автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Повышение эффективности обработки древесного сырья на основе рациональных компоновок технологического оборудования

На правах рукописи

_ ^РГБ ОД

Друк Лариса Викторовна

ляг гооо

УДК 630*323,2/.9

К ^

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ НА ОСНОВЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ КОМПОНОВОК ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность 05.21.01 - технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2000

Работа выполнена на кафедре автоматизации производственных процессов Московского государственного университета леса (МГУЛ)

Научный руковод!ггель

доктор технических наук, профессор Леонов Л. В.

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Петровский В,С.

кандидат технических наук, доцент Маку ев В. А.

Ведущая организация - ОАО «Сибирский научно -

исследовательский институт лесной промышленности» г. Красноярск

Защита диссертации состоится « /6 » 2000 г. в « » часов на

заседании диссертационного совета Д.053.31.01. в Московском государственном университете леса по адресу: 141005, г. Мытищи-5,Моск. обл., зал заседания -ауд. 313

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета леса.

Автореферат разослан « № » 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор, доктор технических наук Цветков В. Е.

Л ¡3-^0$ О

Обшая характеристика работы

Актуальность темы. Одной из основных задач при создании новых ресурсосберегающих технологий обработки древесного сырья, модернизации существующих производств и лесопромышленных предприятий является компоновка технологических потоков, обеспечивающих обработку древесины начиная, от состояния исходного сырья (деревья, хлысты), до состояния лесопродукции: пиловочник, шпальный кряж, рудничная стойка, балансы, судостроительный пиловочник, строительные брёвна, авиационный кряж.

Задача повышения эффективности компоновки технологических потоков для обработки древесного сырья на множестве значений размерно-качественных пара-метровлесопродукции, множестве технологического оборудования, механизмов, множестве технико-экономических показателей эффективности, показателей сложности и избыточности является многовариантной, многокритериальной, многоуровневой, её решение затрудняется тем, что:

- нет формализованного метода компоновки технологического оборудования и механизмов в технологические потоки для обработки древесного сырья на основе системы критериев предпочтения и показателей эффективности;

- недостаточно, с точки зрения автоматизированного структурного синтеза, разработана математическая модель технологического процесса обработки древесного сырья;

- нет метода формализованного перехода от модели технологического плана обработки древесного сырья к компоновке допустимых вариантов технологических потоков с количественной оценкой их сложности и избыточности;

- нет единого вычислительного метода, обеспечивающего выбор рационального сырья и компоновку технологических потоков на множестве технологического оборудования, механизмов и технико-экономических показателей.

Цель и задачи исследований. Цель предлагаемой работы- повышение эффективности технологических процессов первичной обработки древесного сырья на основе совершенствования процесса компоновки технологического оборудования и механизмов в технологические потоки с применением системы критериев предпочтения в процессе принятия решений при выборе вариантов компоновки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи;

- разработать метод компоновки технологического оборудования и механизмов в технологические потоки на основе системы критериев предпочтения, технико-экономических показателей эффективности;

- обосновать математическую модель технологического процесса обработки древесного сырья и компоновки технологических потоков;

- разработать метод выбора вариантов рационального исходного сырья;

- обосновать показатели эффективности для выбора рационального исходного сырья;

- обосновать модель технологического плана обработки древесного сырья;

- разработать метод формализованного перехода от модели технологического плана обработки древесного сырья к комоновке допустимых вариантов технологических потоков с количественной оценкой по показателю сложности и из-

быточности;

- разработать вычислительный метод, обеспечивающий поэтапную компоновку технологических потоков.

- Методы исследования, выполненные в диссертационной работе, базируются на основах теории многовариантного многокритериального синтеза, теории графов, выбора и принятия решений, методов дискретного программирования.

Научная новизна результатов работы заключается в разработке:

- метода компоновки технологических потоков, отличающийся тем, что позволяет в автоматизированном режиме осуществить поэтапную компоновку техноло-, гических потоков, начиная с выбора рациональных вариантов исходного сырья и синтеза нехудших и оптимальных вариантов технологических потоков на основе системы критериев предпочтения и множестве показателей эффективности

- метода формализованноговыбора рациональных вариантов древесного сырья, отличающийся тем, что позволяет минимизировать отходы древесного сырья на основе упорядоченного оптимального покрытия множества требуемых размерно-качественных параметров лесопродукции множеством размерно-качественных параметров исходного древесного сырья, что в свою очередь позволяет создавать ресурсосберегающие технологические потоки производства лесопродукции;

- метода формализованного перехода от модели технологического плана обработки древесного сырья к компоновке технологических потоков, отличающийся тем, что позволяет на основе построенного технологического плана осуществить переход к компоновке допустимых, нехудших и оптимальных вариантов технологических потоков с учётом требуемых размерно-качественных параметров лесопродукции, показателя сложности, избыточности и технико-экономических показателей эффективности;

- вычислительного метода, отличающегося тем, что обеспечивает поэтапную компоновку технологических потоков на основе установленных бинарных отношений между множеством требуемых размерно-качественнных парметров исходного сырья, множеством размерно-качественных параметров лесопродукции, множеством технологического оборудования, механизмов и множеством технико-экономических показателей эффективности.

Значение полученных результатов для теории состоит в развитии методов многовариантного, многокритериального синтеза на основе бинарных отношений между множествами для принятия решений при компоновке технологических потоков.

Практическая ценность результатов работ:

- машиноориентированный метод компоновки технологических потоков повышает эффективность получаемых проектных решений за счёт определения оптимального соответсвия между множеством размерно-качественных параметров лесопродукции, множеством размерно-качественных параметров исходного древесного сырья, множеством значений параметров технологического оборудования, множеством показателей эффективности;

- предложенная вычислительная процедура позволяет выполнять численные расчёты допустимых, нехудших и оптимальных вариантов компоновки технологи-

ческих потоков.

- результаты диссертационной работы внедрены в научно-призводственной и коммерческой фирме «ТИС-СибНИИЛП » («ТИС-Сибирский научно-исследовательский институт лесной промышленности») для комплексного выбора вариантов компоновки технологического оборудования начиная с выбора рационального древесного сырья и до выбора оптимальных вариантов компоновки по технико-экономическим показателям эффективности,показателям сложности и избыточности при снижении трудоёмкости и себестоимости соответственно в 5 и 4 раза.. Экономический эффект составил 185 тыс. рублей в ценах 1999года.

- в АО «Красноярсклеспромпроект » внедрены материалы диссертации по многокритериальной компоновке технологических потоков с учётом размерно-качественных характеристик древесного сырья и лесопродукции, годового грузооборота, характеристик технологического оборудования при снижении трудоёмкости и повышении качества проектных работ. Ожидаемый экономический эффект составляет 175 тыс. рублей в ценах 1999года.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Всесоюзном научно-техническом совещании по проблеме автомата зации и внедрения вычислительной техники в целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности-1990г., г. Москва; на Всесоюзных научно-технических конференциях «Проблемы химико-лесного комплекса » - 1992, 1993,1994, 1998г.г., г. Красноярск; на научных конференциях Московского государственного университета леса-1994-1999г.г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 112 наименований, 6 приложений. Основная часть диссертационной работы изложена на^йс., включает 34 рисунка и 14 таблиц.

Результаты, выносимые на защиту:

- метод компоновки технологических потоков для обработки древесного сырья;

- метод формализованного выбора рациональных вариантов древесного сырья;

- метод формализованного перехода от модели технологического плана обработки древесного сырья к компоновке технологических потоков лесопромышленных предприятий;

- вычислительный метод, обеспечивающий поэтапную компоновку технологических потоков лесопромышленных предприятий.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, показаны научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе в результате анализа работ по компоновке технологических потоков и структур лесопромышленных предприятий процесс обработки древес-но го сырья как объект компоновки технологических потоков лесопромышленных

Исходные параметры и признаки. Технологические Оборудование

Годовой грузооборот. операции. и механизмы

Длина деревьев, хлыстов

Параметры Диаметр деревьев, хлыстов г-* Очистка деревьев от сучьев. 01,02.

сырья' Диаметр в комле хлыстов

Сортировка хлыстов. СХ1.

Кривизна сучьев

Способ Продольное -» Раскряжевка хлыстов VIР2, РЗ.Р4.

перемеще- Поперечное. -И 31,32.

ния. КомЪиннрованное Зачистка и частичная окорка

Поштучная. круглых лесоматериалов.

Способы Щегъю. -*

подачи. Пачкой. Сортировка круглых С1.С2, СЗ

Индувидиальныи л есом атер нал о в

Способы ра скряжеаки

Обезличенный. Измельчение сучьев И1.И2

Способ аг- Поел ело нательный

регатирова- Параллельный. Разгрузка В1,В2.ВЗ.Б4.В5.

ния. •Смешанный.

Разветвленный. Штабелевка. Ш 1,1112, ШЗ,

1 иСжая.

Б ид Жесткая. Создание сезонного Сэ1, Сз2, СэЗ, Сз4, Сз5

С 8 ЯЗИ Комойьпрованная ^ запаса

рй

||я

555

В' is

IN

s ia I

S ■ Л

- 3

М 3 5

s |Б 8 * ? 1

>> м

о ь. 5 1 »

о = 1 * ffj

<=; s М е g S i 11 il1 So« i b 5 ¡11

Рис.1. Процесс обработки древесного сырья как объект компоновки технологических потоков лесопромышленных предприятий.

предприятий представлен на рис.1., где 01-установки для поштучной очистки деревьев от сучьев; 02- установки для групповой очистки сучьев; СХ1-установки для сортировки хлыстов; Р1-раскряжёвочные установки с поштучной раскряжёвкой и продольным перемещением хлыста; Р2-раскряжёвочные установки с поштучной раскряжёвкой, поперечным перемещением хлыстов и программным раскроем (триммеры); РЗ-раскряжёвочные установки с поштучной раскряжёвкой, поперечным перемещением хлыстов и обезличенным раскроем (слешеры); Р4-раскряжёв-очные установки для групповой раскряжёвки хлыстов; 31-установки для зачистки сучьев, частичной окорки, с продольным перемещением круглых лесоматериалов. 32-установки для зачистки сучьев и частичной окорки, с поперечным перемещением; С1-установки для сортировки круглых лесоматериалов с продольным перемещением по одному сортименту в ряд; С2-установки для сортировки круглых лесоматериалов с поперечным перемещением по одному сортименту в ряд; СЗ-устано-вки для сортировки круглых лесоматериалов с поперечным перемещением в один ряд всех сортиментов (щетью); И1-установки для переработки сучьев в щепу с производительностью порядка 40м3/смену' И2-установки для переработки сучьев в щепу с производительностью порядка 100м3/смену; В1 -стационарное башенные краны; В2-козловые краны; ВЗ-консольно-козловые краны; В4-мостовые краны; В5-колёсные разгрузчики; Ш1-консольно-козловые краны с пролётом 32м.; Ш2-консольно-козловые краны спролётом 50м.; ШЗ-башенные краны с вылетом стрелы 30м.; Ш4-башенные краны с вылетом стрелы 40м.; Ш5-автопогрузчики; С31-стационарные башенные краны; С32-козловые краны; СЗЗ-консольно-козловые краны; С34-мостовые краны; С35-колёсные разгрузчики. Технологические потоки на базе системы машин: 1 НС-система на базе раскряжёвочных установок с продольным перемещением (Р1); 2НС-система на базе раскряжёвочных установок с поперечным перемещением хлыстов (Р2, РЗ); ЗНС-система машин на базе установок групповой раскряжёвки; НСк-система на базе раскряжёвочных установок с продо-

льным (PI) перемещением хлыстов и установок с поперечным перемещением хлыстов (Р2, РЗ), т.е. комбинированная система.

