автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Обоснование границ групп качества еловых пиломатериалов

Государственный комитет СССР по народному образованию МОСКОВСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ 'ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ПРИТЧИН АНАТОЛИИ ПАВЛОВИЧ

удк вы.

ОБОСНОВАНИЕ ГРАНИЦ ГРУШ КАЧЕСТВА ЕЛОВЫХ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.21.05 -

Технология и оборудование деревооОрабатыващк производств, древе синоведе гою

/АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1990

^ г- ¿ 7

¥

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском институте механической обработки древесины ( ЦНИИМОД ) Всесоюзного научно-производственного объединения "Союзнауч-древпром"

Научный руководитель - . кандидат технических наук,

старший научный сотрудник КОПЕИКИН A.M.

Официальный оппоненты - доктор технических наук,

профессор ЯСИНСКИЙ B.C. кандидат технических наук,

^ £ СВедущее предприятие - Архангельское производственное

лесопильно экспортное объединение "Сзверолесоэкспорт"

Автореферат разослан I99# г.

Защита диссертации состоится 1991 г. в /&

на заседашш Специализированного совета Д 053.31.01 при Московском лесотехническом институте.

Ваши отзывы на автореферат ОБЯЗАТЕЛЬНО в двух экземплярах с ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ просим направлять по адресу: I4I00I, Мытищи - I, Московской обл. ИДТИ. Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЛТИ.

Ученый секретарь Специализированного совета, доктор технических наук, профессор

Леонов Л. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. при современных объемах потреблешм древесины в стране образуется около 100 млн. куб.м. отходов, в том числе 65 млн. куб.м. отходов лесопиления и деревообработки. Количество древесных отходов изменяется под влиянием ряда факторов, одна группа которых способствует увеличению отходов (вовлечение в производство тонкомерной и низкокачественной древесины, повышение требований к качеству продукции из древесины), другая направлена на снижение их (совершенствование технолога! и организации производства продукции из древесины). Необходимым условием уменьшения отходов древесины в процессе ее переработки является научно обоснованная система оценки качества пиломатериалов. Исследования в области раскроя пиломатериалов показывают, что применяемая в настоящее время обобщающая характеристика качества пиломатериалов- сорт не позволяет с достаточной надежностью прогнозировать выход заготовок. Это свидетельствует о необходимости продолжения роботы по совершенствованию системы оценки качества пиломатериалов.

Диссертационное исследование по этой проблеме - часть постоянной работы по стандартизации и управлению качеством гшлопродукции, проводимой по планам государственной и отраслевой стандартизации. Основная часть работы была выполнена в 1985-1988 годах по тематическому плану научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ЦНИШОДа.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Увелиение объемного выхода гшлопродукции за счет сортировки пиломатериалов по группам качества в конкретных условиях работы лесопилыю-доревообрабатнвакцих предприятий.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.Разработана методика анализа существующей системы деления пиломатериалов по сортам,обоснован вывод о целесообразности сокращения количества сортов пиломатериалов до 3. Определены требования к обобщающей характооис-

тике качества пиломатериалов, пригодной для прогнозирования выхода заготовок из пиломатериалов. Предложен новый показатель качества пиломатериалов, определены уравнения связи между численными значениями показателя качества и основными факторами: размерами сучков, шириной заготовки, местоположением заготовки в поставе. Разработаны алгоритм и программа имитационного раскроя пиломатериалов на заготовки.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Разработаны рекомендации по обоснованию границ групп качества еловых пиломатериалов, перерабатываемых на заготовки и детали, а \акко рекомендации по оценке качества пиломатериалов в пакетах. Результаты работы могут быть использованы при разработке стандартов технических условий на пиломатериалы. Методика анализа системы сортировки пиломатериалов гложет быть применена для оценю! технического уровня стандартов на пилопродукцию. Программа ¡авиационного раскроя пиломатериалов используется для расчетов выходов заготовок при заданных ограничениях по размерам сучков. Результаты работы могут быть использованы также для обоснования ресурсов пиломатериалов (с учетом их качества) на производство различных видов продукции деревообработки.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИИ. Результаты работы используются в промышленности. На предприятиях ПО"Северолэ-соэкспорт" применяется метод оценки качества пиломатериалов в пакетах,отгружаемых на экспорт. Метод получил положительную оценку Государственной инспекции по качеству экспортных товаров, рекомендован для всех лесоэкспортшх предприятий страны. Метод обоснования границ групп качества применен на Архангельском ЛДК I в производство тары. При годовом объеме производства тары 9,1 тыс.куб.м. эффект составляет более 18 тис.р .

