CC BY
15
ГА веде одночасний пошук у багатьох напрямках шляхом використан-ня вЫе1 популяци можливих розв'язкiв. Перехiд вщ одте1 популяци до шшо1 допомагае обiйти локальний оптимум. Так популяци зазнають певних еволю-цiйних змш: у кожному поколiннi кращi розв'язки репродукуються, а гiршi вiдмирають.
Таким чином видшяються двi основнi переваги ГА над класичними методами оптимiзацп:
• ГА не висувае значних математичних вимог до виддв функцш мети й обме-жень. Вщпадае потреба спрощувати модель об'екта, з метою можливост1 зас-тосування доступних математичних метод1в;
• класичт покроков1 методики забезпечують визначення глобального оптимуму лише за умови, що задача мае властившть випуклост! Еволюцшт опера-ци ГА устшно знаходять глобальний оптимум незалежно ввд випуклост чи вгнутост1 простору пошуку.
Особливо висока ефектившсть пошуку оптимальних розв'язюв для рiзних варiантiв автоматизованих виробничих систем досягаеться за умови комплексного використання методiв генетичних алгорштв, неч^ких мно-жин i нейронних мереж.
Лггература
1. Дудюк Д.Л., Загвойська ЛД. Ощнка й ел1м1нування втрат робочого часу в автоматизованих системах деревообробного виробництва: Монограф1я. - Льв1в: Панорама, 2003. - 140 с.
2. Загвойська Л.Д. Економшо-математичш модел1 у виробничому менеджмент дере-вообробних пщприемств. Дис. ... канд. екон. наук. - Льв1в: ЛНУ 1м. 1вана Франка, 2003. - 198 с.
3. Джонс М.Т. Программирование искусственного интеллекта в приложениях. - М.: ДМК Пресс, 2004.
4. Корнеев В.В., Гореев А.Ф., Васютин С.В., Райх В.В. Базы данных. Интеллектуальная обработка информации. - М.: Нолидж, 2000. - 352 с.
5. Ротштейн О.П. Интеллектуальные технологии идентификации: нечеткие множества, генетические алгоритмы, нейронные сети. - Винница: Универсум, 1999. - 320 с.
6. Дудюк Д. Л. та ш. Елементи теори автоматичних лшш. - Кшв, Льв1в: Престиж-1н-форм, 1998. - 192 с. _
УДК674.02: 621.9.048.7 Доц. 1.М. Озармв, канд. техн. наук;
магктрант М.Ю. 3apium - УкрДЛТУ
ФВИКО-ХШШН1 ОСОБЛИВОСТ1 ЛАЗЕРНОГО ОБРОБЛЕННЯ ДЕРЕВИНИ ТА ДЕРЕВИННИХ МАТЕР1АЛ1В
Розкрито особливосп матерiалiв (деревини, ДВП, ДСП, ДКМ) та ix оброблення лазерним випромшюванням. Дано аналiз факторам впливу на штенсившсть оброблення деревини лазером.
Doc. I.M. Ozarkiv; Master M.Yu. Zarichna - USUFWT
Physical - chemicals features cultivating for laser of timders and wooden materials
In this work we have disclosed feature materials (timbers, WFP, particle boards, WPM) and their laserworking industry of radiation. This article describes the different factors influence on intensive cultivation timbers for laser.
УкраТнський державний лкотехшчний унiверситет
Лазерне випромшювання, як вiдомо, характерне великою концентра-щею енерги, що дае змогу забезпечувати значну штенсифжащю процесiв об-роблення деревини. Крiм того, лазерна технолопя дае принциповi новi результата оброблення матерiалiв з деревини.