Исходными при компоновке технологических потоков являются конечные множества: исходного древесного сырья- Z={Zp}, РеВ; поверхностей древесного сы-

рья-Р2={Ррд },6еА; параметров поверхностей древесного сырья-П7Р=:{Прд {,£бЕ;

значений параметров древесного сырья-П^ ={П^Е }, n'eNE; выпускаемой ле-

08п8

и и1

сопродукции-И={И j}, jsJ; поверхностей лесопродукции-Р ={Pjt }, teT; параметров поверхностей лесопродукции-П11Р={П^'}, leL; значений параметров лесоп-родукции- П №= {П , j, n eNL; В, Д, Е, ^-соответственно число исходного древе-

jtn1

сного сырья, поверхностей, параметров и значений параметров древесного сырья; J, Т, L, ¡^-соответственно число лесопродукции, поверхностей, параметров и значений параметров лесопродукции.

Для перевода исходного сырья из начального состояния в конечное состояние-состояние лесопродукции выполняются технологические операции (Рис.1), основные (Топ) и вспомогательные (Твс): Ton={to, tcxi, tp,t3, tc, tH}, TBc={tB, tin, !сз}-

Для выполнения технологических операций (Топ, Твс) используется основное технологическое оборудование, производительность которого зависит от объёма исходного сырья, TOvx={01, 02, CXI, PI, Р2, РЗ, Р4, 31, 32, CI, С2, СЗ, И1, И2}, и вспомогательное технологическое оборудование, производительность которого зависит от запаса древесного сырья взоне его действия, Т0е={ТвгТв5, ТшгТш5> Тсз1-Тсз5}- Основное технологическое оборудование имеет множество параметров

и значений параметров- П2Р={П^.}, }, ц-множество значений па-

mi min^

раметров; m-модификации технологического оборудования; i-признак принадлежности технологического оборудования к технологическим операциям. В целом технологическую структуру лесопромышленного предприятия по обработке древесного сырья можно представить в виде множества Тлп={Т0п, T0Vx, ТОе, R}, ^-составляющая, обеспечивающая определение соответствия между множеством технологического оборудования и множеством технологических операций; R-составляющая, обеспечивающая определение порядка технологического оборудования в технологическом процессе.

Множество размерно-качественных параметров исходного древесного сырья и лесопродукции, технологических установок и механизмов, параметров и значений параметров установок и механизмов, способов агрегатирования технологических потоков, видов связи между установками в технологических потоках, систем и подсистем машин, уровней лесопромышленных предприятий с различным годовым грузооборотом определяет многовариантность компоновки технологических потоков и структур лесопромышленных предприятий в целом. При этом каждый вари-

ант имеет различные значения технико-экономических показателей эффективности (Ктэ), показателя сложности (Кс), показателя избыточности (Ки), показателя использования исходного древесного сырья (Ки с )•

В целом проведённый анализ работ по компоновке технологических потоков и структур лесопромышленных предприятий показал, что повышение эффективности обработки древесного сырья возможно на основе рациональных компоновок технологического оборудования с широким применением методов автоматизированного синтеза и компьютерной поддержки принятия решений при выборе вариантов компоновки. При этом решение задачи повышения эффективности компоновки необходимо искать в области установления соответствия между вышеуказанными множествами. Поэтому постановка задачи компоновки состоит в следующем.

1. Для выполнения процесса компоновки технологических потоков и структуры лесопромышленных предприятий имеем конечные множества: Z, Р7. П2Р, IIzp, И, Ри, Пш , Пш>, Топ, Твс, TOvn, ТОе, ПТо, ПТо и множество показателей эффективности Кэ={Ки.с, Ктэ, Кс, Ки}.

2. На множестве размерно-качественных характеристик исходного древесного сырья и лесопродукции осуществить выбор рационального исходного сырья (Zp) для получения требуемой лесопродукции.

3. На множестве размерно-качественных характеристик рационального сырья, лесопродукции, операций, технологического оборудования, показателей эффективности осуществить компоновку допустимых вариантов технологических потоков, Мд={Топ, TOvx, ТОе, V, R}, при этом:

-значения параметров рационального сырья удовлетворяют требуемым значениям

параметров лесопродукции П^ре Fn Fn- отношение одного из видов,

ßSnE jtn

Fn={= ,<,>,<,£};

- значения параметров технологического оборудования удовлетворяют значениям параметров рационального сырья, требуемым значениям параметров лесопродукции, показателям эффективности

П*"1 Fn {flZpS л ПИт' д К,} mini1 ßSne jtn1

4. На множестве допустимых вариантов технологических потоков (Мд) и множестве показателей эффективности осуществить компоновку нехудших вариантов технологических потоков, Мнх= {Топ,ТОух, ТОе, r}.

5. На множестве нехудших вариантов технологических потоков (Miк) осуществить оптимальную компоновку технологических потоков, Тел == {Топ, TOvx, ТОе, У, R}, при этом:

- рациональное исходное древесное сырьё удовлетворяет экстремальным значениям показателя использования древесного сырья, КИс шах;

- структура компоновки (Tjm) удовлетворяет экстремальным значениям показателей эффективности, Кэ= {Ктэ, Кс, Ки} -> min.

Во второй главе представлено математическое описание процесса выбора вариантов компоновки технологического оборудования и механизмов для обработки древеенгог сырья, включающее: модель структуры компоновки технологичес-

ких потоков (Рис.2), граф размерных связей при выполнении технологических операций обработки древесного сырья (Рис.4), гиперграф компоновки технологических потоков лесопромышленных предприятий (Рис.5), показатели эффективности и ограничения для выбора вариантов компоновки оборудования.

Предложенная модель структуры компоновки технологических потоков (Рис.2) отличается тем, что позволяет комплексное формализованное решение многокритериальной задачи, начиная с выбора рационального исходного сырья до выбора оптимального варианта технологических потоков лесопромышленных предприятий, на основе комбинированного метода решения, используя объективно существующие конечные множества.

§1 я е

: * -а зГ 5

Мв

™ I

С с X

4 г

= X

IС

¡1

I С

& 11

ИI'

^ %

о = 2

о 5 Компоновка тех

§ 1 нологнческнх по

5 $ Р 2 £ о токов при равно важных показателях эффективности

51 2 ь II £ 1 о о

с

и. 5 5 х »с 5 § § § р-в £ 1 2 ^ $ я я £ Р ; р II 3 г

Ш & £ % ё й 3 £ а с 1 * Ш х 3 Р. са 5*

Компоновка те

хноюгичееккх

потоков при ра

эноважных по-

казателях эффе

ктивности.

к*

Б 3 _ I £ О 3

= I 1 = О

В 1 *

|11 Е : ^ || 1

а. с л г.» Е

£ ?! й в 1 111

Е 1 8 I 3-& 3 I I

I £

2 5

5 «

\ Р

е &

+ + .1 *- -л! 1 1 t 11 II

Минимум ОТХОДОЕ СЬЮЬЯ. Значение размерно-качественных парметров сырья и лесопродукции. Система показателен эффективности показатель сложности, избыточности, "технико-экономические показатели

Показатели эффективности дял компоновки оптимальных вариантов тех нологнческнх потоков

Рис. 2. Модель структуры компоновки технологических потоков лесопромышленных предприятий первичной обработки древесного сырья.

На первом этапе на множестве размерно-качественных парметров исходного древесного сырья и требуемой лесопродукции1 осуществляется выбор рационального сырья с целью минимизации отходов. Под рациональным сырьём понимается сырьё, которое имеет максимальное количество общих поверхностей с поверхностями требуемой лесопродукции и соответствующих поверхностям параметров, и минимальное отличие значений параметров поверхностей исходного сырья и требуемой лесопродукции. Множество исходных вариантов (Мисх) технологических потоков формируется в виде модели технологического плана обработки древесного сырья. На рисунке 3 точки соответствуют вариантам. На основе технологического плана осуществляется выбор допустимых вариантов технологических потоков (Мд, Рис.3) удовлетворяющих требуемым размерно-качественным параметрам рационального сырья и лесопродукции. Для выделения допустимых вариантов определяются значения показателя сложности, избыточности, и соответсвую—

Рис. 4- Граф размерных связей при выполнении технологических операций обработки древесного сырья.

К„ х„ х,5 x» х„ х|, х„ хя хг, Хл

Рис. 5- Гиперграф компоновки технологических потоков лесопромышленных предприятий.

щих технико-экономических показателей, накладываются ограничения на эти показатели и выбираются допустимые варианты.

Замкнутое множество в виде допустимых вариантов (Мд) является исходным для объективного выбора нехудших вариантов (Мда, Рис.3) при равноважных показателях эффективности. Метод позволяет выбор нехудших вариантов, в зависимости от ЛПР, по одному показателю эффективности и по системе показателей (Ктэ, Кс, Ки) на основе абсолютного критерия, критерия Парето (выделение множества Парето). Такой подход позволяет отсеять на начальном этапе выбора худшие варианты и исключить возможность потери информации в виде нехудших вариантов для выбора оптимального варианта, тем более, что во многих случаях решение в виде множества нехудших вариантов является достаточным для ЛПР.

Для выделения из множества нехудших вариантов оптимального варианта Кк (Хо) (Рис.3) предложен метод выбора на основе разноважных показателей эффективности. При этом вначале осуществляется выбор при строгом упорядочении показателей эффективности по важности, при отсутствии единственного решения выбор осуществляется на основе уступок по всем показателям эффективности. Если и в этом случае отсутствует единственное решение, то вводятся дополнительные критерии в виде .минимизации суммарных потерь по показателям эффективности или максимизации запаса по показателям эффективности.

Для соответствия математического описания поставленным в работе задачам, способам выбора вариантов компоновки на основе бинарных отношений, заданным в виде матриц, для разработки единой вычислительной процедуры соответствующей модели выбора вариантов (Рис.2), в работе предложено математическое описание процесса обработки древесного сырья и компоновки вариантов технологических потоков в виде графов (Рис.4, 5) и их матричного представления для дальнейших вычислительных процедур.

Описание отношения между элементами модели технологической структуры, между множествами технологических операций, технологического оборудования и получения соответствующего множества значений параметров, начиная с состояния исходного сырья и до получения требуемой лесопродукции представлено в виде ориентированного графа размерных связей (Рис.4), в котором вершины Хг Х|7 соответствуют значениям параметров, рёбра УрУ^-технологическому оборудованию, уровни 1о, 1сх, Тц, Ь, ^-технологическим операциям. При этом Х1 -значение параметров исходного рационального сырья; Х2-Х5-соответственно значения параметровхлыстов (деревьев) после выполнения операции очистки ((о); длина, диаметр, диаметр сучьев, кривизна; Хб-Хв-соответственно значения парметров хлыстов после выполнения операции сортировки хлыстов (1сх0- длина, диаметр в комле, кривизна; Х9,Хю-соответственно значения параметров сучьев для измельчения, полученных в результате очистки деревьев: длина, диаметр; Хц-Х]3-соот-ветственно значения параметров в процессе раскряжёвки хлыстов ^р): длина, диаметр в комле, длина выпиливаемых сортиментов; ХмД^-соответсвенно значения параметров круглого лесоматериала в процессе зачистки и частичной окорки (13): длина, диаметр; Х^Дп-соответственно значения параметров круглого лесоматериала в процессе сортировки (1с): длина, диаметр; {У],У1,У5,У7}=01; {У2,У4,У6, У8}=02; {У9,У10,У15}=СХ1; {УП,У13}=И1; {У12)У.4}=И2; {У16,У2„,У24,У42}=Р1;

{У17,У2ьУ25}=Р2; {У18,У22,У2б}=РЗ; {У1У,У2з,У27}=Р4; {Уа,Узо,Ум}=31; {У»,Уз,, У35}=32; {У36,У39}=С1; {У37,У4о}=С2; {У38,У41 }=СЗ;

Гиперграф процесса компоновки технологических потоков лесопромышленных предприятий представлен на рисунке 5, где X]-технологическая структура лесопромышленного предприятия; Х2 =ТОух, Х3=ТОе;; Х.гХ7-поточные линии соответственно последовательного, параллельного, смешанного и разветвлённого агре-гатирований-Л={ЛпА, Лпра, Лса, Л,,л}; Х8-1НС; Х9=2НС; Хш=ЗНС; Хп=НСк; Х)3= ={01,02}; Х[4=СХ1; Х)5={Р1-Р4}; Х)6={31,32}; Х17={С1,С2,СЗ}; Х18={И1,И2}; Х)9= БМ; Х'12- фиктивная вершина для связи между уровнями; Хп= {В,Ш, Сз}; Х20= {В1-В5}; Х21={Ш1- Ш5}; Х22= {С31-С35}; У1-У55- пути возможной компоновки; Кр К5 - уровни гиперграфа.