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследований обсуждены на научно-практической конференции по теории качества и опыту управления качеством продукции (11-14 ноября 1987г.,г.Архангельск), научно-практическом семинаре по перспективам

производства и потребления конструкцконой пилопродукции (2-4 июля 1985г.,г.Архангельск).Работа обсуждена на Ученом совете ВШО "Союзнаучдревпром" 2 июля 1988г.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделоз, заключения, списка литературы и приложений. Основное содержание изложено на 1-53 страницах, машинописного текста и включает ГЗ рисунков, 9 таблиц, 12$ наименований литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ обосновывается актуальность теш диссертации, ее народнохозяйственное значение. Сформулирована цель и определены частные задачи исследований. Дана краткая аннотация работы.

ПЕРВЫЙ РАЗДЕЛ посвящен анализу состояния вопроса, в результате которого определены задачи исследований.

Сортировка пиломатериалов рассматривается как процесс деления пиломатериалов по размерным и качественным признакам на классы (группы качества ). Объективным условием сортировки по качеству является наличие некоторого числа признаков или изменение одного из них в некотором диапазона.Существуют особенности деления пиломатериалов по номинальным и количественным признакам. Количество классов, заданных р номинальными признаками, равно 2?. Количество классов, заданных количественным признаком, равно числу градаций признака. Необходимость сортировки появляется при наличии следующих условий: диапазон контролируемого свойства сырья шире, чем этого же свойства у заготовки; сортировка экономически эффективна. Сортировка экономически эффективна, если приведен-

б

ные затраты на выпуск продукции снижаются в большей степени, чем растут затраты на сортирование. Мевду количеством сырья У0 и показателем качества Р{ существует взаимосвязь. Чем выше требования к качеству, заданному признаком Р{. тем меньше количество сырья которое удовлетворяет этим требованиям. Коэффициент К=У0/У^ характеризует количественную сторону замены сырья У0 полуфабрикатом улучшенного качества У^. Таким образом, показатель качества, заданный древесино-ведческим признаком Р{, может быть отображен на числовой оси и иметь строго определеннную количественную характеристику. Количественная характеристика качества - коэффициент замены сырья одного качества другим является функцией дре-весиноведческих признаков

К = Р(РгРг,.'..,Рп).

Понимаемое в этом смысле качество древесного сырья является объектом большого числа исследований. Определяя взаимосвязь сырья с определенным количеством пороков древесины и продукции с пороками, заданными более жесткой нормой, исследователи предложили ряд обобщающих ( интегральных ) показателей качества пиломатериалов. Среди них: среднее расстояние между пороками, недопустимыми в заготовках; нормированный по сырью выход заготовок; выход заготовок стандартных размеров и качества; насыщенность пороками; средний коэффициент сортности и др. Эти показатели не стали общепринятыми из-за трудностей практического применения. Вместе с тем очевидно, что каким бы образом нэ было задано качество заготовок, всегда имеется некоторое количество пиломатериалов V , обладающих требуемым качеством. Описание качества древесиноведческими терминами и сортировка пиломатериалов по порокам является способом задания К и ^ в неявном виде. Если зависимость между размером порока и количеством пиломатериалов, обладающих заданным признаком, выразить аналитически, то задача исследования будет решена. Таким образом для достижения

цели необходимо:

- оценить возможности существующей системы класс^фиса-ции пиломатериалов для прогноза выхода заготовок по показателю "сорт пиломатериалов";

- подобрать (сконструировать) обобщающий показатель качества, позволяющий делать достоверный прогноз;

- установить форму I! аналитическое выражение связи между признакам! качества и численным значением показателя качества;

- разработать рекомендации по использованию полученных зависимостей для предприятий.

