Разработка математической модели системы управления лесопильным оборудованием

ВВЕДЕНИЕ 6
1 Анализ технологического процесса лесопильного производства и методов автоматизации 10
1.1 Описание основных процессов лесопильного производства 10
1.2 Характеристика используемого оборудования и его элементов (лесопильные станки, линии сортировки, оборудование для обработки) 20
1.3 Существующие системы автоматизации лесопильного производства, их недостатки и ограничения 33
1.4 Показатели создания гибких автоматизированных лесопильных линий 40
2 Разработка математической модели системы управления лесопильным оборудованием 47
2.1 Алгоритм имитационных исследований экономической эффективности лесопильных предприятий 47
2.2 Проектные решения по автоматизации лесопильного производства 61
2.3 Построение математической модели лесопильного производства 69
2.4 Модель оптимизации прибыли предприятий лесопильной отрасли 75
2.5 Верификация математической модели: сравнение с существующими моделями или результатами производственного процесса 82
3 Проектирование автоматизированной системы управления лесопильным оборудованием 89
3.1 Разработка архитектуры автоматизированной системы управления (АСУ): основные компоненты, сенсоры, контроллеры, исполнительные механизмы 89
3.2 Алгоритмы управления для оптимизации процесса лесопиления с учетом разработанной математической модели 92
3.3 Симуляция работы системы на базе разработанной модели: тестирование различных сценариев, влияние на производительность и качество продукции 96
3.4 Экспериментальные исследования: настройка системы на производственном стенде или имитационной модели, проведение тестов, сбор и анализ данных 99
3.5 Комплекс технических средств автоматизации 103
3.6 Расчет экономической эффективности проектных разработок 108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 113
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 116
ПРИЛОЖЕНИЕ АОписание программы для оптимизации распределения пиловочного сырья между различными типами оборудования для достижения максимальной экономической эффективности лесопильного производства 124

Весь текст будет доступен после покупки

Россия, являясь крупнейшей лесной державой, входит в тройку мировых лидеров по объёму лесозаготовок и производству пиломатериалов. Несмотря на значительный вклад отечественных учёных в развитие лесопиления (Х.Л. Фельдман, Д.Ф. Шапиро, Г.Д. Власов, А.Н. Песоцкий и др.), эффективность предприятий отрасли остаётся недостаточной. Одной из ключевых причин выступает ограниченность экономических исследований, которые зачастую не устанавливают взаимосвязь между технологическими параметрами производства и экономическими показателями предприятий. Существующие работы фокусируются на влиянии технологических факторов на объёмный выход пиломатериалов, однако вопросы оптимизации управления оборудованием в режиме реального времени остаются нерешёнными.
Работа посвященанеобходимости внедрения интеллектуальных систем, способных анализировать производственные параметры и корректировать режимы работы оборудования для повышения эффективности лесопильных предприятий.
Постановка задачи включает анализ текущего состояния автоматизированной системы управления лесопильным оборудованием, выявление проблем подбора режимов пиления и разработку предложений по внедрению Исследование и разработка автоматизированной системы управления лесопильным оборудованием, которая позволит производить расчеты с достаточной для практического использования точностью в режиме реального времени.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Анализ технологического процесса лесопильного производства и методов автоматизации

1.1 Описание основных процессов лесопильного производства

Современные процессы лесопиления нельзя проектировать и реконструировать без учёта взаимосвязи и взаимовлияния основных операционных цехов: цеха подготовки сырья, лесопильного цеха, цеха камерной сушки и участка окончательной обработки пиломатериалов. Поэтому проектирование лесопильных предприятий необходимо осуществлять комплексно с расчётом структуры и основных параметров основных цехов[1-3].
Лесопильное производство представляет собой сложную производственную систему, состоящую из большого количества участков, различающихся по виду выполняемых технологических операций, и включающей в себя оборудование различных типов (Рисунок 1).
В зависимости от типа используемого бревнопильного оборудования, технологической схемы производства, способа раскроя пиловочных брёвен и объёмов производства лесопильные предприятия могут быть классифицированы по объёмам перерабатываемого сырья на следующие условные группы [4]:
- крупные лесопильные предприятия, перерабатывающие свыше 400 тысяч кубических метров брёвен в год;
- средние лесопильные предприятия, производственной мощностью 100…400 тысяч кубических метров брёвен в год;
- малые лесопильные предприятия, производственной мощностью до 100 тысяч кубических метров брёвен в год.

Рисунок 1 – Структурная схема лесопильного производства

В настоящее время около 30% сырья поступает на лесопильно-деревообрабатывающие предприятия в виде хлыстов. Это позволяет снизить затраты труда на первичную обработку хлыстов, комплексно использовать древесное сырье, снизить себестоимость пилопродукции. При этом экономия трудозатрат составляет 1,47 чел.-дня на 1000 м? древесины, деловой выход древесины увеличивается на 5-7% и более и составляет 95-98%, себестоимость 1 м? древесины снижается на 15-20% [5-7].
Методы раскроя хлыстов на пиловочные бревна зависят от качества и размеров сырья, объемов производства и принятой технологии раскроя бревен на пиломатериалы. Существует четыре метода раскроя хлыстов: индивидуальный, программный, обезличенный и групповой.
При индивидуальном методе раскряжевки хлыст последовательно раскраивается на сортименты с учетом формы и пороков и получения из него высококачественных бревен заданной длины.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Болдырев, В.С. Технологическое проектирование лесопильных цехов: учебное пособие с грифом УМО / В.С. Болдырев, Ю.А. Чевычелов, А.И. Цуриков [и др.]. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 250403 - "Технология деревообработки" / (2-е изд. перераб. и доп.) М-во образования и науки РФ, ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2012. – С. 264.
2. Болдырев, В.С. Технология лесопильнодере-вообрабатывающих производств: лабораторный практикум с грифом УМО / В.С. Болдырев, А.А. Мещерякова. Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 250403 - "Технология деревообработки" / М-во образования и науки РФ, ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2011. – С. 99.
3. Гаврюшин, С. С., Блохин М. А., Фунг Б. В. Анализ лесопильного станка с использованием виртуальной параметрической модели / С. С.Гаврюшин, М. А.Блохин, Б. В Фунг // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 12. – С. 768-780.
4. Калитеевский, Р. Е. Лесопиление в XXI веке. Технология, оборудование, менеджмент / Р. Е. Калитеевский. – СПб.: ПРОФИ-ИНФОРМ. 2005. – 480 с.
5. Калитеевский, Р. Е. Теория и организация лесопиления / Р. Е. Калитеевский – М.: «Экология», 1995. – 352 с.
6. Кантиева, Е.В. Технология лесопильно-деревообрабатывающих производств: учебное пособие / Е.В. Кантиева, А.А. Мещерякова / М-во образования и науки Рос. Федерации, Фед. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. образования "Воронеж. гос. лесотехн. ун-т им. Г. Ф. Морозова". - Воронеж, 2016. – 318 с. - eLIBRARY. - ЭБС ВГЛТУ.
7. Грачев, Д.С. Цифровизация в деревообработке / Д.С. Грачев, Д.С. Шарыгин, Е.В. Кантиева[и др.] // В сборнике: Новые материалы и перспективные технологии лесопромышленного комплекса. материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и студентов. Воронеж, 2022. – С. 36-39.

Весь текст будет доступен после покупки