CC BY
7
УДК 674.0: 658.5
Хвойные бореальной зоны. Том XXXV, № 3-4. С. 90-95
ВЫБОР ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ПРИНЦИПОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ОПЕРАЦИЙ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ
В. А. Лозовой1, А. В. Никончук2, В. А. Иванов3
1 Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: lva_sstu@mail.ru 3Российская Федерация, г. Красноярск, 660049, Академгородок, 21-120 Е-mail: lif-1930@bk,ru
На основе структурного анализа существующих технологических потоков и в результате минимизации обобщенной структуры, получена минимизированная структура технологического процесса, которая совместно с обобщенной структурой существующего технологического процесса позволила дать количественную оценку существующих технологических структур и агрегатов по перемещениям. Коэффициент избыточности определяет техническую оснащенность достигнутого и требуемого уровней развития структуры, которые определяют возможность получения продукта труда с заданными размерно-качественными характеристиками. Проведенная количественная оценка позволила определить предпочтительные принципы выполнения операций, которые сгруппированы по типам агрегатов с учетом их возможностей совершать совмещение операций. Получен упорядоченный ряд принципиальных отличий выполнения операций соответствующий типажу существующего оборудования, что позволяет осуществить синтез технологических структур.
В результате структурного анализа получена обобщенная структурная модель, позволяющая воспроизвести методом перебора вариантов технологические структуры существующих поточных линий и оборудования. Проведенный структурный анализ поточных линий и оборудования показал, что технологические операции представляют собой упорядоченную последовательность, нарушение которой влечет за собой нарушение требований к изделию.
При структурном анализе установлено, что для выполнения операций преимущественно применяется индивидуальный принцип, который заключается в том, что каждой операции соответствует отдельный агрегат или механизм, т. е. совмещение операций практически не применяется.
Предложенный трехуровневый анализ технологических структур, по показателю избыточности позволяет оценить количественно уровни технической оснащенности, которые подразделяются на достигнутый, минимально возможный и требуемый.
Ключевые слова: структура (модель), достигнутый, требуемый, минимальный уровень развития, продукт труда, размерно-качественные характеристики, синтез технологических структур.
Conifers of the boreal area. Vol. XXXV, No. 3-4, P. 90-95
THE CHOICE OF THE PREFERABLE PRINCIPLES OF PERFORMANCE OF OPERATIONS FOR TECHNOLOGIES OF PREPROCESSING OF WOOD RAW MATERIALS
V. A. Lozovoy1, A. V. Nikonchuk2, V. А. Ivanov3
1Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: lva_sstu@mail.ru 221-120, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation E-mail: lif-1930@bk, ru
Based on the structural analysis of existing process streams, and as a result minimization of the generalized structure of the obtained minimized structure of the technological process, which together with the generalized structure of the existing process allowed the quantification of existing technological structures and units for displacement. The redundancy factor determines the technical equipment of the achieved and required levels of development of the structures that determine the possibility of obtaining products with desired size and quality characteristics. Quantitative assessment allowed us to determine the preferred principles of operations that are grouped according to types of aggregates based on their ability to make a combination of two operations. Received ordered a number of fundamental differences between the operations corresponding to the type of existing equipment that allows the synthesis of technological structures.
As a result of structural analysis of the generalized structural model that allows reproducing method of search of variants of the technological structure of the existing production lines and equipment. A structural analysis of production lines and equipment showed that technological operations are an ordered sequence, the violation of which entails violation of the requirements to the product.
In a structural analysis determined that to perform operations often used an individual principle which is that each operation corresponds to a single unit or mechanism. That is, the combination of operations is almost never used.
The proposed three-level analysis of technological structures, the redundancy allows to quantify the levels of technical equipment, which are divided into made possible and required
Keywords: structure (model), the reached, demanded, minimum level of development, a work product, dimensional and qualitative characteristics, synthesis of technological structures.
