплекса» (ФГУП «ГНЦ ЛПК»); рук. В.А. Косарев; исполн. Е.В. Кравцов [и др.] – М., 2011. – 232 с.;
«Анализ современного состояния технологий деревянного домостроения и оборудования для механической обработки деталей деревянных домов. Проведение патентных исследований оборудования для механической обработки деталей деревянных домов: отчет о НИОКР»: № 06/12/12411.0816900.19.065/01/10 Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр лесопромышленного комплекса» (ФГУП «ГНЦ ЛПК»); рук. В.А. Косарев; исполн. Е.В. Кравцов [и др.] – М., 2012. – 198 с.;
«Разработка инновационной ресурсо- и энергосберегающей технологии высокопроизводительной механической обработки деталей быстросборных деревянных домов. Создание экспериментальной установки механической обработки бревен переменного профиля для производства быстросборных деревянных домов: отчет о НИОКР»: № 06/12/12411.0816900.19.065/02/11 Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр лесопромышленного комплекса» (ФГУП «ГНЦ ЛПК»); рук. В.А. Косарев; исполн. Е.В. Кравцов [и др.] – М., 2012. – 175 с.
