CC BY
10
УДК 674.093
ВЛИЯНИЕ СЛУЧАЙНОГО СМЕЩЕНИЯ БРЕВНА ОТ ЦЕНТРА ПОСТАВА ПИЛ НА ОБЪЁМНЫЙ ВЫХОД ПИЛОМАТЕРИАЛОВ И РЕНТАБЕЛЬНОСТЬ ИХ
ПРОИЗВОДСТВА
В.В. Огурцов, Е.В. Каргина, И.С. Матвеева
Сибирский государственный технологический университет 660049 Красноярск, пр. Мира, 82; e-mail: [email protected]
Исследовано методом имитационного моделирования влияние случайного смещения брёвен и брусьев относительно центра постава пил на объёмный выход пиломатериалов и рентабельность их производства. Показано, что из-за самопроизвольного смещения брёвен и брусьев объёмный выход пиломатериалов снижается на 0,05...0,15 %, рентабельность производства пиломатериалов снижается на 0,1.0,2 %. Вклад случайного смещения брёвен и брусьев относительно центра постава пил в величину отклонения реального объёмного выхода пиломатериалов от расчётного значения составляет не более 1 %.
Ключевые слова: бревно, базирование, сортировка, распиловка, объёмный выход, рентабельность
Influence of the random displacement of the timber from the centre of saw mill on the lumber volume output and their production profitability was studied by the method of the imitational modeling. There was shown that the spontaneous displacement of the timber decreases the volume output in 0,05.0,15 %, and profitability in 0,1.0,2 %. The contribution of the random displacement of the timber and bars into the magnitude of the real lumber volume output divergence from its calculated value constitutes no more than 1%.
Keywords: timber, basing, sorting, sawing, volume output, profitability
ВВЕДЕНИЕ
Лесопильная промышленность России в течение 100 лет не может приблизится к расчётному объёмному выходу пиломатериалов при крупнопоточном их производстве. Разность между фактическим и расчётным объёмным выходом обрезных пиломатериалов составляет 10.15 % и с развитием техники и технологии лесопиления существенно не уменьшается.
Поэтому авторами данной работы поставлена цель установить фундаментальные причины низкого практического объёмного выхода пиломатериалов. Планируется либо наметить теоретически обоснованные пути повышения объёмного выхода, либо доказать, что существующие методы расчёта поставов дают завышенные и недостижимые результаты, либо показать, что повышение объёмного выхода возможно, но экономически нецелесообразно, поскольку затраты, ценой которых это повышение достигается, перекрывают эффект от экономии сырья. При такой постановке вопроса, прежде всего, следует признать, что объёмный выход пиломатериалов нельзя использовать в качестве единственного критерия эффективности лесопильного производства. Нужны иные критерии и иные математические модели.
В работах авторов (Каргина, Матвеева, Огурцов, 2011, 2013) получены математические модели, связывающие характеристики брёвен и процессов их раскроя с объёмным выходом пиломатериалов и рентабельностью лесопильного предприятия. Определены параметры, управляя которыми можно обеспечивать гармонизацию лесопильного производства и, как
следствие, повышение его эффективности. В качестве конкурирующих критериев оптимальности приняты объёмный выход пиломатериалов и рентабельность их производства. Разработаны алгоритмы и программы имитационных исследований процесса производства пиломатериалов. Установлены зависимости рентабельности и объёмного выхода пиломатериалов от дробности сортировки пиловочного сырья по толщине без учёта случайного варьирования кривизны и эллиптичности брёвен, а также без учёта их самопроизвольного смещения относительно постава пил.
Изучено (Огурцов, Каргина, Матвеева, 2015, 2016) влияние не учитываемых при расчёте поставов вероятностных характеристик формы бревна (эллиптичности и кривизны) на объёмный выход пиломатериалов и рентабельность их производства.
Данная работа продолжает цикл статей, посвящён-ных исследованию влияния мешающих случайных факторов на объёмный выход пиломатериалов и рентабельность их производства. Предметом исследования является самопроизвольное случайное смещение бревна относительно центра постава пил.
МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для установления общих закономерностей изменения объёмного выхода пиломатериалов и рентабельности их производства в зависимости от случайного смещения бревна относительно центра постава пил используется метод имитационного моделирования с многократным воспроизведением на компьютере совокупности различных значений исходных данных. Считается, что смещённость относительно
В.В. Огурцов, Е.В. Каргина и др. Влияние случайного смещения бревна от центра постава пил на объёмный выход пиломатериалов.
