CC BY
54
ГИБКИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ЛЕСООБРАБАТЫВАЮЩИХ ЦЕХОВ
А.К. РЕДЬКИН, проф. каф. технологии и оборудования лесопромышленного производства МГУЛ, д-р техн. наук,
А. А. ШАД РИН, проф. каф. технологии и оборудования лесопромышленного производства МГУЛ, канд. техн. наук
Проблема совершенствования технологических процессов лесообрабатывающих цехов лесозаготовительных предприятий в настоящее время приобретает особо важное значение. Это обусловливается наметившейся устойчивой тенденцией роста объемов лесозаготовок в России с одновременным увеличением доли обработки древесного сырья в цехах лесозаготовительных предприятий, что позволяет наиболее полно и рационально использовать лесные ресурсы и добиться максимального экономического эффекта за счет углубленной обработки древесного сырья [2].
В настоящее время в лесопромышленном производстве наблюдается процесс расширения номенклатуры производимых изделий и увеличение их общего количества. Наряду с этим возрастают требования к качеству готовой продукции лесообработки. Поэтому при организации лесообрабатывающего производства в условиях лесозаготовительных предприятий следует учитывать ряд особенностей, связанных со всем лесозаготовительным циклом. Установлено, что лесозаготовительное производство в значительной степени подвержено воздействию производственных факторов [3]. Это воздействие приводит к колебаниям как производительности отдельных машин, так и всего процесса. Изменение таксационных характеристик разрабатываемых лесосек вызывает соответствующие колебания лесозаготовок, изменения в сортиментном плане лесопромышленного склада, в объемном выходе определенных видов сортиментов, изменчивости в широких пределах параметров сырья, поступающего на обработку.
В связи с этим технологические процессы лесообрабатывающих цехов должны
быть достаточно совершенны и обладать определенной гибкостью для уменьшения отрицательного влияния изменчивости перечисленных выше природно-производствен-ных факторов, а также обеспечивать возможность более полного и эффективного использования всей заготавливаемой древесины. Кроме того, лесообрабатывающие процессы должны создаваться с учетом возможности оперативной корректировки производственной программы выпуска готовой продукции вследствие колебаний спроса на рынке. Этим требованиям удовлетворяют так называемые гибкие технологические процессы (ГТП), которые характеризуются возможностью быстрой их перестройки без капитальной замены применяемого оборудования. Целью создания ГТП является прежде всего повышение загрузки применяемого оборудования, что способствует в конечном итоге росту производительности и эффективности производства.
Гибкие технологические процессы -это качественно новый этап в комплексной механизации и автоматизации лесообрабатывающего производства, охватывающий весь процесс от проектирования технологий до изготовления продукции и ее поставки потребителям. По структуре ГТП могут быть представлены в виде линий или участков, объединенных транспортно-складской системой. Исследования показывают, что ГТП позволяют увеличить использование оборудования на 25-30 % и, соответственно, сократить его простои [1]. Установлено также, что ГТП имеют свою область эффективного применения. Например, при организации крупного лесопильного производства считается эффективным применение жестких автоматизированных линий, ориентированных
на выпуск больших партий однотипных пиломатериалов. С другой стороны, в условиях мелкого индивидуального производства единичных изделий целесообразно использовать универсальное оборудование. Промежуточное положение между этими двумя видами производств занимают ГТП, которые во многом соответствуют производственным условиям лесопромышленных предприятий. Обобщенному варианту структуры ГТП соответствует схема потоков лесоматериалов в лесообрабатывающем цехе (рис. 1).
Проведенные исследования показали [3], что требованиям ГТП удовлетворяют комбинированные лесообрабатывающие производства, особенностью которых является возможность обработки различных видов сортиментов на продукцию нескольких наименований в общих технологических потоках. Известно [4], что уровень комбинирова-
ния обработки различных по назначению сортиментов в цехе может быть определен с помощью специального коэффициента комбинирования, который позволяет учитывать как количество видов сортиментов, поступающих в цех на обработку, так и долю каждого сортимента в общем объеме поступления древесного сырья в цех. С помощью этого коэффициента можно также оценивать степень гибкости технологического процесса по обработке древесного сырья. Практически количество видов сортиментов, обрабатываемых в комбинированном цехе, находится в пределах 2-4-х, хотя возможно и большее их число. Коэффициент комбинирования для лесообрабатывающих цехов может изменяться в достаточно больших пределах. Однако, как показали проведенные исследования, для большинства комбинированных цехов значение фк соответствует 0,2-0,5.
