автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Повышение энергетической эффективности производства пилопродукции

АГЕЕВ Сергей Петрович

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ПИЛОПРОДУКЦИИ

05.21.05 - Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Архангельск 2011

1 7 ФЕ3 2011

4854365

Работа выполнена в филиале «Севмашвтуз» ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет»

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Мелехов Владимир Иванович

доктор технических наук, профессор Рыкунин Станислав Николаевич

доктор технических наук, профессор Копейкин Адольф Михайлович

доктор технических наук, профессор Любарский Дмитрий Романович

ЗАО «Архгипродрев», 163000, г. Архангельск, пр. Троицкий, 106

Защита состоится •« 1 » марта 2011 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного Совета Д.212.008.01 в Северном (Арктическом) федеральном университете (163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины,17, ауд. 1228).

Отзывы на автореферат диссертации в 2-х экземплярах просим высылать по адресу: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, Северный (Арктический) федеральный университет, главный учебный корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северного (Арктического) федерального университета.

Автореферат разослан «_» января 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Земцовский А.Е.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Производство пилопродукции - сложный ресурсоемкий технологический процесс. Одним из основных показателей эффективности процесса является объемный и спецификационный выходы пиломатериалов. Производство пиломатериалов осуществляется на специализированном оборудовании с большим энергопотреблением, по различным технологиям. Энергозатраты на производство единицы пилопродукции иногда необоснованно завышены и могут существенно отличаться от нормативных, не принимается во внимание функциональная связь между технологическим режимом оборудования, абсолютным и удельным энергопотреблением. Следует отметить, что большая часть пиломатериалов вырабатывается с применением лесопильных рам (до 82...86%), существенно меньшая с использованием фрезерно-пильных агрегатов, круглопильных, ленточнопильных станков.

Проблема повышения энергоэффективности лесопильного производства (ЛП) может быть решена при комплексном рассмотрении и оптимизации технологической и энергетической составляющих процесса. В то же время можно отметить, что такие исследования практически не выполнялись, поэтому целенаправленное, научно обоснованное изучение этой проблемы является актуальным.

Цель исследования: повышение энергетической эффективности производства пилопродукции путем комплексной оптимизации операций технологического процесса и энергопотребления. Основные задачи исследования:

1.Установить стохастические характеристики отдельных технологических операций и процесса лесопиления в целом;

2.Построить математические модели основного энергоемкого оборудования на участках технологической линии;

3.Определить параметрическую структуру энергетических балансов и характеристик энергоемкого оборудования лесопильного потока;

4. Провести анализ режимов энергопотребления основного оборудования поточной линии производства пилопродукции;

5.Разработать имитационную модель технологического процесса лесопиления с учетом показателей энергопотребления; провести корреляционно-регрессионный анализ основных показателей энергопотребления и производительности технологического потока.

6.Разработать многокритериальную модель интенсивности использования поставов для раскроя пиловочного сырья, количества потребляемой энергии и удельного энергопотребления.

Методы исследований. Для решения поставленных задач применено инструментальное сопровождение регистрации процессов энергопотребления механизмов, методы теории массового обслуживания и

случайных процессов, аппарат теории вероятностей и математической статистики, теория игр, методы линейного и нелинейного программирования, многокритериальной оптимизации, имитационное моделирование, теория планирования эксперимента. Научная новизна.

Установлены энергетические балансы и характеристики основного энергоемкого оборудования лесопильного производства и определены базовые технологические факторы, влияющие на показатели энергопотребления.

Разработаны математические модели работы основного энергоемкого оборудования и технологических линий производства пиломатериалов как систем массового обслуживания.

Установлены закономерности технологических и энергетических показателей отдельных операций и технологического процесса лесопиления в целом.

Разработана алгоритмическая модель решения многокритериальной задачи оптимизации интенсивности поставов раскроя сырья с учетом энергетических факторов.

Практическая значимость. Получены оценки степени влияния технологических факторов на показатели энергопотребления энергоемкого оборудования ЛП. Энергетические характеристики, построенные для наиболее энергоемких приемников, позволят установить численные значения удельных расходов энергии и выбрать энергетически эффективный в сочетании с технологическим режим работы головного оборудования ЛП. Комплексная многокритериальная модель интенсивности поставов раскроя пиловочных сортиментов позволяет снизить расход на 6,3% и уменьшить удельное энергопотребление технологического процесса на 2-3,6% в расчете на 1000 м3 пиловочного сырья.

Основные положения, выносимые на защиту. 1 .Представление технологии производства пилопродукции как многофазовой системы массового обслуживания общего вида.

2.Математические модели работы основного технологического оборудования для производства пилопродукции.

3.Результаты исследования энергопотребления основного оборудования и лесопильного потока в целом, позволяющие определить влияние основных технологических факторов на показатели энергопотребления.

4.Научно обоснованные подходы к формированию и моделированию групповых графиков мощности приемников ЛП и определение их показателей.

5.Многокритериальная модель оптимального сочетания интенсивностей использования вероятных поставов для раскроя пиловочного сырья, минимизирующие объемный выход сырья и показатели энергопотребления.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях и семинарах

АЛТИ-АГТУ-С(А)ФУ, научно-технической конференции «Технико-экономические проблемы оптимизации режимов электропотребления промышленных предприятий» (г. Миасс, 1987), научно-техническом семинаре «Совершенствование нормирования и регулирования энергопотребления в промышленности» (г. Москва, 1987), международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (г. Вологда, ВоГТУ, 2003, 2007, 2008, 2009,2010 г.г.), научно-технической и методической конференции «Электроснабжение, электросбережение, электрооборудование» (г. Новомосковск, РХТУ им. Д.И. Менделеева, 1996 г), научно-технической конференции «Электроснабжение, энергосбережение и электроремонт» (г. Новомосковск, РХТУ им. Д.И. Менделеева, Московский энергетический институт (технический университет), 2000,2001,2002,2003, 2004 г.г.).

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, изложенных на 377 страницах, списка литературы из 196 наименований, включает 87 рисунков, 42 таблиц, приложения. Результаты исследований опубликованы в монографии,46 статьях, в том числе 14 в изданиях по перечню ВАК.

Содержание работы

Во введении представлена общая характеристика работы, ее актуальность, научная новизна и основные задачи исследования.

В первой главе приведен обзор современного состояния вопросов оптимизации и моделирования технологических процессов деревообработки, базовой составляющей которой является ЛП. Применение современных математических методов в управлении деревообрабатывающим производством невозможно без алгоритмизации основных технологических процессов. К основным направлениям, получившим развитие в научных исследованиях процессов деревообработки, следует отнести: оптимизацию процессов резания древесины, оптимизацию технологических процессов, их математическое моделирование.

Большой вклад в исследование и разработку оптимальных режимов процессов механической обработки древесины внесли М.А. Дешевой, С.А. Воскресенский, А.Л.Бершадский, А.Э. Грубе, В.И. Санев, В.И. Любченко, Ф.М. Манжос, A.A. Пижурин, Н.Ф. Пигильдин, М.И. Симонов, В.Р. Фергин, С.Н. Рыкунин, Г.Ф. Прокофьев, Ю.М. Стахиев, И.П.Остроумов, М.Н. Орлов, К.А. Лейхтлинг и др. В основе этих работ лежит изучение физико-технических возможностей процессов обработки и их оптимизация с целью получения максимальной надежности качественных характеристик оборудования, наибольшей производительности.