ВО ВТОРОМ РАЗДЕЛЕ проведен анализ существующей системы классификации пиломатериалов, базирующейся на трех основных понятиях: сортовая сетка, сорт, порок. Сортовая сетка-двумерная таблица,а которой каждому сорту противопоставлен набор значений пороков. Сорт-градация пиломатериалов по совокупности пороков. Термин "порок" имеет развернутое определение по ГОСТ 2140-81. Логический анализ системы классификации пиломатериалов обнаруживает наличие противоречий. Стороны пиломатериалов рассматриваются как отдельные обьекты оценки, равнозначные по отношении к сорту. Этим создается множество вариантов частичного соответствия пиломатериалов сорту. Таблица сортов построена таким образом,что каждому номеру сорта соответствует несколько значений пороков и каждому значению порока соответствует несколько номеров сортов. Неоднозначность ответов содержит принципиальную возможность получения лучших результатов от переработки пиломатериалов, оцениваемых более низкюл сортом.

Основные требования к системе классификации формалгао-ваны следующим образом. Совокупность пиломатериалов рассматривается как множество 0, включающее подмножества пиломатериалов 0,, объединенных в один сорт'. Для любых подмножеств 0{ из множества 0 должно соблюдаться условие копересэче-Ш!я классов: либо О, П р. Формализация сор-

тировки как разбиения пиломатериалов на непересекающиеся классы позволяет проверить логические выводы с помощью современных методов многомерного статистического анализа качественных признаков. Задача решалась с помощью методов теории анализа данных, для чего была составлена специальная методика. Исходили из следующих условий.

Множество измерений признаков качества ^ представляет совокупность точек в р-мерном пространстве. Все признаки номинальные. Функция й(хгх^ характеризует расстояние между и х^ и удовлетворяет следующим условиям:

а) й(х1^У> 0 для всех из Ер',

б) d(xl,XJ) = О тогда и только тогда, когда

в) d(xi,XJ) = й(ХуХ{)\

т) й(х1,х^ £ й(х1гхк) f а(ХуХк)\

Разбиение объектов на классы должно удовлетворять условиям:

- внутри .груйш объекты должны быть тесно связаны между собой, иметь наибольшую сумму внутренних связей;

- объекты разных групп должны быть далеки друг от друга, сумма внешних связей должна быть минимальной;

.- при прочих равных условиях распределение по группам должно быть равномерным.

Показателем качества разбиения был принят функционал

ш

РГЯ,а) = 2 Е (ац " а) , • 1=1 им

выражающий суммарную связь разбиения А с учетом порога существенности связи а. Этот показатель удовлетворяет перечисленным требованиям оптимальной классификации. Влияние порогового числа а заключается в следующем. Если то величина а^-а неотрицательна и максимум Р(Я,а) дости-

гается на разбиении, состоящем из одного класса, включаю щего все ооьекты. Если то величина а^-а не превос-

ходит нуля, а максимальное значение Г(Я.а) (в данном случае нулевое) достигается разбиением на № классов, состоящих из одного объекта кавдый. Изменяя значение а от ситуации Фа^ до ситуации c^<a^J, можно соответственно менять число классов от 1 до N.

