Обґрунтування параметрів та структури рамних деревнопильних ліній (на прикладі лісопильних підприємств України)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Український державний лісотехнічний університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Спеціальність 05.05.07 - Машини та процеси лісівничого комплексу

Обґрунтування параметрів та структури рамних деревнопильних ліній (на прикладі лісопильних підприємств України)

Пех Петро Антонович

Львів - 1999



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському державному лісотехнічному університеті Міністерства освіти України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Дудюк Дмитро Лук'янович, Український державний лісотехнічний університет, завідувач кафедри автоматизації виробничих процесів, електротехніки і теплотехніки.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Кірик Микола Дмитрович, Український державний лісотехнічний університет, завідувач кафедри деревообробного обладнання та інструментів;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Сірко Зіновій Степанович, Український науково-дослідний інститут механічної обробки деревини, завідувач відділу механічної обробки деревини

Провідна установа: Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України, кафедра механізації лісогосподарських робіт та лісоексплуатації, м. Київ.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Прокопович Б.В.



Анотація

деревопильний лінія рамний

Пех П.А. Обгрунтування параметрів та структури рамних деревнопильних ліній (на прикладі лісопильних підприємств України). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.05.07. - Машини та процеси лісівничого комплексу. Український державний лісотехнічний університет. Львів, 1999.

Дисертація присвячена питанням дослідження, моделювання та оптимізації параметрів та структури рамних деревнопильних ліній. Викладаються результати експериментального та теоретичного дослідження роботи устаткування рамних лісопильних потоків. Розроблені математична та імітаційна моделі процесів функціонування рамних ліній. Запропоновано методику розрахунку оптимальної місткості буферних пристроїв.

Ключові слова: лісопильний потік, рамна деревнопильна лінія, імітаційне моделювання, оптимізація параметрів, імовірність.



Аннотация

Пех П.А. Обоснование параметров и структуры рамных бревнопильных линий (на примере лесопильных предприятий Украины). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.07. - Машины и процессы лесного комплекса. Украинский государственный лесотехнический университет. Львов, 1999.

Диссертация посвящена вопросом исследования, моделирования и оптимизации параметров и структуры рамных бревнопильных линий.

Предложена и всесторонне проанализирована математическая модель процессов поступления и станочной обработки предметов труда в потоках лесопильного производства. В качестве модели принята система массового обслуживания с обобщенными эрланговскими входящим потоком и временем обслуживания. Получены формулы и номограммы для расчета параметров модели. Установлены отличительные особенности аналитического исследования процессов функционирования рамных бревнопильных линий.

Излагаются методика и результаты экспериментального исследования закономерностей работы оборудования лесопильного потока. Дано описание автоматизированной установки для наблюдения за работой оборудования.

Определены диапазоны изменения параметра стабильности входящего потока бревен, а также процессов их станочной обработки.

Предложены и теоретически обоснованы ряд алгоритмов имитационного моделирования продолжительности производственных операций лесопиления. Наиболее подходящим для этих целей оказался датчик случайных эрланговских чисел с ограничениями их величины. Разработаны по принципу проводки алгоритм и программа имитационного моделирования процесса функционирования автоматизированной линии последовательного агрегатирования. На их основе разработаны алгоритмы и программы имитационного моделирования различных вариантов рамных бревнопильных линий, позволяющее определять фактическую производительность лесопильного потока при различных величинах номинальных цикловых производительностей станков, вместимости буферных устройств, параметрах стабильности производственных операций. Получены и проанализированы уравнения регрессии, связывающие величину коэффициента использования рабочего времени лесопильных рам с параметрами линии и технологического процесса.

Излагается новая методика определения оптимальной вместимости буферных устройств, отличающаяся от существующих тем, что она более полно учитывает влияние на работу линии всей совокупности факторов, имеющих в большинстве случайный характер. Дан пример расчета оптимальной вместимости накопителя бревен перед лесопильной рамой первого ряда. Описана защищенная авторским свидетельством новая конструкция брусоперекладчика.

Ключевые слова: лесопильный поток, рамная бревнопильная линия, имитационное моделирование, оптимизация параметров, вероятность.



Annotation

Pekh P.A. Motivation of parameters and structures of saw frame timber lines (on the example of saw frame timber enterprises of Ukraine) - a Manuscript.

Dissertation is submitted for candidate degree of technical sciences on specialty 05.05.07. - Machines and processes of timber complex. Ukrainian state university of forestry and wood technology. Lviv, 1999.

