CC BY
6
УДК 674.093
Хвойные бореальной зоны. 2018. Т. XXXVI, № 2. С. 180-184
ЗАВИСИМОСТЬ ОБЪЕМНОГО ВЫХОДА ПИЛОМАТЕРИАЛОВ И РЕНТАБЕЛЬНОСТИ ИХ ПРОИЗВОДСТВА ОТ ДРОБНОСТИ СОРТИРОВКИ БРЕВЕН ПО ТОЛЩИНЕ С УЧЕТОМ ИХ СМЕЩЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНО ЦЕНТРА ПОСТАВА ПИЛ
В. В. Огурцов, Д. Н. Деревянных, Е. В. Каргина, И. С. Матвеева
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Функционирование лесопильного предприятия с массовой крупно-поточной распиловкой брёвен на лесопильных рамах в значительной мере зависит от дробности их сортировки по толщине. Поэтому в работах авторов дробность сортировки брёвен по толщине определена в качестве важнейшей оптимизируемой переменной для максимизации рентабельности производства пиломатериалов. Получены математические модели, связывающие характеристики брёвен и процессов их раскроя с объёмным выходом и рентабельностью лесопильного предприятия. Разработаны алгоритмы и программы имитационных исследований процесса производства пиломатериалов с воспроизведением случайной изменчивости размеров и формы распиливаемых брёвен, а также случайного их смещения относительно центра постава пил. Исследованы зависимости объёмного выхода пиломатериалов и рентабельности их производства от амплитуды варьирования толщины брёвен с учётом их кривизны и эллиптичности. Данная работа является продолжением цикла статей, посвящённых влиянию случайных факторов на выбор оптимальной дробности сортировки брёвен по толщине. Установлено, что случайное смещение брёвен относительно центра постава пил с амплитудой 10 мм снижает чувствительность объёмного выхода пиломатериалов к дробности сортировки брёвен по толщине на 0,88 % при переходе от точности сортировки брёвен по толщине ±5 мм к точности ±20 мм. С увеличением амплитуды случайного смещения от 0 до 10...20 мм максимум рентабельности смещается вдоль оси абсцисс от амплитуды варьирования диаметров брёвен 20 мм к амплитуде 30 мм (от дробности сортировки брёвен по толщине по двум чётным диаметрам к дробности сортировки - по трём чётным диаметрам).
Ключевые слова: бревно, базирование, сортировка, дробность, распиловка, рентабельность.
Conifers of the boreal area. 2018, Vol. XXXVI, No. 2, P. 180-184
DEPENDENCE OF THE LUMBER VOLUME OUTPUT AND ITS PRODUCTION PROFITABILITY ON DIVISIBILITY OF LOG THICKNESS SORTING CONCERNING ITS DISPLACEMENT
FROM THE CENTRE OF SAW MILL
V. V. Ogurtsov, D. N. Derevyannykh, E. V. Kargina, I. S. Matveeva
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
Sawmill enterprise functioning with the mass processing lumber frame sawing mostly depends on divisibility of their thickness sorting. That is why the divisibility of log thickness sorting is determined in the works of authors as the most important optimizing variable for the maximization of lumber production efficiency. There were obtained the mathematical models connecting characteristics of the logs and the processes of their cutting volume output and the profitability of the sawmill enterprise. There were elaborated the algorithms and the programmes of the imitational studies of the lumber production process with the reproduction of the occasional changeability of the forms and sizes of the sawing logs and their occasional displacement of the timber from the centre of saw mill.
There were studied the dependences of the lumber volume output and profitability of its production on the variation amplitude of log thickness concerning its curvature and ellipticity. This work is a continuation of the series of articles dedicated to the influence of the random factors on the choice of the optimum divisibility of log thickness sorting. There was determined that the random displacement of the timber from the centre of saw mill with the 10 mm magnitude decreases the sensitivity of the volume output to divisibility of log thickness sorting up to 0,88% when changing of the exactitude of the divisibility of log thickness sorting from ±5 mm to the exactitude of ±20 mm. With the increase of amplitude of random displacement from 0 to 10.20 mm the profitability maximum is displaced along X-axis from the log diametres amplitude of variation of 20 mm to 30 mm (from the divisibility of sorting of 2 even diametres to 3 even diametres).
