автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Моделирование и управление процессом камерной сушки мебельных заготовок дуба

РГЗ ол

Воронежский лесотехнический институт

Вариводина Инна Николаевна ^^ £

На правах рукописи

МОДЕЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ КАМЕРНОЙ СУШКИ

МЕБЕЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК ДУБА

Специальность 05.21.05 - Технология и оборудование деревообрабатывающих производств, древесиноведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Вор>онежский лесотехнический институт

Ма правах рукописи Вяриводина Инна Николаевна

МОДЕЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ КАМЕРНОЙ СУШКИ МЕБЕЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК ДУБА

Специальность 05.21.05 - Технология и оборудование деревообрабатывающих производств, древесиноведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 1993

Робота выполнена на кафедре автоматизации производственных процессов Воронежского лесотехнического института

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и

при Воронежском лесотехническом институте по адресу: 394613, г.Воронеж, ул. Тимирязева. 8.

Просим Ваши отзывы на автореферат присылать обязательно в двух экземплярах с заверенными подписями и иппраиляп, ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан декабря 1993 года.

Ученый секретарь специализированного Совета,

техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Петровский В.С.

Официальные оппоненты - доктор технических наук.

профессор Огарков Б. И. кандидат технических наук, доцент Курьянова Т.К.

Ведущая организация - АО" Мебель - проект "

( г. Воронеж ) Защита диссертации состоится ^ февраля 1994 года '""час. на заседании специализированного Совета Д 064.06.01

доктор технических наук

1 V/- —

В.К.Курьянов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сушка пиломатериалов и заготовок согласно нормативным трехступенчатым режимам характеризуется низкими показателями качества высушиваемой древесины и большой длительностью процесса. Результаты обследования показывают, что на деревообрабатывающих предприятиях брак из-за дефектов сушки может достигать 20%, особенно при сушке пиломатериалов и мебельных заготовок из древесины твердых лиственных пород.

Интенсификация процесса сушки должна идти по линии многокритериальной оптимизации процесса, то есть разработки рациональных сочетаний режимных факторов, обеспечивающих одновременно заданное качество показателей высушиваемой древесины при при минимальных затратах. В то время поиск и строгое соблюдение оптимальных режимов сушки невозможно без использования средств вычислительной техники и автоматизации, что связано с необходимостью контроля и направленного регулирования параметров сушильного аген'а одновременно в нескольких рабочих • секциях сушильной камеры.

Таким образом, для совершенствования технологии камерной сушки пиломатериалов и заготовок необходима дальнейшая разработка методов управления процессом на основе математического моделирования и оптимизации реальных режимов сулки.

, Цель и радачи исследования. Цзль работы - исследование, разработка технологической системы компьютерной поддержки управления сушкой с целью получения оптимальных режимов, обеспе-

чивоющих повышение качества заготовок за счет снижония технического брака по растрескиванию, короблению и сокращения общей продолжительности процесса.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы основные задачи исследований и разработок:

- проведение производственных экспериментов и построение математической модели сушки в виде зависимости растрескивания заготовок в процессе сушки от параметров режима:

- исследование и разработка математической модели суики в виде ..ависимости коробления заготовок в процессе сушки от параметров режима:

- изучение процесса и сентез математической модели сушки в виде зависимости обиэй продолжительности процесса от параметров режима:

- анализ процесса сушки мебельных заготовок дуба с помощью полученных математических моделей:

- алгоритмизация вычислительных процедур решения многокритериальной задачи оптимизации и определение оптимальных режимов процесса в системе управления сушкой мебельных заготовок дуба:

- проведение производственных испытаний и внедрение в практику выпушенных научных разработок, реализация программного регулирования параметров среды в сушильной камере:

- анализ практического использования полученных результатов управления процессом сушки, экономической эффективности научных разработок и выдача рекомендаций производству.

ледования. Поставленные выше задачи решались с помощью аппарата экспертных оценок, теории планирования эксперимента, математического моделирования, теории вероятности, регрессионного анализа, теории одно- и многокритериальной оптимизации. Достоверность результатов экспериментальных и научных исследования подтверждена протоколами испытаний и результатами реализации математических моделей, алгоритмов и программ при внедрении оптимальным режимов управления сушкой мебельных заготовок.