При переходе к матричной форме графов (Рис.4,5), с целью уменьшения числа элементов матриц и упрощения вычислительной процедуры, графы представлены в виде композиции гиперграфов. Элементы матриц для гиперграфов определятся

1,еслиХ?^ е

аг 1 J

[О, в.противном.случае Составляющие ^ и Я модели технологической структуры для графа размерных связей (Рис.4) определяются

ЦХ^хМ 1'еСЛИа« = 1 >К=|исли^(Х^,Х^) = 1;

1 ^ [0, впротивном.случае | о,в.тфотивном.случае

значения параметров древесного сырья в процессе выполнения технологических операций; К-уровни графа, соответствующие операциям ЬДсх, Ьи 1р, I.;, ^

„(Х.^+Я иС-та'.' = 1 Аесли^Х^)^ х,л>обо.

[О, впротивном.случае ^ 0, в.противном .случае рудование, соответствующее уровням компоновки К1-К5 (Рис.5).

Минимизация отходов древесного сырья в работе сведена к определению множества рационального исходного древесного сырья на основе выражения 2Р={грег(Э1бТ)(ЗреВ)(38еД)[|РгпРи|->тах]&(У1еТ')(31бЬ)(ЗрбВ')(ЭЕе Е)(Э8бД')[|П2:рпПИР!-^тах]&(У1еТ")^1еЬ'ХЭРбВ"Х38еЕ'КЗб€Д") (1)

1 -число поверхностей лесопродукции, имеющих максимальное пересечение (совпадение) с поверхностями исходного сырья; Д'-число поверхностей исходного сырья, имеющего максимальное пересечение с поверхностями лесопродукции; Т"-число поверхностей лесопродукции, имеющих максимальное пересечение с параметрами сырья; В"-число сырья, имеющего максимальное пересечение параметров поверхностей с параметрами поверхностей лесопродукции; Д"-число поверхностей исходного сырья, имеющего максимальное пересечение с параметрами поверхностей лесопродукции; V-число параметров лесопродукции, имеющих максимальное пересечение с параметрами сырья; Е'-число параметров сырья, имеющих максимальное пересечение с параметрами лесопродукции. Структура показателей эффективности отражает структуру компоновки технологических потоков лесопромышленных предприятий (Рис.5). Нижний уро-

вень включает показатели для количественной оценки и выбора технологических установок, механизмов: Псму -сменная производительность, м3/смену; Псмусу-условная сменная производительность, м3/смену; Ку-капитальные вложения, тыс. руб.; ЭР] у-годовые эксплуатационные расходы, тыс.руб.; Пс,у-количество рабочих; N0 у-установленная мощность, кВт. Такие же показатели эффективности включены для механизмов.

Второй уровень включает показатели для оценки эффективности компоновки плточных линий: Пчглл-выработка на одного человека в год, м3/чел.; ЗПу л-удель-ные приведённые затраты, руб./м3; Кул-удельные капитальные вложения, руб./м3; Сул-удельная себестоимость, руб./м3; Ыул-удельная установленная мощность, кВт/тыс.м3; Ксл-показатель сложности; Кцл-показатель избыточности.

Первый уровень включает показатели для оценки эффективности компоновки технологических структур лесопромышленных предприятий, включающие показатели поточных линий и механизмов и такие показатели как число поточных линий (пл), число погрузочно-разгрузочных механизмов (пв), число штабелёвоч-ных механизмов (пщ), число механизмов для создания сезонного запаса древесного сырья (пСз).

Количественная оценка сложности технологической структуры лесопромышленного предприятия, включающего поточные линии с различной структурой компоновки, определяется в виде показателя сложности

1 пл

Кс.тс -- ЕР«-1 (2)

т1т2 ¡=1

Для технологической структуры, включающей поточные линии с одинаковой структурой компоновки, показатель сложности определяется

Кс.тс =-— Р л пл, -1 (3)

т]ГП2

Ш], тг-соответственно число висячих и тупиковых вершин графа технологической структуры предприятия, что соответствует числу входного и финального технологического оборудования; р лгчисло путей от висячих до тупиковых вершин графа поточной линии(приведены в диссертации); I = 1,п -число поточных линий.

Для количественной оценки избыточности отдельных поточных линий в работе предложен показатель избыточности в виде отношения

пв 'опо + 'схпсх +'рпр +13пз +1спс + 'ипи

Ки.л =---(4)

пт п т

пв-число возможных значений параметров, преобразуемых технологическим оборудованием; пт-число требуемых значений размерно-качественных параметров древесного сырья и лесопродукции; ¡оПо, ¡схПсх, ¡рПр, ¡зПз, 1спс, ¡кПи-соответствен-но число установок ()) и число возможных значений параметров (п), преобразуемых установками при выполнении технологических операций обработки сырья. Для оценки избыточности технологической структуры лесопромышленных предприятий показатель избыточности Кцтс= Пл Кил, пл-число поточных линий в технологической структуре.

В третьей главе рассмотрен предложенный в работе метод выбора рациональ-

ного исходного древесного сырья для получения требуемой лесопродукции при минимальных отходах. В соответствии с (1) выбор осуществляется в три этапа. На первом этапе проводится выбор исходного сырья по максимальному пересечению (совпадению) множества поверхностей сырья и лесопродукции на основе решения задачи о покрытии множества. Исходным является граф поверхностей исходного древесного сырья и лесопродукции. Граф представляется матрицей инциденций Ар =|а строки матрицы соответствуют поверхностям лесопродукции, столбцы-исходному сырью и его поверхностям. Особенностью является то, что первый столбец матрицы Ар соответствует сырью с требуемыми поверхностями лесопродукции. Непосредственно выбор сырья по условию максимального пересечения множества поверхностей осуществляется с помощью показателей матрицы Ар.

Ер РИ« РИ8 Рщ

КР=—, Ер= X а« > пр= Т ОЧ], лац =0, Е,= £ а у (5) ПР ¡=РИ1 ¡=ри, 1=Ри1

Кр-показатель избыточности для каждого столбца матрицы АР, Ер-число единиц в каждом столбце матрицы Ар, начиная со второго; пр-число совпадений требуемых поверхностей лесопродукции и поверхностей исходного сырья по каждому

столбцу; РИ| - -поверхности лесопродукции, соответственно пиловочника, шпального кряжа, авиационного кряжа, судостроительного пиловочника, строительных брёвен, балансов, рудничной стойки, технологического сырья; Егчисло единиц первого столбца; Выбираются столбцы, удовлетворяющие условию Пр =Е|, т.е. допустимые варианты сырья. Из допустимых вариантов исходного сырья по минимальному значению показателя избыточности Кр выбирается вариант (варианты) сырья рационального по признаку максимального сходства поверхностей

лесопродукции и исходногосырья ¿р - ^р!,2р2,...,2рв1 ^ В'еВ.

На втором этапе осуществляется выбор сырья по признаку максимального пересечения множества параметров сырья (7р) и лесопродукции в соответствии с

(1). Выбор осуществляется также на основе решения задачи о покрытии множеств, с учётом особенности, изложенной выше. Исходным является граф связей

между сырьём zj)и лесопродукцией. Граф представляется матрицей инциденций Ап =|а ч|, строки матрицы соответствуют параметрам лесопрдукции, столбцы-параметрам сырья, первый столбец соответствует сырью с требуемыми параметрами лесопродукции. Непосредственно выбор по признаку максимального пересечения множества параметров осуществляется с помощью показателей матрицы Ап (5). Как и на предыдущем этапе выбираются столбцы, удовлетворяющие условию пп= Еь что соответствует допустимым вариантам. Из допустимых вариантов сырья по минимальному значению показателя избыточности Кп выбираются варианты (вариант) сырья рационального по признаку сходства параметров лесопродукции и сырья = {2рп1,2п2>-'^ПВ'}' В"еВ'еВ. На третьем этапе осуществляется выбор сырья по минимальной разности между

значениями параметров поверхностей сырья и значениями параметров лесопр-

одукции в соответствии с (1). При этом процедура выбора решена на основе задачи покрытия множеств и функции расстояния между множествами. Исходными являются граф размерных связей между значениями параметров сырья ¿р, и значениями параметров лесопродукции. На основе исходных данных формируется матрица Агп =|а у2|, в которой строки соответствуют значениям диаметров по длине хлыстов с градацией Д= 0,5м, начиная с Зсм до 84см, т. е. \ = 3; 3,5; 4,0; .,84см. Диапазон от Зсм до 84см перекрывает весь диапазон лесопродукции по значениям диаметров. Столбцы соответствуют сырью, выбранному на предыдущем 2

этапе (2^).По значениям параметров требуемой лесопродукции формируется упорядоченной по убыванию значений диаметра лесопродукции ряд. На основе упорядоченного ряда формируется матрица для требуемой лесопродукцииАт= |а, |,строки матрицьМ=3;3,5;4;.;84,столбцы соответствуют требуемой лесопродукции с заданными значениями диаметра и длины.

Для выбора рационального сырья необходимо на основе матрицы требуемых значений парметров лесопродукции Ат выделить варианты лесопродукции с непересекающимися значениями параметров по длине древесного сырья. Для этого в работе предложен метод на основе функции расстояния между множествами

84

Л-

х; П х;

аит, паит|

аи'Т| иаиТ|

, X), Х)-множества, соотве-

я

1=3

тствующие значениям параметров требуемой лесопродукции; |Х;|, ¡Х^- число элементов множеств. Элементами множеств Х,,Х; являются элементы матрицы Ат: =ауТ1, ЭуТ2,.... .Числитель отражает число общих элементов множеств, X,,

Xj, знаменатель-суммарное число разных элементов множеств X,, Х^ Расстояние ё:]=0, если элементы множеств X, ,Xj совпадают, £1^=1, если множества X, ,Х] не имеют ни одного общего элемента, в целом расстояние (1у может изменяться от 0 до 1. Расстояние между элементами множеств (вариантами требуемой лесопродукции) характеризуется симметричной матрицей расстояний 0=|<У. В результате анализа матрицы расстояний формируются построчные кластеры, включающие разнородные множества. На основе результирующего кластера формируется матрица распределения лесопродукции АТр =|а, ] |, строки 1=3-84, столбцы соответствуют результирующему кластеру. Для выбора рационального сырья необходимо на основе матриц А/ п и Атр сформировать матрицу Лтг =|а Чт21, т.е. необходимо

осуществить покрытие множества элементов матрицы Аг.п множеством элементов матрицы Атр и результате распределить требуемую лесопродукцию по длине

исходного сырья и по этому распределению сделать выбор рационального сырья. Для оценки распределения требуемой лесопродукции по длине сырья для каждого

столбца матрицы Ал (каждого хлыста) определяется показатель использования 84

исходного сырья Киг = ^^--. Непосредственно рациональное сырьё выбирае-

84

¡=3

тся по максимальному значению показателя Кщ, при этом гры}.