Keywords: log, basing, sorting, divisibility, cutting, profitability.
ВВЕДЕНИЕ
Производственный процесс лесопильного предприятия с массовой крупно-поточной распиловкой брёвен на лесопильных рамах в значительной мере зависит от дробности сортировки брёвен по толщине. Она влияет на все последующие технологические процессы: раскрой пиловочника, сортировка пиломатериалов по сечениям, сушка пиломатериалов, обработка пиломатериалов после сушки и, как следствие, гармоничность и эффективность всего производственного процесса лесопильного предприятия [1]. Поэтому, авторами [2] дробность сортировки брёвен по толщине была включена в список параметров, управляя которыми можно обеспечивать максимизацию эффективности производства пиломатериалов (кроме неё в список вошли: количество одновременно вырабатываемых поставом толщин досок и градация их длин). В качестве критерия оптимизации лесопильного производства выбрана его рентабельность [3]. Объёмный выход пиломатериалов используется в качестве конкурирующего критерия оптимизации и как параметр, имеющий большое самостоятельное значение для оценки эффективности процесса лесопиления. Разработаны математические модели [2], связывающие характеристики брёвен и процессов их раскроя с объёмным выходом и рентабельностью лесопильного предприятия. Получены алгоритмы и программы имитационных исследований процесса производства пиломатериалов с воспроизведением реальной (случайной) изменчивости размеров и формы распиливаемых брёвен, а также случайного смещения брёвен относительно центра постава пил [3].
Изучено [5-8] влияние не учитываемых при расчёте поставов вероятностных характеристик формы бревна (эллиптичности и кривизны), а также случайного его смещения относительно центра постава пил на объёмный выход пиломатериалов и рентабельность их производства.
Установлено, что при изменении средней эллиптичности от 0 до 6 мм объёмный выход снижается при распиловке брёвен размерами 22 см / 5.5 м примерно на 1 %. При изменении средней кривизны от 0 до 0,25 % объёмный выход снижается на 1,2...2,9 %. Если учесть, что реальная кривизна пиловочных брёвен варьирует в пределах от 0 до 2 %, то можно ожидать снижение объёмного выхода на 5.12 %. При базирование брёвен и брусьев с точностью ±10 мм объёмный выход пиломатериалов снижается на 0,05.0,15 %.
Таким образом, ожидаемый вклад эллиптичности брёвен в величину отклонения реального объёмного выхода пиломатериалов от расчётного его значения может достигать 10 %, вклад кривизны брёвен - 80 %, вклад случайного смещения брёвен и брусьев относительно центра постава пил - не более 1,5 %.
При изменении средней эллиптичности брёвен от 0 до 6 мм рентабельность производства пиломатериалов снижается на 0,8.2,3 %, при изменении средней кривизны от 0 до 0,25 % - на 2,7.5,8 %, при самопроизвольном смещении брёвен и брусьев на ±10 мм -на 0,1.0,2 %.
Доказано [8], что эллиптичность и кривизна брёвен не вызывают взаимного усиления их отрицательного влияния на рентабельность производства пиломатериалов. Напротив, наблюдается эффект взаимного ослабления влияний. Однако величина ослабления настолько мала (от 0,01 до 0,14 %), что можно считать, что парного взаимодействия эллиптичности и кривизны при их влиянии на рентабельность производства пиломатериалов нет. Наблюдается простое суммирование влияний без существенных парных взаимно усиливающих или взаимно ослабляющих взаимодействий.
Исследованы зависимости объёмного выхода пиломатериалов и рентабельности их производства от амплитуды варьирования толщины брёвен (от дробности сортировки брёвен по толщине) без учёта варьирования характеристик формы распиливаемых брёвен, а также случайного смещения брёвен относительно центра постава пил. Показано [4], что характер зависимостей рентабельности производства пиломатериалов от амплитуды варьирования толщины брёвен практически не изменяется при весьма существенном варьировании доли затрат на участке подготовки сырья к раскрою (от 0,136 до 0,236). Исключение составляет чисто теоретический вариант организации производственного процесса с долей затрат на участке подготовки сырья к раскрою, равной 0,036, т. е. в 5 раз меньшей, чем средняя по отрасли. Для этого варианта оптимальной является сортировка брёвен с точностью ±5 мм (финский вариант).