Thesis is denoted by the question of study, modeling and optimization of parameters and structures of saw frame lines. Stated results of experimental and basic research of functioning (working) an equipping the saw frame timber flows. The mathematical and simulation models of processes of operation of saw frame lines are developed. The strategy of calculation of optimum capacity of buffer devices is offered.

Keywords: saw frame timber flow, saw frame timber line, simulation modeling, optimization of parameters, probability.



1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В умовах відчутного дефіциту сировинних та енергетичних ресурсів вирішення завдання забезпечення народного господарства в пиломатеріалах можливе лише за рахунок інтенсифікації виробничих процесів і підвищення продуктивності устаткування. У зв'язку з цим важливо ще на стадії проектування деревнопильних ліній вміти визначати оптимальні параметри головного та допоміжного устаткування, місткість буферних пристроїв, вибрати їх раціональну компоновку, що забезпечить максимальну ефективність роботи ліній.

В теперішній час основна частина пиломатеріалів виробляється на рамних лісопильних лініях. Орієнтація машинобудування країн СНД на переважний випуск лісопильних рам свідчить про те, що таке положення збережеться і в найближчій перспективі. Рамні лісопильні потоки характеризуються великою різноманітністю розмірно-якісних параметрів пиловочної сировини, способами розкрою колод, складом основного і допоміжного устаткування, рівнем механізації та автоматизації і, таким чином, є складною виробничою системою, на роботу якої впливає багато факторів, які в більшості мають випадковий характер.

Існуючі методи розрахунку лісопильних потоків орієнтуються, головним чином, на використання середньостатистичних показників їх роботи і не розкривають динаміки функціонування устаткування в умовах впливу всієї сукупності факторів. В результаті фактична продуктивність лісопильних потоків, як правило, є значно меншою від розрахункової, а параметри і структура лісопильних ліній далекі від оптимальних. Тому зараз гостро стоїть задача теоретичного і експериментального дослідження закономірностей роботи устаткування лісопильних потоків і створення на їх основі методів розрахунку оптимальних параметрів та структури рамних деревнопильних ліній.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження є частиною робіт, виконаних у відповідності до державних науково-технічних програм ДКНТП з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки, проекту державної НТП “Ліс” - “Відтворення, охорона і раціональне використання лісових ресурсів”, темпланами УДЛТУ - ДБ23.04-94 та ДБ36.08-97, затвердженими Міністерством освіти України.

Мета роботи. Розроблення методики інженерного розрахунку оптимальних структури та параметрів рамних деревнопильних ліній на основі дослідження закономірнотей роботи устаткування, створення узагальненої математичної моделі, алгоритмів та програм імітаційного моделювання процесу функціонування ліній.

Задачі дослідження. Провести експериментальні дослідження закономірностей роботи устаткування лісопильного потоку; розробити математичну модель процесів функціонування рамних деревнопильних ліній; розробити і теоретично обґрунтувати алгоритми імітаційного моделювання тривалості виробничих операцій лісопиляння; розробити алгоритм і програму імітаційного моделювання процесів функціонування автоматизованих ліній; розробити алгоритм і програму імітаційного моделювання динаміки роботи рамних деревнопильних ліній; запропонувати методику розрахунку оптимальної місткості буферних пристроїв рамного лісопильного потоку; визначити економічну ефективність оптимізації параметрів устаткування.

Наукова новизна роботи. Проведені експериментальні і теоретичні дослідження процесів функціонування устаткування рамних деревнопильних ліній з врахуванням впливу на них усієї сукупності випадкових факторів. Вперше встановлено, що їх достовірною математичною моделлю є багатофазова багатоканальна система масового обслуговування з узагальненим ерлангівським вхідним потоком і ерлангівським часом обслуговування. Запропоновані номограми для розрахунку параметрів отриманої моделі. Дістали подальший розвиток алгоритми і програми імітаційного моделювання тривалості виробничих операцій лісопиляння. Удосконалено алгоритми і програми імітаційного моделювання автоматизованих ліній послідовного агрегатування. Вперше розроблені алгоритм та програма імітаційного моделювання рамних деревнопильних ліній, які працюють зі 100%-ою брусовкою. Отримані залежності коефіцієнта використання робочого часу лісопильного потоку від параметрів устаткування і технологічних процесів. Удосконалена методика розрахунку оптимальних параметрів рамних деревнопильних ліній.