Останшми роками створено простi та надшш промисловi лазери, якi дають змогу керувати параметрами випромiнювання та самим обробленням матерiалу. Накопичений досвщ технологiчного використання лазерiв на сьогодш дае змогу розглядати лазерне випромшювання, як новий вид ушвер-сального iнструмента [1]. З його допомогою можна використовувати рiзнома-нiтнi технолопчш операци за рахунок змiни двох основних параметрiв: гус-тини потужност випромiнювання i тривалостi його впливу на матерiал (об'ект оброблення). Тепер намгтилася перспектива використання лазерних комплекЫв для рiзання саме деревинних матерiалiв (деревинно-волокнистих i деревинно-стружкових плит, фанери i т.д.). При цьому забезпечуеться висока точшсть рiзання та його яюсть (мала шкурка, паралельнi кромки), мала зона на^вання, велика продуктившсть процесу, можливiсть точного та автомати-зованого керування. За нашими даними доля оброблення неметалевих матерь алiв (сюди додано таю, як документний та газетний пашр, гофрований картон, скло, целюлоза, полiетилен, пiнополiстирол, декоративно-захисне покриття) становить 68.. .70 % вщ всього об'ему використання лазерного рiзання [2-7].
У зв'язку з чим розглянемо фiзико-хiмiчнi особливостi та закономiр-ностi рiзання неметалевих речовин лазерним випромшюванням. В першу чергу, до характерних особливостей необхщно вщнести малу температуроп-ровiднiсть деревини. Це значить, що при високих швидкостях рiзання (Зр >10,0мм / с) та дiаметрi сфокусованого випромшювання не бшьше 0,50 мм.
при товщиш шару матерiалу ^ >0,50мм в теплофiзичному розумiннi такий ма-терiал можна розглядати як нашвбезмежне тiло [2]. Це значить, що гранична (порогова) густина потужност^ яка необхщна для початку рiзання, практично не залежить вщ товщини матерiалу.
Необхiдно, вiдзначити, що бшьша частина неметалевих матерiалiв у межах спектра Х = 6...15мкм (зокрема, коли Х = 10,6мкм) характерна великому коефiцiенту спектрального поглинання С02 - лазера (Лл = 0,75 . 0,90).
Зауважимо, що при тривалш ди лазерного випромшювання на орга-нiчнi матерiали проходять хiмiчнi реакцп деструкци, сублiмацil, термiчнi ди-сощаци iз видiленням рiзних газiв [8]. При рiзаннi деревини, паперу, каучуку та деяких пластиюв проходять утворення вшьного вуглецю (саж^.
При швидкому випаровуваннi матерiалу шд дiею випромiнювання лазера навггь невеликих густин потужностей (103...104 Вт / см2) утворюеться так званий " ерозiйний факел ", який екрануе оброблювану поверхню, викликае поглинання випромiнювання та знижуе штенсившсть процесу нагрiвання (рь вень потужност^ що викликае екранування, регламентуеться параметрами лазерного випромшювання, властивостями об'екта оброблення та довколиш-нього середовища).
Крiм розглянутих вище явищ (поглинання i розсiювання) у процесi оброблення неметалевих матерiалiв виникають також викривлення (спотво-
рення) форм променю, теплове розпливання, а також випадковi змiщення центру ваги пучка промешв.
Деякi особливостi виникають у процесi газолазерного рiзання матерь алiв на основi фенолоформальдегiдних та епоксидних смол (текстолпу, скло-текстолпу i т.п.), що пов'язано з утворенням шд дiею лазерного випромшю-вання в'язко!, запечено! маси, яку важко видалити iз зони прорiзу з допомо-гою газового струменя. Тому, власне через це, енерговитрати при рiзаннi таких матерiалiв переважають значення енерги, яка йде на випаровування.
У табл. 1 наведено значення питомо! енерги рiзання qр3 [кДж / г] для
рiзних матерiалiв.
Табл. 1. Значення питомо'1 енерги рiзання q [10]
№ з/п Вид матер1алу q pis [кДж / г]
1. Деревина
1.1 Сосна 0,90
1.2 Дуб 5,40
1.3 Фанера клеена 5,40
1.4 Картон 0,80
2. Скло
2.1 Звичайне 31
2.2 Кварцове 45
3 Текстол^ 50
4 Композицшт матерiали 80
У табл. 2 наводяться основш характеристики лазерного рiзання неме-талевих матерiалiв.