В четвёртой главе представлен процесс формирования модели технологического плана обработки древесного сырья, выбора допустимых вариантов компоновки технологических потоков, количественной оценки допустимых вариантов по избыточности и сложности. В работе предложен способ формирования модели технологического плана, включающего таблицу аргументов, таблицу решений и матрицу соответствий, отличающийся тем, что при формировании таблицы аргументов и таблицы решений исключается появление неопределённости при выборе допустимых вариантов технологических потоков, обусловленной тем, что исходные значения праметров древесного сырья, лесопродукции и технологического оборудования могут быть заданы в виде дискретных значений и диапазонов значе ний, при этом технологический план включает типовые технологические решения (накопленный опыт проектирования оборудования и технологических потоков обработки древесного сырья).

Формирование таблицы аргументов заключается в следующем: выделяются минимальные и максимальные значения параметров, преобразуемых технологическими операциями; из множества минимальных и максимальных значений пара метров формируется упорядоченный ряд, в порядке возрастания, по каждому пара метру технологических операций, при этом повторяющиеся значения в члены ряда не включаются; на основе упорядоченных рядов значений параметров формируются диапазоны значений таблицы аргументов. Аналогично формируется таблица решений, включающая технологическое оборудование, парметры и значения пара метров технологического оборудования. Матрица соответсвий Ао =|а ¡¡| формируется с учётом таблицы аргументов и таблицы решений. Особенностью такого представления информации о технологическом процессе является то, что технологический план представляет одномерный массив, соответствующий реляционному описанию данных и поэтому легко формируется в базе данных при автоматизированном выборе вариантов компоновки технологических процессов.

Выбор допустимых вариантов, в соответствии с моделью выбора (Рис.3), осуществляется в два этапа. Исходным на первом этапе является множество требуемых значений параметров древесного сырья и лесопродукции. По логическим условиям и технологическому плану, представленным в диссертации, осуществляется выбор допустимых вариантов. Количественная оценка допустимых вариантов по избыточности осуществляется на основе показателей избыточности КИл, Киле. Число возможных и требуемых значений пв, пг (4) определяется с помощью техно логического плана и зависимостей для пв ={по.т, Прт, пз.тЛ:.т, Пц т}- Сложность допустимых вариантов оценивается по значениям Кс.тс (2,3). На втором этапе для выбора допустимых вариантов формируется матрицаАд=|а строки соответствуют допустимым вариантам, выбранным на первом этапе,

столбцы-требуемым значениям показателей эффективности Кэ={Ктэ, Кц, Кс}. Для выделения допустимых вариантов необходимо осуществить логическое умножение АД=А, л А2л...л АМп , ХД=ХА1 л Хд2 л... л Хд^ , ХА) ,Хд2 ,-,ХАМп -

множества, элементами, которых являются варианты, которым в столбцах матрицы Ад соответствуют единицы. В результате выделены допустимые варианты Хд= {Х],Х2,...,Х]^д }, К'д- число допустимых вариантов.

В пятой главе представлен метод выбора вариантов компоновки технологических потоков при равноважных и разноважных показателях эффективности в соответствии с моделью выбора (Рис.3, 4). На первом этапе осуществляется выбор нехудших вариантов компоновки при равноважных показателях эффективности по одному и нескольким показателям эффективности. Суть этого этапа заключается в следующем:

1. Первым исходным множеством для этого этапа являются допустимые варианты Хд, т.е. замкнутое множество, как того требует безусловный критерий предпочтения, являющийся основой объективного выбора множества нехудших вариантов. Вторым множеством является множество значений показателей эффективности ш-число показателей эффективности, К=1,т.

2. Значение показателей эффективности необходимо упорядочить по возрастанию при их минимизации, или по убыванию при их максимизации. Число значений поте К- 1С 1С

казателеи

эффективности 1С=<К), Мк -число значении соответст-ствуюшего показателя эффективности.

3.По упорядоченным значениям показателей эффективности для каждого показателя формируется матрица А к, строки соответствуют допустимым вариантам

К

столбцы-значениям показателя эффективности, первый столбец соответствует минимальному значению. Элементы матрицы определяются

1,еслиХ- еХ^ . . хт . т-г-:—

а--= 1 -1 1 = 1 ^1,МК

[О, в.противном.случае

4.Выбор нехудших вариантов компоновки по одному показателю эффективности осуществляется логическим умножением результирующего столбца допустимых вариантов и столбцов матрицы выбранного показателя эффективности, до первого

К К

совпадения единичных значений в столбцах Анх = Ад л А j , Хнх=Хдл Xj .

5.Выбор нехудших вариантов по абсолютному критерию применяется ЛПР при выборе варианта компоновки с минимальными (максимальными) значениями всех показателей эффективности, производится с помощью логического умножения результирующего столбца допустимых вариантов с первыми столбцами

матриц показателей эффективности Анх=АдлА|,А^ д ...а А™, Хнх=ХдлХ|,

X^ л ...л X™ . При отсутствии решения необходимо сделать переход к выбору нехудших вариантов на основе критерия Парето. Для выделения множества Парето

предложено два метода: метод рабочих характеристик; метод усечённых матриц.

6. Для выделения нехудших вариантов с помощью метода рабочих характеристик

необходимо выполнить процедуру логического умножения матриц показателей

эффективности А , А^-2 г--? Атгт в соответствии с условием к К к

А1? . =А2 . лА? . л...лА™. (7)

Л1П .Ш2 Л.)3 ЛЬ

Г)=2,3,...,т; А1. ,А? ,...,А™ -столбцы матриц А 1 ,А 2 ,---,А т 11 .)2 Ь к к к

А1. ={А!,А1,...,А! },А2 ={а?,А2, ...,А2 },-,Аш = {А™,А™,..., А™ },

Л 1' 2' Мк1 j2 1 2' М^ Ь 1' 2' мкт

А2. =( А', л А2 НА1. лЛ?МА! лА^...у=(А! л А2 ) ■Ш2 4 л 4 л 1 л 2 ^ Л Мк2

А3. =(А! лА3 НА1. лА^МА1 лА^...у=(А! лА3 ) (8)

л .13 л ^ л 2 л Мк3 4 ;

Ат. =(А' лАш НА1 ЛА^МА1 ЛА^К.ИА1 ЛА" ) ЛЬ Л Ь Л 1 Л 2 4 л МкП1

Каждый столбец матриц А 2, А з,..., А т логически умножается на столбцы К К к

матрицы до получения решения (совпадения хотя бы одного из элементов столбцов). В результате выполнения операций (7,8) выделяется множество вариантов в соответствии с условием

X? . =Х2 . аХ3 . л...ЛХ?1. (9)

лзп юг лиз ЛЬ

Условия выделения нехудших вриантов (9) соответствуют (8). В результате в координатах показателей эффективности К|=Г(К2),К'=ДК3),...,К1=Г(Кт) выделено

множество точек, соответствующих множеству вариантов X? . ,Х? . ,...Хт. .

Ю2 Шз )1)т

Нехудшими являются варианты, соответствующие нижней левой границе, множеств, выделенных в координатах показателей эффективности (Рис.3) Мнх=М[_2У

7. Ускорить процесс выделения нехудших вариантов и одновременно исключить вычислительные операции по определению нижних левых границ множеств в координатах показателей эффективности возможно на основе метода усечённых матриц. Для этого необходимо определить число столбцов усечённой матрицы

относительно матриц А^г , А.,з ,...,А т в соответствии с условиями к к к

]2=(А11ЛА2НА}аА2МА^ЛА2)У...У=(А^ 1 л А2 )

З3 =(А11лА3)=(А1лА3МА^лА3к..у=(А^ ^лАЗ}

]|п=(А'1лА|пНА|ЛА™МА^ЛА|п)у...у=(А^ 5 лА,т),

=1,М ,,..., =1,Мт] -число столбцов, поиск которых ведётся

К К К

до получения первого решения. Непосредственное выделение нехудших вариантов производится с помощью логического умножения усечённых матриц

Апп Г1=А22 2 лА3з.3Л...Л А™ т (10)

3»1 3] 32 3) Зз 3] Зт

ту=2,3,...,т; 2 ; =1,М33 ,..., ^¡"^М"^ -число столбцов

К К К

усечённых матриц показателей К2,К3,...,КШ.

А2, , КА'лА^НА1,. ЛА2>/( А!„ Л А2К..У=(А|Л А2 , ) . 3] з;1 ' Г 1

А33,з=(А,ЗЛА3ЗНА131ЛА3^(А,32ЛА3)У...У=(А|ЛА3 ) (11) 3[3з З3 31 31 м 3

1 к

31 Зт мк„

Логическое умноженние столбцов усечённых матриц осуществляется до первого решения, при этом значения ]2^3,...,]™на каждом шаге умножения уменьшаются на единицу, и так до ^ =1;^ = 1,...,.)™ = 1,.т.е..}21 =jpj122 -1 и до =1;

}(' = = 3? -1 и до ^ = 1;= }™2 = ^ -1 и до ^ = 1.

Множество нехудших вариантов выделяется в результате выполнения операций

(10,11) в соответствии с условием Хл =Х2 2 лХ33 3 л,..лХ™ т (12)

.Уг, .Уг -Мз ^^ Условия выделения нехудших вариантов (12) соответствуют (10,11). В результате выделяются только точки, соответствующие нижней левой границе множеств в координатах показателей эффективности. Как и впредыдущем случае Мцх = М12 V

На втором этапе в соответствии с моделью выбора (Рис.3) осуществляется выбор оптимального варианта технологических потоков при разноважных показателях эффективности на основе методов, позволяющих получить единственное решение. Исходными являются нехудшие варианты Мнх = {Х],Х2,...,Хм } и по-

Г1Л

казатели эффективности, применяемые при их выборе. По упорядоченным значениям показателей эффективности формируются матрицы А ], А г А,гГП , строк К к

ки которых соответствуют Мнх , столбцы-значениям показателей эффективности. Элеметы матриц определяются в соответствии с (6), при этом 1 = 1,Мдх 1, Мк .

Непосредственно выделение оптимального варианта выполняется таким образом:

1. В соответствии с условием лексикографического критерия (при строгом упорядочении показателей эффективности) на первом шаге выделяется вариант с минимальным значением (при минимизации) первого по важности показателя эффективности (К1) путем логического умножения Мнх на первый столбец матрицы

а|л, т.е. Aq=Mjk лАj, если при этом Х„= М1КлХ| включает один вариант

(единственное решение), то на этом выбор прекращается. Если XJ,=0 (решения

нет), то выбор продолжается в соответствии с условием Л^МнхлА^, XМнх

aXjj до получения единственного решения. Если Х^ включает более одного варианта, то вводится матрица следующего по важности показателя эффективности (К2) А1 =Мцх лАл А ? , XI =М;к л XI л X ? Если решение не единственное и Jl J2 0 J1 J2.

то вводится матрица следующего показателя (К3), и так до получения единственного решения в соответствии с условием

А?=Мнх л а! лА2 л...л А™ , Х®=МкхаХ! аХ2 л...лХт . 0 Jl J2 Jm 0 Ji J2 Jm

Если в процессе выбора единственного решения нет, надо сделать переход от строгого ранжирования показателей эффективности к ранжированию с уступками.

2. Предлагаемый метод отличается тем, что уступки для всех показателей эффек-титивности определяются одновременно,что в итоге сокращает вычислительную процедуру выбора, особенно при увеличении числа показателей. Исходными являются матрицы для показателей эффективности Ак1,Ак2,...,Ак'п. -Определяются значения уступок для показателей, кроме последнего (Кш). -Накладываются ограничения на все показатели, кроме последнего.Задача выбора оптимального варианта сводится к следующему: необходимо выделить вариант, значения показателей эффективности которого должны удовлетворять ограничениям для К1,К2,...ДСт-,5 а значение показателя Кт отвечает экстремальным

значениям Km—HTiin (max). Первая часть задачи-выбор допустимых вариантов А", вторая-оптимального варианта А ".Выбор допустимых вариантов осуществляется

в соответствии с условиемАп-АI ,лА? ,л...лАш~' ,,х5=х' ,л X2 ,л J Д Jl+1 J2+1 Jm-1+l Д Jl+1 J2+1

дх1?1-1 оптимального варианта А~ = Мцх л аОлА™ ,х5= Мнх а хОл Jm-J+1 u « Jm u "

Xm . Если в результате применения методов выбора при разноважных показа-Jm

телях единственный вариант не выделен, предлагается применить дополнительные критерии выбора в виде критерия минимизации суммарных потерь показателей эффективности и критерия максимизации запаса показателей эффективности.

