CC BY
20
УДК674.093
ЗАВИСИМОСТЬ ОБЪЁМНОГО ВЫХОДА ПИЛОМАТЕРИАЛОВ ОТ ДРОБНОСТИ СОРТИРОВКИ БРЁВЕН ПО ТОЛЩИНЕ
В.В. Огурцов, Е.В. Каргина, И.С. Матвеева
Сибирский государственный технологический университет 660049 Красноярск, пр. Мира, 82; e-mail: rector@sibgtu.ru
Установлены зависимости объёмного выхода пиломатериалов от дробности сортировки пиловочного сырья по толщине без учёта случайного варьирования кривизны и эллиптичности брёвен, а также их самопроизвольного смещения относительно центра постава пил
Ключевые слова: бревно, распиловка, пиломатериал, объёмный выход
The dependences of the volumetric yield of lumber from the fractional sorting of sawlogs by thickness, excluding accidental varying of flexion and ellipticity of logs, as well as their spontaneous displacement about the center of hocked saws are determined
Keywords: log, sawing, lumber, volumetric yield
ВВЕДЕНИЕ
Эффективность работы лесопильного предприятия во многом зависит от характеристик пиловочного сырья, технологии его подготовки к раскрою на пиломатериалы, процесса раскроя, сортировки пиломатериалов по сечениям, сушки пиломатериалов, технологии обработки пиломатериалов после сушки и гармонизации всего производственного процесса предприятия (Калитеевский, 2008, Пижурин, 1988, Соболев, 1981, Турушев 1975).
Одной из причин не достаточно высокой эффективности отечественного лесопиления, по мнению авторов, является то, что большинство экономических исследований ограничивается анализом действующих и перспективных лесопильных производств без установления общих закономерностей формирования экономических показателей лесопильных предприятий в зависимости от основных технологических параметров всего производственного процесса.
Поэтому целью цикла работ авторов является установление общих закономерностей формирования экономических показателей лесопильных предприятий и определение способов повышения их экономической эффективности путём управления технологическими параметрами.
Для реализации этой цели на первом этапе (Каргина, Матвеева, Огурцов, 2011) были определены параметры, управляя которыми можно обеспечивать гармонизацию лесопильного производства и, как следствие, повышение его эффективности (дробность сортировки брёвен по толщине; количество одновременно вырабатываемых поставом толщин досок; градация длин досок). Разработаны мате-
матические модели, 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. Эти модели и программы позволяют:
1. Находить поставы, которые невозможно превзойти по объёмному выходу в рамках существующих стандартов.
2. Определять предельно достижимые объёмные выходы при действующих стандартах на размерные характеристики сырья и пилопродукции.
3. Оценивать правила составления поставов с позиции степени их отрицательного влияния на объёмный выход пиломатериалов.
4. Определять «цены» технологических и спец-ификационных ограничений на поставы в виде обусловленных ими потерь объёмного выхода и изменения рентабельности лесопильного производства.
5. Устанавливать теоретические закономерности влияния на объёмный выход обрезных досок и рентабельность лесопильного производства размерных характеристик сырья, а также способов и параметров его раскроя.
6. Находить оптимальные поставы, учитывающие реальные характеристики брёвен (разнотол-щинность, эллиптичность, кривизну) по критериям оптимальности: объёмный выход пиломатериалов и рентабельность лесопильного производства.
7. Находить оптимальные поставы по критерию их минимальной чувствительности к отклонению
В.В. Огурцов, Е.В. Каргина: Зависимость объёмного выхода пиломатериалов от дробности сортировки брёвен по толщине
фактических характеристик брёвен и процессов их раскроя от расчётных их значений.
8. Исследовать влияние разнотолщинности, эллиптичности, кривизны, а также точности сортировки и центрирования брёвен с учётом фактора случайности на объёмный выход пиломатериалов и рентабельность лесопильного производства.
9. Оценивать и находить пути повышения объёмного выхода обрезных досок и рентабельности лесопильного производства при раскрое сырья с любыми размерными и вероятностными характеристиками.
10. Проводить имитационные исследования всего лесопильного производства при любой его структуре, любом оборудовании и любых технологических параметрах.
11. Устанавливать общие закономерности изменения рентабельности лесопильного производства от его структуры, характеристик применяемого оборудования, параметров производственных процессов и характеристик сырьевой базы с учётом фактора её случайной изменчивости.
12. Устанавливать (в частности, в рамках поставленной цели данной работы) общие закономерностей изменения эффективности лесопильных предприятий в зависимости от основных технологических управляемых параметров - дробности сортировки брёвен по толщине; количества одновременно вырабатываемых поставом толщин досок; градации длин досок.