Научная новизна роботы. Построена математическая модель процесса камерной сукки мебельных заготовок, отражающая закономерности изменения растрескивания заготовок в процессе сушки от влияния восьми параметров режима.

Получена математическая модель процесса сушки мебельных заготовок, характеризуйся изменение коробления заготовок от влияния восьми параметров режима.

Определена математическая модель, характеризующая зависи-симость об[цей продолжительности от параметров режима.

Проведен синтез оптимизяционных моделей сушки, отличающихся решением задач минимизации растрескивания, коробления, общей продолжительности. Разработаны вычислительные процедуры ргкения однсжритериальных и многокритериальных задач определения оптимальных режмов процесса сукси мебельных заготовок дуба, отлича-газися одкосрвмэнта минимизсциая асек трек критериеа и погволя-и^нэ зккчитяльно улучат качество процесса.

В результата »«огокритериольноп оптимизации процесса рагра-

ботан способ сушки твердых пород древесины, на который получено положительное решение НШГПЭ.

Практическая ценность работы. Разработанные математические модели и вычислительные процедуры реализованы при решении практической задачи многокритериальной оптимизации процесса камерной сушки мебельных заготовок дуба, что позволяет осуществлять выбор наиболее экономичных режимов сушки в зависимости от параметров начального состояния - толщины и начальной влажности заготовок, температуры и относительная влажности сушильного агента на перво.., второй и третьей ступенях процесса.

Полученные программные средства, реализующие построение математических моделей и алгоритмов, обеспечивают также посла соответствующих экспериментов решение практических задач оптимизации управления технологическим процессом сушки пиломатериалов и мебельных заготовок из других пород древесины в сушильных камерах периодического действия.

Внедрение научных разработок и результатов исследований в производство позволило повысить качество высушиваемых заготовок в среднем на АХ и сократить общую продолжительность процесса на 2-3 суток. Реальный экономический эффект от внедрение многокритериальных оптимальных режимов сушки на Воронежском комбинате мебельных деталей на годовую программу составил 31 млн. рублей в ценах сентября 1993 года.

Апробация рсДоти. Материалы отдельных глеи диссертации докладывались на Всероссийской конференции "Информационная технология и системы" (Воронеж, ВТИ, 1993), на научно-технических, конферен-

циях Воронежского лесотехнического института (1989, 1990, 1691, 1992, 1993. гг.)

Публикация роботы. По теме диссертационной работы опубликовано 4 научных статьи, 1 информацоннып листок, получено 1 положительное решение по заявке на изобретение.

введения, шести глав, выводов, заключения, списка литературы, приложений и включает 30 рисунков и 27 таблиц. Объем основного текста составляет 166 машинописных страниц.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, связанной с проблемами совершенствования технологического процесса камерной сушки древесины твердых лиственных пород, в направлении многокритериального управления определены неправления исследований, описана структура работы.

В первой главе приводится описание изученного технологического процесса как сложного объекта управления, рассматриваются суирствукияе методы контроля влажности и внутренних напряжения в древесине в процессе проведения камерной суики в конвективных сушильных камерах, дается оценка сушэствущих систем контроля и автоматического регулирования. На основании проведенного анализа сформулирована цель и задачи исследований.

Во второй глазе представлены теоретические основы расчетов влажности, внутренних напряжения в въгсушивяемзй древесине, основы построения моделей процесса сушки и передаточных функция

Диссертационная работа состоит из

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

сушильных камер, как объектов регулирования.

Математическому описанию технологического процесса камерной сушки мебельных заготовок предшествует разработка и анализ его физической модели, уточняющей представление о физических процессах взаимодействия древесины с находящейся в ней ьллгой, о динамике и кинетике сушки.

Теоретические расчеты влажности древесины в процессе сушки заканчивается уравнением, отражающим зависимость н[>емени сушки ( ">т начальной влажности древесины ( ), равновесной влажности древесины (^/О, текушрй уменьшающейся влажности древесины С

По усредненной кривой сушки, форма которой показывает фактическую закономерность протекания сушильного процесса во времени, в ходе проведения экспериментальных исследований получены количественные и качественные характеристика процесса камерной сушки мебельных заготовок дуба.

В основу расчетов внутренних напряжений, возникающих в древе-

сине при сушке, положена методика расчета, разработанная в МЛТИ, испольэуюцая многостержневую модель доски.