Практичне значення одержаних результатів. Запропоновані методика, алгоритми та програми дозволяють розраховувати оптимальні параметри і структуру рамних деревнопильних ліній. Вони використовувались Львівським філіалом Івано-Франківського ПКТІ для розроблення проектів нових та реконструкції діючих лісопильних цехів. Запропонована захищена авторським свідоцтвом принципово нова конструкція брусоперекладача.

Особистий внесок здобувача. Дисертація є самостійною науковою роботою, в яку увійшли дослідження автора виконані за період навчання в аспірантурі, роботи в УДЛТУ та ЛДТУ з 1971 по 1999 роки під керівництвом професора, д.т.н. Дудюка Д.Л.

За результатами наукових досліджень опубліковано дев'ять одноосібних праць. У працях, написаних у співавторстві, здобувачеві належить: у [3, 9, 10] - теоретично обгрунтовані методи генерування Г-чисел і визначена трудомісткість алгоритмів; у [11] - виконані екпериментальні дослідження і оброблення результатів; у [12, 13, 15, 17] - розроблені моделюючі алгоритми та програми і проведені обчислювальні експерименти; у [14] - запропоновано принцип роботи брусоперекладача.

Апробація роботи. Головні положення дисертації доповідались та обговорювались на Всесоюзній конференції “Застосування математичних методів та ЕОМ в наукових дослідженнях в лісовій промисловості” (м. Москва, 1976 р.); на республіканській науково-технічній конференції “Перспективи розвитку лісової і деревообробної промисловості у відповідності з головними напрямками економічного та соціального розвитку СССР на 1986-1990 роки і на період до 2000 року” (м. Свалява, 1986 р.), на науково-технічних конференціях УкрНДІМОД (м. Київ, 1974, 1975, 1980, 1989рр.), на розширеному засіданні секції математики Західного наукового Центру АН УРСР (м. Луцьк, 1979 р.), на науково-технічних конференціях Українського державного лісотехнічного університету (1973-1999 роки ) і Луцького державного технічного університету (1986-1999 роки).

Публікації. Матеріали дисертації опубліковані в 17 роботах. Отримане одне авторське свідоцтво на винахід.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, загальних висновків та рекомендацій, списку використаної літератури (назв 176, з них іноземною мовою 11) та додатків. Загальний обсяг дисертації становить 194 сторінки, в тому числі 137 сторінок основного тексту, рисунків 23, таблиць 13.

2. Основний зміст роботи

У вступі дано загальну характеристику роботи, описано її зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Доведено актуальність роботи, сформульовано мету й основні завдання наукових досліджень, визначено наукову новизну отриманих результатів та обґрунтовано їх практичну цінність.

У першому розділі проведено критичний аналіз робіт, виконаних в області теорії та розрахунку лісопильних потоків. Відзначено, що в розробці експериментально-теоретичної бази для аналізу, розрахунку і проектування деревнопильних ліній вагомі результати одержали О.М. Пєсоцький, П.П. Аксьонов, Р.Є. Калітієвський, А.А. Піжурін, В.Р. Фергін, В.Г. Турушев, Г.В. Крилов, В.М. Максимів. В суміжних областях лісопромислового комплексу проблемі проектування технологічних ліній присвячені праці Д.К. Воєводи, Г.А. Вільке, І.В. Батіна, Д.Л. Дудюка, М.В. Маковського, Ф.М. Манжоса, В.С. Петровського, В.І. Аляб'єва, А.К. Редькіна, Ю.А. Садовського, Д.П. Бегей, Л.А. Сороки та інших.

Аналіз праць в області рамного лісопиляння показав, що визначення параметрів і структури деревнопильних ліній, розрахунки продуктивності устаткування і потоків проводились без належного врахування особливостей динаміки їх роботи в умовах впливу всієї сукупності факторів, які в більшості мають випадковий характер, що неминуче приводило до значних помилок.

У відповідності з поставленою метою в роботі передбачалось вирішити такі завдання:

Провести експериментальні дослідження закономірностей роботи устаткування лісопильного потоку.

Розробити математичну модель процесів функціонування рамних деревнопильних ліній.

Розробити і теоретично обґрунтувати алгоритми імітаційного моделювання тривалості виробничих операцій лісопиляння.

Розробити алгоритм і програму імітаційного моделювання процесів функціонування автоматизованих ліній.