Для уточнения выявленных закономерностей и выводов о повышении экономической эффективности лесопильных предприятий путём оптимизации дробности сортировки брёвен по толщине необходимо учитывать реальную изменчивость формы и размеров брёвен, а также их практически неизбежное случайное смещение относительно центра постава пил. Поэтому работы авторов [9; 10] начинают цикл статей, посвящённых исследованию чувствительности оптимальной дробности сортировки брёвен по толщине к влиянию отмеченных выше мешающих случайных факторов. Предметом исследования в настоящей работе является случайное смещение брёвен относительно центра постава пил.
МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
С целью установления общих закономерностей изменения объёмного выхода пиломатериалов и эффективности лесопильного предприятия в зависимости от дробности сортировки брёвен по толщине брёвен с учётом их случайного смещения относительно центра постава пил используется метод имитационного моделирования. Считается, что погрешности базирования брёвен и брусьев при их распиловке подчиняются 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 № 4: 25 - 150 - 25; 25 - 50/3 - 25, обеспечивающего теоре-
тический 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 исследований представлены в табл. 1, 2 и на рис. 1, 2.
Таблица 1
Объёмный выход пиломатериалов при средней амплитуде смещения 0...20 мм
Постав № 4, Объемный выход, %
аатах, мм Смещение, мм
0 5 10 15 20
2,5 60,14 59,86 59,14 58,61 58,15
5 60,03 59,58 59 58,56 58,13
10 58,94 58,89 58,71 58,29 57,92
15 58,45 58,41 58,29 57,93 57,6
20 57,99 58,05 57,84 57,57 57,24
25 57,39 57,55 57,43 57,3 56,85
30 56,89 56,93 57,08 56,96 56,55
Таблица 2
Рентабельность производства при средней амплитуде смещения 0.20 мм
Постав № 4, Рентабельность, %
аатах, мм Смещение
0 5 10 15 20
2,5 2,8 2,4 1,1 0,2 -0,6
5 16 15,6 14,4 13,5 12,7
10 22,7 22,6 22,2 21,1 20,3
15 24,4 24,7 24,5 23,3 22,6
20 25 25,7 25,2 24,1 23,4
25 24,7 25,8 25,5 25,2 23,5
30 24,3 24,4 25,6 25,3 23,6
Рис. 1. Зависимость рентабельности от амплитуды варьирования толщины бревна при средней амплитуде смещения 0 и 20 мм
Рис. 2. Зависимость объёмного выхода пиломатериалов от амплитуды варьирования толщины бревна при средней амплитуде смещения 0 и 20 мм
Из рис. 2 видно, что зависимости объёмного выхода пиломатериалов от амплитуды варьирования толщины брёвен с учётом их смещения (на рисунке представлены графики при двух крайних из исследованных значений) имеют линейный характер с достаточно высокими коэффициентами детерминации (0,963...0,981). При изменении амплитуды варьирования толщины брёвен от 5 мм до 20 мм (см. табл. 1) объёмный выход снижается для постава № 4 при смещении 0, 10, 20 мм соответственно на 2,04; 1,16; 0,89 %. То есть, случайное смещение брёвен относительно центра постава пил с амплитудой 10 мм снижает чувствительность объёмного выхода пиломатериалов к дробности сортировки брёвен по толщине на 0,88 % при переходе от точности сортировки брёвен по толщине ±5 мм к точности ±20 мм. С увеличением смещения брёвен графики зависимостей объёмного выхода пиломатериалов от амплитуды варьирования толщины брёвен становятся более пологими. Например, угловые коэффициенты графиков (рис. 2) для оптимального постава № 4 при смещении 0; 20 мм соответственно равны 0,571; 0,287.
Подобная закономерность была выявлена авторами ранее [9; 10] при исследовании влияния эллиптичности и кривизны брёвен на зависимость объёмного выхода пиломатериалов от дробности сортировки брёвен по толщине.