Рис. 1. Схема потоков лесоматериалов ГТП
Технологические потоки по обработке древесного сырья в цехах с ГТП могут быть сформированы в технологические линии с поштучной передачей заготовок от станка к станку в процессе обработки или по принципу передачи пачек заготовок между станками или группой станков. В последних случаях появляется возможность организации производственного процесса по схеме «склад - станок - склад», что при обработке лесоматериалов различного назначения обеспечивает непрерывное управление ходом производства. При этом можно опера-
тивно менять маршрут обработки заготовок в цехе в зависимости от изменения состава обрабатываемого древесного сырья. Классификация гибких технологических процессов представлена на рис. 2.
Из приведенной классификации видно, что гибкие технологии по обработке древесного сырья можно реализовать путем компоновки станков в комбинированные технологические линии, путем формирования гибкой компоновки станков в цехе, а также при блочной компоновке станков с гибкой взаимосвязью между отдельными блоками.
ГИБКИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
----— 1 г
Гибкие комбинированные технологические линии Гибкая компоновка станков в технологическом потоке Гибкая блочная компоновка станков в технологическом потоке
1 Г 1 г л г
ПРИЗНАКИ КЛАССИФИКАЦИИ
Вид производства
Уровень комбиниро-
Ж.
Вид ком-биниро-вания
л
т о
4
о к
и
X
3
5
^
6
о в т
с
д
о в з и
о р
С
л
п
е
3 «
о к с е
р
и
и
о
4
о н
х
е т
о в т
с
д
о в з и
о р
С
я и н а в
о р
и н и б м о к
е н в
о р
м и к з и н
о
я и н а в
о р
и н и б м о к
м е н в
о р
м и к о с
3
в
о
к
Способ подачи сырья
Количество технологических потоков
2
ь р
ы с
о
С
Структура технологических потоков
Способ взаимосвязи с осн. техн. потоками
в
о
ал
аи
р
е
т
а
м
о (Я
с ч
е а
л д
о
м п
а д яа
и в н н
о а
п в
я е
и м
н с
е 4—(
л
е
д
з
а
р
з
е
ш
Ж71
Тип внутрицеховой транспортной системы
о в т
с
д
е р
с
о
С
яа
н р
е й е в н о К
Ж.
Рис. 2. Классификация гибких лесообрабатывающих технологических процессов
Как отмечалось выше, компоновка станков в комбинированные технологические линии предусматривает поштучную передачу заготовок от станка к станку в процессе обработки. При этом между станками, как правило, размещаются буферные магазины ограниченной вместимости. При гибкой компоновке станков в лесообрабатывающем цехе заготовки передаются от станка к станку в виде сформированных пачек или пакетов. В этом случае лесообрабатывающий технологический поток организуется по схеме «склад заготовок - станок -склад заготовок». Станки в технологическом потоке могут быть скомпонованы и по смешанному варианту, когда станки группируются в отдельные блоки (группы) с поштучной передачей заготовок от станка к станку внутри блока, а между блоками заготовки передаются в виде сформированных пакетов (пачек) лесоматериалов.
Создание цехов с ГТП возможно практически при организации любого вида производства. Основными видами лесообрабатывающих производств на нижних лесных складах являются: производство пилопро-дукции, круглых и колотых лесоматериалов, производство технологической щепы и стружки.
По уровню комбинирования обработки древесины лесообрабатывающие цехи условно подразделяются на цехи с низким (фк = 0-0,2), средним (фк = 0,21-0,5) и высоким уровнем комбинирования (фк > 0,5). При этом следует различать уровни комбинирования отдельных технологических потоков и цеха в целом. В однопоточном цехе этот показатель будет иметь одинаковое значение как для характеристики потока, так и для всего цеха.