В теоретических расчетах характеристик сушильной камеры периодического действия СПН-2К как объекта регулирования получено

(1)

где ЦТ - коэффициент, зависящий от породы, размеров заготовок.

выражение (2), характеризуйте как динамические, так и статичэскиэ свойства анализируемой системы:

( Ткал ¿¿I + С ' ) ^ + = ^кам $

2)

гр" ^ка//, ^. ам'

постоянный времени калорифера, сушильной к&'лзры:

£ - температура агента сушки в камере: - температура пара в калорифере: Ьел, ^ха/ч ~ К0Э^,'<Ц|!-НТЫ теплопередачи калорифера, сушильной камеры.

Эти характеристики доят возмок-юсть обоснованно проводить расчета оптимальных настроек регуляторов извостнкми в про(.г=шлен-

НОСТИ 1-ЯТОДЭ'ГЛ.

П третьей г.юря представлена 1.*зтодика зкспертгзнтольнкх исследований и приводятся результата производственным зкепарш/зитов по камерной суккс обельных заготовок луба.

Для получения адекватных процессу математических мэдэлей проводилась серия производственных экспериментов из 35 опытных суиэгс. Сушке подвергали черновые иэбвлыо» заготовки дубэ тол!Цииоп 23; 32: 35 мм с начальной влажностью евши ЗОЯ.

Используя системный подход, структурная схема технологического процесса суши, как объекта управления, представлена в виде :

* ¿-Л

■гж.

ш.

объект управления

11

X

где X, X, х ~ параметры входных, регулируемых воздействия,

' ' -V "■/ п

которые должны обеспечивать экстремальные значения выходных параметров целевых функций сушки:

■ / /л ~ параметры возмущающих воздействий, которые нарушают нормальный режим и появляются случайным образом: У, - целевые функции процесса или критерии оптимальности сушки.

Процесс сушки дубовых заготовок характеризуется многофакторностью входных и выходных параметров. Для математического моделирования процесса необходимо было определить значимость этих факторов. Для этого в работе использовался метод экспертных оценок. В состав группы экспертов Оыло включено 10 инженерно-технических работников Воронежского комбината мебельных деталей и 15 научных работников выпускающих кофедр факультета технологии деревообработки ВЛТИ.

Учитывая результаты проведения экспертного оценивания и требования по снижению многомерности моделей, в математические модели камерной сушки мебельных заготовок были вклшены следующие входные и выходные показатели : 1. Входные показатели СXI):

XI - толщина заготовок, мм:

Хс - начальная влажность заготовок, X:

Хз - температура сушильного агента первой ступени сушки, *С: Х4 - относительная влажность сушильного агента первой ступени сушки.

Х5 - температура сушильного агента второй ступени сушки, "С: Хе - относительная влажность сушильного агента второй

ступени сушки, X; X? - температура сушильного агента третьей ступени сушки, "С: Х8 - относительная влажность сушильного агента третьей ступени сушки, '/. . 2. Выходные показатели, т.е. целевые функции процесса:

- величина технического брака древесины по растрескиванию заготовок, X:

- величина технического брака древесины по короблению заготовок, X;

- общая продолюп-ельностъ процесса, сутки.

В четвертой главе осуществляется синтез математических моделей на основании результатов экспериментов, получение коэффициентов этих моделей на ЭВМ, разработка вычислительных процедур оптимизации режимов процесса сушки, реализация моделей, алгоритмов, программ для поиска оптимальных параметров режима процесса камерной сушки мебельных заготовок дуба.

Для получения математических моделей заранее' неизвестного вида, наиболее адекватных реальному процессу, использовали разложение неизвестных функций в ряд Тейлора с парными взаимодействиями. В результате компьютерной обработки данных экспериментов получены следующие регресионные математические модели:

2 2 2

У1 - -2.6684+0.3014X1 +0.0760X2+0.0131X3-0.0254X4*0.0804X5+

2 2 2 +0.0045X6-0.1244X7+0.0411X8-0.0199Хз-Х4-О.2860Хз-Хб-О.О187Хз-Хв+

+0.2475Хз«Х7-0.0024Хз«Х8+0.0533Х4«Х5-0.0242Х4*Хб+0.0947X4«X?- (3) -0.0878X4«Х8+0.0477Х5«Хб-0,0266Х5«Х7+0.0130Х5-Х8-0.0248Хв«Х7+ + 0.0342Хб-Х8+0.0167Х7«Х8.