Таким образом, исследование зависимостей объёмного выхода пиломатериалов от амплитуды варьирования толщины брёвен следует проводить с учётом их самопроизвольного поперечного смещения.
Из рис. 1 видно, что зависимости рентабельности производства пиломатериалов от амплитуды варьирования толщины брёвен с учетом случайного смещения брёвен описываются кривыми второго порядка с достаточно высокими коэффициентами детерминации (0,9467; 0,9632). Причём, характер этих зависимостей практически не зависит от случайного поперечного смещения брёвен и брусьев относительно центра по-
става пил. Можно считать, что рентабельность при всех амплитудах варьирования толщины брёвен снижается при увеличении смещения, также как при увеличении эллиптичности и кривизны [9; 10] практически синхронно, поэтому графики рентабельности несколько опускаются вниз.
Вместе с тем, анализ табл. 2 показывает, что с увеличением амплитуды смещения от 0 до 10.20 мм максимум рентабельности смещается вдоль оси абсцисс от амплитуды варьирования диаметров брёвен 20 мм к амплитуде 30 мм (от дробности сортировки брёвен по толщине по двум чётным диаметрам к дробности сортировки - по трём чётным диаметрам).
Таким образом, исследование зависимостей рентабельности производства пиломатериалов от амплитуды варьирования толщины брёвен, также как и объёмного выхода пиломатериалов, следует проводить с учётом самопроизвольного случайного поперечного смещения брёвен и брусьев.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Исследование зависимостей объёмного выхода пиломатериалов и рентабельности их производства от амплитуды варьирования толщины брёвен с учётом их случайного смещения относительно центра постава пил позволяет сделать следующие выводы:
1. Случайное смещение брёвен относительно центра постава пил с амплитудой 10 мм снижает чувствительность объёмного выхода пиломатериалов к дробности сортировки брёвен по толщине на 0,88 % при переходе от точности сортировки брёвен по толщине ±5 мм к точности ±20 мм.
2. С увеличением амплитуды смещения от 0 до 10.20 мм максимум рентабельности смещается вдоль оси абсцисс от амплитуды варьирования диаметров брёвен 20 мм к амплитуде 30 мм (от дробности сортировки брёвен по толщине по двум чётным диаметрам к дробности сортировки - по трём чётным диаметрам).
3. Исследование зависимостей рентабельности производства пиломатериалов от амплитуды варьирования толщины брёвен при определении оптимальной дробности сортировки брёвен по толщине следует проводить с учётом случайного поперечного смещения брёвен относительно постава пил.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Калитеевский Р. Е. Лесопиление в XXI веке. Технология, оборудование, менеджмент. 2-е изд., испр. и доп. СПб. : ПРОФИКС, 2008. 496 с.
2. Каргина Е. В. Матвеева И. С., Огурцов В. В. Теоретические основы расчёта поставов для распиловки брёвен с пороками формы // Хвойные бореаль-ной зоны. 2011. Т. 28, № 1-2. С. 141-145.
3. Алгоритм имитационных исследований экономической эффективности лесопильных предприятий / Е. В. Каргина, Л. Н. Ридель, И. С. Матвеева, В. В. Огурцов // Хвойные бореальной зоны. 2011. Т. 28. № 1-2. С. 146-153.
4. Огурцов В. В., Каргина Е. В., Матвеева И. С. Дробность сортировки брёвен по толщине с учётом трудозатрат // Хвойные бореальной зоны. 2015. Т. 33, № 5-6. С. 279-282.
5. Огурцов В. В., Каргина Е. В., Матвеева И. С. Влияние эллиптичности брёвен на объёмный выход пиломатериалов и рентабельность их производства // Хвойные бореальной зоны. 2015. Т. 33, № 5-6. С. 283285.
6. Огурцов В. В., Каргина Е. В., Матвеева И. С. Влияние кривизны брёвен на объёмный выход пиломатериалов и рентабельность их производства // Хвойные бореальной зоны. 2016. Т. 34, № 1-2. С. 101106.
7. Огурцов В. В., Каргина Е. В., Матвеева И. С. Влияние случайного смещения брёвен от центра постава пил на объёмный выход пиломатериалов и рентабельность их производства // Хвойные бореальной зоны. 2016. Т. 34, № 1-2. С. 107-110.