центра постава пил подчиняется нормальному закону, а толщина бревна - равновероятному закону распределения. В машинном эксперименте каждым поставом «распиливается 1000 брёвен».
Исследования проводятся на брёвнах толщиной и длиной 22 см / 5,5 м с использованием постава N° 4: 25 -150 - 25; 25 - 50/3 - 25, обеспечивающего теоретический максимальный объёмный выход 60,21 %; постава № 5: 25/2 - 100 - 25/2; 25 - 50/3 - 25 с теоретическим максимальным объёмным выходом 58,51 %; постава № 6: 25/2 - 100 - 25/2; 25/3 - 50 - 25/3 с теоретическим максимальным объёмным выходом 57,04 % при длине досок 1,5.. .6,3 м с градацией 0,3 м, при доле сырьевых затрат ДСЗ = 0,8, при постоянной базовой себестоимости и при базовой рентабельности 25%.
Результаты исследования влияния точности центрирования брёвен и брусьев относительно постава пил на объёмный выход пиломатериалов и рентабельность их производства представлены в таблицах 1.3 и на рисунках 1.6.
На рисунках по оси абсцисс откладываются максимальные отклонения продольной оси бревна и бруса от центра постава пил. Величины смещений бревна и бруса принимаются равными между собой. Если влияние смещения на объёмный выход пиломатериалов и рентабельность их производства окажется существенными, то исследования планируется дублировать с независимыми смещениями брёвен и брусьев.
Таблица 1 - Объёмный выход пиломатериалов и рентабельность производства с учётом случайного смещения брёвен и брусьев при амплитуде варьирования толщин брёвен 2,5 мм.
Смещение, мм
Рентабельность, % Объемный выход, %
Постав Постав Постав Постав Постав Постав
4 5 6 4 5 6
0 2,8 0,4 -2,0 60,14 58,68 57,3
5 2,4 0,1 -2,4 59,86 58,56 57,11
10 1,1 -0,6 -3,3 59,14 58,17 56,52
15 0,2 -1,1 -3,9 58,61 57,9 56,19
20 -0,6 -1,5 -4,0 58,15 57,67 56,078
10
Смещение, мм
Рисунок 2 - Зависимость объёмного выхода пиломатериалов от смещения брёвен и брусьев при амплитуде варьирования толщин брёвен 2,5 мм.
Таблица 2 - Объёмный выход пиломатериалов и рентабельность производства с учётом случайного смещения брёвен и брусьев при амплитуде варьирования толщин брёвен 20 мм.
Сме- Рентабельность, % Объемный выход, %
щение, Постав Постав Постав Постав Постав Постав
мм 4 5 6 4 5 6
0 25,0 24,6 20,6 57,99 57,67 55,98
5 25,7 24,5 20,5 58,05 57,65 55,96
10 25,2 24,4 20,5 57,84 57,59 55,93
15 24,1 23,2 21,0 57,57 57,41 55,99
20 23,4 23,1 20,8 57,24 57,33 55,94
Смещение,
Рисунок 3 - Зависимость рентабельности от смещения брёвен и брусьев при амплитуде варьирования толщин брёвен 20 мм.
Смещение.
Рисунок 1 - Зависимость рентабельности от смещения брёвен и брусьев при амплитуде варьирования толщин брёвен 2,5 мм.
Смещение,
Рисунок 4 - Зависимость объёмного выхода пиломатериалов от смещения брёвен и брусьев при амплитуде варьирования толщин брёвен 20 мм.
Таблица 3 - Объёмный выход пиломатериалов и рентабельность производства с учётом случайного смещения брёвен и брусьев при амплитуде варьирования толщин брёвен 30 мм.
Смещение, мм
Рентабельность, %
Объемный выход, %
Постав Постав Постав Постав Постав Постав
4 5 6 4 5 6
0 24,3 25,7 21,8 56,89 57,33 55,77
5 24,4 25,7 21,9 56,93 57,33 55,84
10 25,6 25,7 21,8 57,08 57,3 55,79
15 25,3 25,7 21,8 56,96 57,3 55,79
20 23,6 24,2 22,5 56,55 57,17 55,87
Рисунок 5 - Зависимость рентабельности от смещения брёвен и брусьев при амплитуде варьирования толщин брёвен 30 мм.
