автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Оптимизация процесса шлифования древесностружечных плит

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Анализ работ в области шлифования древесных материалов и оптимизации процессов деревообработки

1.2. Управляемые факторы процесса шлифования ДСтП

1.3. Процесс шлифования ДСтП как объект оптимизации

1.4. Цель и задачи исследования

1.5. Выводы по первому разделу

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ

2.1. Структура математической модели

2.2. Критерии оптимальности процесса

2.3. Целевая функция оптимизации режимов шлифования

2.4. Формирование множества ограничений и связей

2.5. Математическая модель оптимизации процесса шлифования ДСтП в общем виде

2.6. Выводы по второму разделу

3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ

3.1. Этапы оптимизации

3.2. Информационное обеспечение

3.3. Алгоритм решения задачи оптимизации процесса шлифования

3.4. Выводы по третьему разделу

4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ И СИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ

4.1. Обоснование и выбор методов планирования эксперимента

4.2. Определение диапазона варьирования факторов

4.3. Экспериментальные исследования качественных и силовых характеристик

4.4. Анализ результатов экспериментальных исследований

4.5. Выводы по четвертому разделу

5. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ШЛИФОВАНИЯ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ

5.1. Математическая модель оптимизации режимов шлифования в явном виде

5.2. Разработка алгоритма оптимизации режимов шлифования

5.3. Анализ оптимальных режимов шлифования ДСтП

5.4. Выводы по пятому разделу

6. АНАЛИЗ ЗАГРУЗКИ ШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА В ОПТИМАЛЬНЫХ

РЕЖИМАХ

6.1. Оптимальные режимы и загрузка шлифовального станка

6.2. Влияние износа шлифовальной шкурки калибровального агрегата на загрузку станка

6.3. Влияние зернистости шлифовальной шкурки калибровального агрегата на загрузку станка

6.4. Влияние толщины шлифуемых плит на загрузку станка

6.5. Влияние износа шлифовальной шкурки агрегата чистовой обработки на загрузку станка

6.6. Влияние длины контактной балки на загрузку станка

6.7. Влияние зернистости шлифовальной шкурки агрегата чистовой обработки на загрузку станка

6.8. Повышение загрузки в процессе оптимизации шлифования ДСтП

6.9. Выводы по шестому разделу

ЗАКЛЮЧЕ H ИЕ

Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981 - 1985 годы и на период до 1990 года" /2/, утвержденные ХХУ1 съездом КПСС, ставят перед работниками лесной, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности задачи значительно повысить комплексность переработки древесного сырья, развивать опережающими темпами производство прогрессивных видов продукции. В одиннадцатой пятилетке, при общем увеличении объема выпуска продукции на 17 . 19%, предусмотрено увеличить выпуск древесностружечных плит (ДСтП) примерно в 1,5 раза.

В настоящее время производство ДСтП осуществляется в основном методом плоского прессования в многоэтажных прессах периодического действия /42, 65/. Однако подобный способ изготовления плит не обеспечивает удовлетворение требований к допуску по толщине и шероховатости поверхности, предъявляемых мебельным производством. Поэтому ДСтП с целью улучшения вышеуказанных показателей подвергаются последующему шлифованию. Следовательно, шлифование является составной частью технологического процесса производства ДСтП. Рост мощности цехов по производству ДСтП требует в такой же мере увеличения объемов шлифования. Расчеты показывают, что при данном качестве плит, подвергающихся шлифованию, существующем технологическом оборудовании, режущем инструменте и организации процесса шлифования, действительная производительность шлифовальных линий при трехсменной работе составляет 110 . 130 тыс.М3 плит в год.Из анализа работы шлифовальных станков видно, что до 20 . 25% шлифованных, плит имеют'дефект недошлифовки участков пласти.Этот дефект устраняется повторным шлифованием на меньшую толщину, что приводит к уменьшению производительности и увеличению себестоимости шлифования. Таким образом, операция шлифования ДСтП уже в ближайшем будущем может стать "узким местом" производства.

Достижение более высокой производительности шлифования сдерживается в первую очередь отсутствием методов прогнозирования возможных результатов шлифования. Это затрудняет выбор оптимальных режимов шлифования, что приводит к ухудшению технико-экономических показателей при выполнении производственного задания.