ВВЕДЕНИЕ
Создание ресурсосберегающих исполнительных технологий для первичной обработки древесного сырья возможно на основе анализа существующего оборудования и технологий с формализацией технологического процесса и выбором предпочтительных принципов выполнения операций. Существующие технологии основываются на системах машин 1НС и 2НС, которые представлены технологическими потоками с продольной и поперечной подачей. При этом практически нет совмещения операций по перемещениям. Отечественные линии с поперечной подачей не приспособлены для реализации принципов оптимального раскроя древесного сырья (хлыстов). Все линии имеют кинематическую несогласованность между смежными агрегатами. Отсутствует унификация узлов и агрегатов, что не позволяет использовать однотипные агрегаты и создать унифицированный ряд линий с относительно плавным наращиванием производительности. Для решения вышеуказанных вопросов необходимо провести структурный анализ существующих поточных линий, обосновано выбрать предпочтительные принципы выполнения операций и создать предпосылки для синтеза технологических структур, отвечающих заданным требованиям по размерно-качественным характеристикам продукта труда (круглых лесоматериалов).
АНАЛИЗ ПОТОЧНЫХ ЛИНИЙ
И ОБОРУДОВАНИЯ
Анализ содержит несколько этапов (уровней): определение номенклатуры поточных линий; классификация оборудования; определение общих свойств и характера последовательности выполнения технологических операций; составление структурных схем и структурных формул поточных линий и агрегатов; выбор оборудования и агрегатов по типу выполняемых технологических операций при анализе структурных схем и формул; анализ множества агрегатов и оборудования по векторам перемещений при выполнении технологических операций с целью создания обобщенной структуры существующего технологического процесса; анализ обобщенной структуры технологического процесса с целью исключения одноименного оборудования на смежных операциях; анализ обобщенной структуры существующего технологического процесса по главным векторам перемещений с целью определения минимизированной структуры; анализ обобщенной структуры существующего технологического процесса с целью определения упоря-
доченной последовательности групп предпочтительных типов оборудования и агрегатов для выполнения отдельных или совмещенных операций с учетом возможности программированного раскроя и сортировки сортиментов; анализ упорядоченной последовательности групп предпочтительных типов оборудования и агрегатов с целью создания обобщенной структуры (модели) технологического процесса с новыми заданными свойствами.
Структура поточных линий и оборудования описана при едином для всех схем расположении координат относительно предмета труда (хлыстов): продольная ось хлыста по оси 2; горизонтальная поперечная ось хлыста расположена в плоскости или параллельна плоскости Х02; вертикальная поперечная ось хлыста расположена или параллельна плоскости Х0У.
При структурном анализе поточных линий и оборудования установлено, что технологический процесс первичной обработки хлыстов представляет собой строгую последовательность технологических операций: В1 - подача пакета хлыстов в зону разобщения и частичное разобщение; хлыстов; В2 - разобщение хлыстов; В3 - подача хлыстов в зону раскроя; В4 -ориентация хлыстов для откомлевки; В5 - ориентация хлыстов по зонам раскроя; В6 - раскрой хлыстов; В7 -удаление сортиментов из зоны раскроя.