8. Огурцов В. В., Каргина Е. В., Матвеева И. С. Влияние кривизны и эллиптичности брёвен на объёмный выход пиломатериалов и рентабельность их производства // Хвойные бореальной зоны. 2016. Т. 34, № 3-4. С. 133-137.
9. Огурцов В. В., Каргина Е. В., Матвеева И. С. Зависимость объёмного выхода пиломатериалов и рентабельности их производства от дробности сортировки брёвен по толщине с учётом их эллиптичности // Хвойные бореальной зоны. 2017. Т. 35, № 3-4. С. 103-109.
10. Огурцов В. В., Каргина Е. В., Матвеева И. С. Влияние сортировки брёвен по толщине и их кривизны
на эффективность производства пиломатериалов // Хвойные бореальной зоны. 2017. Т. 35, № 3-4. С. 96-102.
REFERENCES
1. Kaliteyevskiy R. E. Lesopileniye v XXI veke. Tekhnologiya, oborudovaniye, menedzhment. 2-e izd., ispr. i dop. SPb. : PROFIKS, 2008. 496 s.
2. Kargina E. V. Matveyeva I. S., Ogurtsov V. V. Teoreticheskiye osnovy ras^ta postavov dlya raspilovki breven s porokami formy // Khvoynyye boreal'noy zony. 2011. T. 28, № 1-2. S. 141-145.
3. Algoritm imitatsionnykh issledovaniy ekonomi-cheskoy effektivnosti lesopil'nykh predpriyatiy / E. V. Kargina, L. N. Ridel', I. S. Matveyeva, V. V. Ogurtsov // Khvoynyye boreal'noy zony. 2011. T. 28. № 1-2. S. 146153.
4. Ogurtsov V. V., Kargina E. V., Matveyeva I. S. Drobnost' sortirovki breven po tolshchine s uchetom trudozatrat // Khvoynyye boreal'noy zony. 2015. T. 33, № 5-6. S. 279-282.
5. Ogurtsov V. V., Kargina E. V., Matveyeva I. S. Vliyaniye elliptichnosti breven na ob"yemnyy vykhod pilomaterialov i rentabel'nost' ikh proizvodstva // Khvoynyye boreal'noy zony. 2015. T. 33, № 5-6. S. 283285.
6. Ogurtsov V. V., Kargina E. V., Matveyeva I. S. Vliyaniye krivizny breven na ob"yemnyy vykhod pilomaterialov i rentabel'nost' ikh proizvodstva // Khvoynyye boreal'noy zony. 2016. T. 34, № 1-2. S. 101106.
7. Ogurtsov V. V., Kargina E. V., Matveyeva I. S. Vliyaniye sluchaynogo smeshcheniya breven ot tsentra postava pil na ob"yemnyy vykhod pilomaterialov i rentabel'nost' ikh proizvodstva // Khvoynyye boreal'noy zony. 2016. T. 34, № 1-2. S. 107-110.
8. Ogurtsov V. V., Kargina E. V., Matveyeva I. S. Vliyaniye krivizny i elliptichnosti breven na ob"yemnyy vykhod pilomaterialov i rentabel'nost' ikh proizvodstva // Khvoynyye boreal'noy zony. 2016. T. 34, № 3-4. S. 133137.
9. Ogurtsov V. V., Kargina E. V., Matveyeva I. S. Zavisimost' ob"yemnogo vykhoda pilomaterialov i ren-tabel'nosti ikh proizvodstva ot drobnosti sortirovki braven po tolshchine s uchetom ikh elliptichnosti // KHvoynyye boreal'noy zony. 2017. T. 35, № 3-4. S. 103-109.
10. Ogurtsov V. V., Kargina E. V., Matveyeva I. S. Vliyaniye sortirovki breven po tolshchine i ikh krivizny na effektivnost' proizvodstva pilomaterialov // Khvoy-nyye boreal'noy zony. 2017. T. 35, № 3-4. S. 96-102.
© Огурцов В. В., Деревянных Д. Н., Каргина Е. В., Матвеева И. С., 2018
Поступила в редакцию: 07.03.2018 Принята к печати: 28.04.2018