Лесообрабатывающие цехи подразделяются также по виду комбинирования. При комбинировании по сырью на головной станок лесообрабатывающей линии поступают различные по назначению сортименты для их дальнейшей обработки на общих станках. Такой вид комбинирования обеспечивает максимальную загрузку оборудования. Другой вид комбинирования, по полуфабрика-
там, имеет место в многопоточных цехах, когда отдельные технологические линии, обрабатывающие различные по назначению сортименты, имеют взаимосвязь для передачи частично обработанных лесоматериалов (полуфабрикатов) с одной линии на другую для их дальнейшей обработки. Такой вид комбинирования применяется для достижения наиболее полной обработки поступающей в цех древесины.
Подача сырья в лесообрабатывающий цех может осуществляться с разделением по видам лесоматериалов и без разделения (смешанная подача). Подача лесоматериалов в цех без разделения их по назначению позволяет исключить простои станков вследствие отсутствия сырья, а также уменьшить площадку под запас сырья перед цехом за счет складирования всей древесины в общих штабелях. Однако в некоторых случаях требуется раздельная обработка лесоматериалов, а следовательно, и их раздельная подача в цех. Такая необходимость возникает при требовании получать на выходе из цеха готовую продукцию (например, технологическую щепу) из определенной породы древесины.
По количеству технологических потоков лесообрабатывающие цехи подразделяют на однопоточные и многопоточные. В многопоточных существует взаимосвязь между потоками, что позволяет равномерно загрузить станки на отдельных операциях и сократить простои цеха.
С основными технологическими линиями лесопромышленного склада цехи могут быть связаны через систему транспортеров или кранов и автопогрузчиков. Способ взаимосвязи лесообрабатывающего цеха с основными технологическими линиями зависит от его расположения на территории нижнего лесопромышленного склада и объема поступления сырья к цеху.
Основными операциями, выполняемыми внутрицеховой транспортной системой ГТП, являются: перемещение заготовок, деталей и полуфабрикатов по территории цехов и между участками производства, подача обрабатываемых деталей на рабочую
позицию (приемное устройство) технологического оборудования, транспортировка готовых изделий на склад, а также подача инструмента к обрабатывающим станкам. Транспортные системы ГТП различаются как по конструкции, так и по способу размещения (рис. 3).
Традиционно применяемые конвейерные системы относительно дешевы и просты по конструкции, инвариантны к изменению номенклатуры выпускаемых изделий. Однако они требуют ориентированного размещения станков в строгой последовательности одного относительно другого.
Главное преимущество подвесных транспортных систем - в более рациональном использовании производственных площадей в сравнении с напольными средствами. Вместе с тем напольные транспортные средства (обычно самодвижущиеся тележки, снабженные локальными системами управления) отличаются высокой гибкостью и надежностью, высокой точностью позиционирования, вариантностью траекторий движения.
Применительно к лесообрабатывающим цехам заслуживают внимания подвесные транспортные средства, имеющие возможность доставлять груз в любую точку производственной площадки. Такому условию отвечает, например, мостовой кран,
снабженный автоматизированным захватным устройством. Это позволит размещать станки в любой (наиболее выгодной) последовательности, обеспечит их практически независимую работу друг от друга и наиболее рациональное использование производственных площадей.
Разработанная классификация ГТП лесообрабатывающих цехов позволяет определить основные характеристики цехов и воспользоваться ими при анализе и моделировании рассматриваемых технологических процессов.
Ниже для примера приведены схемы лесообрабатывающих цехов с гибкими технологическими процессами. На рис. 4 приведена схема комбинированного цеха на базе ленточнопильных станков с напольной внутрицеховой транспортной системой. Гибкость технологического процесса обеспечивается за счет возможности распиловки пиловочного и низкокачественного сырья в общем технологическом потоке, что позволяет полностью загрузить оборудование основного потока и переработать низкокачественные бревна на пиломатериалы и технологическую щепу. Для полной загрузки руби-тельной машины предусматривается подача в цех по дополнительному потоку тонкомерного долготья и короткомерных лесоматериалов.