В результате анализа установлено,что:

- сортировка пиломатериалов по ГОСТ 8486-86 не оптимальна с точки зрения похожести объектов, отнесенных к одному сорту. Ни в одном из вариантов разбиения не удалось получить 5 групп с наполнением объектами соответствующего сорта. Во всех вариантах классы разбиеиия пересекались. Объекты, обозначенные одним сортом, попадают в разные классы разбиения и наоборот, объекты обозначенные, разными сортами, попадают в один класс разбиения. Основное условие - непересечение классов разбиения, не выполняется;

- сортировка по сечениям оказывает более существенное значение, чем размер одного порока;

- если пиломатериалы сортировать по признакам ГОСТ 8486-86, то границы групп качества должны быть изменены;

- при существующих нормах допуска пороков лучшим вариантом классификации по принятому критерию является разделение на три сорта (рис.1). При увеличении количества сортов с трех до девяти среднее значение связи объектов уменьшается с 86 до 82 единиц, остается на одном уровне при количестве сортов от девяти до восемнадцати, интенсивно возрастает при увеличении количества 'сортов с восемнадцати.

В результате анализа сформулированы требования к обобщающему показателю качества пиломатериалов:

сходство пиломатериалов, рассматриваемых в отношении порока (3, определяется величиной а^, численно равной количеству участков поверхности древесины, на которых значение порока не превышает заранее установленной величины; сходство

Ркс. I. Изменение средней связи аСр пиломатериалов, рассортированных по качественным признакам, от количэства сортовых групп" П.

пиломатериалов следует рассматривать по величине порсков, равноудаленных от центра бревна; значения признаков качества должны измеряться с точностью до 1мм; при определении степени похожести объектов необходимо задавать некоторое значение минимального разлитая, которым можно пренебречь при оценке качества.

ТРЕТИЙ РАЗДЕЛ посвящен экспериментальным исследованиям. Обобщающей характеристикой качества принят отрезок условно-чистой древесины - УЧД. Установлено, что УЧД существует в одной из трех форм: срединные (УЧДс) заключены мевду двумя пороками, концеЕые (УЧДк) расположены мевду торцеМ и пороком, чистые (УЧДч) зашатают зсю поверхность от торца до торца. Длина чистых отрезков всегда равна длинз доски. Сумма длин концевых и срединных отрезков всегда меньше длины доски. Исследования проведены на пиломатериалах еловой породы, где главным сортообразуюшим пороком является сучск. Установлено, что на поверхности пиломатериалов, в зоне наблюдения шириной 2, удаленной от условного центра бревна на расстояние Я, распределение размеров'сучков подчиняется логарифмически нормальному закону. Распределение длин концевых и срединных отрезков подчиняется равномерному закону.

Отрезки древесины могут находиться в одном из трех состояний с вероятность» Р. В партии пиломатериалов эта вероятность характеризует долю УЧД каздого типа. Было исследовано изменение долей УЧД каждого типа в зависимости от размеров сучков Я, ширины зоны наблюдения Я, удаления зоны наблюдения от условного центра бревна Я. Получены аналогические выражения для УЧДч (Ъ°), и УЧДс (Ос). Доли УЧДк могут быть получены как разность между 1 и долями УЧДч и УЧДс.

0°= 0,02530 + 0,4208

'7

Б°= 0,0263(3 - 0,6653 — +0,6145 Я

0,1993 Оп= 0,1430

2 /Я

и0- 0,02934} - 0,074— 0,985 /—-СР + 1 ,ОЭ49 0,^0, й Д "

и0,се096<3 - Мб7-~ - 0,884 / 1 1,136 ап=0,091Ь

Д Д и

а 2

1Г - 0,0284---* р,00»2 0П= 0,0469

О «

с ' 2

1Г = 0,0349--- 0.С039Л > 0,7839 0Г.= 0,0363

а 2 Я . = 0,03>9--- 0,0030В - 0,01249- + 0,2272 О?.-' 0,0361

и 2 Д <3

¿К 0,0256-- 0,00411 - 0,024-- 0,217— + 0,3237 0,^0,0331

Ч I Д и

Достоверность оценок, полученных по формулам, проверена в условиях ЛДК-1. Установлено, что результаты наблюдений не превышают двойной ошибки. Уравнения регрессии позволяют прогнозировать изменение долей отрезков условно-чистой древесины в любой части доски и таким образом оценивать качество пиломатериалов без разборки пакетов. ,

Интенсивность изменения долей УЧДч и УЧДс показана на рис.2 и 3. Анализ показывает, что для уменьшения ошибки прогноза необходимо проводить измерения на расстоянии, максимально удаленном от центра доски (на кромке), а зона наблюдения должна Сыть узкой (удобно проводить наблюдения участков, прилегащих к ребрам пиломатериалов).