Отсюда вытекает актуальность исследований по разработке способов, позволяющих в любой производственной ситуации определять оптимальные режимы шлифования. Поэтому, задача оптимизации процесса шлифования рассматривается как задача поддержания оптимальных режимов шлифования ДСтП в конкретной производственной обстановке, в результате чего осуществляется выполнение производственной программы с наилучшими технико-экономическими показателями.

На основании вышеизложенного, а также учитывая, что до настоящего времени вопросы календарного планирования выполнения производственных 'заданий применительно к процессам деревообработки слабо изучены, автор поставил перед собой цель: разработать методы, позволяющие оптимизировать работу шлифовального станка с учетом особенностей технологических процессов изготовления и шлифования ДСтП, конкретных условий производства, требований, предъявляемых к готовой продукции, критериев эффективности производства.

Решение поставленных задач базируется с одной стороны на большой теоретической изученности вопросов шлифования древесины и древесных материалов, и с другой стороны - на работах в области математического моделирования процессов деревообработки и решения оптимизационных задач.

Оптимизация рабеты шлифовального станка осуществляется с использованием математической модели процесса шлифования ДСтП. Задача оптимизации процесса шлифования представлена как задача математического программирования и сводится к определению путей и вида выпускаемой продукции, т.е. составлению календарного плана работы шлифовального станка и определению оптимальных режимов шлифования на каждом этапе работы.

Таким образом, на защиту выносится:

- оптимизационная модель процесса шлифования ДСтП;

- оптимизационная модель'для определения режимов;

- алгоритм решения задачи- оперативно-календарного планирования;

- алгоритм решения задачи оптимизации режимов;

- информационное обеспечение задачи оперативно-календарного планирования;

- результаты исследований оптимальных режимов и степени загрузки шлифовального станка.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

6.9. Выводы по шестому разделу

1. Разработанный метод исследования оптимальных режимов даёт возможность провести анализ использования шлифовального станка по выпуску продукции заданного качества и оценить степень использоЧ вания возможностей шлифовальных агрегатов.

2. Степень использования шлифовального станка по различным показателям зависит от всех входных и управляющих факторов.

3. При всех сочетаниях входных и управляемых факторов, исключая шлифовальную шкурку на агрегате чистовой обработки зернистостью более Хчг=-14 при износе её менее 20 км, имеет место недоиспользование возможностей станка по качественным показателям при 0У1>= 60 мкм и й-^п.^ 0,2 мм.

4. В большинстве случаев имеет место недоиспользование мощности калибровального шлифовального агрегата; полная загрузка этого агрегата имеет место при средних значениях входных и управляемых факторов; т.е. — 25. 40; 6"* = /5. .35км; £±=/3.

20. .35**,; ¿к—50. 70мм; И= ^.-/5,5^.

5. Во всех оптимальных режимах шлифовальный агрегат чистовой обработки всегда загружен полностью.

6. На основе анализа оптимальных режимов установлено, что "узким местом" станка является мощность шлифовального агрегата чистовой обработки.

7. Увеличение загрузки калибровального агрегата, в соответствии с разработанными рекомендациями, может быть осуществлено варьированием факторов, связанных с агрегатом чистовой обработки.

8. Алгоритм управления процессом шлифования должен учитывать необходимость максимального использования возможностей шлифовального станка.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в диссертационной работе позволяют обобщить полученные результаты и сделать следующие выводы:

1. Задача оптимизации процесса шлифования ДСтП рассмотрена как задача поддержания оптимальных межимов шлифования в изменяющейся производственной ситуации.

2. Построен производственный вариант математической модели процесса шлифования ДСтП. В качестве критериев оптимальности выделены максимальная производительность, минимум затрат и максимум выпуска продукции в заданном ассаортименте. Ограничения и связи математической модели классифицированы по двум группам: математическое описание технологического процесса и математическое описание производственной ситуации.

3. Установлены функциональные соотношения между критериями оптимальности и факторами процесса; определены вероятностные характеристики ДСтП подлежащих обработке и вероятностные характеристики результатов шлифования, показатели, характеризующие ход технологического процесса.

4. Для решения задачи оптимизации процесса шлифования разработан алгоритм. Установлено, что оптимизация должна осуществляться в следующей последовательности: обработка данных о ходе технологического процесса, состоянии оборудования и параметрах сырья -планирование работы станка - оптимизация режимов шлифования. Планирование работы сводится к определению вида выпускаемой продукции и базируется на прогнозировании ожидаемых результатов шлифования. Анализ работы шлифовального станка позволил рассматривать поставленную задачу как задачу динамического программирования с использованием на каждом шаге принципа оптимальности. Выбор оптимального варианта на каждом шаге производится по результатам анализа всевозможных режимов работы.