13. Реализовывать имитационные методики оценки экономической эффективности лесопильных предприятий при любых реальных и прогнозируемых условиях их функционирования.
14. Реализовывать имитационные методики оценки экономической эффективности отдельных технологических операций и конкретного оборудования при имеющейся сырьевой базе предприятия.
15. Методом имитационного моделирования проводить сравнительный экономический анализ конкурирующих направлений развития лесопильной отрасли.
Настоящая работа является вторым этапом этих исследований, она необходима для дальнейшей оценки объёмного выхода пиломатериалов как критерия эффективности лесопильного производства.
Как известно, основным критерием технологического и технического уровня лесопильного предприятия традиционно считается объёмный выход пиломатериалов (отношение объёма пиломатериалов к объёму сырья). Затраты, ценой которых достигается объёмный выход пиломатериалов, в общей теории лесопиления не учитываются. Это объясняется двумя основными причинами.
Во-первых, объёмный выход пиломатериалов можно математически описать как функцию характеристик пиловочного сырья, дробности его сортировки по толщине и длине, структуры и параметров поставов (схем раскроя брёвен на пиломатериалы), а также градации длин досок. Затраты на реализацию
производственных процессов лесопиления описать математически в обобщённом виде без привязки к конкретному оборудованию и к конкретным условиям пока не удаётся.
Во-вторых, в себестоимости пиломатериалов на сырьё приходится до 80 %, поэтому аксиоматично принимается, что практически любая экономия сырья перекрывает увеличение затрат, за счёт которых она достигается.
Авторами работы выдвигается гипотеза о том, что именно вторым допущением, возведённым в ранг методологического принципа, объясняется то, что эффективность некоторых весьма принципиальных рекомендаций учёных лесопильщиков, не подтверждается на практике. Например, в справочнике по лесопилению указывается, что брёвна перед раскроем следует подбирать в распиловочные группы с точностью ± 1 см (один чётный диаметр). На практике сортируют брёвна через 2.. .3 чётных диаметра, считая сортировку через один чётный диаметр экономически нецелесообразной.
Достоверность и ценность многих предложений и рекомендаций существенно снижается ещё и тем, что используемые ранее математические модели и алгоритмы не учитывают вероятностную природу как предмета обработки (форма и размеры бревна и пиломатериала), так и процесса их раскроя (например, самопроизвольное смещение бревна относительно центра постава пил).
МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Для проверки выдвинутой гипотезы и разработки методики оценки экономической эффективности лесопильного предприятия предлагается воспользоваться методом имитационного моделирования. В качестве критерия экономической эффективности используется уровень рентабельности. В качестве конкурирующего критерия эффективности выбирается объёмный выход пиломатериалов.
Исследования зависимости объёмного выхода пиломатериалов и рентабельности их производства от дробности сортировки брёвен по толщине проводятся на брёвнах толщиной и длиной 16 см / 5,5 м с использованием постава № 1: 22 - 100 - 22; 22 - 40/3 - 22 с максимальным объёмным выходом 55,38 %; постава № 2: 22 - 125 - 22; 22 - 32/3 -22 с максимальным объёмным выходом 54,19 %; постава № 3: 22 - 100 - 22; 22 - 32/3 - 22 с объёмным выходом 52,40 %, на брёвнах 22 см / 5,5 м с использованием оптимального постава № 4: 25
- 150 - 25; 25 - 50/3 - 25 обеспечивающего максимально возможный объёмный выход 58,04 %; постава № 5: 25/2 - 100 - 25/2; 25 - 50/3 - 25 с объёмным выходом 57,67 %; постава № 6: 25/2 - 100 - 25/2; 25/3 - 50 - 25/3 с объёмным выходом 55,98 %, на брёвнах 26 см / 5,5 м с использованием постава № 7: 25/2 - 150 - 25/2; 25/2 - 50/3 - 25/2 с объёмным выходом 61,39 %; постава№ 8: 25/3 - 125-25/3; 25/2
- 50/3 - 25/2 с объёмным выходом 60,69 %; постава
№ 9: 25/2 - 150 - 25/2; 25/9 с объёмным выходом 59,63 %. Исследования рентабельности проводятся при доле сырьевых затрат в себестоимости производства пиломатериалов ДСЗ=0,8 и ДСЗ=0,6.
В настоящей статье анализируются исследования объёмного выхода пиломатериалов из брёвен идеальной формы и ориентации относительно постава пил. Результаты представлены на рисунках 1...3. По оси абсцисс откладываются величины максимального отклонения диаметра бревна от расчётной величины. Так, например, значение 10 на оси абсцисс на рисунке 1 означает, что в распиловочной партии диаметры брёвен варьируют по равновероятному закона в пределах ±10 мм или от 150 до 170 мм, то есть используется сортировка брёвен по чётным диаметрам (по одному чётному диаметру).