Математическое моделирование и оптимизация технологических процессов деревообработки получили отражение в работах P.E. Калитеевского, А.Н. Песоцкого, Х.Л. Фельдмана, Д.Ф. Шапиро, П.П.

Аксенова, Г.Д. Власова Г.Т. Титкова, H.A. Батина, A.A. Пижурина, В.Р. Фергин, М.С. Розенблита, В.Г. Турушева, И.В. Соболева, С.Н. Рыкунина, А.М. Копейкина, А.Е. Алексеева, Б.И. Кошуняева, Г.А. Олейник, ЦНИИМОД МГУЛ, СПбЛТА, КарНИИЛП и др. В основе этих работ лежит изучение закономерностей технологических процессов с целью повышения качества и объемного выхода пиломатериалов, однако особенности и уровни энергопотребления во взаимосвязи с технологией в них не рассматривались.

Исследования энергетических свойств механизмов можно проводить по двум принципиально различным направлениям. При первом - потери энергии определяются через коэффициент полезного действия, который изменяется в функции нагрузки на валу приводного двигателя. Способы измерения этой нагрузки могут быть различными, но при этом всегда требуется соответствующие аппаратурное сопровождение, т.к. непосредственно в производственных условиях нагрузка на валу обычно не измеряется.

При втором направлении, предложенном чл.-корр. РАН Вейцем В.И., потери и полезное потребление энергии определяются через некоторые коэффициенты потерь и производительность агрегата. В результате получают аналитические зависимости между потребляемой мощностью или удельным потреблением энергии и производительностью исследуемого механизма, получившие название энергетических характеристик. В диссертационной работе используется второй метод, так как он позволяет выразить полезную нагрузку на агрегат через производительность -показатель, по которому практически оцениваются результаты работы агрегата, участка и т.д.

Теоретические и практические аспекты методики нормирования и анализа энергопотребления на базе энергетических характеристик отражены в работах И.В.Гофмана и А.А.Тайца. В них отмечена необходимость определения энергетических характеристик для каждого механизма отдельно, поскольку из-за разнообразия режимов работы зависимость расхода энергии от их производительности имеет различный характер. Вопросы анализа и моделирования процессов энергопотребления рассмотрены в работах Н.В. Копытова, В,П. Тихонова, Г.М. Каялова, Б.Н. Авилова-Карнаухова, И.В. Жежеленко, В.И. Гордеева, Э.Г. Куренного, Ю.А. Фокина, Б.И. Кудрина, Надтоки И.И., Г.С. Хронусова.

Потребление энергии приемниками лесопильного производства зависит от многих технологических факторов, большинство из которых не учитываются при анализе и планировании энергопотребления. Поэтому при анализе энергопотребления, как производственных участков, так и отдельных механизмов необходимо одновременно учитывать и влияние основных факторов, характеризующих процесс лесопиления в целом и отдельные операции. Наиболее энергоемким является участок рамной распиловки.

Характерной особенностью технологического процесса лесопиления является то, что в нем постоянно проявляется воздействие случайных

факторов - форма и размеры пиловочных сортиментов, изменчивость продолжительности технологических операций и пр. В результате подача сырья к технологическим агрегатам происходит не ритмично, а с разными интервалами времени. Такие процессы не могут быть детерминированными и их необходимо рассматривать как случайные. Среди множества различных типов случайных процессов особое место для математического описания производственных систем имеют марковские процессы с непрерывным временем.

Таким образом, при анализе режимов энергопотребления производства пилопродукции необходимо одновременно учитывать и влияние различных технологических факторов, воздействия которых могут иметь случайный характер.

Во второй главе приведено математическое описание лесопильного потока как системы массового обслуживания (СМО) общего вида, в которой интервалы между поступлениями требований и время их обслуживания распределены по произвольному закону. Впервые на возможность описания лесопильного потока как пуассоновской СМО обратили внимание P.E. Калитеевский, В.Г. Турушев, И.В. Соболев, С.Н. Рыкунин, A.A. Пижурин, В.Р. Фергин. На вход такой системы поступает поток пиловочного сырья, а на выходе образуется поток пиломатериалов. При этом отдельные технологические операции процесса образуют фазы СМО, что позволяет рассматривать лесопильное производство как многофазную СМО. В свою очередь каждая фаза также представляет СМО с ожиданием (рис.1).

Участок обрезки досок

Участок окорки Участок распиловки бревен

1 '

Сортировочный 11 I« Окорочный 1 Ь I* Нахопитель

бассейн Эрланга станок 'Эрланга1 1 1

Лесопильная рама

'Эрлангв

Эрлангв Участок распиловки брусьев

Брусопсреклад Лесопильная

чих Лог* рама

норм

Эрланга

Стол

Обрезной станок

Стол

Обрезкой станок

Рис.1. Сетевая модель поточной линии производства пиломатериалов как системы массового обслуживания Источником требований является сортировочный бассейн. Первая фаза обслуживания - операция окорки бревен. Вторая фаза - операция распиловки бревен на лесопильных рамах 1-го ряда. Третья фаза - операция распиловки брусьев на лесопильных рамах 2-го ряда. Четвертая фаза -операция обрезки досок. Далее приведено описание участков технологического процесса поточной линии.

Участок окорки бревен. Показано, что входящий поток сортиментов представляет собой случайный процесс, обладающий свойствами: ординарность, стационарность, ограниченность последействия. Для моделирования стационарного потока с ограниченным последействием был принят поток Эрланга. ..Пусть ... есть последовательные моменты

поступления бревен в окорочный станок. Величина /0 есть начальный момент времени.

Обозначим промежутки времени между моментами поступления двух смежных бревен через

г, г =1,2,... (1)

При этом заранее трудно предвидеть, в какой момент времени поступит очередное требование, поэтому все г\ и ?, представляют собой непрерывные случайные величины.

Для математического описания стационарного потока с ограниченным последействием А.К. Пальмом введена функция <ро(0> а А.Я. Хинчиным доказана теорема, согласно которой функция распределения случайных величин Zi, 1—1,2,... имеет вид

(

(2)

о

*■,(<) = 1-й, (О, 2 (3)

где Я; - интенсивность потока сортиментов, которая может быть определена из (2) через функцию <ро(0-

Так как вероятность поступления в окорочный станок за время (0,со) требований равна единице, то из (2) получим

оо

= (4)

о

откуда с учетом (3)

—--; 1 - 2. (5)

о

В диссертационной работе доказано, что интеграл, стоящий в знаменателе (5), представляет собой математическое ожидание случайной величины г/(1=2,3,...), т.е.

АЦ = ](1-^(Г))^=-Л&+Мгй. (6)

откуда согласно (5) интенсивность потока

где МЬ - математическое ожидание длины бревен, м; Мтв - математическое ожидание длительности межторцового разрыва, с; иг скорость подачи окорочного станка, м/с.