5. Выдвинута и экспериментально подтвержена в производственных условиях возможность описания качественных и силовых характеристик процесса шлифования ДСтП в виде полиномов не выше второго порядка. С использованием полученных регрессионных зависимостей выявлено влияние различных факторов на шероховатость поверхности и разнотолщинность плит.

6. Построен производственный вариант математической модели оптимизации режимов шлифования ДСтП; в качестве критерия оптимальности принята максимальная производительность процесса.

7. Для решения задачи оптимизации режимов шлифования разработан специальный алгоритм. Доказано, что задача расчета оптимальных режимов может быть сведена к задаче на плоскости. Это позволило повысить точность расчетов и сократить объем вычислительных работ. Рассчитаны оптимальные режимы применительно к четырехаг-регатному шлифовальному станку.

8. Разработана методика оценки степени использования многоагрегатных шлифовальных станков по различным показателям их работы. В результате анализа оптимальных режимов установлено, это энергетические возможности калибровального агрегата используются от 75 до 100%, а агрегата чистовой обработки - на 100%. Определены поставы шлифовальный шкурок по агрегатам, способствующие более полной загрузке калибровального агрегата.

9. В соответствии с полученными в диссертационной работе результатами на шлифовальной линии Московского экспериментального завода древесностружечных плит и деталей внедрены оптимальные режимы шлифования. Это позволило повысить производительность на 3,34% и снизить себестоимость на 3,3%. Годовой экономический эффект от внедрения оптимальных режимов шлифования составляет 10 тыс.рублей на шлифовальный станок при годовой производительности 100 тыс.м3 ДСтП.

1. Ленин В.И. Ещё раз о профсоюзах. Полн. собр. соч., т. 42, с. 264-304.

2. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М.: Политиздат, 1981. 223 с ■

3. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976.- 279 с.

4. Андрезен А.В. Исследование шлифовальных шкурок для дерева: Отчет /ЦНИИмех. обраб. древесины, 1933. 78 л.

5. Беллман Р., Глинсберг И., Гросс 0. Некоторые вопросы математической теории процесса управления. М.: Наука, 1962.- 336 с.

6. Бессонов В.А. Промышленность древесностружечных плит в IX пятилетке. М.: Лесн. пром-сть, 1976. - 70 с.

7. Болтянский В.Г. Математические методы оптимального управления. М.: Наука, 1969. - 408 с.

8. Буглай Б.М. Исследование и нормализация чистоты поверхности древесины. Дис.д-ра техн. наук. М., 1957.т. I. 1957. 245 л. т. 2. 1957. - 108 л.

9. Венделин А.Н. Подготовка и принятие управленческого решения. М.: Экономика, 1977. - 150 с.

10. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Сов. радио, 1972. - 551 с.

11. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. 4-е изд., перераб.- М.: Наука, 1969. 576 с.

12. Верезуб В.Н. Шлифование абразивными лентами. М.: Машиностроение, 1972. - 104 с.

13. Гиндин М.Н. Исследование некоторых вопросов ленточного шлифования древесины. Дис.,канд. техн. наук. М., 1967. - 137 л. '

14. Гурман В.И. Достаточное условие оптимальности. В кн.: Оптимальное управление. - М., 1978, с. 53-68.

15. Дешевой М.А. Механическая технология дерева, чЛ. Л.: Кубуч, 1934. - 148 с.

16. Жуков Е.В. Исследование процесса шлифования древесины. Дис., канд. техн. наук. М., - 1959. - 175 л. ■

17. Жуков В.И. Влияние объемного веса древесностружечных плит на их разнотолщинность. Деревообраб. пром-сть, 1965, № II, с. 13-14.

18. Зайцева М.В. Исследование влияния различных технических характеристик шлифовальных шкурок на процесс шлифования древесины. Автореф. дис. канд. техн. наук. Л., 1967. - 18 с.

19. Зак Ю.А., Рувимский A.A., Рейдман P.M. Математические модели и алгоритмы в системах управления картонно-бумажным производством. М.: Лесн. пром-сть, 1971. - 232 с.

20. Звонарев A.A. О работоспособности шлифовальной шкурки. Деревообраб. пром-сть, 1972, Ш 2, с. 11-12.

21. Зонов Е.Г. Исследование процесса шлифования древесины. Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1952. - 16 с.

