CC BY
70
УДК 630*79.65: 681.332-181.4 А.Н. Заикин, Е.Г. Изюмова
МЕТОД АВТОМАТИЗАЦИИ РАСЧЕТА РЕЖИМОВ РАБОТЫ КОМПЛЕКТОВ ЛЕСОСЕЧНЫХ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ЗАДАННЫХ ОБЪЕМАХ ПРОИЗВОДСТВА
В статье проанализированы основные факторы, влияющие на повышение работоспособности комплектов машин и оборудования. Рассмотрены особенности методики автоматизированного расчета режимов функционирования комплектов машин и оборудования.
Ключевые слова: лесосечные работы, работоспособность комплектов машин, автоматизация расчета.
A.N. Zaikin, Ye.G. Izumova TECHNIQUE OF AUTOMATION FOR THE OPERATING MODES CALCULATION OF THE LOGGING MACHINES COMPLETE SETS AND EQUIPMENT AT THE DETERMINED PRODUCTION VOLUMES
Major factors influencing working capacity increase of machines and equipment complete sets are analyzed in the article. Peculiarities of the technique for the automated calculation of the modes of machines and equipment complete sets functioning are considered.
Key words: logging, machine sets working capacity, calculation automation.
Автоматизация - одна из характерных черт, присущих научно-технической революции, уже сейчас определяет облик многих отраслей производства, в том числе и лесной, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности. Важным элементом системы автоматизации является автоматизация процессов управления, способствующая повышению производительности труда, а также улучшению условий работы. Она обеспечивает наиболее эффективное выполнение всех функций управления - от сбора, обработки и анализа информации до выработки оптимальных решений. Управленческий труд при этом удешевляется и упрощается, персонал сферы управления освобождается от утомительной рутинной работы и может уделять больше внимания творческой деятельности.
Однако в процессе управления возникает необходимость оперативного решения задач, которые, с одной стороны, носят неформальный характер и их решение связано с участием человека (работника аппарата управления), а с другой стороны, требуют для принятия решения обработки большого объема информации. Успешное решение таких задач немыслимо без организации диалогового режима работы пользователя с персональной ЭВМ, реализуемого в виде системы «человек-машина».
Непосредственный доступ к ЭВМ позволяет пользователю в реальном времени получить информацию в наглядном, ориентированном на его профессиональную деятельность виде, предоставляет широкие возможности для применения индивидуальных методов анализа и принятия решения по всей совокупности решаемых задач. Вся деятельность пользователя осуществляется без посредников на базе заранее разработанного математического и программного обеспечения, которые, кроме общецелевых средств организации данных и режима диалога, предусматривают проблемно ориентированные средства, учитывающие специфику задач управления применительно к профессиональной деятельности работников аппарата управления [1].
Объектами управления на лесосечных работах являются производственные операции - валка, трелевка и обрезка сучьев, выполняемые производственными подразделениями, мастерскими участками и бригадами с использованием различного типа валочных, валочно-пакетирующих, валочно-трелевочных, трелевочных, сучкорезных машин, харвестеров и форвардеров. Для эффективного проведения работ очень важно соответствие применяемого варианта и параметров его реализации природно-производственным условиям. Эффективность работы любой технологической системы, в том числе и лесосечных работ, зависит от ее работоспособности.
Повысить работоспособность технологической системы можно несколькими способами: резервированием внезапно отказавших машин и оборудования, путем оптимальной периодичности и объема технического обслуживания и ремонта машин и назначения оптимальных режимов их функционирования. Суть первого способа,
т.е. резервирования отказавших машин, заключается в том, что на каждую машину, находящуюся в эксплуатации, необходимо иметь резервную. Точно такую же, которая вступит в работу в случае отказа первой (основной). Но так как приобретение и содержание дополнительного парка машин очень дорого, то использование этого способа малоприемлемо. Согласно второму способу, сведение к нулю времени пребывания машин в ремонте по причинам внезапных отказов невозможно. Эти два фактора говорят о том, что применение данного способа также не обеспечит желаемого результата.