ВЫБОР ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ
ПРИНЦИПОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ОПЕРАЦИЙ
На основании структурных формул [1; 2], описывающих технологические операции, в основе которых лежат перемещения, составлены условия и ограничения, обеспечивающие выполнение технологических операций. Условия и ограничения определяют положение предмета труда (хлыстов) относительно агрегатов. На основании условий и ограничений конструируется матрица соответствия упорядоченной последовательности операций векторам перемещений хлыстов при помощи агрегатов. На основе матрицы соответствия составлена обобщенная структура (модель) существующего технологического процесса. Каждой операции из множества В = {В1, В2, В3, В4, В5, В6, В7} соответствует р^ принцип выполнения операции,
полученный при деструктуризации структурных схем (/ = 1, 2, ..., т, где т - общее количество выполняемых операций;] = 1, 2, ..., t, где t - общее количество принципов выполнения данной операции). Каждый принцип выполнения операций описан при помощи
матриц, представляющих преобразования координат в ортонормированном базисе Ь3. Каждая операция в обобщенной структуре технологического процесса должна содержать такое количество компонент по возможным перемещениям, которое обеспечит выполнение технологической операции любым агрегатом. Это обеспечивается объединением компонент по агрегатам. Критерий объединения - ни одна компонента не должна повторяться дважды. Обобщенная структура существующего потока в общем виде запишется, как формула (1). Оперировать со структурой (1) и ее компонентами в развернутом виде сложно, поскольку необходимо перебрать все варианты и сочетания компонент. Необходимо провести направленный поиск обобщенной структуры с меньшим числом упорядоченных компонент. При этом обобщенная структура должна соответствовать требованиям, которые выдвигаются к новым синтезированным технологическим структурам: агрегаты и оборудование должны обеспечивать максимальное совмещение операций в соответствии с их конструктивными возможностями; синтезированные технологические структуры должны обеспечить сравнительно плавное наращивание производительности ряда линий; синтезированные технологические структуры должны обеспечивать программный раскрой древесного сырья; синтезированные структуры должны обеспечить переход от однопильных линий к многопильным на базе одних и тех же агрегатов и узлов; синтезированные многопильные линии на базе одних и тех же узлов и агрегатов должны обеспечивать подсортировку и сортировку продукта труда в процессе удаления из зоны раскроя.
Вп тах = П В,, в7тах = б1Б2Б3б4Б5Б6Б7 .
(1)
Максимизированная структура (1) (записана в общем виде) на следующем этапе анализа приводится путем минимизации по главным векторам к минимизированной структуре, которая содержит минимальное число компонент по перемещениям, обеспечивающим выполнение технологического процесса, по операциям. Главным вектором, при выполнении технологической операции, называется вектор, в направлении которого выполняется перемещение, обеспечивающее выполнение данной операции. При отсутствии перемещения по главному вектору операция не выполняется. Данный критерий обеспечивает получение минимизированной структуры с минимально возможным количеством компонент (2).
вп тт = б1(Т , т1)
В2(1, т2) в2(к, т;)
Вз(,, Тз)
Вз( У, ©з)
В4(к, Т4) В5(к ,Т5)
В6(к, 1С В6(Т,Д)
В7 (,7, Т7). (2)
Обобщенная структура (1) содержит большое количество компонент, некоторые элементы структуры дублируют друг друга, другие элементы содержат элементарные перемещения под одной координате, при этом имеются элементы смежных операции. Не-
обходимо произвести упорядочение и разбиение р у -х
агрегатов на группы применимости, поскольку принцип выполнения операций, например, гидроманипуляторов (ГМ) ЛО-105 и ГМ типа ЛО-70, ЛП-33 при работе с хлыстами различный. На следующем этапе анализа произведена группировка элементов р у . Критерием при группировке служит идентичность элемента р у -го другому элементу по главным и вспомогательным векторам перемещений. После группировки введены дополнительные обозначения
Р21 " 'а\\; Р12Р22 а12; Р23Р34Р43Р52 а13;
Р24Р35Р44Р53 -а14; Р25Р36 -а15; Р31Р41Р51 - а21;
Р11Р32 " " а22 ; Р33Р42 а24; Р24Р35Р53 а25;
Р27Р38Р45Р54 - а02; Р74- "42'
Р71Р72Р73Р74 -а44,43.
В итоге получены элементы, которые должны обеспечить технологический процесс в различных сочетаниях и вариациях с учетом требований к синтезируемым установкам. На следующем уровне произведем выделение предпочтительных принципов перемещений с учетом возможности совмещения операций и возможностей агрегатов производить ориентацию по зонам раскроя, что обеспечивает программную раскряжевку.