Б=16см ДС=0,8
Амплитуда варьирования толщин бревен, мм
Рисунок 1 - Зависимость объёмного выхода пиломатериалов от амплитуды варьирования толщины брёвен в распиловочной партии брёвен 16 см/5,5 м
Из рисунка 1 видно, что зависимость объёмного выхода пиломатериалов (традиционного критерия эффективности лесопильного производства) от амплитуды варьирования толщины брёвен при номинальном (расчётном) диаметре 16 см зависит от структуры постава (набора толщин пиломатериалов) и практически не зависит от качества постава (расчётного объёмного выхода).
При изменении амплитуды варьирования толщины брёвен от 2,5 мм до 30 мм объёмный выход пиломатериалов уменьшается на 1,68.2,95 %, при изменении амплитуды от 2,5 мм до 10 мм- на 0,47.2,6%, при изменении от 10 мм до 30 мм - на 0,34.1,81 %, при изменении амплитуды от 10 мм до 20 мм - на 0.1,39 %, при изменении от 20 мм до 30 мм объёмный выход снижается на 0,13.0,42 %.
Полученные результаты указывают на то, что максимально возможная (теоретическая) дробность сортировки брёвен по толщине при номинальном значении толщины 16 см повышает объёмный выход пиломатериалов до 2,95 %. Причём, наибольший эффект (0,47.2,60 %) даёт переход от нормативной дробности сортировки брёвен по толщине (± 10 мм -по одному чётному диаметру) к сверхточной (± 2,5 мм). Этим можно объяснить, почему, например, в Финляндии сортировка брёвен производится
с точностью ±5 мм, а не с точностью ±10 мм, как требуется в России.
Переход от сортировки брёвен по трём чётным диаметрам (±30 мм) к сортировки по двум чётным диаметрам (±20 мм) и переход от сортировки от двух чётных диаметров (± 20 мм) к сортировки по одному чётному диаметру (±10 мм) теоретически может повышать объёмный выход в зависимости от качества постава на 0.1,39 %. Поскольку объёмный выход пиломатериалов зависит от большого количества факторов, то вычленить такой его прирост в производственных условиях и связать его исключительно с дробностью сортировки весьма сложно. Поэтому производственники очень неохотно используют нормативную дробность сортировки брёвен по толщине, тем более, что сортировка брёвен является дорогостоящей технологической операцией.
о=22 см ДС=0,8
Амплитуда варьирования толщин бревен, мм
Рисунок 2 - Зависимость объёмного выхода пиломатериалов от амплитуды варьирования толщины брёвен в распиловочной партии брёвен 22 см/5,5 м
Из рисунка 2 видно, что зависимость объёмного выхода пиломатериалов от амплитуды варьирования толщины брёвен при расчётном диаметре 22 см зависит от структуры и качества постава (расчётного объёмного выхода).
При изменении амплитуды варьирования толщины брёвен от 2,5 мм до 30 мм объёмный выход пиломатериалов уменьшается на 1,35.3,2 %, при изменении амплитуды от 2,5 мм до 10 мм - на 0,59.1,18 %, при изменении от 10 мм до 30 мм - на 0,60.2,02 %, при изменении амплитуды от 10 мм до 20 мм - на 0,39.0,93 %, при изменении от 20 мм до 30 мм объёмный выход снижается на 0,21.1,09 %.
Из полученных результатов следует, что максимально возможная (теоретическая) дробность сортировки брёвен по толщине при номинальном значении толщины 22 см повышает объёмный выход пиломатериалов до 3,2%. Наибольший эффект (0,59.1,18 %) даёт переход от нормативной дробности сортировки брёвен по толщине (± 10 мм - по одному чётному диаметру) к сверхточной (± 2,5 мм).
Переход от сортировки брёвен по трём чётным диаметрам (±30 мм) к сортировки по двум чётным диаметрам (± 20 мм) и переход от сортировки от двух чётных диаметров (± 20 мм) к сортировки по одному
B.B. Огурцов, E.B. Каргина: Зависимость объёмного выхода пиломатериалов от дробности сортировки брёвен по толщине
чётному диаметру (±10 мм) теоретически может повышать объёмный выход в зависимости от качества поставана 0,21.1,09%.