где У1 - величина технического брака древесины, характеризующая количество заготовок, подвергнувшихся растрескиванию в процессе сушки, отнесенное к общему числу высушиваемым заготовок,

2 2 2 У2 - 4.3993+0.0845X1+0.0359X2-0.0657X3-0.0097X4-0.1028X5-

2 2 2 -0.0031X6+0.0393X7-0.0205X9-0.О701ХЗ-Х4+О.2953ХЗ"Хб+0.0245Хз*У-6-

-0.0999ХЗ«Х7+0.0533ХЗ«Х8+0.1043Х4«ХЬ-0.0032Х4«Х6-0.0168Х4»Х7+ (4)

+0.0357Х4«Х8-О.0707Х5*Хе-0.0542Хб»Х?-0.0999Хб«Хз+0.0458Хб«Х7+

+0.0025Хо«Ха+0.0185Х7«Х8,

гдэ У2 - величина технического брека древзсини, характеризующая количество эагогоьок, подвергнувшихся короблению в процессе суши, отнесенное к обириу числу высушшооьых заготовок, X.

2 2 2

Уз - -11.9830+1.0513X1+0.1077&+0.5444X3-0.1581X4+0.1204X5+

2 2 2 +0.0573X6-0.2544X7+0.0569X8-0.1663Хз*Х4-0. &793Хз*Х5-0.3414Хз«Хб+

+0.4910Хз«Х7-0.0846Хз«Х8+0.3735Х4иХ5-0.0763Х4иХб+0.3714Х4»Х7- (5)

-О.2353Х4«Х8+0.4060Хб«Хб-0.2751Х5-Х7-0.0018Х5«Х8-0.1289Х0-Х7+

+0.0660Х6-Х8+0.1984Х7«Х8,

где УЗ - общая продолжительность процесса сушки, сут.

Уравнения (3),(4),(5) адекватны процессу и верны в рабочем диапазоне входных- переменных: 28™ < XI < 35км 20 X < Х2 < 80 X 52-С < Хз < 62-С 76 X < Х4 < 86 % 56-С < Х5 < 66-С 65 X < Хв < 75 X 72-С < Х7 < 82-С 27 X < Хв < 37 X

Анализ полученных уравнения позволяет сделать вывод о существующей взаимосвязи между качественными показателями процесса камерной сутпси мебельных заготовок дуба и технологическими параметрами,- характеризующими режим сушки.

В поставленной задаче требуется наяти минимум каждой функции: Yi - i(Xi:X2:...:X8) —- nin (6)

где Yl - растрескивание заготовок, %

Y2 - 2(Xi:X2:...:Xé> — nln (7)

где У2 - коробление заготовок, X

Y3 - 3(Xi:X2:...:X8) — rain (8)

где Y3 - общая продолжительность процесса, сут.

Задача является многокритериальной и решается в роботе с использованием метода свертки критериев.

Для проведения процедуры оптимизации выбран метод стохастических автоматов, обладаиаия рядом преимуществ: быстро ведется счет при наличии большого количества переменных. Алгоритм опти-

мизации управления процессом камерной сушки мебельных заготовок дуба, реализующий метод стохастических автоматов, позволяет практически осуществить в реальном масштабе времени вычислительную процедуру при решении задачи оптимизации управления сушкой.

Оптимизация управ пения процессом сушки мебельных заготовок заключается в оптимальном выборе входных управляющих воздействий и технологических режимов сушки, соответствующих минимальному значению технического брака древесины по растрескиванию и короблению и минимальному значению общей продолжительности процесса с использованием уравнения обобщенного критерия оптимальности YCX), называемого аддитивной функцией полезности:

YCX) - 0.4«Yi(X)+0.2*Y2(X)+0.4*УзСХ) —> min (9)

Пример результата компьютерной многокритериальной оптимизацш процесса в виде параметров режимов камерной сушки мебельных заготовок дуба приведен в таблице 1.

Таблица 1.