Упорядочение групп агрегатов по конструктивным особенностям и возможностям в смысле совмещения операций произведем, используя показатель избыточности [3], который в нашем случае отражает степень соответствия технической оснащенности (развитости) технологической структуры предъявляемым требованиям или достигнутому уровню. Минимизированная структура (2) обладает минимально возможной степенью технической оснащенности. Существующие структуры соответствуют достигнутому уровню оснащенности. Синтезируемые структуры должны соответствовать требуемому уровню технической оснащенности. Таким образом, мы можем оперировать тремя показателями технологической эффективности. Понятие технической оснащенности определяется методами поперечного раскроя хлыстов: программный, индивидуальный, слепой. Таким образом, под технической оснащенностью структуры понимается способность технологической структуры производить технологические операции в виде запрограммированных заранее перемещений, обеспечивающих получение продукта, изделия с определенными размерно-качественными характеристиками. Таблица представляет матрицу для определения показателя избыточности агрегатов. В матрице первый, второй столбцы соответствуют упорядоченной последовательности выполнения операций б и векторов перемещений при выполнении операций модели Вп тах.
Третий столбец соответствует Вп тш (2). Остальные столбцы матрицы соответствуют структуре дополненного минимума по каждому из агрегатов. Это означает, что, например, агрегат а13 описан структурной формулой соответствующей ГМ ЛО-105.
Дополнение минимизированной структуры осуществляется подстановкой в операции В структурной
1=1
х
формулы ГМ. Если перемещения ГМ не соответствуют требуемым по операциям в дополненной минимизированной структуре остается элемент из третьего столбца. Отношение суммы чисел по каждому столбцу к сумме чисел из третьего столбца равно значению Ки по-агрегатно.
Анализ показателя избыточности по агрегатам показал, что ряд агрегатов имеют показатель избыточности одинакового значения. Это означает группировку агрегатов, но и может оставаться неопределенность в применимости данных агрегатов по операциям, т. е. задача по выделению групп агрегатов наилучшим образом приспособленных к выполнению технологических операций не решена до конца [3]. Существует несколько способов введения дополнительных условий и на их основе условных критериев предпочтения, большая часть из них сводится к строгому упорядочению сравниваемых вариантов и показателей эффективности, т. е. решение задачи сводится к лексикографическому отношению предпочтения, при котором все показатели эффективности, частные критерии образующие векторный показатель, строго упорядочены по важности. В процессе сравнения вариантов в первую очередь используется первый по важности показатель, за счет любых потерь по ос-
Матрица определения Ки агрегатов
В1 Вп тах Вп тт Условное обозначение агрегатов
«13 «15 «01 «02 «25 «12 «24 «11 «22 «21 «44 «43 «42
В1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
©(У) - 1 1 1 1 1 1 1 - - - - -
В2 1 1 1 1 1 - - 1 1 1 1 - 1 1
У - 1 1 1 - - - - - - - - -
к 1 1 - 1 1 - - - - 1 1 -
©(О - 1 - 1 1 - - - - - - -
©(У) - 1 1 1 1 1 1 1 - - - - -
©(к) - 1 - - - - - - - - - -
Вз 1 1 1 1 1 - - 1 1 - 1 - 1 -
У - 1 1 1 - - - - - - - - -
к - 1 - 1 1 - 1 1 - 1 - 1
©(О - 1 - 1 1 - - - - - - -
©( У) - 1 1 1 1 1 1 1 - - - - -
©(к) - 1 - - - - - - - - - - -
В 4 1 - 1 - 1 - - - - - - - - -
У - 1 - 1 - - - - - - - - -
к 1 1 - - 1 1 1 1 1 1 1 1 1
©(О - - - 1 1 - - - - - - -
©( У) - 1 - 1 1 1 - - - - - - -
©(к) - 1 - - - - - - - - - - -
В5 1 - 1 - 1 - - - - - - - 1 -
У - 1 - 1 1 1 - - - - - - -
к 1 1 - - 1 1 1 1 1 1 1 1 1
©(У) - 1 - 1 1 1 - - - - - - -
©( У) - 1 - - - - - - - - - - -
тальным показателям. При равенстве значений первого показателя для двух и более вариантов используется второй показатель и т. д. [3].