Розробити алгоритм і програму імітаційного моделювання динаміки роботи рамних деревнопильних ліній.

Розробити інженерну методику розрахунку оптимальної місткості буферних пристроїв рамного лісопильного потоку.

Визначити економічну ефективність оптимізації параметрів устаткування.

Створити пакет алгоритмів та програм для дослідження, моделювання, оптимізації і розрахунку параметрів та структури рамних деревнопильних ліній і впровадження його в практику проектування науково-дослідних та проектно-конструкторських організацій.

У другому розділі розроблена математична модель процесу функціонування устаткування лісопильного потоку у вигляді системи масового обслуговування з ерлангівським вхідним потоком і ерлангівським часом обслуговування. Вхідні потоки предметів праці та процеси їх оброблення на верстатах деревнопильної лінії розглядались як різновидність випадкових процесів, для яких характерна властивість ординарності, стаціонарності та наявності післядії. Математичною моделлю цих процесів у першому наближенні може бути прийнята звичайна модель Ерланга з розподілом щільності ймовірностей проміжків часу

(1)

де - інтенсивність операцій надходження або верстатного оброблення предметів праці;

k - параметр стабільності операції.

Встановлено, що єдиною відмінною ознакою процесів надходження і верстатного оброблення предметів праці, які можуть бути визначені експериментальним шляхом, є відношення квадрата математичного очікування проміжку часу до дисперсії , яке дорівнює

(2)

У зв'язку з цим експериментальні дослідження лісопильних потоків слід проводити тільки за проміжками часу. При відомих параметрах і k імовірність надходження r предметів праці протягом інтервалу часу можна визначити за формулою:

, r=0,1,2… (3)



При r=0 ця формула дозволяє розраховувати умовну імовірність простою верстата через ненадходження предметів праці протягом часу . Встановлено, що зі збільшенням параметра k стабільності вхідного потоку імовірність довготривалих простоїв зменшується, а короткострокових збільшується.

Запропонована узагальнена модель процесів надходження і верстатного оброблення предметів праці в потоках лісопильного виробництва, функціонування яких у стаціонарному режимі описується розподілом щільності імовірностей проміжків часу такого вигляду

(4)

де 0, 1 - інтенсивності процесів, з яких утворюється узагальнена модель, причому

;

,

де MT - середнє значення проміжку часу;

, - параметри моделі, які можуть бути розраховані, виходячи з експериментальних даних, за номограмами, запропонованими автором.

Динаміка процесу функціонування рамних деревнопильних ліній із врахуванням імовірнісного характеру роботи устаткування описується за допомогою системи стохастичних диференціально-різницевих рівнянь Колмогорова. Для ділянки “рама 1-го ряду - рама 2-го ряду” ця система має вигляд:



(5)

де л - циклова продуктивність транспортера колод;

1 - циклова продуктивність рами 1-го ряду;

2 - циклова продуктивність рами 2-го ряду;

P(n1,n2,t) - імовірність того, що n1 предметів праці знаходиться в зоні рами 1-го ряду (в накопичувачі і рамі) і n2 предметів праці знаходиться в зоні рами 2-го ряду.

Розв'язок цієї системи дозволяє визначити завантаження устаткування лісопильного потоку при різній місткості буферних пристроїв. Але ускладнення моделі за рахунок ерлангівської природи лісопильних процесів і особливостей технології (розпаралелювання потоку колод на потоки брусів і дошок, перетворення ординарного потоку брусів у групові потоки брусів і дошок) приводить до того, що аналітичне дослідження роботи деревнопильної лінії стає практично нездійсненим. В зв'язку з цим виникає проблема розроблення імітаційної моделі, адекватної об'єктові дослідження та його математичній моделі.

У третьому розділі наводяться результати експериментальних досліджень, мета яких - визначення статистичних параметрів процесів надходження та верстатного оброблення предметів праці, а також перевірка гіпотези про їх ерлангівський розподіл.

Експериментальні дослідження проводились у виробничих умовах лісопильних цехів Вигодського ЛК, Надвірнянського ЛК, ЛК “Осмолода”, Тересвянського ДОКу (Україна), а також Соломбальського ЛДК і ЛДК імені В.І. Леніна (м. Архангельськ, Росія). Досліджувались вхідні потоки і тривалість виробничих операцій. Дані, отримані в результаті спостережень, опрацьовувались за допомогою ЕОМ методами математичної статистики. Відповідність теоретичних розподілів експериментальним перевірялась за допомогою критерію узгодження 2 Пірсона.