Началь ная влаж ностъ загото вок,Х Толщина 1 ступень суш ки 11 ступень суш ки 111 ступень суш ки

вок, мм Температура •С Относ, влажность X Температура •С Относ, влажность X Температура •С Отсносит влажность X

51.77 29.67 57.77 80.14 61.95 73.40 73.82 36.92

В пяте.', глава показаны результаты разработки структуры управления процессом камерной сушки мебельных заготовок дуба, рассматриваются вопросы технической реализации оптимальных

режимов сушки мебельных заготовок дуба. Система автоматического регулирования параметров процесса сушки построена по стандарт^ ному принципу регулирования. Специфической особенностью управления технологическим процессом суша* является компьютерная поддержка поиска оптимальных рекимных параметров сушки, которая может осуществляться на любом конкретном этапе процесса сушки.

В тестой главе даны практические рекомендации по совершенствованию технологического процесса камерной сушки древесины твердых лиственных пород. Произведен расчет экономической эффективности от внедрения оптимальных режимов сушки.

Внедрение в производство оптимальных режимов сушки позволило снизить величину технического брака древесины в среднем на 4Х и сократить общую продолжительность процесса на 2-3 суток, сэкономить тепловую и электрическую энергию.

Получении результаты многокритериальной оптимизации управления процессом дали возможность реализовать в практике способ сушки твердых пород древесины, на который получено по заявке на изобретение положительное рещениэ НЮТГЕЗ.

Улучшение 'качества суизси за счет внедрения оптимальных режимов при пересчете на экономический эффект позволяет снизить затраты на сушку единицы продукции в разшре 387.5 руб/м-4 и получить годовую экономию 31 млн. рублей а ценах сентября 1993 года.

^ЛСК'^-ШЛЯ! сформулированы основные результата диссертационной работы.

8лс>шгК'КЦ8И пгивеяйнм листинги прогрг.'.?», результата

оптимизации и документы, подтверждающее внедрение результатов работы в производство.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ЗАКЛЮЧАЮТСЯ В СЛЕДУЮЩЕМ:

1. Исследованы основные закономерности физических процессов при проведении камерной сушки мебельных заготовок, на основе которых с учетом результатов экспертных оценок разработаны математические модели трехступенчатого процесса сушки в виде регрессионных зависимостей технического брака древесины по растрескиванию и короблению заготовок и обидай продолжительности процесса от восьми параметров сушильного агента.

2. Теоретически получены статические и динамические характеристики сушильной камеры периодического действия СЛМ-2К как объекта регулирования. Эти характеристики дают возможность обоснованно проводить расчеты оптимальных настроек регулятора температуры, влажности известными в промышленности методами.

3. Анализ особенностей образования и развития трещин и раковин в дубовых заготовок' позволил получить выводы об улучшении качественных показателей высушиваемых заготовок, в частности, отмечено, что при сушке заготовок особое внимануд необходимо уделить проведению второго этапа сушки, так кеч-с перемена знака напряжении Еызызает появление в заготовках раковин.

4. В результате компьютерной обработки данных экспериментальных исс-педовений получены штемзтичесюз моде л и процесса камаркой сумки мэбельных заготовок дуба в вида уравнения регрессии второй степени, одеквспг.с оаражкза^е реальный процесс.

5. Для проведения процедуры оптимизации выбран метод стохастических автоматов, обладающий в реализации работы рядом преимуществ.

6. Разработана процедура оптимизации управления технологическим процессом сушки мзбелъных заготовок, позволяющая осуществлять оптимальный выбор восьми параметров технологических режимов с минимизацией технического брака заготовок и общей продолжительности процесса.

7. Предложенный алгоритм оптимизации управления процессом камерной суики мебельных заготовок позволяет практически реализовать в реальном масштабе врекэни вычислительную процедуру при решении задачи многокритериальной оптимизации управления сущхоп.

8. Система автоматической оптимизации режимов процесса сушки обеспечивает компьютерное определение режимных параметров как для однокритериальной, так и для многокритериальной системы оптимизации сушки.

9. Полученные результаты многокритериальной оптимизации дали возможность реализовать в практике способ сушки твердых пород древесины, на которой получено по заявке на изобретение положительное решение НШГПЭ.

10. Специфической особенностью управления технологические процессом сушки является компьютерная поддержка поиска восьми оптимальных режимных параметров сушки, которая моявт осущест-влятся на любом конкретном этапе процесса.

11. Система управления процессом в сушильной камере работает

в режиме "советчика", который основан на компьютерном поиске оптимальных режимов и реализации их в дистанционном контроле и автоматическом регулировании параметров среды.