10 15
Смещение, мм
Рисунок 6 - Зависимость объёмного выхода пиломатериалов от смещения брёвен и брусьев при амплитуде варьирования толщин брёвен 30 мм.
Из рисунков 2, 4, 6 видно, что снижение объёмного выхода досок из брёвен 22 см/5,5 м при увеличении случайного поперечного смещения брёвен и брусьев относительно центра постава пил описывается либо линейной моделью, либо полиномом второй или третьей степени (с достаточно высокими коэффициентами детерминации - от 0,876 до 0,999).
Исключение составляют графики для постава № 6 при амплитудах варьирования толщин брёвен 15 мм и 20 мм, для которых коэффициенты детерминации соответственно равны 0,281 и 0,096. Однако эти коэф-
фициенты указывают не на низкое качество модели, а на слабость самой зависимости. Такое возможно, когда случайное поперечное смещение бревна относительно центра постава пил приводит к укорочению крайней боковой доски с одной стороны и к удлинению крайней боковой доски с другой стороны постава на одинаковое количество градаций по длине досок.
Степень снижения объёмного выхода от смещения брёвен и брусьев зависит от амплитуды варьирования толщин брёвен в распиловочной партии и от постава пил. При изменении максимального значения смещения от 0 до 20 мм объёмный выход для постава №4 снижается при амплитуде варьирования толщин брёвен в распиловочной партии 2,5 мм на 1,99 %, для постава №5 - на 1,01 %, а для постава №6 -на 1,22 %. При амплитуде варьирования толщин брёвен 30 мм снижение объёмного выхода составляет соответственно 0,34: 0,16: 0,10 %.
Нетрудно видеть, что точность базирования брёвен и брусьев при распиловке довольно ощутимо влияет на объёмный выход пиломатериалов (на 1.. .2 %) при высокой точности подбора брёвен по толщинам (от ± 2,5 мм до ± 10 мм), при достаточно большой амплитуде смещения брёвен и брусьев относительно центра постава пил (± 20 мм) и при использовании оптимального постава (№ 4). При реальных в настоящее время условиях: сортировка брёвен по двум чётным диаметрам, использование оптимальных и рациональных поставов, базирование брёвен и брусьев с точностью ± 10 мм объёмный выход пиломатериалов снижается на 0,05.0,15 %.
Таким образом, чем эффективнее постав и чем выше точность подбора брёвен по толщине перед распиловкой, тем сильнее случайное смещение брёвен и брусьев снижает объёмный выход пиломатериалов. Такая же закономерность была установлена выше относительно влияния эллиптичности и кривизны брёвен на объёмный выход пиломатериалов.
Из рисунков 1, 3, 5 видно, что снижение рентабельности производства пиломатериалов так же, как и снижение объёмного выхода при увеличении смещения описывается либо линейной моделью, либо полиномом второй или третьей степени (с коэффициентами детерминации - от 0,835 до 0,996).
Исключение составляют графики для постава № 6 при амплитудах варьирования толщин брёвен 15 мм и 20 мм, для которых коэффициенты детерминации соответственно равны 0,409 и 0,430. Как уже отмечалось выше, эти коэффициенты указывают не на низкое качество модели, а на слабость самой зависимости.
Степень влияния смещения на рентабельность зависит от амплитуды варьирования толщин брёвен в распиловочной партии и от постава пил. При изменении амплитуды смещения от 0 до 20 мм рентабельность для постава № 4 снижается при амплитуде варьирования толщин брёвен в распиловочной партии 2,5 мм на 3,4 %, для постава № 5 -на 1,9 %, а для постава № 6 - на 2,0 %. При амплитуде варьирования толщин брёвен 30 мм снижение рента-
В.В. Огурцов, Е.В. Каргина и др. Влияние случайного смещения бревна от центра постава пил на объёмный выход пиломатериалов..
бельности составляет соответственно 0,7; 1,5; 0,7 %. При реальных в настоящее время условиях рентабельность из-за самопроизвольного смещения брёвен и брусьев снижается на 0,1.0,2 %.