3. Абсолютно оптимальным является вариант компоновки, имеющий абсолютные значения (минимальные или максимальные) показателей эффективности

^акс = < ^абс '^аб" ""'^абс >' и можно утверждать,что оптимальным будет вариант,имеющий минимальне потери по всем показателям

m (К^-КК, )2 Smu(X*)= min 2 1 „аос-

m (к^-кЛ Г - --

или Smii(Xj )= min 2 аК —!— ^— > i =1,Nhx или i=l,N«, в зависимости от К-« Кйс.

исходного множества, из которого необходимо выделить единственный вариант, из множества нехудших (Мцх) или из множества, выделенного при разноважных показателях (Мо), ак-весовые коэффициенты показателей эффективности. 4. Второй дополнительный критерий предлагается исходя из того, что для выделения нехудших вариантов исходным является множество допустимых вариантов, выбор которых осуществлен при требуемых значениях показателей эффективности ККip ,К j ,...,К™>. Поэтому выделить наилучший вариант можно по максимальному запасу показателей эффективности относительно требуемых значе-■К т^К\2 m т/'К\2

НИИ

„ т (К^-К^Г , m (К-SM3(Xj) = max £ —J---или SM.3(Xj) = max £ аК—!-?—

"К. ■> т, , ггК

К=1 К^ К=1 к^

В шестой главе представлены результаты использования предлагаемых в работе методов для выбора вариантов компоновки технологических потоков, технологических структур лесопромышленных предприятий при изменении основных факторов: значений параметров исходного древесного сырья и требуемой ле-сопродукции; годового грузооборота; системы машин (1НС,2НС, ЗНС,НСк); механизмов разгрузки, штабелевки, создания сезонного запаса древесного сырья.

Варианты компоновки технологических структур осуществлены на базе 43 вариантов поточных линий с различным способом агрегатирования (последовательное, параллельное, смешанное, разветвлённое) технологических установок (01, 02,СХ1,Р1,Р2,РЗ,Р4,С31,С32,С1,С2,СЗ,Н1,Н2) в комплексе с различными вариантами механизмов (В1-В5,Ш1-Ш5, С31-С35). При выборе вариантов компоновки использовались показатели эффективности, предложенные в работе.

Результаты выбора вариантов компоновки представлены в таблицах, отражающих изменение множества нехудших и оптимальных вариантов при изменении вышеуказанных факторов. В целом анализ результатов показал, что предлагаемые методы выбора и вычислительная процедура чувствительны к изменению размерно-качественных параметров исходного древесного сырья и лесопродукции, годового грузооборота, системы машин, состава механизмов разгрузки, штабелевки, создания сезонного запаса древесного сырья и адекватно отражают эти изменения в виде выделенных допустимых, нехудших и оптимальных вариантов.

Заключение.

В диссертационной работе решена актуальная научная задача развития маши-

ноориентированных методов компоновки технологических потоков и структур, позволяющая повысить эффективность получаемых проектных решений за счёт определения оптимального соответствия между множеством размерно-качественных параметров исходного древесного сырья, множеством размерно-качественных параметров лесопродукции, множеством значений параметров технологического оборудования, множеством конструктивно-технологических особенностей рассматриваемых технологических потоков.

Основные научные и практические результаты работы:

1 .Предложен способ решения задачи выбора технологической структуры первичной обработки древесного сырья на основе бинарных отношений между множествами, заданных в виде матриц, имеющих более широкие возможности по сравнению с критериальными способами при установлении отношений между множеством размерно-качественных параметров исходного древесного сырья, лесопродукции, технологическим оборудованием.

2 Предложена структурная модель процесса компоновки и выбора вариантов технологических потоков и структур лесопромышленных предприятий, позволяющая осуществить комплексный выбор вариантов компоновки, начиная с выбора рационального древесного сырья, построения модели технологического плана и выбора допустимых, нехудших вариантов и оптимальных вариантов при изменении размерно-качественных параметров исходного сырья и лесопродукции, годового грузооборота, основного и вспомогательного технологического оборудования.

3.Обосновано математическое описание технологической структуры процесса обработки древесного сырья, обеспечивающее создание единого вычислительного метода, от выбора рационального исходного сырья до выбора допустимых,нехудших,оптимальных вариантов компоновки технологических потоков и структур.

4. Разработан метод выбора рационального исходного древесного сырья для получения требуемой лесопродукции, позволяющий осуществить выбор по критерию минимизации отходов с количественной оценкой использования древесного сырья при любом сочетании требуемых значений параметров лесопродукции.

5. Предложен показатель сложности технологических структур, позволяющий еде лать количественную оценку сложности структур, включающих технологические потоки как одного способа так и с различными способами агрегатирования.

6.Предложен показатель избыточности технологических структур, позволяющий количественно оценить неиспользованные потенциальные возможности технологического оборудования в процессе обработки древесного сырья.

7. Разработан метод формализованного перехода от модели технологического плана обработки древесного сырья к компоновке допустимых вриантов технологических потоков с учётом числа и типа технологического оборудования, технологических операций, числа требуемых значений параметров лесопродукции к числа потенциальных значений параметров технологического оборудования

8. Разработан единый вычислительный метод выбора вариантов компоновки технологических потоков, позволяющий на этапе выбора при равноважных показате лях эффективности объективно выделить нехудшие варианты, и оптимальный ва риант на этапе выбора при разноважных показателях эффективности, с возможно стью введения дополнительных критериев, что даёт широкие возможности ЛПР

9.Предложен метод выбора нехудших вариантов, позволяющий объективно выде-

лить нехудшие и отсеять худшие варианты по одному и нескольким показателям эффективности.

10. Предложен метод выбора оптимальных вариантов компоновки при разноважн-ых показателях эффективности, позволяющий довести задачу выбора до единстве иного решения, что даёт возможность выделить единственный вариант при различных реальных случаях компоновки, при строгом упорядочении показателей эффективности, при ранжировании показателей эффективности с одновременным введением уступок, с введением дополнительных критериев.

11. Положительные результаты использования материалов диссертации в АО «Красноярсклеспромпроект», научно-производственной и коммерческой фирме «ТИС-СибНИИЛП» указывают на реальную практическую ценность научных разработок.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. JI.B. Друк, Л.В. Леонов, В.А. Дорошенко. Метод и алгоритмы автоматизирован рованного выбора оборудования при разработке технологических процессов. //Современные проблемы автоматизации и внедрения вычислительной техники в целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности: Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания.-Москва, 1990.-с. 72-75.

2. В.А. Дорошенко, Л.В. Леонов, Л.В. Друк. Метод выбора оптимального варианта средств автоматизации технологических процессов на основе системы критериев.// Проблемы химико-лесного комплекса: Сборник научных трудов Всесоюзной научно-практической конференции.-Красноярск, 1994. т.4.ч.1.-е.10-14.

3. В.А. Дорошенко, Л.В. Друк. Метод выбора вариантов технологического оборудования первичной обработки круглого леса.// Лесоэксплуатация: Межвузовский сборник научных трудов-Красноярск, 1998.-е. 123-129.

4. В. А. Дорошенко, Л.В. Леонов, Л.В.Друк. Метод выбора вариантов технологического оборудования на основе безусловного критерия предпочтения.// Оборудование и автоматизация деревообрабатывающих производств: Научные труды Московского государственного университета леса.-М., 1998. Выпуск 291 .-с.40-43.

5. В.А. Дорошенко, Л.В. Леонов, Л.В. Друк. Математическое описание технологической структуры первичной обработки круглого леса.// Использование и восстановление ресурсов Ангаро-Енисейского района: Сборник научных трудов Всесою зной научно-практической конференция-Красноярск, 1992.-е. 154-159.

6. В.А. Дорошенко, Л.В. Леонов, Л.В. Друк. Метод решения задачи о покрытии при синтезе технологической структуры первичной обработки древесины.// Оборудование и автоматизация деревообрабатывающих производств: Научные труды Московского государственного университета леса.-М., 1998.Выпуск 291 -с. 45-48.

7. Л.В. Леонов, Л.В. Друк, В.А. Дорошенко, Д.Р. Султангараев. Синтез технологической структуры первичной обработки древесины по критерию минимизации отходов.// Проблемы химико-лесного комплекса: Сборник научных трудов Всесо- юзной научно-технической конференции-Красноярск, 1993.-T.3.-C.41-46.

8. Л.В. Друк, Л.В. Леонов, В.А. Дорошенко. Система показателей эффективности для автоматизированного выбора технологического оборудования и его компоновки на лесопромышленных предприятиях.// Оборудование и автоматизация дерево-

обрабатывающих производств: Научные труды Московского государственного университета леса.-М., 1995. Выпуск 281.-е. 76-78.

Введение.

1. Состояние вопроса и постановка задачи компоновки оборудования для технологических потоков первичной обработки древесного сырья.

1.1 Технологический процесс первичной обработки древесного сырья как объект компоновки оборудования на множестве альтернатив.

1.1.1 Постановка задачи повышения эффективности компоновки технологических потоков для обработки древесного сырья.

1.2. Состояние вопроса многовариантной компонови технологического оборудования и механизмов лесопромышленных предприятий.

1.3. Выводы и задачи, решаемые в диссертационной работе.

2. Многоуровневый метод и математическое описание процесса выбора вариантов компоновки оборудования для обработки сырья.

2.1. Алгоритм принятия решений при выборе вариантов компоновки.

2.2 Критериальные способы решения задачи выбора вариантов.

2.3. Способы выбора вриантов компоновки оборудования на основе бинарных отношений.

2.4. Структурная модель процесса компоновки и выбора вариантов технологических потоков лесопромышленных предприятий.

2.5. Математическое описание технологической структуры процесса обработки древесного сырья.

2.6. Показатели эффективности и ограничения для выбора вариантов компоновки оборудования.

2.7. Выводы.

3. Выбор рационального исходного сырья для получения требуемой лесо-продукции.

3.1. Выбор исходного сырья по максимальному пересечению множества поверхностей сырья и лесопродукции.

3.2. Выбор исходного сырья по максимальному пересечению множества параметров сырья и лесопродукции.

3.3. Выбор рационального сырья по минимальной разности между значениями параметров требуемой лесопродукции и сырья.

3.4. Выводы.

4. Выбор допустимых вариантов компоновки оборудования для обработки древесного сырья.

4.1. Формирование модели технологического плана обработки древесного сырья.

4.2. Выбор допустимых вариантов компоновки технологического оборудования.

4.2.1. Определение избыточности допустимых вариантов компоновки технологического оборудования на множестве размерно-качественных значений параметров древесного сырья и лесопродукции.

4.2.2. Выбор допустимых вариантов компоновки поточных линий и технологических структур предприятий на множестве технико-экономических показателей эффективности.

4.3. Выводы.

5. Компоновка технологических потоков при равноважных и разноваж-ных показателях эффективности.

5.1. Выбор нехудших вариантов по одному показателю эффективности и абсолютному критерию.

5.2. Выбор нехудших вариантов по критерию Парето.

5.2.1. Выбор вариантов на основе метода рабочих характеристик.

5.2.2. Выбор нехудших вариантов на основе метода усечённых матриц.

5.3. Выбор оптимальных вариантов компоновки технологических потоков при строгом упорядочении показателей эффективности.

5.4. Выбор оптимального варианта компоновки технологических потоков при ранжировании показателей эффективности с уступками.