Б=26 см, ДСЗ=0,6 -•- Постав 1
Амплитуда варьирования толщин бревен, мм
Рисунок 3 - Зависимость объёмного выхода пиломатериалов от амплитуды варьирования толщины брёвен в распиловочной партии брёвен 26 см/5,5 м
Из рисунка 3 видно, что зависимость объёмного выхода пиломатериалов от амплитуды варьирования толщины брёвен при расчётном диаметре 26 см имеет линейный характер и практически не зависит от структуры и качества постава.
При изменении амплитуды варьирования толщины брёвен от 2,5 мм до 30 мм объёмный выход пиломатериалов уменьшается на 0,89.1,72 %, при изменении амплитуды от 2,5 мм до 10 мм - на 0,25.0,62 %, при изменении от 10 мм до 30 мм - на 0,63.1,22 %, при изменении амплитуды от 10 мм до 20 мм - на 0,27.0,65 %, при изменении от 20 мм до 30 мм объёмный выход снижается на 0.0,59 %.
Из полученных результатов следует, что максимально возможная (теоретическая) дробность сортировки брёвен по толщине при номинальном значении толщины 26 см повышает объёмный выход пиломатериалов до 1,72 %. Переход от сортировки брёвен по трём чётным диаметрам (± 30 мм) к сортировки по двум чётным диаметрам (± 20 мм) и переход от сортировки от двух чётных диаметров (± 20 мм) к сортировки по одному чётному диаметру (±10 мм) теоретически может повышать объёмный выход в зависимости от качества постава на 0,24.0,65 %.
Таким образом, сопоставляя графики, представленные на рисунках 1, 2, 3, видим, что влияние варьирования толщин брёвен в распиловочной партии на объёмный выход пиломатериалов при номинальных толщинах 16 см и 22 см статистически не различимо: за счёт сортировки брёвен по толщине для указанной группы номинальных толщин брёвен теоретически можно повысить объёмный выход пиломатериалов до 3,2 %, за счёт реальной в настоящее время сортировка брёвен по одному чётному диаметру можно повысить объёмный выход пиломатериалов до 2 %.
При номинальной толщине брёвен 26 см их сортировка по толщине теоретически может повысить объёмный выход пиломатериалов до 1,7 %, а сортировка по одному чётному диаметру - до 1,2 %.
Таким образом, при толщинах брёвен 16.22 см степень влияния дробности сортировки брёвен по толщине на объёмный выход пиломатериалов в 1,5.2 раза выше, чем при толщине 26 см.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для установления общих закономерностей формирования экономических показателей лесопильных предприятий и определения способов повышения их экономической эффективности путём управления технологическими параметрами необходимы зависимости рентабельности лесопильного производства и объёмного выхода пиломатериалов от этих параметров.
B данной работе исследуется зависимость объёмного выхода пиломатериалов от дробности сортировки брёвен по толщине.
Установлено, что при расчётном диаметре брёвен до 22 см и длине 5,5 м их сортировка по толщине теоретически может повысить объёмный выход пиломатериалов до 3,2%. За счёт сортировка брёвен по одному чётному диаметру можно повысить объёмный выход пиломатериалов до 2 %.
При расчётной толщине брёвен 26 см их сортировка по толщине теоретически может повысить объёмный выход пиломатериалов до 1,7 %. За счёт сортировки брёвен по одному чётному диаметру можно повысить объёмный выход пиломатериалов до 1,2 %.
При толщинах брёвен 16.22 см степень влияния дробности сортировки брёвен по толщине на объёмный выход пиломатериалов в 1,5.2 раза выше, чем при толщине 26 см.
Для уточнения выводов о влиянии дробности сортировки брёвен по толщине на объёмный выход пиломатериалов авторами повторяются описанные выше исследования с учётом реальной случайной изменчивости формы и размеров брёвен, а также их практически неизбежного случайного смещения относительно центра постава пил.
На следующем этапе будет исследовано влияние дробности сортировки брёвен по толщине на рентабельность лесопильного производства с целью выбора критерия экономической эффективности лесопильного производства.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Калитеевский, P.E. Лесопиление в XXI веке. Технология, оборудование, менеджмент. Издание второе, исправленное и дополненное / P. E. Калитеевский. - СПб.: «ПРОФИКС» 2008. - 496 с. Пижурин, A.A. 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 /
Е.В. Каргина, И.С. Матвеева, В.В. Огурцов // Хвойные бореальной зоны.-2011.-Т.28.-№1-2.-С. 141-145.
Каргина, Е.В. 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.
Богданов, Е.С. Справочник по лесопилению / Е.С. Богданов, А.М. Боровикова, Н.Д. Голени-щев / под ред. С.М. Хасдана - М., 424 с.
Поступилавредакцию 10.04.13 Принята к печати 03.12.13