22. Иванов Л.Б. Основы управления производством. М.: Лесн. пром-сть, 1979. - 224 с.

23. Кашталян А.Ф. Шлифование древесины. Автореф. дис. канд. техн. наук. -Л., 1952. 17 с.

24. Косарев В.А. Исследование процесса шлифования поверхностей фанерованных щитов. Автореф. дис. канд. техн. наук. -М., 1970. 18 с.

25. Косарев В.А. Широколенточные шлифовальные станки. М.: Лесн. пром-сть, 1977. - 137 с.

26. Копелович А.П., Белостоцкий A.A. Математическое моделирование при управлении производством. В сб.: Оперативное управление производством. - М., 1973, с. 142-148.

27. Кутуков Л.Г. Исследование процесса шлифования древесины крупнозернистыми абразивными инструментами на цилиндровых станках. Дис. канд. техн. наук. М., 1972. - 292 л.

28. Кутуков Л.Г., Зотов P.A. Шлифовальные станки для обработки древесины. М.: Лесн. пром-сть, 1983. - 80 с.

29. Кошуняев Б.И. Исследование качества обработки при пилении дисковыми пилами. Автореф. дис. канд. техн. наук. -Архангельск, 1968. 18 с.

30. Юонци Г.П., Креллс В. Нелинейное программирование. -М.: Сов. радио, 1965. 304 с.

31. Маковский Н.В. Основы автоматизации деревообрабатывающего производства. М.: Лесн. пром-сть, 1972. - 335 с.

32. Маковский Н.В. Проектирование деревообрабатывающих машин. М.: Лесн. пром-сть, 1982. - 304 с.

33. Манжос Ф.М. Точность механической обработки древесины.- М.: Гослесбумиздат, 1959. 264 с.

34. Манжос Ф.М. Дереворежущие станки. 2-е изд., перераб.- М.: Лесн. пром-сть, 1974. 457 с.

35. Маслов E.H. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение, 1974. - 232 с.

36. Математические вопросы построения системы моделей. -Новосибирск: Наука, 1976. 258 с.

37. Медведев H.A. Автоматизированные системы управления в деревообрабатывающей промышленности. М.: Лесн. пром-сть, 1977.232 с •

38. Медведев H.A. Научные основы управления и организации труда в лесопромышленном производстве. М.: Лесн. пром-сть, 1982. - 336 с.

39. Методика определения экономической эффективности использования в лесопильной, деревообрабатывающей, фанерной и мебельной промышленности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. Архангельск, ЦНИИ мех. обр. древесины, 1980.- 194 с.

40. Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Экономика, 1977. - 45 с.

41. Михелькевич. В.И. Автоматическое управление шлифованием.- М.: Машиностроение, 1975. 304 с.

42. Модлин Б.Д., Отлев И.А. Производство древесностружечных плит. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1983. -216 с.

43. Моргенштерн 0., Нейман Дж. Теория игр и экономическое поведение. М.: Наука, 1970. - 707 с.

44. Назаренко И.Г. Исследование процесса шлифования древесины и древесных материалов новыми абразивными материалами и новыми методами шлифования. Автореф. дис. канд. техн. наук. JI., 1969. - 18 с.

45. Науменко З.М. Ассортимент древесностружечных плит и их применение. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1973. - 15 с.

46. Отлев И.А., Штернберг Ц.В. Справочник по древесностружечным плитам. М.: Лесн. пром-сть, 1983. - 239 с.

47. Олишин В.Н. Выбор оптимальных решений в технико-экономических расчетах. М.: Экономика, 1971. - 255 с.

48. Пижурин A.A. Основы оптимизации режимов механической обработки древесины. Дис. д-ра техн. наук. М., 1972. - 289 л.

49. Пижурин A.A., Фергин В.Р. Основные принципы нелинейного и динамического программирования. М.: Лесн. пром-сть, 1971,- 28 с.

50. Пижурин A.A. Современные методы исследования технологических процессов в деревообработке. М.: Лесн. пром-сть, 1972.- 248 с.

51. Пижурин A.A. Оптимизация технологических процессов деревообработки. М.: Лесн. пром-сть. 1975. - 312 с.

52. Попов Ю.П. Исследование работоспособности шлифовальной шкурки. Дис. канд. техн. наук. М., 1964. - 175 л.

53. Поташев O.E., Лапшин Ю.Г., Абельсон А.Ф. Древесностружечные плиты в конструкциях мебели. М.: Лесн. пром-сть, 1978.- 87 с.