Следует отметить, что точность базирования брёвен и брусьев, достижимая на современном оборудовании, влияет на объёмный выход пиломатериалов и рентабельность их производства во много раз слабее, чем эллиптичность и кривизна брёвен. Исключение составляет сверхточный (чисто теоретический) подбор брёвен по диаметрам - ± 2,5 мм, при котором поперечное смещение брёвен и брусьев может снижать объёмный выход и рентабельность соответственно до 2 и 3,4 %.
Сравнивая закономерности снижения объёмного выхода пиломатериалов и рентабельности их производства, обусловленные смещением брёвен, видим, что они также схожи, как и обусловленные кривизной и эллиптичностью. Объясняется это тем, что смещение так же, как кривизна и эллиптичность снижает рентабельность только через снижение объёмного выхода пиломатериалов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Исследование влияния случайного смещения брёвен и брусьев относительно центра постава пил на объёмный выход пиломатериалов и рентабельность их производства позволяют сделать следующие выводы:
Точность базирования брёвен и брусьев при распиловке довольно ощутимо влияет на объёмный выход пиломатериалов (на 1.2 %) при высокой точности подбора брёвен по толщинам (от ± 2,5 мм до ± 10 мм), при достаточно большой амплитуде смещения брёвен и брусьев относительно центра постава пил (± 20 мм) и при использовании оптимального постава. При реальных в настоящее время условиях: сортировка брёвен по двум чётным диаметрам, использование оптимальных и рациональных поставов, базирование брёвен и брусьев с точностью ± 10 мм объёмный выход пиломатериалов снижается на 0,05.0,15 %.
Чем эффективнее постав и чем выше точность подбора брёвен по толщине перед распиловкой, тем сильнее случайное смещение брёвен и брусьев снижает объёмный выход пиломатериалов.
Вклад случайного смещения брёвен и брусьев относительно центра постава пил в величину отклонения реального объёмного выхода пиломатериалов от расчётного его значения составляет не более 1 %.
Рентабельность производства пиломатериалов довольно слабо зависит от смещения брёвен размерами 22 см / 5,5 м. При реальных в настоящее время условиях рентабельность из-за самопроизвольного смещения брёвен и брусьев снижается на 0,1.0,2 %.
Точность базирования брёвен и брусьев, достижимая на современном оборудовании, влияет на объёмный выход пиломатериалов и рентабельность их производства во много раз слабее, чем эллиптичность и кривизна брёвен. Исключение составляет сверхточный (чисто теоретический) подбор брёвен по диаметрам - ± 2,5 мм, при котором поперечное смещение брёвен и брусьев может снижать объёмный выход и рентабельность соответственно до 2 и 3,4 %.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Калитеевский, Р. Е. Лесопиление в XXI веке. Технология, оборудование, менеджмент. Издание второе, исправленное и дополненное / Р. Е. Калитеевский. - СПб.: «ПРОФИКС» 2008. - 496 с. Пижурин, А. А. Комплекс математических моделей задачи оптимизации раскроя хлыстов и бревен: научные труды / Центр научных исследований, институт механической обработки древесины. - Архангельск, 1988. - 147 с. Соболев, И. В. Управление производством пиломатериалов / И. В. Соболев. - М.: Лесная промышленность. 1981. - 184 с. Турушев, В. Г. Технологические основы автоматизированного производства пиломатериалов / А. Г. Турушев. -М.: Лесная промышленность, 1975. - 208 с. Каргина, Е. В. Теоретические основы расчёта поставов для распиловки брёвен с пороками формы/ Каргина Е. В. Матвеева И. С., Огурцов В. В.//Хвойные бореальной зоны.-2011.-Т.28.-№1-2.- С.141-145. Каргина, Е. В., Ридель Л. Н., Матвеева И. С., Огурцов В. В. Алгоритм имитационных исследований экономической эффективности лесопильных предприятий/ Каргина Е. В., Ридель Л. Н., Матвеева И. С., Огурцов В. В.//Хвой-ные бореальной зоны.-2011.-Т.28.-№1-2.-С.146-153. Огурцов В. В., Каргина Е. В., Матвеева И. С. Влияние эллиптичности брёвен на объёмный выход пиломатериалов и рентабельность их производства/ Огурцов В. В., Каргина Е. В., Матвеева И. С.//Хвойные бореальной зоны.-2015.-Т.33.-№5-6.-С.283-285.
Поступила в редакцию 7.12.15 Принята к печати 10.05.16