5.5. Выбор оптимального варианта компоновки технологических потоков по критериям минимизации потерь и максимизации запаса показателей эффективности.

5.6. Выводы.

6. Использование предлагаемых в работе методов для выбора вариантов компоновки технологических потоков и технологических структур лесопромышленных предприятий.

6.1. Выбор вариантов компоновки при изменении значений параметров исходного сырья и лесопродукции.

6.2. Выбор вариантов компоновки при изменении годового грузооборота лесопромышленного предприятия.

6.3. Выбор вариантов компоновки при изменении состава механизмов разгрузки, штабелевки, создания сезонного запаса древесного сырья.

6.4. Выбор вариантов компоновки при изменении системы машин.

6.5. Выводы.

Предметная область компоновки оборудования - технологические потоки первичной обработки древесного сырья в составе лесопромышленных предприятий, выполняющих технологические операции очистки деревьев от сучьев, сортировки хлыстов, раскряжевки, зачистки и частичной окорки круглых лесоматериалов, измельчение сучьев, погрузочно-разгрузочные операции, операции штабелевки и создания сезонного запаса древесного сырья.

Одной из основных задач при создании новых ресурсосберегающих технологий обработки древесного сырья, модернизации существующих производств и лесопромышленных предприятий является компоновка технологических потоков, обеспечивающих обработку древесины начиная от состояния исходного сырья (деревья, хлысты) до состояния лесопродукции: пиловочник, шпальный кряж, рудничная стойка, балансы, судостроительный пиловочник, строительные брёвна, авиационный кряж.

Исходное сырьё и лесопродукция имеют множество поверхностей, размерно-качественных параметров поверхностей, значений параметров поверхностей. Размерно-качественные параметры исходного сырьй для различных лесосырьевых зон имеют различные значения. Номенклатура лесопродукции, значения ее размерно-качественных параметров определяются требованиями потребителей, часто меняющимся спросом на внешнем и внутреннем рынках. В каждом из этих случаев необходимо выполнять компоновку технолгических потоков на множестве технологических установок и механизмов.

Различные условия и способы транспортировки сырья к лесопромышленным предприятиям и лесопродукции к потребителям обуславливают множество лесопромышленных предприятий с различным годовым грузооборотом и составом производств: береговые леспромхозы, прирельсовые леспромхозы, комплексные леспромхозы, лесопромышленные комплексы. 3

Годовой грузооборот таких предприятий изменяется от 75 тыс. м до 4 млн. з м в год. Обеспечить необходимый годовой грузооборот можно различными вариантами компоновки технологических потоков. Для реализации одной и той же сменной производительности и годового грузооборота в целом можно осуществить компоновку технологических потоков на основе установок и механизмов, на основе системы машин 1НС, 2НС, ЗНС, НС, на основе последовательного, параллельного, смешанного и разветвленного способа arpera6 тирования, с применением различных видов связи между технологическими установками: гибкая, жесткая и комбинированная.

При этом такие технико-экономические показатели эффективности как приведенные удельные затраты, удельные капитальные вложения, удельная себестоимость, годовые эксплуатационные расходы, установленная мощность, выработка на одного рабочего в год, число рабочих, сложность и избыточность структуры технологических потоков будут различными. Так, например, для обеспечения годового грузооборота 75 тыс. м*5можно применить технологические потоки на базе системы машин 1НС с последовательным агрегатированием и комбинированной связью, с продольным перемещением хлыстов в процессе раскряжевки, варианты Л1,Л2,Л7,Л8, (Рис. 1.7а). Эти варианты компоновки технологических потоков отличаются модификацией раскряжевочных установок и установок для сортировки круглых лесоматериалов, механизмы разгрузки, штабелевки и создания сезонного запаса одни и те же, при одинаковом числе потоков. Значение вышеперечисленных показателей для этих вариантов будут различными (приложение 5, табл.П.5.1). Ту же задачу обеспечения годового грузооборота 75 тыс.м можно решить с помощью технологических потоков на базе системы машин 1НС, со смешанным агрегатированием, комбинированной связью, с продольным перемещением хлыстов в процессе раскряжевки, с вариантами компоновки на базе тех же технологических установок и механизмов, что и в предыдущем случае (варианты ЛЗ-Л6, Л9, Л10), (Рис. 1.7а). При этом значение показателей эффективности по сравнению с предыдущими вариантами последовательного агрегатирования существенно отличаются.

Существенное изменение значений показателей эффективности происходит при увеличении грузооборота лесопромышленных предприятий; изменяется, прежде всего, количество технологических потоков, механизмов разгрузки, штабелевки и создания сезонного запаса древесного сырья, что в свою очередь ведет к изменению технико-экономических показателей эффективности. Например, для вышеперечисленных вариантов (Л1-Л10), при

3 3 увеличении годового грузооборота с 75 тыс. м до 750 тыс. м значение различных технико-экономических показателей изменяются в 2-5 раза (приложение 5, табл.П.5.8).

Одной из основных операций обработки древесного сырья является раскряжевка хлыстов и деревьев, которая выполняется раскряжевочными уста7 новками различного типа: установки с продольным перемещением хлыстов (Р1), установки с поперечным перемещением хлыстов и программным раскроем - триммеры (Р2), установки с поперечным перемещением и обезличенным раскроем - слешеры (РЗ), установки для групповой раскряжевки (Р4). Эти установки являются основой системы машин 1НС, 2НС, ЗНС, НС. С учетом способа перемещения деревьев и хлыстов в процессе раскряжевки (продольное, поперечное), способа подачи (поштучная, пачками), способа раскроя деревьев и хлыстов (индивидуальный, программный, обезличенный), существует девять подсистем машин (Рис. 1.6). Компоновка технологических потоков на базе той или иной раскряжевочной установки, в комплексе с другими технологическими установками и механизмами, является многовариантной, с различными значениями технико-экономических показателей и показателя сложности (Рис. 1.7,1.8, приложение 5, табл.П.5.1- П.5.18).

Значение технико-экономических показателей эффективности также изменяются при различных вариантах разгрузочно-погрузочных механизмов (В), механизмов штабелевки (Ш), механизмов для создания сезонного запаса древесного сырья (Сз), при неизменном составе вариантов основных технологических установок (приложение 5,табл.П.5.1 -П.5.18). Значение таблиц П.5.1-П.5.9 получены при компоновке вариантов основных технологических установок в комплексе с разгрузочными механизмами типа ШЗ (башенный кран с вылетом стрелы 30 м), механизмами для создания сезонного запаса древесного сырья СзЗ (консольно-козловой кран). Значение табл.П.5.10-П.5.18 (приложение 5) получены при той же компоновке вариантов основных технологических установок в комплексе с разгрузочными механизмами типа Ш5 (автопогрузчик), механизмами для создания сезонного запаса типа СзЗ (консольно-козловой кран).

Варианты компоновки технологических потоков на основе различных способов агрегатирования имеют различное число путей прохождения древесины, начиная с состояния деревьев и хлыстов до состояния лесопродукции, что обуславливает различную степень сложности структуры технологического потока. При увеличении грузооборота лесопромышленного предприятия, увеличивается число технологических потоков, что приводит к изменению показателя сложности технологической структуры лесопромышленного предприятия (приложение 5, табл.П.5.1-П.5.18).

С точки зрения синтеза структуры технологических потоков обработки древесного сырья, на входе имеем следующие множества: множество по8 верхностей исходного сырья (деревьев, хлыстов) (приложение 1, табл.П.1.1); множество параметров поверхностей исходного сырья; множество значений параметров поверхностей исходного сыоья. На выходе: множество поверхностей лесопродукции (приложение 1, табл.П. 1.2); множество параметров поверхностей лесопродукции; множество значений параметров поверхностей лесопродукции.

Технологический поток, преобразующий исходное сырье в лесопрдук-цию представляет собой конечное множество технологических установок, параметров и значений параметров технологических установок (приложение 1, табл.П.1.3).

В процессе компоновки технологических потоков необходимо решить задачу поиска оптимального варианта покрытия одного множества другим с минимальной избыточностью. На первом этапе необходимо решить задачу минимизации отходов исходного сырья. Для этого необходимо множество точек векторного пространства, представляющих конкретные значения параметров поверхностей лесопродукции, покрыть множеством точек векторного пространства, представляющих конкретные значения параметров поверхностей исходного сырья, т.е.необходимо добиться максимального пересечения множества поверхностей и параметров поверхностей исходного сырья и лесопродукции, и минимальной разности между множеством значений параметров их поверхностей. Необходимый результат этого этапа-множество значений размерно-качественных параметров конкретной лесосырьевой зоны для получения требуемых значений параметров лесопродукции.

Следующей задачей является обеспечение обработки выбранного рационального сырья, начиная от исходного его состояния, от исходных значений размерно-качественных параметров до конечного состояния, требуемых значений размерно-качественных параметров лесопродукции, с учетом множества значений параметров технологических установок. Как и на предыдущем этапе задача сводится к поиску варианта оптимального покрытия множеств.

В целом задача повышения эффективности компоновки технологических потоков для обработки древесного сырья на множестве значений размерно-качественных параметров исходного сырья, множестве значений размерно-качественных параметров лесопродукции, множестве технологического оборудования, механизмов, множестве технико-экономических показателей эффкети-вности, показателей сложности и избыточности, является многовариантной, 9 многокритериальной, многоуровневой, ее решение затрудняется тем, что

- нет формализованного метода компоновки технологического оборудования и механизмов в технологические потоки для обработки древесного сырья на основе системы критериев предпочтения и показателей эффективности;

- недостаточно, с точки зрения автоматизированного структурного синтеза, разработана математическая модель технологического процесса обработки древесного сырья;

- нет метода формализованного перехода от модели технологического плана обработки древесного сырья к компоновке допустимых вариантов технологических потоков с количественной оценкой их сложности и избыточности;

- нет единого вычислительного метола, обеспечивающего выбор рационального сырья и компоновку технологических потоков на множестве технологического оборудования, механизмов и технико-экономических показателей.

Цель предлагаемой работы - повышение эффективности технологических процессов первичной обработки древесного сырья на основе совершенствования процесса компоновки технологического оборудования и механизмов в технологические потоки с применением системы критериев предпочтения в процессе принятия решений при выборе вариантов компоновки. Для достижения поставленной цели необходимо:

1. Разработать метод компоновки технологического оборудования и механизмов в технологические потоки на основе системы критериев предпочтения и технико-экономических показателей эффективности.

2. Обосновать математическую модель технологического процесса обработки древесного сырья.

3. Разработать метод выбора вариантов рационального исходного сырья.

4. Обосновать показатели эффективности для выбора рационального исходного сырья.

5. Обосновать модель технологического плана обработки древесного сырья.

6. Разработать метод формализованного перехода от модели технологического плана обработки древесного сырья к компоновке допустимых вариантов технологических потоков с количественной оценкой по показателю сложности и избыточности.

7. Разобрать вычислительный метод, обеспечивающий поэтапную компоновку технологических потоков.

Исследования, выполненные в работе, базируются на основе системного анализа, теории многовариантного многокритериального синтеза, теории

10 графов, выбора и принятия решений, методов дискретного программирования.

Научная новизна результатов работы состоит в следующем:

1. Разработан метод компоновки технологических потоков, отличающийся тем, что позволяет в автоматизированном режиме осуществить поэтапную компоновку технологических потоков, начиная с выбора рациональных вариантов исходного сырья, построения модели технологического плана обработки древесного сырья и синтеза нехудших и оптимальных вариантов технологических потоков на основе системы критериев предпочтения и множестве показателей эффективности.

2. Разработан метод формализованного выбора рациональных вариантов древесного сырья, отличающийся тем, что позволяет минимизировать отходы древесного сырья на основе упорядоченного оптимального покрытия множества требуемых размерно-качественных параметров лесопро-дукции множеством размерно-качественных параметров древесного сырья, что в свою очередь, позволяет создавать ресурсосберегающие технологические потоки производства лесопродукции.