В соответствии с методикой было проведено обследование процесса окорки в количестве 151 бревен в летний период на Соломбальском ЛДК г. Архангельска, которое подтвердило гипотезу о том, что входящий поток сортиментов может быть описан законом Эрланга порядка А:/ =42 и интенсивностью А/ =0,03 с' (рис.2), плотность распределения которого

* (*-1)!

Эмпирическая частота Теоретическая частота

27,7 31,1 34,5 37,9 41,3 44,8 48,2 51,6

Продолжительность интервала между бревнами, входящими в окорочный станок, с

Рис.2. Эмпирическая и теоретическая зависимости распределения длительности интервалов между поступлениями бревен диаметром 20 см в окорочный станок

Для определения эффективности работы участка окорки необходимо знать закон распределения времени окорки бревен.

Для решения этой задачи использован метод, разработанный А.К. Эрлангом, согласно которому операция окорки отдельных бревен рассматривается как случайный марковский процесс, состоящий из ряда последовательно выполняемых этапов. При этом под этапом понимается элементарная стадия процесса окорки, длительность выполнения которой представляет собой непрерывную случайную величину.

Полагая, что для окорки отдельного бревна требуется выполнить кэ этапов процесса, поставим в соответствие каждому этапу состояние окорочного станка: е;, е2, ..., е^ СМО действует таким образом, что как только обслуженное требование покинет ее, на вход станка может поступить новое требование, которое занимает этап 1 (станок переходит в состояние е^ и находится в нем случайное время т¡. После ухода из первого этапа требование поступает на этап 2 (станок переходит в состояние и находится там случайное время т2 и т.д. После окончания кэ - го этапа требование покидает окорочный станок, а сам он переходит в состояние Ев, обусловленное межторцовым разрывом. Только после этого в станок может поступить новое требование и он вновь перейдет в состояние е/ (рис.3).

Рис.3. Размеченный граф состояний окорочного станка при окорке отдельного бревна

Полагаем, что переход требования от одного этапа к следующему по порядку происходит под воздействием пуассоновского потока событий с интенсивностью кэ- В этом случае решение задачи возможно с помощью дифференциальных уравнений Колмогорова. Тогда плотность распределения времени выполнения этапа окорки

/,(0=V"9'. (9)

Средняя длительность этапа окорки

тс = А -о

Полное время Тэ окорки бревна равно сумме кэ случайных величин Г/ , каждая из которых описывается распределением (9). Характеристическая функция (ХФ) случайной величины г;- имеет вид

4 (у) = у'= у'яэе^'ш = (ю)

о о

где /=л/—Т - мнимая единицам - параметр ХФ. ХФ суммы независимых случайных величин

-и1

V

'(Яэ-^у

При обратном преобразовании находим плотность вероятности длительности окорки бревна

г (Л з (Лэ<)*'"' , (ЯэО*'"' ,-я.г ..,, {Мэ1)к,А (11)

ДАэ) (Аэ-1)! (Аэ-1)!

где Г ( кэ) -гамма - функция; щ= ХУкэ - интенсивность обслуживания, равная среднему числу требований, обслуженных в единицу времени, с'.

Для установления статистической связи между производительностью и длительностью межторцовых разрывов в работе построена статистическая модель межторцовых разрывов. Экспериментальные исследования, проведенные в соответствии с методикой на Соломбальском ЛДК г. Архангельска, по распределению продолжительности окорки бревен в количестве 151 сортиментов, подтвердили правильность теоретических положений и гипотезу о распределении длительности межторцовых разрывов

ю

согласно закону Эрланга порядка £э=189 с параметром Яэ=7,4 с' и порядка кв=1,94 с параметром /.£=0,25 с'1 соответственно.

Участок распиловки бревен. Рассматриваем накопитель, впередирамные тележки и лесопильную раму как элементы, образующие СМО. Емкость накопителя составляет т бревен. Установлено, что время обслуживания одного требования является случайной величиной, распределенной по закону Эрланга с параметрами кэ и Рассматриваемая СМО относится к типу систем с ограниченной длиной очереди. В одноканальной СМО требование, поступившее в момент, когда канал занят, становится в очередь и ожидает обслуживания при условии, что длина очереди в этот момент менее т. Обозначим состояния системы: яо — в СМО нет заявок; X] - в СМО одна заявка (очереди нет); - в СМО две заявки (одна обслуживается, другая в очереди); . . .; - в СМО т+1 заявок (одна обслуживается, т находятся в очереди). На рис.4 показан пример реализации во времени случайного процесса значениями которого являются число требований в СМО.

М)

, к

7" 6" 5"

0 г, ь г3 и

Рис.4.Реализация случайного процесса ОД изменения числа требований на участке распиловки

Ввиду того, что время обслуживания распределено по закону Эрланга, для такого случайного процесса не представляется возможным определить предельные вероятности состояний СМО по методике, которая применяется для марковских процессов. В связи с этим случайный процесс искусственно сведен к марковскому с помощью метода «псевдосостояний». Этот метод состоит во введении в граф реальных состояний СМО определенного числа фиктивных состояний - «псевдосостояний», превращающих немарковский случайный процесс в марковский (рис.5). Определив вероятности реальных состояний, были вычислены характеристики эффективности СМО и проведен анализ работы участка: среднее число требований в системе и в очереди; пропускная способность системы; среднее время пребывания требования в системе (в очереди и на обслуживании) и в очереди;

п

коэффициент загрузки системы; вероятность того, что поступившее требование приведет к переполнению накопителя.

Пиловочные сортименты в ЛР подаются с межторцовыми разрывами. Для установления закона распределения были проведены

экспериментальные исследования, которые подтвердили гипотезу о распределении длительности межторцовых разрывов по экспоненциальному закону с параметром Лв=2 с1.

Рис.5. Размеченный граф СМО участка распиловки с псевдосостояниями

Получены параметры закона распределения операционного времени Т0 распиловки сортировочной группы бревен. ЛР рассматривается как СМО, в которой протекает дискретный случайный процесс Е($ с непрерывным временем: система в установившемся режиме работы в случайные моменты времени меняет свои состояния (рис.6).

0 El Е=> Е2 ЕВ2

V/// t,* ///// iV/ J

t. t„ Х„ 12Н Т52 .4. ч,

Рис.б. Реализация во времени случайного процесса E(t)

Состояние Ei соответствует распиловке первого бревна, начавшейся в случайный момент и длящейся случайное время t3j. После того, как

12

первое бревно будет распилено, JIP переходит в состояние Ещ, соответствующее первому межторцовому разрыву, и будет находиться в этом состоянии случайное время тв1. В случайный момент времени tw JIP переходит в состояние Ег (начало распиловки следующего сортимента) и т.д.

Задача нахождения закона распределения операционного времени То сводится к тому, чтобы найти законы распределения суммарных времен пребывания ЛР в состояниях Ej, Е2, ..., Е„ (время Тэ) И СОСТОЯНИЯХ Est, Ев2, Ев,„-1 (время Гв), т.е.