_Табл. 2. Основш параметри лазерного рiзання рiзних матерiалiв_
№ з/п Матер1ал Товщина, см Швидкшть pi3aHM, см/с Потужтсть лазера, кВт Джерело
1 Фанера 0,50 2,0 0,225 [111
2 Фанера 2,00 0,46 0,225 [111
3 Фанера 2,50 2,50 8 [121
4 Гофрований картон 0,45 175 3,9 [131
5 АБС - пластик (акрилоттрилбутад1ен - стирол) 0,025 1000 0,375 Photon Sources
6 Пол1етилен 0,0025 30 0,375 - //-
7 Скло 0,94 2,5 20 [121
8 Документний патр 0,005 500 0,25 [141
9 Газетний патр 0,0075 265 0,25 [141
10 Дерево 0,50 4,5 0,850 [51
11 Дерево 1,8...5,0 0,10.0,20 0,250 [51
12 Дерево 2,5 2,0 2,00 [51
13 Дерево 5,0 0,200 0,10 [51
З табл. 1 видно, що питомi затрати енерги рiзання шаруватих пласти-юв е набагато бiльшими порiвняно з шшими матерiалами. При газолазерному рiзаннi основною проблемою е видалення продуклв руйнування в процесi рь зання матерiалiв велико! товщини.
УкраТнський державний лкотехшчний ун1верситет
При падшш лазерного випромiнювання на поверхню матерiалу части-на потоку променiв вщбиваеться поверхнею та незначним поверхневим шаром (залежить вiд глибини променю в матерiал), а друга частина, шсля про-никнення на певну глибину Ил, поглинаеться i переходить у тепло [15].
Розрiзняють таю основш види оброблення деревини лазерних випромшюванням (залежно вiд кшькосп енерги, що вводяться в матерiал):
• поверхнева термообробка;
• лазерне зварювання;
• газолазерне зварювання.
Характер та ефектившсть того, чи шшого виду лазерного оброблення визначаеться, насамперед, густиною потужност лазерного випромiнювання Е[вт / см2 ] в зош оброблення. Зокрема, коли Е = 104...105 Вт / см2 вщбуваеться розiгрiвання матерiалу до певного стацюнарного стану, при якому немае по-мiтного випаровування або руйнування матерiалу (в даному випадку прийма-ють, що на поверхш об'екта оброблення дiе точкове або розподшене джерело тепла густиною потужносл:
Чпад = АЯ' Е ,
де Ля - коефiцiент поглинання матерiалу.
Таке джерело використовуеться для термiчного оброблення поверхнi iз оплавленням та без нього (наплавки, легування), а також для зварювання малих товщин (Ля< 0.35).
У випадку, коли Е = 105...107 Вт / см2, то поглинаеться активне плавлен-ня, випаровування та руйнування залежно вщ теплоти випаровування, теп-лопровiдностi та тривалост нагрiвання. В цьому режимi основна доля погли-нено1 енерги буде витрачатися на iнтенсивне випаровування матерiалу та збiльшення внутрiшньоl енерги парiв та капель.
Ефективнiсть лазерного оброблення (в нашому випадку рiзання) знач-но зростае при додатковому впливi на зону оброблення допомiжних газiв (кисню, озону, вуглекислого газу, азоту та ш.), якi формують вузький прорiз iз практично паралельними кромками. В даному випадку - Ля = 0,50.0,60, а iнодi коефiцiент поглинання наближаеться до одинищ за рахунок ефекту пристiнного самофокусування. Останне полягае в тому, що при багаторазово-му вщбиванш лазерного випромшювання вiд стiнок глибокого та вузького каналу вщбуваеться перiодичне збшьшення густини потужностi на осi пучка промешв i, як наслiдок, додаткове заглиблення каналу [17].
При значеннях густини потужнос^ Е = 105...106 Вт / см2 ютотно збшь-шуеться об'ем рiдкоl фази в зош оброблення за рахунок штенсивного шд-плавлення стiнок каналу по всш глибинi. Таким чином, аналiзуючи особли-востi лазерного випромшювання, ми бачимо, що штенсившсть процесу рiзан-ня буде визначатися, як оптико-геометричними параметрами лазера, так i оп-тичними, теплофiзичними та геометричними характеристиками об'екта оброблення (в нашому випадку деревини).