' В ЧЕТВЕРТОМ РАЗДЕЛЕ даны рекомендации по обоснованию границ групп качоотва пиломатериалов на примере производства

П.2

т "—

8 ■ 12 а,мм

а)

20 ' Ю 1,т

Ъ)

Г

О. 30 0,60

.1

АО

50

60 /?, мн

в)

0.50

45

-Г

0,6 1.0

36

Рис.2. Интенсивность изменения доли Тр срединных отрезков условно-чистой древесины:

а) от размеров сучков Я при пирине зоны, мм: 50-(I),25-(2),12-(3),6-(4)

б) от ширины зона наблюдения 2 при величине сучков, га: 6-(II,12—(2),18-(3),24—(4)

в) от удаления Я зоны наблюдения шириной, мм:

40-(I),25-(2) ,12=13) ,6-и) от условного центра бревна

11 13 Ясрпч

а) *

55

5)

1

.46

56 /?, т

в)

Рис.3. Интенсивность изменения доли Ь° условно-чистой древесины:

а) от среднего размера сучка . Оср, удаленного от условного центра бревна на расстояние, мм:

64-(I),55-(2),42-(3)

б) от ширины зоны г, удаленной от условного центра бревна на расстояние, мм; 64-(2),50-(2),45-(3),40-(4)

в) от удаления Л зоны наблюдения шириной, и.?:

6-(1) ,12-(2),25-(3) от условного центра бревна

ящичной тары. При выработке п деталей тары сечением коэффициент Ка использования площади сечения пиломатериалов Бп определяется по формуле К = п / Бп .

При заданной норме расхода пиломатериалов И обратная ей величина Я-1, называемая коэффициентом объемного выхода, является произведением двух коэффициентов: коэффициента использования площади сече длины пиломатериалов Кг

пользования площади сечения К„ и коэффициента использования

¿7

Г7= V К; .

При раскрое пиломатериалов длиной I на заготовки длиной Ьт{пкоэффицленг использования длины пиломатериалов определится по формуле

= ' -

°т1п 21

Формула справедлива для пиломатериалов,не имеющих пороков. Для условий частичного соответствия пиломатериалов требованиям к заготовкам коэффициент использования длины определится по формуле

ът1п ь г

Кг = 1--(1 + ТГ + 20°),

2Ь

где соответственно доли концевых и срединных

отрезков в партии пиломатериалов.

Поскольку спецификация деталей Ьт(п и коэффициент использования длины задаются при планировании производства, то качество может изменяться при заданных условиях в зависимости от длины перерабатываемых пиломатериалов £.

Величина ХьНй^+гэ0 , характеризующая качество пиломатериалов, определится как отношение фактической средней длины пиломатериалов к длине расчетной, определенной плановой нормой расхода Ьр.

1i>

> 0,27 D при L, bmln ;

> 0,44 D при h 2bnin ;

0,29 D при h » 3bmin.

—■— > а + 2DC). LP

Величина D, дающая количественную оцешсу качества пиломате риалов, монет бить разложена на составляющие

iP

I£

тР

Этими условиями задаются границы групп качества еловых пило материалов. Величина D определяет условия экономической целесообразности сортировки пиломатериалов.

3d.c ,

Dm*(1--) 7 ,

СР %

где 3d с - удельные затраты на сортировку но признакам качества заготовок; Ц0 - пена I куб.м. ¡^рассортированных пиломатериалов, р .

В ЗАКЛЮЧЕНИИ приведены основные вывода и рекомендации.