Дослідження закономірностей роботи устаткування виконувалися за допомогою установки, сконструйованої дисертантом.

Установка складається зі стрічкопротяжного механізму, записуючого пристрою і датчиків. Синхронний електродвигун 1 через редуктор 2 і зубчасту передачу 3 приводить в рух проміжний барабан 4 стрічкопротяжного механізму, який своїми виступами 5 захоплює перфоровану діаграмну стрічку і протягує її зі швидкістю 1 мм/с. Швидкість переміщення стрічки можна регулювати шляхом встановлення другої зубчастої передачі 3 з необхідним передатним відношенням. На плиті 6 встановлені реле 7, до якоря яких прикріплені плоскі пружини 8, що забезпечують достатнє притискання самописців 9 до площини діаграмного паперу. Чорнило до самописців поступає через капіляри з чорнильниць 10, встановлених на окремій стійці 11, що дозволяє регулювати висоту встановлення чорнильниць за допомогою товщини прокладок 12. Роботою реле можна керувати в ручному режимі з допомогою кнопочної станції, або автоматично, коли сигнал на спрацювання поступає від фотореле чи прапорцевих датчиків. Сигнал на спрацювання подається, наприклад, в момент надходження заготовки до верстата. Якір реле при цьому переміщує самописець в напрямку, перпендикулярному до напрямку руху стрічки.

Одержана циклограма складається з ділянок прямої лінії, кожна з яких є поточним значенням вимірюваної величини. Установка дозволяє одержувати 12 таких циклограм одночасно з достатньо високою точністю.

В результаті експериментальних досліджень повністю підтвердилось припущення про те, що математичною моделлю процесу функціонування рамних деревнопильних ліній є система масового обслуговування з ерлангівським вхідним потоком і ерлангівським часом обслуговування. Встановлено, що параметр стабільності процесу надходження колод лежить у межах 2…10, для тривалості операцій розпилювання колод і брусів він змінюється в межах 6…20, а процеси обрізування та торцювання дошок близькі до детермінованих.

У четвертому розділі наведені алгоритми імітаційного моделювання процесів рамних деревнопильних ліній. Для імітації тривалості виробничих операцій лісопильного потоку запропоновані та теоретично обгрунтовані ряд датчиків випадкових чисел з ерлангівським розподілом. Найбільш підходящим для практичного використання є датчик з параметрами - обмеженнями на величину цих чисел, для вибору яких дано рекомендації.

Складені алгоритм і програма імітаційного моделювання автоматизованої лінії послідовного агрегатування, яка складається з S верстатів, з'єднаних між собою жорстко або за допомогою буферних пристроїв місткістю M заготовок. Дослідження динаміки роботи ліній проводилось шляхом постановки на ЕОМ серії обчислювальних експериментів за заздалегідь вибраним планом, в якості яких використовувались плани типу Bk. Це дозволило знайти рівняння регресії залежності коефіцієнта використання робочого часу лінії від параметру k стабільності робочих циклів і місткості M буферних пристроїв. Ці рівняння мають вигляд:

1. для випадку послідовного з'єднання двох верстатів

с=0,67048 + 0,01991k + 0, 02920М - 0,00053kМ-

- 0,00046k2 - 0,00076М2; (6)

1 k 19; 0 M 20;

2. для випадку послідовного з'єднання шести верстатів

с=0,46567 + 0,03329k + 0, 03461М - 0,00070kМ -

-0,00079k² - 0,00078М²; (7)

1 k 19; 0 M 20;

3. для випадку послідовного з'єднання десяти верстатів

с=0,45187 + 0,03487к + 0, 02625М - 0,00065kМ -

- 0,00086k² - 0,00043М²; (8)

1 k 19; 0 M 20;

Тоді кількість S верстатів була введена в план експерименту як окремий фактор, і реалізований обчислювальний експеримент за схемою плану B₃, за допомогою якого знайдене узагальнене рівняння регресії:

с=0,72380+0,02120k+0,02607М - 0,04022S -0,00059kМ+

+ 0,00077kS +0,00031МS - 0,00052k² - 0,00057М² + 0,00127S². (9)

1 k 19; 0 M 20; 2 S 10.