Последний способ (назначение оптимальных режимов функционирования машин) является наиболее приемлемым из перечисленных, так как он не требует больших экономических затрат и может быть быстро внедрён в производство. Методика данного способа сводится к следующему. Режимы функционирования машин должны обеспечивать требуемые сроки и качество работ; производительность машин, равную максимальной выработке ведущей машины при минимальных удельных затратах и снижении времени на выполнение задания и техногенного воздействия на лесные экосистемы.
Проведенные нами исследования показали, что практически все машины, выполняющие комплекс операций, объединяются в комплекты. Комплекты характеризуются числом машин каждого типа, структурой и характером их взаимодействия при выполнении смежных операций. Комплекты машин, обеспечивающие выполнение всех операций конкретных технологических процессов, представляют собой поточные линии (рис.1). Причем особенностью выполнения большинства технологических процессов является то, что между смежными операциями создаются запасы объектов труда (ОТ). Точкой схождения и расхождения линий в потоках является запас, обеспечивающий гибкие связи между машинами каждой операции. Поэтому на производстве наибольшее распространение получили комплекты машин, отвечающие линиям смешанного агрегатирования с гибкими связями.
а)
)(Ч]ЖКз/
ЕКЕИ
“04ЕК1МЕ
в)
35
*
г)
№ ) - технические средства для выполнения операций;
- оперативный запас объектов труда;
- запас сырья неограниченного объема
Рис. 1. Графические модели взаимосвязи машин в комплекте: а - схема последовательного агрегатирования с гибкими связями; б, в - ветвящаяся и сходящаяся схемы; г - схемы смешанного
агрегатирования с гибкими и жесткими связями
Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что схема пополнения и выработки оперативных запасов между парой операций в общем виде представляет собой схему смешанного агрегатирования, когда запас пополняют п и потребляют m машин. Это заключение будет справедливо и для других вариантов, так как п и m могут принимать значения целых чисел (п=1,2,3,...., N; м^ДЗ,..., M). На основании этой модели с учетом особенности каждой операции можно анализировать процессы потребления и пополнения оперативных запасов между всеми технологическими операциями.
Для определения оптимальных объемов гарантийных запасов и поддержания их на определенном для конкретных условий уровне, за счет подключения дополнительного оборудования, с учетом обеспечения максимальной выработки комплекта машин нами разработаны математические модели [4] и блок-схема алгоритма (рис. 2), моделирующего работу лесосечных машин. Значительно снизить трудоемкость расчетов по этим моделям позволяет соответствующее програмное обеспечение.
Предлагаемое ранее [2] программное обеспечение было реализовано на СМ ЭВМ и позволяло проводить расчеты режимов работы машин для первого, промежуточного и последнего месяцев из расчета максимального объема выработки машин на смежных операциях без учета объема производства. В работе [3] предлагаются математические модели для расчета режимов работы машин, в которых за основу расчета принята максимальная выработка комплекта машин. Программное обеспечение реализовано на ЭВМ, но также при условии расчета режимов работы машин для первого, промежуточного и последнего месяцев из расчета максимального объема выработки машин на смежных операциях без учета объеме производства.
Рис. 2. Укрупненная блок-схема алгоритма, моделирующего работу лесосечных машин, обеспечивающего расчет режимов их работы на весь срок разработки лесосеки при заданном объеме производства
В данной работе предлагается программа на основе уточненных моделей [4] и позволяет проводить расчеты режимов работы машин на весь период разработки лесосеки при заданом объеме производства.
Программа написана на языке Равеа! в среде программирования Ое!рЫ 7 и для удобства ее применения имеет визуальный интерфейс, понятный для пользователя.
Алгоритм функционирования реализуется двухступенчато: сначала определяется объем гарантийных запасов для конкретных условий эксплуатации комплекта машин, а затем определяются режимы потребления и пополнения этих запасов. При разработке алгоритма применялся метод пошаговой детализации. Он предусматривает поэтапную разработку алгоритма, переход от общей схемы к реализации частных процедур. При обращении к программе на экране появляется информация о назначении программы (рис. 3).
ПРОГРАММА ПРЕДНАЗНАЧЕНА ДЛЯ РАСЧЕТА РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛЕСОСЕЧНЫХ МАШИН.
В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ РАСЧЕТА ОПЕРАТИВНЫХ ЗАПАСОВ НА СТЫКАХ ОПЕРАЦИЙ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ РАБОТЫ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ИЛИ ОСНОВНЫХ МАШИН ПРИ ИХ ПОДКЛЮЧЕНИИ НА ОТСТАЮЩИХ ОПЕРАЦИЯХ, С ЦЕЛЬЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
МАКСИМАЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ
Рис. 3. Информационное окно программы
Для запуска программы необходимо подвести курсор к кнопке «Запустить программу» и нажать левую клавишу мыши, на экране появится второе окно - главное меню программы «Программа расчета режимов работы лесосечных машин» (рис. 4). В этом окне имеются соответствующие ячейки для ввода значения переменных величин.
Ввод исходных данных начинается с количества планируемых месяцев, необходимых для разработки лесосеки. Для этого курсор устанавливается в этой ячейке, и вводится необходимое значение. После окончания ввода общих данных ввод подтверждается, курсор устанавливается напротив схемы того технологического процесса, который соответствует планируемому, и нажимается левая клавиша мыши. На экране в таблицах данных по основным и дополнительным машинам высвечиваются строки с числом, соответствующим количеству планируемых месяцев.
У ПРОГРАММА РАСЧЁТА РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛЕСОСЕЧНЫХ МАШИН
Ы1п||х|
ОБЩИЕ ДАННЫЕ
ПОВТОР ВВОДА|
Количество месяцев Номер первого месяца Марка
Общий запас на лесосеке (кбм)
Средний запас [кбм/га]
Длина зоны вырубки (м)
Число смен в один день на вывозке Сменная производительность машин на вывозке (кбм/смену)
Подтвердите ввод общих данных
Технологическая система
В+Т+С+П I В+Т+С Г В+Т
В+С+Т+П I в+т+п г вср*т
В+С+Т+П Г ВСР+Т+П Г" ВТ+СР
В+Т+С+П < ВТ+СР+П г вт+п
Автоматический ввод исходных данных по основным и дополнительным машинам
ПОВТОР ВВОДА
| ВВОД ДАННЫХ ПО ОСНОВНЫМ МАШИНАМ
I
ВВОД ДАННЫХ ПО ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ МАШИНАМ
I
I I I I Г
Подтвердите ввод данных по машинам нажатием на кнопку
ВЫПОЛНИТЬ РАСЧЕТЫ
Рис. 4. Главное меню
Далее вводятся данные по основным и дополнительным машинам. При вводе данных по дополнительным машинам необходимо следить за тем, чтобы объем выработки машин на отстающих операциях в сумме с дополнительным был больше объема выработки ведущей операции. После окончания ввода этих данных курсор подводится к строке «Подтвердить ввод данных по основным и дополнительным машинам» и нажимается левая клавиша мыши. Если все исходные данные введены правильно, то на экране появится меню (рис. 5), в котором заполнены все необходимые параметры проектируемого процесса.
ПРОГРАММА РАСЧЁТА РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛЕСОСЕЧНЫХ МАШИН
ОБЩИЕ ДАННЫЕ
ПОВТОР ВВОДА I
Количество месяцев Номер первого месяца Марка
Общий запас на лесосеке (кбм)
Средний запас (кбм/га)
Длина зоны вырубки (м)
Число смен в один день на вывозке Сменная производительность машин на вывозке (кбм/смену]
Подтвердите ввод общих данных |
Технологическая система
г в+т+с+п г в+т+с 1 в+т
г в+с+т+п г в+т+п 1 вср+т
г в+с+т+п г ВСР+Т+П г вт+ср
(* В+Т+С+П г ВТ+СР+П с вт+п
Автоматический ввод исходных данных по основным и дополнительным машинам ПОВТОР ВВОДА ВВОД ДАННЫХ ПО ОСНОВНЫМ МАШИНАМ
ВЫПОЛНИТЬ РАСЧЕТЫ
МІЇНЯЦ 1 Февраль ЧИСЛО РАБ ДНЕЙ ПАРАМЕТРЫ В Т С П а -
МАРКА МАШИНЫ ЛП-1Э ЛТ-157 ЛП-ЗОБ Тайга
20 ЧИСЛО МАШИН 1 1 1
ЧИСЛО СМЕН 1 1 1
ВВОД ДАННЫХ ПО ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ МАШИНАМ
МЕСЯЦ I ЧИСЛО РАБ. ДНЕЙ ПАРАМЕТРЫ В Т С П
МАРКА МАШИНЫ Урал ТТ-4 Тайга Урал
1 Февраль 20 ЧИСЛО МАШИН 1 1 1 1 ^ >
Подтвердите ввод данных по машинам нажатием на кнопку
Рис. 5. Меню после подтверждения ввода данных по основным и дополнительным машинам
После этого курсор подводится к «Выполнить расчет» и нажимается левая клавиша мыши. Выполняется расчет и на экране появляются результаты расчета (рис. 6). При необходимости они могут выводиться на печать. Для этого курсор подводится к кнопке «Вывод результатов на печать» и нажимается левая клавиша мыши.