3. Разработан метод формализованного перехода от модели технологического плана обработки древесного сырья к компоновке технологических потоков, отличающийся тем, что позволяет на основе построенного технологического плана осуществить формализованный переход к компоновке допустимых, нехудших и оптимальных вариантов технологических потоков с учетом требуемых размерно-качественных параметров лесопродукции, показателя сложности, избыточности и технико-экономических показателей эффективности.

4. Разработан вычислительный метод, отличающийся тем, что обеспечивает поэтапную компоновку технологических потоков на основе установленных бинарных отношений между множеством требуемых размерно-качественных параметров исходного сырья, множеством размерно-качественных параметров лесопродукции, множеством технологического оборудования, механизмов и множеством технико-экономических показателей эффективности.

Значимость полученных в работе результатов для науки состоит в развитии методов теории многовариантного, многокритериального синтеза для принятия решений при компоновке технологических потоков.

11

Значимость для практики состоит в том , что машиноориентированный метод компоновки технологических потоков повышает эффективность проектных решений за счёт определения оптимального соответствия между множеством размерно-качественных параметров лесопродукции, исходного древесного сырья, технологического оборудования, показателей эффективности, при этом вычислительная процедура позволяет выполнять численные расчёты допустимых, нехудших и оптимальных вариантов компоновки технологических потоков.

Результаты диссертационной работы внедрены в АО « Красноярсклес-промпроект », в научно-производственной и коммерческой фирме «ТИС-Сиб-НИИЛП» («ТИС-Сибирский научно-исследовательский институт лесной промышленности»), при снижении трудоёмкости и повышении качества проектных работ, с экономическим эффектом соответственно в 185 и 175 тыс. рублей в ценах 1999 года.

Научные и практические результаты докладывались на:

- Всесоюзном научно-техническом совещании по проблеме автоматизации и внедрения вычислительной техники в целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности, 1990г., г. Москва;

- Всесоюзных научно-технических конференциях «Проблемы химико-лесного комплекса», 1992, 1993,1994,1998г.г., г. Красноярск;

- Научных конференциях Московского государственного университета леса, 1994-1999г. г.

Основные результаты, выносимые на защиту:

- Метод компоновки технологических потоков для обработки древесного сырья;

- Метод формализованного выбора рациональных вариантов древесного сырья;

- Метод формализовнного перехода от модели технологического плана обработки древесного сырья к компоновке технологических потоков лесопромышленных предприятий;

- Вычислительный метод, обеспечивающий поэтапную компоновку технологических потоков лесопромышленных предприятий.

12

6.5 ВЫВОДЫ.

1. Предложенная структурная модель процесса компоновки и выбора вариантов технологических потоков и структур для обработки древесного сырья, а также метод поэтапного выбора вариантов компоновки и единая вычислительная процедура позволяют довести задачу выбора до единственного вари

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научная задача развития машиноориентированных методов компоновки технологических потоков и структур, позволяющая повысить эффективность получаемых проектных решений за счёт определения оптимального соответствия между множеством размерно-качественных параметров исходного древесного сырья, множеством размерно-качественных параметров лесопродукции, множеством значений параметров технологического оборудования, множеством конструктивно технологических особенностей рассматриваемых технологических потоков.

Основные научные и практические результаты работы:

1.Предложен способ решения задачи выбора технологической структуры первичной обработки древесного сырья на основе бинарных отношений между множествами, заданных в виде матриц, имеющих более широкие возможности по сравнению с критериальными способами при установлении отношений между множеством размерно-качественных параметров исходного древесного сырья, лесопродукции, технологическим оборудованием. 2 Предложена структурная модель процесса компоновки и выбора вариантов технологических потоков и структур лесопромышленных предприятий, позволяющая осуществить комплексный выбор вариантов компоновки, начиная с выбора рацинального древесного сырья, построения модели технологического плаца и выбора допустимых, нехудших и оптимальных вариантов при изменении размерно-качественных параметров исходного сырья и лесопродукции, годового грузооборота, основного и вспомогательного технологи ческого оборудования.

180

3.Обосновано математическое описание технологической структуры процесса обработки древесного сырья, обеспечивающее создание единого вычислительного метода, от выбора рационального исходного сырья до выбора допустимых, нехудших и оптимальных вариантов компоновки технологических потоков и структур.

4. Разработан метод выбора рационального исходного древесного сырья для получения требуемой лесопродукции, позволяющий осуществить выбор по критерию минимизации отходов с количественной оценкой использования древесного сырья при любом сочетании требуемых значений параметров лесопродукции.

5. Предложен показатель сложности технологических структур, позволяющий сделать количественную оценку сложности структур, включающих технологические потоки как одного способа так и с различными способами агрегатирования.

6. Предложен показатель избыточности технологических структур, позволяющий количественно оценить неиспользованные потенциальные возможности технологического оборудования в процессе обработки древесного сырья.

7. Разработан метод формализованного перехода от модели технологического плана обработки древесного сырья к компоновке допустимых вриантов технологических потоков с учётом числа и типа технологического оборудования, технологических операций, числа требуемых значений параметров лесопродукции и числа потенциальных значений параметров технологиче -кого оборудования

8. Разработан единый вычислительный метод выбора вариантов компоновки технологических потоков, позволяющий на этапе выбора при равноважных показателях эффективности объективно выделить нехудшие варианты, и оптимальный вариант на этапе выбора при разноважных показателях эффективности, с возможностью введения дополнительных критериев, что даёт широкие возможности ЛПР.

9. Предложен метод выбора нехудших вариантов, позволяющий объективно выделить нехудшие и отсеять худшие варианты по одному и нескольким показателям эффективности.

10. Предложен метод выбора оптимальных вариантов компоновки при разно-важных показателях эффективности, позволяющий довести задачу выбора до единственного решения, что даёт возможность выделить единственный вариант при различных реальных случаях компоновки, при строгом упорядоче

182

1. A.A. Пижурин, М.С. Розенблит. Основы моделирования и оптимизации процессов деревообработки. М.: Лесная промышленность, 1988. - 294 с.

2. A.A. Пижурин, М.С. Розенблит. Исследование процессов деревообработки. -М.: Лесная промышленность, 1984. 232 с.

3. А.К. Редькин. Применение теории массового облуживания на лесозаготовках. М.: Лесная промышленность, 1973.-152 с.

4. А.К. Редькин.Основы моделирования и оптимизации лесозаготовок. М.: Лесная промышленность, 1988.-255 с.

5. Технология и проектирование лесных складов: Учебное пособие для вуз-зов/ А.К. Редькин, В.Д. Никишов, А.К, Суханов, A.A. Шадрин. М.: Экология, 1991. - 288 с.

6. Б.Г. Залегаллер. Технология работ на лесных складах. М.: Лесная промышленность, 1980. - 232 с.

7. Б.Г. Залегаллер, П.В. Ласточкин, СП. Бойков. Технология и оборудоваеие лесных складов. М.: Лесная промышленность, 1984. - 352 с.

8. В.Р. Фергин. Методы оптимизации в лесопильно-деревообрабатывающем производстве. М.: Лесная промышленность, 1975.- 216 с.

9. B.C. Петровский. Оптимальная раскряжёвка лесоматериалов. М.: Лесная промышленность, 1989. - 288 с.

10. В.И. Алябьев. Оптимизация производственных процессов на лесозаготовках. М.: ЛесЬая промышленность, 1977. - 232 с.

11. И.В. Батин, Д.Л. Дудюк. Основы теории и расчёта автоматических линий лесопромышленных предприятий. М.: Лесная промышленность, 1975,176 с.

12. Ф.Е. Захаренко. Оптимизация производственного процесса береговых складов. -М.: Лесная промышленность, 1978. 184 с.

13. И.Ф. Верхов, Ю.В. Щелгунов. Технология и машины лесосечных и лесо-складских работ.- М.: Лесная промышленность, 1981. 368 с.

14. Д.К. Воевода, В.В. Назаров. Технология нижнескладских работ. М.: Лесная промышленность, 1981. - 87с.

15. Д.К, Воевода, Н.Т. Гончаренко, В.В. Назаров, Г.А. Рахманин. Перспективы развития нижнескладских работ. М.: Лесная промышленность* 1982. №25, 16-18 с.

16. Д.К. Воевода, К.Г. Коган. Автоматизация проектирования лесоскладских процессов. М.: 1986. - 32 с. - (Обзорн. Информ./ВНИМИЭИлеепром. Вып. 4).

17. К.Ф. Гороховский, Н.В. Лившиц. Основы технологических расчётов оборудования лесосечных и лесоскладских работ. М.: Лесная промышленность, 1987.-256 с.183

18. B.B. Коробов, М.И. Брик, Н.П. Рушнов. Комплексная переработка древесины и отходов лесозаготовок. М.: Лесная промышленность, 1978. -272 с.

19. И.И. Гуслицер, В.П. Шмаков, А.П. Меньшиков. Основы оптимизации поточных линий по первичной обработке древесного сырья. Красноярск: Издательство Красноярского университета, 1993. - 184 с.

20. P.E. Калитиевский. Теория и организация лесопиления. М.: Экология, 1995.-352 с.

21. P.E. Калитеевский. Информационные технологии лесопиления// Лесной журнал. 1995. - №2. - с.184 - 189.

22. Ф.В. Пошарников. Технология и техника в лесозаготовительной промышленности. Воронеж: Издательство Воронежского университета, 1997.350 с.

23. В.А. Дорошенко. Синтез технологической структуры автоматизированных технологических процессов первичной обработки древесины: Монография. Красноярск: Красноярская государственная технологическая академия, 1996 299 с.

24. В.Д. Цветков. Системно-структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических процессов. Минск: Наука и техника, 1981.-289 с.

25. В.М. Пономарёв, А,А. Лескин, A.B. Смирнов. Модели автоматезирован-ного синтеза оптимальных технологических комплексов гибких производственных систем. Методы и системы автоматизации в задачах науки и производства. М.: Наука, 1986. - с. 206-212.

26. Л.Ю. Лищинский. Структурный и параметрический синтез гибких производственных систем. М.: Машиностроение, 1990. - 312 с.

27. Н.Г. Малышев. Структурно-автоматные модели технических систем. -М.: Радио и связь, 1986. 168 с.

28. Г.П. Тетерин, С.А. Авербах. Система математических моделей и методы решения задач оптимального технологического проектирования механических цехов// Автоматизация технической подготовки производства. -Минск: ИТК АН БССР, 1983. Вып. 4. с. 11-20.

29. В.М. Курейчик. Математическое обеспечение конструкторского и технологического проектирования с применением САПР. М.: Радио и связь, 1990.-352 с.

30. Автоматизация проектирования и программирования роботов и ГПС. Сборник научных трудов. М.:, Наука, 1988. - 236 с.

31. Применение ЭВМ в технологической подготовке серийного производства/ С.П. Митрофанов, Ю.А. Гульнов, Д.Д. Куликов и др. М.: Машиностроение, 1981. - 287с.

32. Н.Г. Малышев, A.B. Суворов, Е.А. Паршин. Методы автоматизации проектирования технологических структур производственных систем.184

33. Ростов-на-Дону: Издательство Ростовского университета, 1986. 214 с.

34. Р.И. Сольницев, А.Е. Кононюк, Ф.М. Кулаков. Автоматизация пректиро-вания ГПС. Л.: Машиностроение, 1990. 416 с.

35. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов./ С.Н. Корчак, A.A. Кошин, А.А.Кошин, А.Г. Рокович, Б.И. Синицын. Под ред. С.Н. Корчака. -М.: Машиностроение, 1988. 352 с.

36. В.Ф. Бабак. Модели и методы конструирования интеллектуальных САПР механообработки. М.: 1990. - 56 с. - (Машиностроительное производство. Сер. Автоматизированные системы проектирования и управления: Обзорная информация/ ВНИИТЭМР. Выпуск5).