Рівняння (6)…(9) та побудовані за ними графіки залежностей коефіцієнта використання робочого часу лінії від кількості S верстатів і параметра стабільності k робочих циклів за різної місткості M буферних пристроїв дають змогу оцінити вплив згаданих факторів на ефективність роботи лінії. Зокрема, лише за рахунок заходів по стабілізації робочих циклів можна зменшити втрати продуктивності лінії на 20…25%.

На базі алгоритму, складеного за принципом проведення, розроблені алгоритм і програма імітаційного моделювання рамних деревнопильних ліній, працюючих зі 100%-ою брусовкою. Використовуючи цю програму, шляхом реалізації обчислювальних експериментів одержані залежності коефіцієнта використання робочого часу лісопильних рам від параметрів устаткування лісопильної лінії і технологічного процесу.

Ці залежності мають вигляд:

1. для дільниці “подаючий транспортер - рама 1-го ряду”

=-0,13296+1,25607(/)+0,00800M+0,00011k_p+0,00119k_T+

+0,01021(/)M+0,00625()k_p+0,00080()k_T-0,00017Mk_p- (10)

-0,00003Mk_T- 0,00002k_pk_T-0,36770(²0,00044M²-0,00005k_p²;

0,6 л/м 1; 0 M 20; 6 k_р 20; 2 k_т 10.

де - фактична циклова продуктивність подаючого транспортера колод;

- номінальна циклова продуктивність рами 1-го ряду;

M - місткість накопичувача колод;

k_T - параметр стабільності вхідного потоку колод;

k_p - параметр стабільності процесу розпилювання колод;

2. для дільниці “рама 1-го ряду - рама 2-го ряду”

=-1,95514+5,30912-0,00008k+0,01010M+0,00331k+

+0,00454M-0,00022kM-2,47697²-0,00048M², (11)

0,8 м 1; 6 k 20; 2 M 20.

де - відношення циклових продуктивностей рам;

k - параметр стабільності процесів розпилювання колод і брусів;

M - місткість брусоперекладача;

3. для дільниці “лісопильна рама - обрізний верстат”

=0,03663+0,96417-0,00414k+0,00265M+0,00550k+

+0,00563M-0,00008kM-0,16238²+0,00009k²-0,00013M², (12)

0,6 м 1; 6 k 20;2 M 30.

де - відношення номінальних циклових продуктивностей рами і обрізного верстата;

k - параметр стабільності процесів розпилювання колод і брусів;

M - місткість накопичувача дошок.

Одержані рівняння регресії дозволяють обгрунтовано розраховувати продуктивність лісопильного потоку і використовуються для оптимізації параметрів устаткування і структури рамних деревнопильних ліній.

У п'ятому розділі розглядаються питання оптимізації параметрів і структури рамних лісопильних ліній. Як цільова функція прийнята:

(13)

де ЗІ₁ - зведені інвестиції на буферний пристрій одиничної місткості, грн.;

М - місткість буферного пристрою, штук;

Q_П - пропускна здатність лісопильної рами, колод/хв;

Т - номінальний фонд робочого часу в зміну, хв;

q - середній об'єм розпилюваних колод, м³;

- параметри, які зв'язують зведені інвестиції на основне устаткування з зведеними інвестиціями на буферний пристрій;

A, B, C - параметри, які визначаються за допомогою рівнянь (10)…(12).

Вираз для оптимальної місткості M_ОПТ має вигляд:

(14)

де Z - відношення сумарних зведених інвестицій до зведених інвестицій, які необхідні для збільшення місткості буферного пристрою на одиницю.

За виразом (14) побудована номограма для визначення оптимальної місткості буферних пристроїв.

Наведено приклад розрахунку оптимальної місткості накопичувача колод в умовах роботи потоку № 1 Вигодського лісокомбінату. Розрахункова економічна ефективність від впровадження накопичувача колод оптимальної місткості склала більше 20 тис. грн в рік. Запропонована принципово нова конструкція пристрою для накопичування і поштучної видачі брусів, захищена авторським свідоцтвом.



Висновки

Стохастичний характер вхідного потоку та тривалості виробничих операцій рамних деревнопильних ліній спричинює появу накладених втрат робочого часу устаткування і, відповідно, зменшення продуктивності ліній. Залежно від структури та параметрів ліній величина накладених втрат сягає 20…30% робочого часу. Існуючі методи розрахунку рамних деревнопильних ліній ґрунтуються на використанні середньостатистичних показників роботи ліній і не дають змоги враховувати динаміку взаємного впливу верстатів та ланок зв'язку між ними на величину продуктивності.