Первым по важности показателем принят показатель, влияющий на совмещение операций, а именно возможность механизма, агрегата обеспечить перемещение одновременно по нескольким координатам, или последовательно (количественно это соответствует степени свободы обеспечиваемой агрегатом хлысту или другому предмету труда). Вторым, третьим, четвертым по важности показателями выбраны главные векторы из минимизированной структуры (2) I, к, у, ©(у), ©(/), ©(к) записанным в порядке предпочтения, поскольку наличие этих векторов определяет применимость агрегатов для выполнения той или иной операции с учетом требований к размерно-качественным характеристикам продукта труда. То есть, перемещения по этим векторам обеспечивают выполнение подготовительных операций, которые в свою очередь обеспечивают получение продукта труда с заданными размерно-качественными характеристиками. Предпочтение отдается агрегату, у которого имеется сочетание перемещений в соответствии с вышеуказанной последовательностью.
Окончание таблицы
Условное обозначение агрегатов
Б1 Бп тах Бп т1п «13 а15 а01 а02 а25 а12 а24 аи а22 а21 а44 а43 а42
Бб г 1 1 1 1 1 1 - 1 - 1 - - -
к 1 - - - - - 1 - 1 - 1 1 1
Б7 г 1 1 - 1 - 1 1 - 1 1 1 1 1
к 1 - 1 - 1 - - 1 - - - - 1
Ки 2,4 1,2 1,6 1,6 1,6 0,9 1,0 0,7 0,7 0,7 0,9 0,8
Упорядочение по лексикографическому отношению предпочтения позволило скорректировать группы агрегатов, имеющих однозначный показатель избыточности:
1. а13 -гидроманипулятортипа ЛО-105;
2. ^
3.
4.
, - гидроманипулятор типа ЛО-70, СТИ-7.5, I а25 - гидроманипулятор типа ЛП-33; \ а01 - гидроманипулятор типа ЛО-ЗО, [а15 - гидроманипулятор типа ЛО-13С;
а24 - шнековый транспортер, а12 -разгрузочно- растаскивающее
устройство типа РРУ-10М; а42, а43 - поперечный транспортер
для сортиментов, а44 - сбрасыватель типа ЛО-117 (с продольного транспортера поперечным);
(/, 71) Б1( ], ©!)
+ =0
а11 - разобщитель типа ЛТХ-80, МСГ,
5. а22 - поперечный транспортер,
а21 -продольный транспортер.
На основе упорядоченных групп агрегатов и механизмов, сведенных в матрицу с указанием возможных совмещений, строится обобщенная структура для синтезирования новых технологических структур с требуемыми качествами. Критерий отбора - упорядоченная последовательность, составленная из структурных формул по каждому из столбцов, определяющих технологическую операцию, не должна содержать одинаковые элементы. Обобщенная структура (3) (ниже расписанная по компонентам), составлена на основании упорядоченного ряда агрегатов и представляет собой структурную формулу требуемого уровня технической оснащенности технологического процесса. Таким образом, нами на основании показателей избыточности сформированы критерии для оценки уровня технической оснащенности технологического процесса: показатель избыточности достигнутого уровня оснащенности; показатель избыточности требуемого уровня технической оснащенности; показатель избыточности минимальной технической оснащенности технологического процесса.