1. Сортировка пиломатериалов по группам качества возможна при наличии нескольких качественных признаков или изменении одного' из них в некотором диапазоне. Необходимость сортировки возникает в случае, когда диапазон изменения какого-либо признака пиломатериалов шире, чем это определено требованиями к заготовкам. Сортирование экономически целесообразно, если эффект от сортировки превышает затраты на проведение этой технологической операции.

2. Количество пиломатериалов, отсортированных по признакам качества, связано с общим объемом пиломатериалов соотношением К = VQ / Показатель К является функцией рассматриваемых признаков и численно не может быть меньше ода-

ницы.

3. Сортирование пиломатериалов на 5 сортов не имеет преимуществ перед сортированием на 3 сорта. Показатель средней связи объектов классификации для трех сортов выше, чем для пяти сортов..

4. Характеристикой качества пиломатериалов может быть отрезок условно-чистой древесины - УЧД. Форш существования УЧД - концевые, срединные и чистые отрезки.

5. Качество пиломатериалов может быть описано вероятностью состояний УЧД и задано формулой

Б = 1 + 2й + 2ЬС.

6. При заданной норме расхода величина С может быть разложена на доли концевых, срединных и чистых отрезков; при этом должны выполняться условия:

длина условно-чистых отрезков не должна быть меньше длины заготовки;

длина концевых отрезков не должна Сыть меньше двойной длины заготовки;

длина срединных отрезков не должна быть меньше тройной длины заготовки.

7. Сортирование целесообразно, если значение показателя качества Ь больше вэличины

3Э-с.

])>Ц--) -

%

Эффективность сортировки,возрастает с увеличением цены на пиломатериалы.

8. Качество пиломатериалов может Сыть оценено путем осмотра видимых поверхностей пиломатериалов в пакетах и подсчета долей чистых, концевы$ и срединных отрезков.

1Y

9. Вывода по исследованиям позволили разработать практические рекомендации по оценке качества пиломатериалов в пакетах путем осмотра видимых поверхностей. Метод реализован в стандартах предприятий по оценке качества пиломатериалов в пакетах и внедрен на лесоэкспортных предприятиях г.Архангельска. Результаты внедрения подтвердили, надежность метода оценки. При контрольных переборках, проведенных на шести предприятиях г. Архангельска, количество дефектной продукции составило в среднем 5%, при этом гарантированная методом погрешность 9% не была превышена roí на одном из предприятий.

10. Предварительная оценка пиломатериалов в пакетах позволяет оперативно решать вопросы целесообразности сортировки пиломатериалов, направляемых для переработки в деревообрабатывающие цехи. На Архангельском ЛДК I метод был применен для оценки качества пиломатериалов, перерабатываемых на тару. Получен экономический эффект 2 р на 1 м3 тары.

Основное содержание диссертации изложено в следуюкдах работах:

1. Притчш А.П. К вопросу об обобщающем показателе качества пиломатериалов // Науч.тр./ ЦНШМОД. - 1984: Комплексное использование древесного сырья. - С.185-195.

2. Притчш А.П. .Чекрыгина М.Н. О возможности повышения сортности экспортных пиломатериалов // Материалы 3-й науч.-техн. конф. мол. учен, и спец., аспир. и соиск. лесоп.-дерев, пром-сти. - Архангельск, 1978. - С.95-96.

3. Притчин А.П. Организация контроля качества пилопро-дукции на предприятиях ПО "Северолесоэкспорт" // Науч.тр./ ЦНШМОД. - 1978: Контроль и управление качеством продукции. -0.13-18.

4. Притчин А.П. Система оценки качества пиломатериалов и направления ее совершенствования // Науч.тр./ ЦНМИМОД.- 1985: Экономика и нормирование ресурсов. - С.128-136.

5. Иритчин А.II. Сортирование пиломатериалов по качеот вьшшм признакам // Науч.тр./ ЩШМЫОД. - 1986: Унравлешш качеством продукции в лесопилошш. - С.1П-П6.