Тэ - Тэ\ +ТЭ1 + ... + ГЭЛ,

Тв = ТВ\ +ТВ2 + — + *В,п-1. где п - количество бревен в сортировочной группе.

Здесь особо следует отметить, что математической моделью распиловки отдельных бревен является случайный марковский процесс, заключающийся в последовательном выполнении кэ этапов, продолжительность которых распределена по показательному закону с параметром Хэ (9). Напротив, процесс распиловки группы бревен не является марковским, т.к. продолжительность распиловки каждого бревна распределена по закону Эрланга (И). Однако если процесс распиловки группы бревен рассматривать как последовательное выполнение к$п стадий, то в этом случае он также будет марковским. Тогда плотность распределения времени Тэ можно найти, используя преобразование Лапласа для вычисления свертки п функций-

оригиналов. Следовательно,

Mt) = Лэ = (12)

J KJ Г(кэп-1) (Лэи-l)!

Таким образом, эффективное время Тэ распиловки и бревен имеет распределение Эрланга кэп-го порядка с тем же параметром /-э, что и распределение времени распиловки Гэ одного бревна.

Аналогично установлено, что случайная величина Тв при распиловке и бревен также распределена по закону Эрланга

/га (0 = -е-Ч (13)

Оперативное время То распиловки группы бревен есть сумма двух случайных величин Тэ и Тв, а поэтому также является непрерывной случайной величиной. Для нахождения параметров ее закона распределения в диссертационной работе выведены формулы, которые определяют искомые параметры через параметры законов распределения случайных величин Тэ и Тв

_(МТ0)2 =(Лэка(п-\) + Авкэп)2 0 DT0 Ягэк3(п-1) + Я2вкэп

и

я =МТр = Лэкв(п-1) + Лвкэп г х 0 £Г0 Л\кв{п-\) +Л\кэп 3

Плотность распределения случайной величины То имеет вид

/ (16) (Аг0 -1)! 4 '

В третьей главе представлены результаты построения и анализа энергетических балансов и характеристик энергоемкого оборудования лесопильного производства. Первичным звеном в производстве и энергопотреблении деревообрабатывающего предприятия является отдельная технологическая операция, осуществляемая на определенном станке -приемнике энергии. Без анализа энергетических балансов отдельных механизмов в связи с техническими характеристиками самих механизмов невозможно осуществление нормирования и планирования энергопотребления на отдельных участках и лесопильного производства в целом. В табл.1 представлен энергетический баланс технологического процесса производства пиломатериалов в лесопильном рамном потоке на Соломбальском ЛДК г. Архангельска. Наиболее энергоемкими технологическими операциями являются распиловка бревен и брусьев (более 68%), обрезка досок (19,94%) и т.д. В связи с этим при анализе режимов энергопотребления поточной линии, определении рациональных энергетических режимов ее работы в первую очередь следует уделить внимание работе головного лесопильного оборудования - лесопильным рамам.

Таблица 1

Энергетический баланс процесса производства пиломатериалов

Технологическая операция Вид оборудования Среднесменные показатели по поточной линии

Потребление электроэнергии, кВт-ч Энергоемкость, % Суммарная номинальная мощность, кВт

Окорка бревен Окорочный 30,95 4,09 44

станок

Распиловка Лесопильная 218,65 28,90 110

бревен рама 1-го ряда

Распиловка Лесопильная 296,90 39,24 120

брусьев рама 2-го ряда

Обрезка досок Обрезной станок 150,85 19,94 94

Транспортные Конвейеры 59,19 7,82 58,4

операции

Итого 756,54 100 426,4

Наряду с энергетическими балансами оборудования, при анализе энергопотребления важную роль играют энергетические характеристики. Их построение основано на разделении всех элементов энергобаланса агрегата на постоянные элементы (не зависящие от его производительности) и переменные (зависящие от производительности) и на установлении функциональных зависимостей переменных элементов баланса от производительности. В диссертационной работе построены энергетические характеристики основных энергоемких приемников лесопильного производства.

На рис.7 показана структурная схема передачи мощности в механизме резания вертикальной ЛР, приводимом в движение асинхронным двигателем (АД) с фазным ротором. Подводимая к механизму резания мощность Рмр содержит две составляющие: переменную мощность резания Ррез, постоянную мощность РМр. пост потерь энергии, вызванных силами трения в подвижных элементах механизма и силами инерции, т. е.

^МР ~ Ррез + аРжпост 0 7)

где а -1,1 - коэффициент, учитывающий возрастание мощности холостого хода при нагрузке.

Для определения мощности резания как функции производительности в качестве исходной была использована «объемная» формула аналитической теории резания

Ррп = Щ = КВпрН,и, (18)

где VI - объём древесины, превращаемый в опилки за 1 секунду, м3/с; К- удельная работа рамного пиления для расчётных условий резания, кДж/м , Вцр - ширина пропила, м; - суммарная высота пропила, м\ и - скорость подачи, м/с.

Методики расчета мощности резания по аналитическим формулам были обоснованы в трудах М.А.Дешевого, С.А.Воскресенского, А.Л.Бершадского, Е.Г. Ивановского.

Лесопильная рама

йРД I Дрмп рмр.пост I

I_____________I

Рис.7. Структурная схема передачи мощности в электроприводе механизма резания

С учетом основных технологических факторов и энергопотребления уравнение мощности резания приобретает вид

Рт = 2KrBnpZn = сю VI,

Я — <М)

где Кг - удельная работа резания при нормированных условиях; яя, ар -коэффициенты, учитывающие плотность древесины и затупление резцов соответственно; а/- коэффициент постава, принимаемый в зависимости от вида распиловки; Z¡¡-количество пил в поставе; смр - постоянный при определенных условиях параметр, характеризующий энергоемкость процесса резания, кДж!м1,5 • с0,5; А -производительность ЛР,

Анализ полученной зависимости показывает, что коэффициент энергоёмкости cMf в значительной степени зависит от фактических условий резания (толщины срезаемого слоя, степени затупления резцов, количества пил в поставе, плотности древесины), скорости подачи. Мощность холостого хода лесопильной рамы

Рырмост=^вп2г\0-5, (21)

где с= 0,011...0,015-коэффициент, учитывающий условия трения; Сд - весвозвратно движущихся частей механизма резания, Я; п - частота вращения главного вала, об/мищ г - радиус кривошипа, м.

Тогда уравнение энергетической характеристики механизма резания

'pm =cMP-U+ аРМРМ0СГ (22)

При номинальной производительности А ном мощность, подводимая к механизму резания ЛР, имеет номинальное значение Рмр.иом-

Потери мощности в механизме передачи имеют две составляющие: переменную ЛРмп.пер , пропорциональную передаваемой мощности, и постоянную АРмп.пост (мощность постоянных потерь). Тогда

кРмп.пост = ЛмпРмр.ном • (23)

дРмп.пер — ЬмпРмр , (24)

где амтЬмп- коэффициенты постоянных и переменных потерь соответственно. Уравнение энергетической характеристики ЛР с учетом (17), (22) и (23) Рмп = Рмр + ЬРмпшр + ¿Рмп.пост = (смр+ а Рмр.посг)(1+Ьмп )+ + ЧмпРмрном — Смр{\.+Ьмп)4А + [l+Ьмп)&Рмр.пост+ЯмпРмр.ном\

или

Рмп = с мп 4а + Рмп.пост, (25)

где сдш - коэффициент энергоемкости ЛР; Рмплост - постоянная составляющая мощности, подводимой к МП, кВт.