12. Для практического применения полученных результатов на основе полученных математических моделей рассчитаны технологические режимы сушки мебельных заготовок, позволяющие улучшить эффективность процесса за счет повышения качества высушенной древесины ка 4% и сокращения продолжительности сушки на 2-3 суток. Экономический эффект от внедрения оптимальных режимов сушки мебельных заготовок составил 337.5 рублей на 1 м-3 высушиваемой древесины: 31 млн. рублей в ценах сентября 1993 года на годовую программу Воронежского комбината мебельных деталей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1. Вариводина И.Н., Петровский B.C. Особенности управления сушкой пиломатериалов по математической модели процесса.

М., 1992. 57 с. - Деп. в ЖПИЭИлеспром, 28.06.92, И2357-лб92.

2. Вариводина И.Н., Петровский B.C., Сомова Т.И. Модели, алгоритмы, программы компьютерной поддержки технологии камерной сушки древесины // Оптимизация и моделирование

в автоматизи15ованных системах.-Мэ «вузовский сборник научных трудов.- Воронеж: ВПИ, 1993.- С.23.

3. Вариводина И. Н.; Петровский B.C. Компьютерная поддержка системы управления технологическим процессом камерной сушки мебельных заготовок дуба /ЦНГИ, Информационный листок, N144-93. - Воронеж, 1993,- 4 с.

4. Вариводина И.Н., Петровский B.C. Особенности моделирования технологического процесса камерной сушки мебельных заготовок дуба // Информационная технология и системы: Тезисы докладов конференции - Воронеж: ВГУ. 1093.- С.24.

5. Вариводина И.Н. Моделирование и оптимизация процесса камерной сушки мебельных заготовок. М., 1993.- Деп. в НИИПИЭИлеспром, 19.05.93, N 2900-лб93.

6. Положит, решение N 041512 Способ сушки заготовок иэ твердых пород древесины./Петровский B.C., Вариводина И.Н. от 30.09.93.

Подписано в печать 10.12.93. Формат 60*84 1/16. Заказ N ШС} Объем 1 уч.-изд. л. Тирах 100 экз._;_

Отпечатано на ротапринте Воронежского областного управления статистики. 394059. г. Воронеж, ул. Плехановская, 23.

В В Е Д Е Н И Е.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА СУШКИ МЕБЕЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК ДУБА В КОНВЕКТИВНЫХ СУШИЛЬНЫХ КАМЕРАХ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ . S

1.1. Анализ существующих методов контроля влажности и внутренних напряжений в древесине в процессе проведения камерной сушки

1.2. Методы математического моделирования процесса сушки мебельных заготовок

1.3. Существующие структуры управления процессом сушки мебельных заготовок.

1.4. Цель и задачи иследований

Выводы

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТОВ ВЛАЖНОСТИ, ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ВЫСУШИВАЕМОЙ ДРЕВЕСИНЕ, ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССА СУШКИ И ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ СУШИЛЬНЫХ КАМЕР

2.1. Особенности теории расчетов влажности и внутренних напряжений в высушиваемой древесине.

2.2. Построение моделей процесса камерной сушки мебельных заготовок

2.3. Статика, динамика, передаточные функции сушильных камер как объектов регулирования . 4S Выводы.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАМЕРНОЙ СУШКИ

МЕБЕЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК.

3.1. Методы экспериментов и измерительные приборы . 5S

3.2. Метод экспертных оценок процесса сушки как объекта управления

3.3. Основные результаты опытных сушек

3.4. Закономерности изменения влажности заготовок

3.5. Закономерности изменения внутренних напряжений

3.6. Растрескивание заготовок и качество сушки

Выводы

ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА

СУШКИ МЕБЕЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК ДУБА. 9S

4.1. Получение коэффициентов математических моделей на ЭВМ по данным эксперимента.

4.2. Разработка системы автоматической оптимизации режимов процесса сушки

4.3. Разработка вычислительных процедур, алгоритмов оптимизации режимов процесса сушки методом стохастических автоматов

4.4. Компьютерная реализация математических моделей, алгоритмов, программ оптимизации параметров режима процесса камерной сушки

Выводы.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

КАМЕРНОЙ СУШКИ МЕБЕЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК ДУБА

5.1. Вопросы технической реализации оптимальных режимов сушки мебельных заготовок

5.2. Автоматическое регулирование температуры и влажности агента сушки.