Рис. 6. Результаты моделирования
Предлагаемое программное обеспечение позволяет автоматизировать определение режимов работы комплектов машин для конкретных производственных условий. Полученные режимы работы (оптимальные объемы оперативных запасов ОТ и режимы их пополнения и потребления) дают возможность организовать работу комплекта машин, обеспечивающую его выработку, равную объему выработки ведущей машины в комплекте. Увеличение объема выработки комплекта машин до максимально возможного уровня позволяет уменьшить продолжительность его работы на лесосеке примерно на 26-30%, при этом удельные эксплуатационные затраты, как показали расчеты, снижаются на 15-20 %.
Литература
1. Автоматизация управления в лесной промышленности / Ю.И. Духон, Б.А. Марков, Ю.Г. Павлов [и др.]; под ред. Ю.И. Духона. - М.: Лесн. пром-сть, 1989. - 320 с.
2. Метод расчета режимов работы лесосечных машин на ЭВМ / В.И. Алябьев, А.Н. Заикин, В.М. Захари-ков [и др.] // Техдокументация на комплекс задач. Гос. фонд алгоритмов и программ № 50850000465 в сборнике алгоритмов и программ ВНТИЦ от 03.06.85.
3. Заикин А.Н. Технология лесозаготовок. Ч.1. Управление межоперационными запасами, расчет режимов работы машин и технико-экономических показателей: учеб. пособие. - Брянск: БГИТА, 2001. - 80 с.
4. Заикин А.Н. Моделирование режимов работы лесосечных машин // Лесной журнал. - 2009. - №1. -С. 71-77.
УДК 624.131.5 В.Я. Шапиро, И.В. Григорьев, С.Е. Рудов, А.И. Жукова
МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ЦИКЛИЧЕСКОГО УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТА В ПОЛОСАХ, ПРИЛЕГАЮЩИХ К ТРЕЛЕВОЧНОМУ ВОЛОКУ
В статье представлена модель объемного уплотнения почвы под воздействием лесозаготовительных машин, позволяющая прогнозировать степень уплотнения почвы в полосах, прилегающих к трассам движения тракторов.
Ключевые слова: выборочные рубки, трелевка, уплотнение почвы.
V.Ya. Shapiro, I.V. Grigoryev, S.Ye. Rudov, A.I. Zhukova MODEL OF THE SOIL CYCLIC CONSOLIDATION PROCESS IN THE STRIPES ADJOINING THE LOGGER-ROAD
Model of volumetric soil consolidation under the lumbering machines influence which allows to predict soil consolidation degree in the stripes adjoining the tractor motion routes is given in the article.
Key words: selective cuttings, skidding, soil consolidation.
Несплошные рубки леса являются наиболее предпочтительными для большого числа лесных массивов РФ [5-7]. К таким рубкам относятся и рубки ухода за лесом, и рубки, проводимые для заготовки древесины. Оставляемая на доращивание часть древостоя при проведении рубок по возможности предохраняется от механических повреждений техникой и стволами заготавливаемых деревьев. Однако влиянию уплотнения почвогрунта в полосах, прилегающих к трелевочным волокам, на развитие корневых систем оставляемых корню деревьев внимания не уделяется.
Известно, что проблема переуплотнения почвогрунтов и, как следствие, разрушение их структуры под воздействием лесозаготовительных машин является актуальной и экологически значимой.
Решению основного вопроса данной проблемы - выявлению закономерностей уплотнения грунта при многократном проходе трелевочного трактора - посвящено большое количество работ [1-7; и др.], причем необходимость минимального воздействия техники на подрост и корневую систему оставляемых на корню