54. Поддубная Л.В. Исследование шероховатости поверхности пиломатериалов при пилении ленточными пилами. Дис. канд. техн. наук. Химки, 1977. - 245 л.

55. Розенбтшт М.С. Исследование и оптимизация процесса рамного пиления древесины. Дис. канд.техн. наук. - М., 1972.- 122 л.

56. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений.- 3-е изд., стереотипн. М.: Наука, 1969. - 511 с.

57. Траксел Дж.Г. Многошаговые системы решения. В кн.: Приспосабливающиеся автоматические системы. - М., 1963, с.653-664.

58. Тупицин Ю.С., Мирошниченко С.Н., Ноткин М.М. Процессы и оборудование для отделки древесных плитных материалов. М.: Лесн. пром-сть, 1983. - 256 с.

59. Управление социалистическим производством. М.: Экономика, 1978. - 766 с.

60. Фергин В.Р. Оптимизация процесса точения и сверления древесных материалов при помощи ЭВМ. Дис. канд.техн. наук. -М., 1966. 167 л.

61. Фиккар А., Мак-Кормик Г. Нелинейное программирование. Методы последовательной безусловной минимизации. М.: Наука, 1972. - 240 с.

62. Хухрянский П.Н. Прессование древесины. М.: Лесн. пром -сть, 1964. - 351 с.

63. Шварцман Г.М. Производство древесностружечных плит. -М.: Лесн. пром-сть, 1977. 312 с.

64. Шестаковский Г.Ф. Исследование и оптимизация процесса пиления древесины цепными моторными пилами. Дис. канд. техн. наук.-М., 1978. 192 л.

65. Шкруба В.Н. Динамическое программирование. В кн.: Математические методы в организации и экономике производства. - М., 1966, с. 159-174.

66. Яцук А.И. Новый способ механической обработки древесины. Львов: Вища школа, 1975, - 256 с.

67. Яковенко В.А. Выделение важнейших факторов, влияющих на качественные и силовые характеристики процесса шлифования древесностружечных плит. В кн.: Повышение эффективности и качества в деревообрабатывающей промышленности. К., 1977, с. II2-II3.

68. Яковенко В.А. Разнотолщинность при шлифовании древесностружечных плит. В кн.: Научно-технический прогресс в деревообрабатывающей промышленности. К., 1978, с. 36.

69. Яковенко В.А. Износ шкурки при шлифовании древесностружечных плит. В кн.: Научно-технический прогресс в деревообрабатывающей промышленности. К., 1979, с. 49-50.

70. Яковенко В.А. Об оптимальном управлении процессом шлифования древесностружечных плит. В кн.: Научно-технический прогресс в лесной и деревообрабатывающей промышленности. К.,1980, с. 35-36.

71. Яковенко В.А. К вопросу управления процессом шлифования древесностружечных плит. Научн. тр. /Моск. лесотехн. ин-т,1981, вып. 132, с. 93-97.

72. ГОСТ 7016-82. Древесина. Параметры шероховатости поверхности. Взамен ГОСТ 7016-65; введ. 01.07.83 - 6 с.

73. ГОСТ 15612-78. Изделия из древесины и древесных материалов. Методы определения параметров шероховатости поверхности. -Взамен ГОСТ 15612-70; введ. 01.01.1980. 12 с.

74. ГОСТ 25507-82. Деревообрабатывающее оборудование. Станки калибровально-шлифовальные. Основные параметры. Введ. 01.01.83. -2 с.

75. ГОСТ 17125-71. Плиты древесностружечные. Продукция. Термины и определения. введ. 01.07.1972. - 7 с.

76. ГОСТ 10632-77. Плиты древесностружечные. Технические условия. Взамен ГОСТ 10632-70; введ. 01.07.83. - 8 с.

77. Pahlitrsch Е., Dziobek К. über das Wesen Abstumpfung von Schleifbändern beim BandschMfen von Holz. Holz Roh-und Werkstoff, 1964, N 4, s. 95-98.

78. Schleiftechnik und Oberflachentechnik. Hold-und Kunststoff erarbeithng , 1973, N 9, s. 664-651.

79. Bisonwerke. Behre Greten GMBH. 1978, 10 s.

80. Moderne BJgirjitband-Kontakt-Schleifmaschinen. Holz als Roh-und Wekstoff, 19 73, N 2, s.41.