а22
Б = Б В2 Б3 В4 В5 Б6 Б7,
Б2 = Б2( Г, 72) Б20, т;) Б 2 (к, Т2'') Б 2 (/, © 2) Б 2а, © 2') Б2( к, © 2Л)
(3)
+ + + © = 0 + + а13
х=0 + + + + © 2 = 0 а02
х=0 + + + + 7 = 0 + © = 0 + + © 2 = 0 а25
+ + 7 = 0 © = 0 + © 2 © 2 = 0 = 0 а01 а15
Вз = Вз(Г, Т3) Вз (1, Т3') Вз (к, Т3") В3 (], © 3) В3 (к, © 3') В3 (Г, © 3")
+ + + +
х = 0 + + +
х = 0 + + +
+ + 7 = 0 +
+ + 7 = 0 +
+ у=0 + ©
+ у=0 + ©
х = 0 у=0 + ©
= 0 = 0 = 0 = 0 = 0 = 0 © 3 = 0
3
© 3'' = 0
+
+
© 3 = 0
а13 а02 а25 а01 а15 а24 а42 а21
©4 =0 © ,'=0
+ - + ©4 =0 4' ©4 =0
х=0 У=0 + ©4 =0 ©4 =0 ©4=0
В4 = Б4 (Г, Т4) Б4 (1, т;) Б4 (к, т,") Б4 (Г, ©4) Б4 (1, ©4') В4 (к, ©4")
х=0 х=0
©4 =0 ©4"=0
В5 = В5 (Г , Т5 ) В5 (1, Т5' ) В5 (к, Т5" ) В5 (Г, ©5 ) В5 (1, ©5' ) В5 (к, ©5Л )
х=0 х=0
©5 =0 ©5'=0
5
©3''=0
+
+
"24 а21
а13 а02 а24
а13 а02 а25
+
Be =
Be(i,Д) B61 ; в7 = B7(i, ±T7)
B6(k, Lc) 7 B61 B6(k, lc)
х вд К I h ) Вд (Г ± T j )
j=1
ВЫВОДЫ
1. В результате структурного анализа получена обобщенная структурная модель, позволяющая воспроизвести методом перебора вариантов технологические структуры существующих поточных линий и оборудования.
2. Проведенный структурный анализ поточных линий и оборудования показал, что технологические операции представляют собой упорядоченную последовательность, нарушение которой влечет за собой нарушение требований к изделию.
3. При структурном анализе установлено, что для выполнения операций преимущественно применяется индивидуальный принцип, который заключается в том, что каждой операции соответствует отдельный агрегат или механизм. То есть совмещение операций практически не применяется.
4. Предложенный трехуровневый анализ технологических структур, по показателю избыточности позволяет оценить количественно уровни технической оснащенности, которые подразделяются на достигнутый, минимально возможный и требуемый.
5. В результате структурного анализа получена минимизированная структура технологического процесса, которая позволяет произвести количественную оценку избыточности структур агрегатов и оборудования с выделением групп агрегатов по характерным признакам, определяющим их применимость в той или иной технологической структуре.
6. В результате структурного анализа получена обобщенная структура на основе упорядоченного ряда агрегатов, которая позволяет произвести методом перебора вариантов компоновку технологических структур с учетом совмещения операций, программи-
руемости поперечного раскроя хлыстов и сортировки продукта труда (сортиментов).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Лозовой В. А. Матричное преобразование координат применительно к структурному анализу раскряжевочных линий // Лесоэксплуатация : межвуз. сб. науч. тр. / СибГТУ. Красноярск, 1998. С. 133-139.
2. Лозовой В. А. Моделирование технологического процесса линий для первичной обработки хлыстов // Лесоэксплуатация : межвуз. сб. науч. тр. / СибГТУ. Красноярск, 1998. С. 91-95.
3. Дорошенко В. А. Синтез технологической структуры автоматизированных технологических процессов первичной обработки древесины : монография / КГТА. Красноярск, 1996. 299 с.
REFERENCES
1. Lozovoy V. A. Matrichnoye preobrazovaniye koordinat primenitel'no k strukturnomu analizu raskrya-zhevochnykh liniy // Lesoekspluatatsiya : mezhvuz. sb. nauch. tr. / SibGTU. Krasnoyarsk, 1998. S. 133-139.
2. Lozovoy V. A. Modelirovaniye tekhnologiches-kogo protsessa liniy dlya pervichnoy obrabotki khlystov // Lesoekspluatatsiya : mezhvuz. sb. nauch. tr. / SibGTU. Krasnoyarsk, 1998. S. 91-95.
3. Doroshenko V. A. Sintez tekhnologicheskoy struktury avtomatizirovannykh tekhnologicheskikh prot-sessov pervichnoy obrabotki drevesiny : monografiya / KGTA. Krasnoyarsk, 1996. 299 s.
© Лозовой В. А., Никончук А. В., Иванов В. А., 2017
и
42
21
Поступила в редакцию 25.09.2017 Принята к печати 20.11.2017