Коэффициенты потерь определены по двум показателям; номинальному КПД Т]мп.ном механизма передачи и отношению потерь

„ _ АРмп.пост _ аип nf\

Xмп - Ат> ~7 •

^Ш.ПЕР.НОМ МП

Для простых кинематических цепей Хмп=1, поэтому

Чмп.ном

При нахождении функциональной связи между мощностью, потребляемой приводным двигателем, и производительностью ЛР, принято, что переменные потери мощности АРд.пер в двигателе изменяются пропорционально первой степени нагрузки. Тогда потери мощности в двигателе

ьрд.!70ст~адрмл.юм = ад(1 + амп +ьмп)рмр.ном'> (28)

^Рд.пер ~ЬдРмп = Ъд(\ + Ьш){сш4~А+аРМрПОСГ')+ЬдампРирмои =

= ъд 0 + knyupjâ+'ьд (1+Ъмп^мрлост+ЪдатРирмю (29)

где ад,Ьд — коэффициенты постоянных и переменных потерь соответственно. В диссертационной работе показано, что относительная погрешность при этом составляет (1.6. ..1,8)%.

Уравнение энергетической характеристики электропривода ЛР р = рил + ард.пер + ^рд.пост = 0 + Ьд)Рип + адРш.нои =

£>mn)(.cmpjâ + врмр.пост) + (1 + ^д)ампРмр.ном + «ш + Ъщ,) = (1 + Ьд)(1 + ЬШ[)сир42 + ^мп)армр.пост + [(^ + Ьд)<*мп +ад0- + амп + ьмп^рмр.ном

или

Рд=сД4А+Рдпост (30)

где Сд - коэффициент энергоемкости JIP вместе с электроприводом;

Рдмост- постоянная составляющая потребляемой мощности, характеризующая непроизводительный расход электроэнергии, кВт.

При анализе нагрузки ЛР в течение операционного цикла го учтена конусность бревна. В этом случае текущие значения объема V(t) распиленной части бревна и производительности A(t) ЛР в момент времени t определяются

A(t)=—L=900т(^и+2dBcu2t+c2uY). (31)

dt

d(t) = dB + si (г) (32)

где l(t) - длина распиленной части бревна в момент времени t, l(t)=ut; dB - вершинный диаметр бревна; d(t)=d +sl(t) - текущее значение диаметра распиливаемого бревна; и -скорость подачи; s - средний сбег бревна.

Загрузка ЛР в течение времени То является переменной величиной (рис.8). Отрезок тэ характеризует время эффективной работы ЛР, в течение которого происходит распиловка, а интервал гв - вспомогательное время (цикловые потери).

Рис.8. График текущей производительности ЛР за время операционного цикла

Среднечасовая производительность Аэ, отнесенная к эффективному времени цикла,

Аэ =

3600

]лт

3600УБ

м 1ч.

(33)

Тэ о"1 Тэ

Среднечасовая производительность, отнесенная к операционному времени одного цикла

(34)

, 360(Ув 3600УБ 3, Ао=-=-. м /ч.

*Э+Тв

Го

С учетом (12) получим

Ао = коктАэ,тм ■ (35)

где ксг=тэ/*о - коэффициент использования ЛР в операционном цикле; кт =А^Аэ,тах -технологический коэффициент нагрузки ЛР; Аэтах - максимальное значение производительности Аэ при оптимальных технологических параметрах режима и наибольшей нагрузке ЛР.

В работе определена связь между текущими значениями удельного расхода электроэнергии (УРЭ) и производительности за эффективное время работы ЛР в операционном цикле. Полный расход электроэнергии с1УУ за бесконечно малый промежуток времени <Л включает в себя

с1Ш = й\¥пол + ¿( А ^ + Л( Д где сПУт, - полезно затраченная энергия, й(Д - переменные потери энергии, зависящие от нагрузки, <1( Д - постоянные потери энергии, не зависящие от нагрузки.

Для дальнейшего анализа полный расход энергии представлен как

<т =сау„ер +

где сП¥тр - + ¿(А Жмц) - переменная составляющая, (¡Шп постоянная составляющая.

Уравнение текущего значения удельного расхода энергии

(36)

Ф)"

(IV

сНг ацг

пер . и'' пг

<¿7

сIV

или

¿ж

(37)

Слагаемое ¿0) представляет собой величину удельной переменной составляющей полного расхода энергии на единицу объема распиливаемого сырья или переменный удельный расход энергии. С другой стороны, используя (30), получим

АО) Щ АО) АО)

а) б)

Рис.9. Графики потребляемой мощности (а) и удельного расхода энергии (б) за время операционного цикла: Рэ,Ро — средние потребляемые мощности; йэ, ¿о — средние удельные расходы энергии за эффективное и операционное время цикла

соответственно.

В работе проведено исследование влияния среднечасовой производительности Аэ на среднее значение УРЭ йэ за эффективное время цикла Обозначив Рд.посг^аРэ.тах, где а - доля мощности постоянных потерь энергии от максимального значения потребляемой мощности Рэ,тал из (17) после преобразований получим относительное изменение удельного расхода в зависимости от технологического коэффициента загрузки лесопильной рамы

йэ _ а + (1 -а)-1кт . (39)

¿Э.яш кт

Рис.10. Зависимость относительного изменения удельного расхода электроэнергии от технологического коэффициента загрузки

Величина а в (39) - коэффициент формы кривой УРЭ. Анализ зависимости (18) показывает, что чем относительно больше постоянная составляющая потребляемой мощности, тем при прочих равных условиях с большим перерасходом энергии связана работа ЛР со сниженной производительностью. При проведении экспериментальных исследований на лесозаводе №3 г. Архангельска в течение четырех месяцев в соответствии с методикой в весеннее-летний период определено фактическое время распиловки бревен с вершинным диаметром 14-30 см в количестве 950 сортиментов. При этом согласно спецификации сырья за календарное время к наиболее часто встречающимся сортиментам относятся лесоматериалы с нормативным диаметром 20 и 22 см длиной 4,41...6,37 м. Время их распиловки 18,9...27,3 сек, а диапазон изменения среднечасовой производительности Аэ за эффективное время 30,74. -36.72 м/ч. При распиловке сортиментов рассматриваемых диаметров по одному поставу коэффициент кт для наименьшего по объему бревна 0,837,что соответствует возрастанию УРЭ по сравнению с d3, mi„ на 13% .

В работе проанализировано влияние основных технологических факторов ЛР на их энергетические показатели. Установлено, что на среднечасовую производительность А0 оказывают влияние параметры режима и загрузки оборудования, величина вспомогательного времени в составе операционного цикла. При этом зависимости Po=f(Ao) и dtf=<p(Ao) имеют различный характер при изменении А0 под влиянием каждой из аргументирующих величин. Одному и тому же значению А0 в общем случае может соответствовать большой диапазон средних значений Р0 и d0. В связи с этим при нормировании и анализе энергопотребления применены два вида энергетических характеристик: частные аналитические и нормовые характеристики.