Рис. 3. Классификация транспортных систем ГТП
о
о о
й
Ж О
и £
о
Рис. 4. Технологическая схема комбинированного лесообрабатывающего цеха на базе ленточнопильных станков: 1 - подающий лесотранспортер; 2 - буферное устройство; 3 - тележка; 4 - ленточный станок ЛБ-150; 15 - поперечный лесотранспортер; 13 - ленточный станок ЛД-125; 12, 14 - лесотранспортер для возврата брусьев для дальнейшего раскроя; 5 - торцовочный станок; 6 - роликовый конвейер; 11 - поперечный лесотранспортер; 7 - обрезной станок; 10 - навесные рольганги; 8 - торцующее устройство; 9 - лесотранспортер для выноса пиломатериалов; 24 - продольный лесотранспортер; 16 - дровокольный станок; 17 - рубительная машина; 18 - ленточный конвейер для выноса щепы; 22 - лесотранспортер для выноса опилок и мусора; 20 - сортировка опилок; 21 - ленточный конвейер для опилок; 23 - погрузчик скиповый ПС-3; 19 - кругло пильный станок
Рис. 5. Технологическая схема лесопильно-шпалорезного цеха: 1 - торцовочные пилы; 2 - поперечный сортировочный лесотранспортер для пиломатериалов; 3 - обрезной станок; 4 - сортировочный лесотранспортер для шпал и брусьев; 5 - лесонакопитель; 6 - лесопильная рама; 7 - контейнер для отходов, 8 - шпалорезный станок; 9 - пила для раскряжевки шпальника; 10 - окорочный станок; 11 - питатель (разобщитель) для пачек сырья; 12 - мостовой кран; 13 - механизированная вагонетка для подачи пачек сырья и приема контейнеров с отходами; 14 - вспомогательные помещения; 15 - сортировочная установка для щепы; 16 - рубительная машина для горбылей и реек
На рис. 5 приведена схема лесообрабатывающего цеха с гибким технологическим процессом, в котором переместитель-ные операции выполняются мостовым краном, оснащенным грейферным захватом. Технологические потоки в таком цехе организованы по схеме «склад заготовок - станок - склад заготовок». Размещение станков может быть произвольным. Однако их групповое размещение предпочтительнее, т.к. можно осуществить многостаночное управление одним оператором. Гибкость технологического процесса обеспечивается за счет возможности обработки в цехе пиловочного, шпального, балансового и низкокачественного сырья на пилопродукцию (пиломатериалы и шпалы) и технологическую щепу. Причем маршруты обработки древесного сырья могут оперативно меняться в зависимости от изменения состава обрабатываемого сырья и спроса на лесопродукцию. При этом достигается равномерная загрузка применяемого оборудования и наиболее полное, эффективное использование древесного сырья.
Предложения по организации гибких лесообрабатывающих производств могут быть использованы при проектировании новых и реконструкции действующих лесопромышленных предприятий. Кафедра технологии и оборудования лесопромышленного производства МГУЛ располагает необходимыми для этого разработками и готова к сотрудничеству с заинтересованными организациями.
Библиографический список
1. Емельянов, С.В. Управление гибкими производственными системами. Модели и алгоритмы / С.В. Емельянов. - М.: Машиностроение. - Берлин: Техник, 1987. - 366 с.
2. Редькин, А. А. Структура современного нижнего лесопромышленного склада / А. А. Редькин, А. А. Шадрин // Лесная пром-сть. - 2005. - № 2. -С. 8-10.
3. Редькин, А. К. Технология и проектирование лесных складов / А.К. Редькин и др. - М.: Экология, 1991. - 288 с.
4. Шадрин, А.А. Комбинированные лесообрабатывающие цехи лесозаготовительных предприятий / А. А. Шадрин : сб. науч. тр. Минлесхоз РСФСР. -М.: Лесная пром-сть, 1986. - С. 173-176.