Експериментальними і теоретичними дослідженнями закономірностей роботи устаткування рамних деревнопильних ліній встановлено, що їх достовірною математичною моделлю є багатофазова багатоканальна система масового обслуговування з узагальненими ерлангівським вхідним потоком і ерлангівським часом обслуговування.

Важливим якісним показником, який характеризує виробничі операції лісопиляння, є величина параметру стабільності. Експериментально встановлено, що потоки колод мають параметр стабільності 2…10, тривалість операцій розпилювання колод та брусів - 6…20, а тривалість обрізування та торцювання дошок - не менше 20.

Розроблені і теоретично обґрунтовані алгоритми імітаційного моделювання виробничих операцій лісопиляння, які дають змогу достовірно й ефективно враховувати особливості цих операцій. Найбільш вдалим з практичної точки зору виявився датчик ерлангівських випадкових чисел з накладанням обмежень на величину цих чисел. Дані рекомендації з вибору цих обмежень.

Розроблені алгоритми і програми імітаційного моделювання автоматизованих ліній послідовного агрегатування за принципом проведення, що відрізняються великою точністю і гнучкістю, забезпечують достовірне відтворення процесу взаємодії предметів праці, основного й допоміжного обладнання.

Аналіз результатів моделювання автоматизованих ліній виявив, що за рахунок використання буферних пристроїв і заходів для підвищення параметрів стабільності робочих циклів верстатів продуктивність лінії може бути збільшена на 30-35%.

Розроблені алгоритм і програма імітаційного моделювання рамних деревнопильних ліній зі 100%-ою брусовкою дають змогу оцінити ефективність їх функціонування та оптимізувати їх структуру та параметри.

Одержані залежності коефіцієнта використання робочого часу рам від параметрів лісопильного потоку та технологічного процесу: відношення циклічних продуктивностей верстатів, місткості буферних пристроїв, параметрів стабільності виробничих операцій. Ці залежності дозволяють обґрунтовано розраховувати продуктивність лісопильного потоку з урахуванням впливу на нього всієї сукупності факторів, які в більшості мають імовірнісний характер, і не враховувались належним чином у дотеперішніх методиках.

Запропонована інженерна методика розрахунку оптимальної місткості буферних пристроїв рамної деревнопильної лінії. Встановлено, що величина оптимальної місткості буферних пристроїв залежить від відношення зведених інвестицій на основне устаткування до зведених інвестицій, які необхідні для збільшення місткості буферних пристроїв на одиницю.

Запропонована захищена авторським свідоцтвом конструкція пристрою для накопичення та поштучної видачі брусів, яка порівняно з діючими конструкціями брусоперекладачів дозволяє більш якісно виконувати функції транспортування, накопичення та поштучної видачі брусів.

Пакет алгоритмів, програм та методика визначення оптимальної місткості буферних пристроїв використовувались Львівським філіалом Івано-Франківського проектно-конструкторського технологічного інституту під час проектування нових та реконструкції діючих лісопильних цехів, у навчальному процесі та в наукових дослідженнях. Економічний ефект від впровадження накопичувача колод оптимальної місткості складає близько 20 тисяч грн. в рік.



Список опублікованих праць

1. Пех П.А. Визначення оптимальної місткості буферного пристрою перед лісопильною рамою першого ряду //Науковий вісник: Зб. наук. праць. Вип. 9.6. - Львів: УДЛТУ, 1999. С. 178-181.

2. Пех П.А. Про один із можливих шляхів аналізу якості функціонування автоматичних ліній. // Науковий вісник: Зб. наук. праць. Вип. 9.10. - Львів: УДЛТУ, 1999. С. 185-187.

3. Пех П.А., Дудюк Д.Л., Максимів В.М. Про теорію імітаційного моделювання технологічних ліній. //Лісове господарство, лісова, паперова і деревообробна промисловість. Вип.24. - Львів, 1995. С. 88-91.

4. Пех П.А. Описание динамики работы лесопильных линий с помощью обобщенных потоков Эрланга. //Лесм. хоз-во, лесн., бум. и деревообраб. пром-сть: Киев: Будівельник, 1988. - Вып. 19. - С. 88-91.