Частные аналитические энергетические характеристики относятся к эффективному времени тэ, и следовательно, к производительности Аэ. При этом каждая из них должна соответствовать изменению Аэ под влиянием только одной из аргументирующих величин при постоянных значениях всех остальных. На основе выражения (9) нами получено уравнение средней потребляемой мощности

Рэ = 2(1 + Ьд )(1 + Ъш )KTB„PZn йПа^и tjj + Рд пост. (40)

Отсюда видно, что зависимость мощности Рэ от каждого из параметров процесса распиловки различна. При изменении скорости подачи она прямолинейна, а при изменении объема бревна - нелинейна.

Записав уравнение энергетического баланса ЛР, отнесенного к эффективному времени цикла, как

щ=рэт3=2(\+ьд)(1+ьш)ктвпргп:^г № +рДП0СТ-Ь-, (4i)

получим удельный расход энергии

с!э=2(\ + Ьд)(\ + Ьмп)КтВпрг

апара1 [Т

я збоо-Т^

РД.ПОСТ Ь

3600 Уи

где н»э - электроэнергия, потребляемая двигателем механизма резания за эффективное время, кВТ'Ч.

Характеристики Рэ(и) и с1э(и) на рис.11а соответствуют изменению производительности Аэ за счет изменения скорости подачи, характеристики Рэ(У) и с1э(У) - случаю изменения объема распиливаемых бревен. При одном и том же увеличении производительности Аэ УРЭ снижается по - разному: наибольший эффект дает увеличение объема бревна, в меньшей степени -увеличение скорости подачи._

35 36 37 38 39 40

Производительность Аз лесопильной рамы 1-го ряда за эффективное время цикла, мЗ/ч

)1 3!

ПрогоедпелшпьЛожошльмй рамы 1-го ряда и шкраяшяк враш дш, «Йч

а) б)

Рис11. Энергетические характеристики лесопильной рамы при работе без учета (а) и с учетом (б) операционного вспомогательного времени

Производительность А0 подвергается изменениям под влиянием колебаний нагрузки и продолжительности вспомогательного времени. Поэтому для анализа зависимости показателей энергопотребления от указанных факторов нами применены нормовые энергетические характеристики Ро=/(А0) и с1ц=<р(А0) за операционное время т0 при постоянных технологических параметрах работы ЛР.

Энергобаланс ЛР, отнесенный к одному операционному циклу распиловки,

™0=Щ+™В = РЭ*Э + РД.ПОСТТВ = 0 + Ъд)(\ + -ДТГЭ + Рд.пост*о. (43)

где и>о - электроэнергия, потребляемая двигателем механизма резания за один операционный цикл, кВт-ч; н'а-то же за вспомогательное время, кВт-ч. . Средняя потребляемая мощность

Ро = Рд.пост + (1 + Ьд )(1 + Ьмп )смрко VктАэ шах •

(44)

Тогда при изменении объема распиливаемых бревен (коэффициент кт) зависимость Ро=/(Ао) нелинейная, а при изменении Тв - линейная.

Уравнение среднего удельного расхода энергии

л Рд.пост | ^ (1 + Ъмп )(1 + Ьд ')КтВпр2папара\ У» (45) коктАэша -^ЛктАэтах

На рис.116 характеристики Ро(ко) и Л0(к0) соответствуют изменению производительности Ао за счет изменения коэффициента использования ко, Ро(кт) и й0(кт) - коэффициента нагрузки кт.

В главе также приведены построение и анализ энергетических характеристик электроприводов основного энергоемкого оборудования на участках окорки, обрезки пиломатериалов, транспортных околостаночных операций. Выражения энергетических характеристик подводимой мощности к исполнительным механизмам других видов основного оборудования лесопильного потока (табл. 1) получены идентично:

- механизм окорки роторного окорочного станка

Рр = СРГА + Рр.П0СТ= ^^ +г^ЧЬМк0} ^[Л + вгЦпУп, Ыил

где Рр - мощность, подводимая к ротору, кВт; Рр.пост- постоянная составляющая подводимой мощности (мощность холостого хода), кВт; ко - удельное сопротивление окорке на 1 м ширины снимаемой полосы коры, Н/м; и - скорость подачи,м/с; 2%-количество короснимателей, ? - удельное давление короснимателя, Н/м; Ъ - ширина контактной площадки кулачка, м; вр - вес ротора, Я; цк - коэффициент трения короснимателя о древесину; рп - коэффициент трения в подшипнике ротора; со - угловая скорость ротора, рад/с; Уп- окружная скорость подшипника ротора, м/с.

- механизм резания обрезного станка

2п

Рпв — СпвА + Рпвмост -КтйпопрВпр ——А + аСпвУрЕз^п,

ЬД

где Кт - удельная работа при нормированных условиях резания; апопр - общий поправочный коэффициент; 2 п~ количество пил в станке; Ьд - ширина доски, м; а -коэффициент, учитывающий возрастание мощности холостого хода при нагрузке; Сяв -вес пильного вала вместе с пилами, Н; Урез - скорость резания, м/с\ /щ - коэффициент трения в подшипнике вала;

- наклонный цепной конвейер подачи бревен из бассейна в окорочный станок

Рк = с, А + Ркмост = ----—А +

; Рмт(3 + кз)кз +2до(Ьгсо+Шз) 1000

где Р/с - мощность, подводимая к конвейеру, кВт; 1г =Ьсо$!3 - длина горизонтальной проекции трассы конвейера, м; Ь - длина конвейера, м; /? - угол наклона конвейера; V -скорость движения цепи конвейера, м/с; т - коэффициент сопротивления движению ходовой части на катках; кз - тоже на звездочках; Я- высота подъема груза, м\ до - вес 1 м настила с цепями и опорными катками, Н/м; Рцш - минимальное натяжение гибкого элемента в расчетной точке цепи конвейера, Я.

- горизонтальный цепной конвейер подачи бревен в накопитель перед лесопильной рамой первого ряда

о * А^о Ьсо{\ + кз) л , Рмп-(2 + кз)к] +2д0Ьсо

Р*=с.А + РКПОСТ=-ш-А+-—-•

-ленточный конвейер подачи досок к обрезному станку

_ . _ <оЦет-1)

РК =скА + Рк.пост =-тт---А +

1000(е -1-квн)

( va>L[(\ + kыl)(gл+gm) + gл+gpг]ic

1000(е"а-1-А„»)

где V - скорость движения ленты, м/с\ со ■ общий коэффициент сопротивления движению ленты на роликоопорах; а - угол обхвата барабана лентой, рад; ц -коэффициент сцепления ленты с поверхностью приводного барабана; к(Н - коэффициент, характеризующий сопротивление на натяжном барабане, равный 0,05...0,07; gл - вес 1 м ленты, Н/м\ ёрг - погонный вес вращающихся частей роликов, поддерживающих груженую ветвь ленты, Н/м; gp„ - то же порожнюю ветвь ленты, Н/м;

Среднечасовая производительность Аэ ЛР за время Тэ непрерывной работы определяется как отношение

Аэ=г/Тэ. (46)

Из (46) следует, что при заданном согласно спецификации сырья объеме ^ группы бревен производительность Аэ является функцией непрерывной случайной величины Тэ, а, следовательно, сама является непрерывной случайной величиной. Получено выражение плотности распределения вероятностей случайной величины Аэ

аэГ(кэп){ аэ) { аэ) Из (47) следует, что плотность распределения производительности зависит от объема партии бревен, их количества и от параметров ).э и кэ распределения продолжительности распиловки отдельных бревен.