5.3. Разработка рекомендаций по дистанционному контролю и автоматическому регулированию параметров агента сушки в сушильной камере с компьютерной поддержкой процесса.

Выводы.

ГЛАВА 6. ВНЕДРЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ СУШКИ. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ. ЭК0Н0МИЧЕКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ

6.1. Внедрение в производство оптимальных режимов сушки и технических средств автоматизации

6.2. Рекомендации по совершенствованию технологического процесса камерной сушки мебельных заготовок

6.3. Расчет экономического эффекта от внедрения оптимальных режимов сушки

Выводы.

Одним из основных факторов повышения качества строительных деталей, пиломатериалов, мебельных заготовок является сушка — обязательный этап технологического процесса деревообработки С 1 3.

Сушка древесины — одна из важнейших операций в технологическом процессе лесопиления и деревообработки. Сушка предохраняет древесину от поражения деревоокрашивающими и дереворазру-шающими грибами в процессе ее хранения, транспортирования, использования, предупреждает размеро— и формоизменяемость древесины в процессе изготовления и эксплуатации из нее, улучшает качество отделки древесины, склеивания С 2,3 3.

Деревянные изделия или сооружения, изготовленные из сырой древесины, недолговечны. Они преждевременно разрушаются или портятся. По данным Сенежской лаборатории консервирования древесины, по этой причине ежегодно теряется около 20 млн. м3 древесины, что приносит большой ущерб С 1 3.

На лесопильно—деревообрабатывающих предприятиях Российской федерации высушивается более 40 У. вырабатываемых пиломатериалов, в том числе 36 7. в сушильных камерах. Общая установленная мощность сушильных камер используется на 85 У. С 4 3.

Следует отметить, что проведение сушки заготовок и пиломатериалов согласно нормативным трехступенчатым режимам L 7 3 характеризуется низкими показателями качества высушиваемой древесины и большой продолжительностью процесса. Повышение качества высушиваемых пиломатериалов и мебельных заготовок возможно за счет применения более мягких, то есть более продолжительных ре— жимов . Однако этот вариант неприемлем, поскольку технологические участки сушки часто являются узким местом деревообрабатывающих предприятий, и сокращение сроков процесса сушки так же важно, как и сохранение требуемых показателей качества древесины. Использование жестких, форсированных режимов сушки позволяет значительно снизить продолжительность процесса, но и одновременно приводит к увеличению уровня брака из—за растрескивания и коробления высушиваемого материала. Интенсификация процесса сушки должна идти по линии оптимизации процесса, то есть разработки рациональных сочетаний режимных факторов, обеспечивающих заданное качество сушимой древесины при минимальных затратах. В то же время строгое соблюдение оптимальных режимов сушки невозможно без средств автоматизации, потому что связано с необходимостью контроля и регулирования параметров текущего состояния древесины и параметров сушильного агента одновременно в нескольких рабочих секциях сушильной камеры С 5 3.

В ЦНИИМОДе неоднократно проводили работы с целью определения потерь древесины на лесопильных предприятиях при сушке пиломатериалов до транспортной влажности С 59 3. Из—за дефектов сушки происходит переход некоторой части пиломатериалов из высоких в более низкие сорта. Средняя величина пересортицы находится в пределах 2. 4. 5. 5 "/.

Основные причины перехода древесины в более низкие сорта: крыловатость, продольная покоробленность, трещины и, в ряде случаев, загрязнение. Загрязнение вызвано организационными неполадками при пакетировании и транспортировке досок и заготовок и легко может быть устранено.

На деревообрабатывающих предприятиях контроль переходности пиломатериалов и заготовок в более низкие сорта не ведется, но результаты обследования показывают, что брак из-за дефектов сушки может достигать значительным величин ( до 20 7. ) , особенно при сушке пиломатериалов и мебельных заготовок из древесины твердых лиственных пород С 59 3.

В связи с вышесказанным, для совершенствования технологии сушки необходима дальнейшая разработка методов и средств автоматизации процесса, особенно методов контроля состояния древесины, анализ технологических особенностей процессов сушки древесины, математическое описание сушильных камер как объектов управления.

Основные результаты работы заключены в следующем:

1. Исследованы основные закономерности физических процессов при проведении камерной сушки мебельных заготовок, на основе которых с учетом результатов экспертных оценок разработаны математические модели трехступенчатого процесса сушки в виде регрессионных зависимостей технического брака древесины по растрескиванию и короблению заготовок и общей продолжительности процесса от режимных параметров сушильного агента.