Лггература
1. Озарк1в 1.М., Зар1чна М.Ю. Використання лазерного випромiнювання в техноло-пчних процесах деревообробки// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць - Львiв: УкрДЛТУ. - 2004, вип. 14.4. - С. 95-99.
2. Рыкалин Н.Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. - М.: Машгиз, 1951. - 296 с.
3. Коваленко В.С. Обработка материалов импульсным излучением лазеров. - К.: Высш. шк., 1977. - 144 с.
4. Коваленко В.С. Прогрессивные методы лазерной обработки материалов. - К.: Высш. шк., 1985. - 88 с.
5. Коваленко В.С., Романенко В.В., Олещук Л.М. Малоотходные процессы резки лучом лазера. - К.: Техника, 1987. - 112 с.
6. Коваленко В.С. Лазерная технология. - К.: Высш. шк., 1989. - 280 с.
7. Рыкалин Н.Н., Уголов А.А., Зуев В.В., Кокора А.Н. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справочник. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.
8. Соболь Э.Н. Особенности разрушения диссоциируючих материалов при действии интенсивных потоков энергии// Журн. технич. физики, 1982, т.52, № 18. - С. 1697-1699.
9. Справочник по технологии лазерной обработки/ В.С. Коваленко, В.П. Котляров, В.П. Дятел и др./ Под общ. ред. В.С. Коваленко. - К.: Техника, 1985. - 167 с.
10. Бабенко В.П., Тыгинский В.П. Газолазерная резка материалов. - Л.: ЛДНТТ, 1976. - 34 с.
11. Lamb G.L., Jr., Kinney R.B., J. Appl. Phys., 40, 416 (1969).
12. Menzies R.T., Appl. Opt., 10, 1532 (1971).
13. Baumgartner R.A., Byer R.L., Opt. Lett., 2, 163 (1978).
14. Pridmore-Brown D.C., Appl. Opt., 12, 2188 (1973).
15. Озаркив И.М. Спектродитометрические и поляризационные характеристики древесины/ Дис. ... канд. техн. наук. - Львов, 1989. - 277 с.
16. Megaw J.H., Kaye A.S. Multikilowatt laser processing// Laser - 77 Opto - Electronics: Proc. Of Conference. JPC business press. - P. 291-296.
17. Schawlow A.L. Laser interactions with materials// Laser - 77. Opto - Electronics: Proc. Of Conference. JPC business press. 1977. - P. 263-266._
УДК 674.02:621.923 Доц. Ю.1. Грицюк, канд. техн. наук - УкрДЛТУ
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ БАЗОВИХ КОНФ1ГУРАЦ1Й КАРТ РОЗКРОЮ НА ЕФЕКТИВШСТЬ ВИКОРИСТАННЯ ПЛИТНОГО
ДЕРЕВНОГО МАТЕР1АЛУ
З використанням однофакторного дисперсшного аналiзу дослщжено вплив карт розкрою рiзних базових конф^рацш та типорозмiрiв плит на ефектившсть використання плитного деревного матерiалу. За отриманими ощнками невщомих пара-метрiв лшшних моделей дисперсшного аналiзу для рiзних типорозмiрiв ПДМ вста-новлено так зваш середш значення вщгуюв модел^ а також вплив ефектсв фактора на рiзних рiвнях його вар^вання з врахуванням вагомосп кожного з рiвнiв.
Doc. Yu.I. Gryciuk - USUFWT
The Investigation to Find the Influence for Basic Configurations of Cutting Maps on Utilization Efficiency of Plate Wooden Material
The influence of cutting maps for plates with different basic configurations and standard sizes on utilization efficiency of plate wooden material (PWM) is investigated by means of univariate dispersing analysis. The so called average values of model responses are defined for different standard sizes of PWM through obtained estimates of unknown parameters for linear models of dispersing analysis, as well as influence (positive or negative) of factor effects' different variation levels on nominal values of model responses taking into account the weight of every such level.