Согласно энергетической ■ характеристике среднечасовая мощность, потребляемая двигателем механизма резания ЛР,

^Э = рд.пост + сд ур^э = рд.пост + сд (48)

Из (48) следует, что мощность Рэ также является случайной величиной. Выполняя аналогичные (46) преобразования, получим выражение для плотности распределения вероятностей среднечасовой потребляемой мощности

2 Ьы 2

д(Рэ) = ТгмТТ,-р-^Г ехр(-6/(рэ -Рдмост) ), (49)

1 (кп) {рэ-Рдмост)

где Ь=Хэ<?д2-постоянный при определенных условиях множитель. Математическое ожидание среднечасовой потребляемой мощности

МРЭ = Рдлост + с^кп-\)МАэ , кВт.

1 (кп)

Среднее значение полного удельного расхода электроэнергии за время Тэ с учетом (34) определится

йэ = Р 3 = Рд п0ст I

Дэ л/Лэ

рд.пост гг , Од г=г-

(50)

Из (50) следует, что полный удельный расход <1Э случайной величиной, плотность распределения которой

2

также является

1 к3л

Г(кэп)

где

(и')

1-

' Д.ПОСТ

Ц.ПОСТ^Э + (СД 12)2

ехрЫ-Х) (51)

2

/Я =

с/г

сд4г

Рд.пост АРдмосг 2Рд.пост

Математическое ожидание полного удельного расхода

маэ=^-мтэ+-^4ШгэПкэП+0'5)-

В четвертой

2

главе

-ЩэП

Г(кэп)

проанализирована работа энергоемкого оборудования лесопильного потока на различных интервалах времени(эффективное, операционное время цикла, время рабочей смены), а также рассмотрены вопросы формирования групповых графиков энергопотребления. В качестве основного объекта исследований выбрана лесопильная рама как наиболее энергоемкий агрегат.

Операционное время рабочего цикла. Уравнение средней потребляемой мощности электропривода

Ро=Сд + рД.ПОСТ = Сд л/ коктАэ.тгл + Рд.пост• (52)

Рассмотрен случай, когда при постоянных технологических параметрах работы ЛР величины сд и тэ постоянны, а переменной является величина тв. Тогда в (51 переменными величинами являются А0 или к0, при этом А0 = /(Та), ко = <Р (тд) (рис. 12а).

А

Кшсп'

а) б).

Рис.12 . Энергетические характеристики: а - средней потребляемой мощности ЛР; б - среднего удельного расхода энергии за время тв

Каждая из кривых соответствует определенному значению коэффициента использования к0 в операционном времени, определяемому соответствующим постоянным значением вспомогательного времени Тв. В

этом случае производительность Ао возрастает за счет увеличения коэффициента кт.

Уравнение среднего удельного расхода энергии do за операционное

время

d -Р°=Сд | РЯ.пост _ сд | Рдмост

Отсюда следует, что увеличение производительности Ао как в результате изменения коэффициента кТ = f (У) при к0 = const , так и под влиянием изменения к0 = / (тц) при кт - const одинаково влияет на снижение удельного расхода энергии (рис. 126).

Время ТК рабочей смены. В течение смены JIP выпускает продукцию и периодически простаивает. В этом случае среднесменная часовая производительность JIP определяется как отношение

Z Z Z

Ах = — = ———— = —Ки = АоКн = КоКтКнАэъи., Тк То + Ти То

где Z - объем распиленного за смену сырья, м3\Тн - внеоперационное время, характеризующее перерывы, выходящие за пределы операционного времени То; Кн = Т0 / Тк - коэффициент использования J1P в календарном времени; Ко = 7э / То - коэффициент использования JIP в операционном времени в течение смены; Кт - Z / Zmm - среднее значение коэффициента загрузки ЛР в течение эффективного времени Тэ за рабочую смену; Zmax - максимальный объем распиленного за смену сырья, возможный при отсутствии потерь в работе ЛР, м3.

Потребление электроэнергии за время Тк определяется как сумма Wk=W0=W3 + Wb= РэТэ + ТцРпост = (сд + Рд.пост)Тэ + РдлостТв = = с д ~JAj Тэ + Рд.постТо = Сд^КтАэ.тш1Тэ + Рд.постТо.

Уравнения средних потребляемой мощности и УРЭ имеют вид Wr

Рц - т" - КнРд.пост + К0Кнсд т]ктАЭтвх - КцРд.пост + сд > (54)

dK=^-= . °д + Рдлост . (55)

Проанализированы режимы нагрузки ЛР в течение рабочей смены в зависимости от значения'коэффициентов Ко, Ки, АтСрисЛЗ). Режим 1. К0 = Кт =1, Кн=0,9, Ак =АКтах=0,9 Аэ. max-

В этом режиме среднесменная потребляемая мощность достигает максимального значения

Рк = ^АЭтш + 0,9 Рдлост = Рк.тш > > а средний удельный расход энергии принимает минимальное значение

■ Рк Рк. max Сд Рд.ПОСТ .

= = —-= I + —-= «ЛГ.тт.

Ак Аэ. max лМэ.тга ^Э.тах Этому режиму на рис. 13а, б соответствует точка 1. Режим 2. К0 =1, К,; =0,9, Кт < 1, Ак =0,9КГАЭ. тах

Средняя потребляемая мощность

Рк =0,9сд^КтАЭпех +0,9 Рдпост..

Рис. 13. Энергетические характеристики: а - средней потребляемой мощности, б - среднего удельного расхода энергии за время Тк

Среднее значение удельного расхода энергии с] - Сд +

* Л КТАЭ^

Этому режиму отвечает зависимость 2. Режим 3. Кн =0,9; Кт =1, К0 < 1, Ак =0,9К0 Аэ. тах. Средняя потребляемая мощность

Рк = 0,9К0сд т]АЭ тх + 0,9Р¡¡пост • • Среднее значение удельного расхода энергии

Л -Рк- .°я 1 ^Я-посг ■^■К лМэ.тах К0АЭшх Этому режиму соответствует зависимость 3 . Режим 4. Кт = Ко =1, Кн< 0,9, Ак =КнАэ.тах. Средняя потребляемая мощность

~ [°Д "\Мэ. тах + ^Д.ПОСТ ).

Среднее значение удельного расхода энергии

, Рк _ Сд Рд пост .

я* ---, 1--

Ак у Аэ .тах Аэ .тах Рассматриваемому режиму соответствует линейная зависимость 4

наименьшего значения удельного расхода (1К = с1к ты •

Проведен анализ динамики показателей режима электропотребления окорочных станков в зависимости от загрузки и графика использования в течение рабочей смены.