2. Теоретически получены статические и динамические характеристики сушильной камеры периодического действия СПМ—2К как объекта регулирования. Эти характеристики дают возможность обоснованно проводить расчеты оптимальных настроек регуляторов известными в промышленности методами.

3. Анализ особенностей образования и развития трещин и раковин в дубовых заготовках позволил получить выводы об улучшении качественных показателей высушиваемых заготовок, в частности, отмечено, что при сушке заготовок особое внимание необходимо уделить проведению второго этапа сушки, так как перемена знака напряжений вызывает появление в сортиментах раковин.

4. В результате компьютерной обработки данных экспериментальных исследований получены математические модели процесса камерной сушки мебельных заготовок дуба в виде уравнений регрессии второй степени, адекватно отражающие реальный процесс сушки дубовых заготовок.

5. Для проведения процедуры оптимизации выбран метод стохастических автоматов, обладающий в реализации работы рядом преимуществ.

6. Разработана процедура оптимизации управления технологическим процесом сушки мебельных заготовок, позволяющая осуществлять оптимальный выбор технологических режимов с минимизацией технического брака заготовок и общей продолжительности процесса.

7. Предложенный алгоритм оптимизации управления процессом камерной сушки мебельных заготовок позволяет практически реализовать вычислительную процедуру при решении задачи многокритериальной оптимизации управления сушкой.

S. Система автоматической оптимизации режимов процесса сушки обеспечивает компьютерное определение режимных параметров как для однокритериальной, так и для многокритериальной системы оптимизации сушки.

9. Полученные результаты многокритериальной оптимизации дали возможность испытать в практике способ сушки твердых пород древесины, на который получено по заявке на изобретение положительное решение НИИГПЭ.

10. Специфической особенностью управления технологическим процессом сушки является компьютерная поддержка поиска оптимальных режимных параметров сушки, которая может осуществляться на любом конкретном этапе процесса.

11. Система автоматического регулирования параметров агента сушки в сушильной камере работает в режиме "советчика", который основан на компьютерном поиске оптимальных режимов и реализации их в дистанционном контроле и автоматическом регулировании параметров среды в сушильной камере.

12. Для практического применения полученных результатов на основе построенных математических моделей рассчитаны технологические режимы сушки мебельных заготовок, позволяющие повысить эффективность процесса за счет повышения качества высушенной древесины на 4 У. и сокращения продолжительности сушки на 2-3 суток. Экономический эффект от внедрения оптимальных режимов сушки мебельных заготовок составил 337.5 рублей на 1 мв высушиваемой древесины; 31 млн. рублей на годовую программу Воронежского комбината мебельных деталей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе рассмотрена проблема повышения эффективности и качества управления технологическим процессом камерной сушки мебельных заготовок. Показана необходимость создания специального математического обеспечения, моделирования и алгоритмизации сушильного процесса, направленных на повышение эффективности и качества управления:

1. Кречетов И.В. Сушка и защита древесины.—М.: Лесная промышленность, 1987,— с.135.

2. Кречетов И.В. Сушка древесины.-М.: Лесная промышленность, 1980.- с.210.

3. Уголев Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение.-М.: Экология, 1991.- с.214.

4. Музалевекий В.И., Леонов Л.В. Технологические измерения и приборы в лесной и деревообрабатывающей промышленности: Учебник для вузов—М.: Экология, 1991.— С.400.

5. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины.- Архангельск, 1985.— с.135.

6. Уголев Б.Н. Внутренние напряжения в древесине при ее сушке. Гослесбумиздат, 1959.— с.115.

7. Лепарский Л.О. Исследование усадки и напряжений в древесине в условиях высокотемпературной сушки при изготовлении строительных деталей. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1975.— с.15.

8. Шульгин Ю.Н., Билюба В.ф. Оптимизация режимов сушки технологической древесины/Тезисы докладов к Всес.науч.-технич.лсовещ."Сушка древесины".- Архангельск, 1975.- с.23

9. Билюба В.ф., Шульгин Ю.Н. Метод планирования экстремальных экспериментов для задачи идентификации процесса высокотемпературной сушки технологической древесины / Экстремальные задачи