37. В.В. Павлов Моделирование интегрированного автоматизированного производства. Станки и инструмент.- 1990, №12, с. 7-9.

38. Автоматизированные системы технологической подготовки производства в машиностроении/ Под ред. Г.К. Горанского. М.: Машиностроение, 1976. - 240 с.

39. Г.К. Горанский, Э.И. Бендерева. Технологическое проектирование в комплексных автоматизированных системах подготовки производства. М.: Машиностроение. 1981. - 456 с.

40. Н.Г. Малышев, A.B. Суворов, B.C. Верба. Методы проектирования моделей ГАП. Ростов-на-Дону: Издательство Ростовского университета, 1987,- 184 с.

41. A.C. Алиев, Л.С. Восков, В.Н. Ильин. Интеллектуальные САПР технологических процессов в радиоэлектронике. —М.: Радио и связь, 1991.-264 с.

42. Д.Б. Юдин. Вычислительные методы теории принятия решений,- М.: Наука, 1989. 320 с.

43. И.М. Макаров, Т.М. Виноградская, A.A. Рубчинский, В.Б. Соколов. Теория выбора и принятия решений. М.: Наука, 1982. - 328 с.

44. Л.А. Шоломов. Логические методы исследования дискретных моделей выбора. М.: Наука, 1989. - 288 с.

45. Л.С. Гуткин. Оптимизация радиоэлектронных устройств по совокупности показателей качества. М: Советское радио, 1975. - 368 е.

46. Ю.А. Дубов, С.И. Травкин, В.Н. Якимец. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем. М.: Наука, 1986. - 296 с.

47. Т.Р. Брахман. Многокритериальность и выбор альтернатив в технике.-М.: Радио и связь, 1984. 288 с.

48. А.И. Мальцев. Алгебраические системы. М.: Наука, 1976. 392 с.

49. Ф.И. Перегудов, Ф.П. Тарасенко. Основы системного анализа. Томск, 1997.- 396 с.

50. Б. Дюран, П. Оделл. Кластерный анализ. Статистика, 1977. - 128 с.

51. М. Жамбю. Иерархический кластер-анализ и соответсвия. М.: Финансы и статистика, 1988. - 344 с.

52. М. Месарович, Я.Тахакара. Общая теория систем.-М.: Мир, 1978.-312с.

53. A.A. Корбут, Ю.Ю. Финкельштейн. Дискретное программирование. М.: Наука, 1969. - 368 с.

54. A.A. Пижурин. Применение методов математического моделирования для оптимизации процессов деревообработки.// Деревообрабатывающая промышленность. 1997. №1. - с. 2 - 6.

55. В.Р. Фергин. Основы системного анализа при оптимизации производственных процессов: Учебное пособие. М.: Издательство Московского лесотехнического института. - 1991. - 72 с.

56. B.C. Петровский, С.Р. Ончуя, С.К. Око. Математические модели стволов, хлыстов, брёвен в САПР учёта, переработки и использование лесоматериалов.// Лесной журнал. 1996. - №. - с. 43- 47.

57. С.А. Черенухин. САПР режимов и технологий рубок, ухода за лесом как объектом отимального управления лесовыращиванием: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Воронеж, 1998. -144 с.

58. P.E. Калитеевский, В.Н. Плюсин, И.Е. Сухов. Модульное оборудование в информационных технологиях раскроя хлыстов.// Изв. Лесной журнал. -1997. -№4.-с. 130-139.

59. Ф.В. Пошарников, Н.Ю. Юдина, A.A. Слюсарев. Имитационное моделирование при исследовании технологий лесного комплекса.// Лесоэксплуатация: Межвузовский сборник научных трудов Красноярск, 1998. - с. 26- 33.

60. В.И. Онегин, В.М. Полянский-Гвоздев, Л.М. Сосна. Экспертные задачи принятия решений в технологии деревообработки.// Лесной журнал. -1994. -№3.~ с. 33-40.

61. В.М. Полянский-Гвоздев, Л.М. Сосна, А.Н. Чубинский. Интеллектуальная поддержка решений в технологических системах деревообработки.// Деревообрабатывающая промышленность. 1994. №6. - с. 2- 4.

62. В.И. Онегин, Л.М. Сосна. Совершнствование техники и технологии механической переработки древесины.// Изв. вузов. Лесной журнал. -1997.1876.-с. 121-130.

63. В.М. Полянский-Гвоздев, В.И. Онегин, JT.M. Сосна. Информационная поддержка технологического мониторинга процессов деревообработки.// Изв. вузов. Лесной журнал. 1997. - №6 - с. 130 - 137.

64. Ю.Н. Стрижев, B.C. Соловьёв. Сравнительная оценка эффективности многопараметрических систем в деревообрабатывющей промышленности.// Лесной журнал. 1991. №6. - с. 67 -72

65. Л.А. Гоготова. Применение ПЭВМ для выбора деревообрабатывющего оборудования при серийном производстве. В сборнике научных трудов МЛТИ. Автоматизация и комплексная механизация процессов деревообработки. Выпуск 202. М.: МЛТИ, 1989. - с. 45 - 47.

66. В.В. Амалицкий. К вопросу оптимизации механической обработки древесных материалов резанием.// Оборудование и автоматизация деревообрабатывающих производств: Научные труды Московского государственного университета леса.- М., 1998. Выпуск 291. с. 16 19.

67. В.Ф. Полетайкин. Проектирование лесопромышленного комплекса: Учебное пособие. Красноярск: Издательство Красноярского университета, - 1988. -176 с.

68. В.Ф. Полетайкин. Параметры расчётных деревьев для ряда лесопогрузчиков.// Лесоэксплуатация: Межвузовский сборник научных трудов -Красноярск, 1998. с. 144 - 148.

69. В.А. Лозовой. Обоснование выбора раскряжёвочного агрегата для перспективных линий по разделке хлыстов.// Проблемы химико-лесного комплекса: Сборник научных трудов Российской научно-практической конференции Красноярск, 1994. - т. 2.-е. 109-111.

70. В.А. Лозовой. Моделирование технологического процесса линий для первичной обработки хлыстов.// Лесоэксплуатация: Межвузовский сборник научных трудов Красноярск, 1998. - с. 91- 95.

71. В.А. Лозовой. Матричное преобразование координат применительно к структурному анализу раскряжёвочной линии.// Лесоэксплуатация: Межвузовский сборник научных трудов. Красноярск, 1998. - с. 133 - 139.

72. В.А. Загоскин. Методика определения коэффициента надёжности и производительности сучкорезно-раскряжёвочных установок.// Лесоэксплуатация: Межвузовский сборник научных трудов Красноярск, 1998. -с. 133 -139.

73. В.И. Скурихин. Обоснование экономической эффективности процесса окорки круглых лесоматериалов в ходе их непрерывной поперечной по188дачи.// Лесоэксплуатация: Межвузовский сборник научных трудов- Красноярск, 1998. с. 47-58.

74. В.А. Александров. Моделирование технологических процессов лесных машин. Экология, 1995.-257с.

75. Н.А. Блажков. Моделирование и автоматизация в САПР лесовыращива-ния с проведением рубок ухода и выпуском круглых лесоматериалов: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук,-Воронеж, 1998. 160 с.

76. Б.М. Большаков. Направление развития техники и технологии лесозаготовительного производства.// Лесная промышленность. 1998.-№3- с. 3-5.

77. В.В. Подиновский, В.М. Гаврилов. Оптимизация по последовательно применяемым критериям. М.: Советское радио, 1975. -192 с.

78. B.C. Михалевич, В.А. Волкович. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем. М.: Наука, 1982.-286 с.

79. Е.С. Вентцель. Исследование операций.-М.: Советское радио, 1972.-550с.

80. В.В. Вермишев. Методы автоматического поиска решений при проектировании сложных технических систем. М.: Радио исвязь, 1982. 152 с.

81. Ю.К. Машунин. Методы и модели векторной оптимизации. Наука, 1986,- 230 с.

82. Э.А. Трахтенгерц. Методы генерации, оценки и согласования решения в распределённых системах поддержки принятия решений.// Автоматика и телемеханика, 1995. №4,- с. 3 - 53.

83. Э.А. Трахтенгерц. Построение распределённых систем группового проектирования.// Автоиатика и телемеханика, 1993. №9. - с. 154- 174.

84. Д.И. Батищев. Методы оптимального проектирования.-М.: Радио и связь, 1984.-284 с.

85. Я.Е. Львович. Синтез и оптимизация технологических систем с варьируе189мой структурой на основе принципов многоальтернативной агрегации: Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук. Ташкент, 1983. - 39 с.

86. Э.А. Трахтенгерц. Компьютерный анализ в динамике принятия решений.// Приборы и системы управления, 1997. №1. с. 49 - 56.

87. В.А. Дехтяренко, Д.Я. Своятский. Методы многокритериальной оптимизации сложных систем при проектировании. Киев: Издательство АН УССР, 1976. 41 с.

88. Б.Н. Исмаилов. Автоматизированный выбор оптимальных радиоэлектронных изделий из типовых и стандартных при разработке радиотехнических устройств и систем: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Москва, 1979. - 173 с.

89. Н.М. Чумаков, E.H. Серебряный. Оценка эффективности сложных технических устройств. М.: Советское Радио, 1980. - 192 с.

90. В.И. Николаев, В.М. Брук. Системотехника: Методы и приложения,- JL: Машиностроение, 1985. 199 с.

91. Л.А. Растригин. Современные принципы управления сложными объектами. М.: Советское Радио, 1980. - 232 с.

92. В.А. Дорошенко, Л.В. Друк. Метод выбора вариантов технологического оборудования первичной обработки круглого леса.// Лесоэксплуатация: Межвузовский сборник научных трудов- Красноярск, 1998.-е. 123-129.

93. Объём пачек хлыстов П ^ А Д Объём пачек хлыстов -Пр2=10-40м

94. Кривизна Пр2 л С Значение кривизны - П^ = 2 - 15 %

95. Поверхность зоны откомлёвки Ррз тт т-т1 Длина зоны откомлёвки - П ^ 2 Диаметр в комле - Диапазон значений длины зоны откомлёвки - ^¡33 =0>6-1>5и Диапазон значений диаметра в комле - П?, =25-110 см. Р3

96. Поверхность бессучковой зоны Рр4 Длина бессучковой зоны - II р4 Диапазон значений диаметров бессучковой зоны - Пр4 л 1 Длина бессучковой зоны - Пр4 = 7 м Диапазон значений диаметров бессучковой л 2 зоны - Пр4 =25-36 см.

97. Поверхность зоны сучьев Р(35 Длина зоны сучьев - Пр5 Диапазон значений диаметров зоны гт2 сучьев - Пр5 л 1 Длина зоны сучьев - Пр5 = 12 м. Диапазон значений диаметров зоны сучьев -Пр5 =11-25 см.1. Окончание табл. П 1.11 2 3

98. Станки СЖ80 -2, 1о413. Диаметр окориваемых лесома- т-г1 териалов Длина окориваемых лесоматериалов -П2^ Значение диаметров окориваемых лесомате-л 1 риалов = 12 -70 см Значение длины окориваемых лесоматериалов -П2 = 2,7 -7,5 м

99. Станки 20К80 -1, Диаметр окориваемых лесоматериалов ~п1. 5131 Значение диаметров окориваемых лесомате- /V 1 риалов = 15 90 см

100. Длина окориваемых лесоматериалов Значение длины окориваемых лесоматериалов-П2 = 2,7-7,5 м

101. Станки ОКЮО -2, Диаметр окориваемых лесоматериалов Длина окориваемых лесомате-п риалов Значение диаметров окориваемых лесомате-л 1 риалов = 15 90 см Значение длины окориваемых лесоматериал 2 лов-П,. =2,7-20 м 61311. Продолжение табл. П 1.31 2 3 4