5. Пех П.А. Исследование отличительных признаков входящих потоков лесопильных автоматизированных линий //Лесн. хоз-во, лесн., бум. и деревообраб. пром-сть: Респ. межведомственный науч.-техн. сб. - Киев: Будівельник, 1985. - Вып. 17. - С. 66-68.

6. Пех П.А. К вопрсу об экспериментальном исследовании лесопильных линий //Лесн. хоз-во, лесн., бум. и деревообраб. пром-сть: Респ. межведомственный науч.-техн. сб. - Киев: Будівельник, 1975. - Вып. 6. - С. 58-62.

7. Пех П.А. Автоматизация процесса перекладки брусьев //Реф. информ.: О законченных науч.- исслед. работах в вузах УССР: Лесн. хоз-во, лесн. и деревообраб. пром-сть. - Киев: Вища школа, 1975. - Вып. 7. - С. 34-35.

8. Пех П.А. Автоматизированная установка для исследования закономерностей работы агрегатов //Реф. информ.: О законченных науч.-исслед. работах в вузах УССР: Лесн. хоз-во, лесн. и деревообраб. пром-сть. - Киев: Вища школа, 1975. - Вып. 7. - С. 34.

9. Пех П.А., Марченко А.С., Михальчук Р.И. Алгоритмы моделирования случайных бета-чисел //Приближенные методы решения некоторых задач математической физики: Луцк. индустр. ин-т, Луцк, 1991. - С. 28-30: Деп. в УкрНИИНТИ, 28.10.91. - № 1420 - УК. 91.

10. Пех П.А., Марченко А.С., Михальчук Р.И. Алгоритмы моделирования случайных гамма-чисел //Приближенные методы решения некоторых задач математической физики: Луцк. филиал Львов. политехн. ин-та, Луцк, 1990. - С. 29-32 : Деп. в УкрНИИНТИ, 4.06.90.-№ 915 - УК.90.

11. Дудюк Д.Л., Садовский Ю.А., Пех П.А., Шургот Б.И. Исследование динамики работы лесного склада лесопромышленного предприятия //Лесн. хоз-во, лесн., бум. и деревообраб. пром-сть: Респ. межведомственный науч.-техн. сб. - Киев: Будівельник, 1974. - Вып. 4. - С. 74-78.

12. Дудюк Д.Л., Пех П.А. Моделирование автоматизированных линий разветвленной структуры методом Монте-Карло //Применение математических методов и ЭВМ в научных исследованиях в лесной промышленности: Тез. докл. Всесоюзн. конф. - М., 1976. С. 44-45.

13. Дудюк Д.Л., Пех П.А. Моделирование автоматизированных линий последовательного и параллельного агрегатирования методом Монте-Карло //Лесн. хоз-во, лесн., бум. и деревообраб. пром-сть: Респ. межведомственный науч.-техн. сб. - Киев: Будівельник, 1977. - Вып. 8. -С. 17-20.

14. А.с. 473600 СССР, МКИ В 27b 31/00. Устройство для накопления и поштучной выдачи брусьев /А.С. Григорьев, П.А. Пех (СССР). - № 1976041/29-33; Заявлено 7.12.73; Опубл. 14.06.75, Бюл. № 22. - 2 с.: ил.

15. Дудюк Д.Л., Максимив В.М., Пех П.А. Некоторые особенности синхронизации лесопильных потоков //Перспективы развития лесной и деревообрабатывающей промышленности в соответствии с основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1985-1990 годы и на период до 2000 года: Тез. докл. Респ. науч.-техн. конф. - Свалява, 1986. - С. 74-75.

16. Пех П.А. Экспериментальные и теоретические исследования закономерностей работы лесопильно-деревообрабатывающего оборудования //Совершенствование техники и технологии деревообрабатывающй промышленности: Тез. докл. науч.-техн. конф. - Киев, 1974. - С. 103-104.

17. Пех П.А., Дудюк Д.Л. Алгоритмизация и моделирование лесопильных поточных линий //Достижения техники и технологии деревообрабатывающей промышленности: Тез. докл. науч.- техн. конф. - Киев, 1975. - Часть 1. - С. 134-135.

18. Пех П.А. Оценка эффективности различных вариантов автоматизированных лесопильных линий с помощью имитационного моделирования //Основные направления ускорения научно-технического прогресса в деревообрабатывающей промышленности в 12-й пятилетке: Тез. докл. 16 науч.- техн. конф. Киев, 1986. - С. 24.

Размещено на Allbest.ru