В разделе на основе применения методов теории массового обслуживания рассмотрены принципы формирования групповых графиков нагрузки энергоприемников лесопильного производства, определены значение, длительность и частота появления расчетного максимума этих графиков, выполнен расчет выбросов и моделирование графиков нагрузки. На рис. 14 показана реализация смоделированного суммарного графика активной мощности Рэ(() четырех лесопильных рам 2Р75-1(2) двухпоточного лесопильного цеха.

ччо\

29г

т

НУ

1ГГТТ

о 50 ■ «М '50... гоо гео Рис.14. Реализация суммарного графика мощности Р3({)

В пятой главе приведено имитационное моделирование производственного процесса лесопиления. Реальные производственные системы часто бывают настолько сложными, что их очень трудно исследовать с помощью обычных методов оптимизации. Особую сложность вносят случайные факторы, подчиняя технологические процессы законам статистической динамики. Поэтому для исследования таких систем применяют метод имитационного моделирования.

Разработка имитационной модели функционирования технологического процесса лесопиления выполнена в несколько этапов. Первым этапом является составление содержательного описания процесса, которое концентрирует сведения о физической природе и количественных характеристиках отдельных операций процесса, о характере и степени взаимодействия между ними, вторым - построение формализованной схемы функционирования процесса, третьим - преобразование формализованного описания технологического процесса в его имитационную модель.

Содержательное описание технологического процесса. Аналитическое описание работы поточной линии производства пиломатериалов как СМО такой сложной структуры представляется труднорешаемой задачей. В связи с этим весь процесс целесообразно моделировать, регистрируя прохождение каждого требования (бревно, брус, доска) на всех стадиях обработки.

В формализованной схеме описания технологического процесса отмечены характеристики процесса (УРЭ за эффективное и операционное время интервала выпуска продукции), установлены параметры режима работы основного энергоемкого оборудования (скорости подачи, коэффициенты энергоемкости), определены исходные данные (параметры и законы распределения случайных величин, постав распиловки). При этом последовательно регистрировалось прохождение во времени через поточную линию каждого требования, а также определялось энергопотребление на всех участках лесопильного потока.

Имитационная модель представляет собой систему соотношений, определяющих зависимость характеристик процесса от его параметров и времени.

В качестве входных переменных приняты величины:

- вектор - функция суммарных объемов обрабатываемого материала

Z = {Zeb\Zec\Zд), где Zeb', Zetí Z¡¡ - суммарные объемы бревен, брусьев и досок соответственно, м3-,

- вектор - функция скоростей подачи станков

м = («I; и2; «з; «4);

- вектор - функция суммарных продолжительностей межторцовых разрывов

Тв = (Tbi ; Тв2; Твг ',ТВА)-

- среднечасовые производительности A0(t) и A3(í) поточной линии по объему распиленного сырья за суммарное операционное То и эффективное Гэ время соответственно;

- общий объем электроэнергии Wo(t) и W3(t) на технологические операции за суммарное операционное и эффективное время соответственно.

Математической моделью технологического процесса лесопиления являются соотношения вида

do{t) = fx{t,Z,ü,TB,Ao,Wo)\

d3{t) = fi{í,Z,ii,A3,W0). Получение модели такого вида, когда выходные характеристики технологического процесса являются явными функциями от его входных переменных и времени, оказывается трудоемким, а модель весьма громоздкой. Поэтому для решения поставленной задачи технологический процесс лесопиления разделен на ряд отдельных операций. Характеристики и параметры операций связаны соотношениями

Ток = L¡U\,Tpac\ = L¡Ui, tpacl = L¡Uz, ТобР = Lcp/U4, Аэ\ = УБв1т0к)Лэг = Убв/грасьАэз = Vec¡Tpaci\A3í, = Уд/тобр', (56) Рэ\ = Сд\ VАэi + Рд.пос71; Рэг - Сдг-(Аж + Рд.посп', Рэз ~ Сдъ -\1Аэз + Рд.постъ; РЭ4 = СдьАэА + Рд.пост4; wok = Рэ\Ток', WpaCI = Рэг?pac\',wрас2 = РэзТРАС2woep = Рэ4?0бр.

Суммарные характеристики технологического процесса связаны с характеристиками отдельных операций следующими соотношениями

У (/) У (|) " (/) М (/)

7э1 = ^Ток I ^32 = Тэз = ^34 = ^ТОБР",

/=1 /=1 /=1 Ы

(0 (О iV"1 (О (I)

Tei = ^Zíi ;Гвг = Газ = ^Гдз;Гг4 =

(=1 w /=1 м

Тэ - T$i + Тэг + Гэз + Гэ4; Тв = Гщ + Гдг + Твз + Гд4; (57)

n n n и

w31 = wok ; = wpaci ; Иэз = £ ; = X ^osp ; м /=i í=i /=1

Wbi= Рд.пост\Тв\; = Рд.постгТвг; ^гз = Рд.постзТвг; Wb4 = Рд.пост*Тв*\

w3 = w3l + + + ^34; = wbx + + + wb<\ Тогда характеристики процесса имеют вид

= (58)

Zeb Zeb Zeb То

где T0 - операционное время обработки одной партии лесоматериалов. Соотношения (56) - (58) представляют собой имитационную модель процесса лесопиления.

По итогам статистической обработки результатов моделирования получены энергетические характеристики d0(Aa) и Ро (Aq) поточной линии пиломатериалов как корреляционные связи, линейное регрессионное уравнение зависимости УРЭ поточной линии от диаметра бревен, суммарной длительности вспомогательного времени механизмов и их эффективного времени.

На имитационной модели был поставлен многофакторный эксперимент согласно полному факторному плану 25,содержащему 32 серии опытов. Варьировались следующие пять факторов: u¡ - скорость подачи окорочного станка, м/сек; тВ1 - продолжительность межторцового разрыва бревен при их подаче в окорочный станок, сек; и2 - скорость подачи лесопильной рамы первого ряда, м/сек\ и21 - отношение скорости подачи лесопильной рамы второго ряда к и2,%\ и4 - скорость подачи обрезного станка, м/мин.В качестве отклика фиксировались значения удельных расходов энергии за операционное (d0) и эффективное (d^) время, среднечасовые производительность Ао и суммарная потребляемая мощность Ро рабочими механизмами поточной линии пиломатериалов. По результатам статистической обработки экспериментальных данных были построены линейные регрессионные зависимости указанных величин от нормализованных факторов x¡, х2, х3 , х4, д^.Эти зависимости после исключения незначимых коэффициентов регрессии имеют вид d0 = 8,03-ОД 14*, +0,117*2 -0,223*з -0,058*,*2 -

- 0,033*,*3 + 0,033*2*з - 0,059*,*2*3; (59)

d3 = 7,38- 0,078*! - 0,228x3 ~ 0,058x4 - 0,063x5, A0 = 23,06 + 0,256*, - 0,0225*2 +1,335*3 + 0,0168*5 + + 0,213*j*2 --0,233*2*2 + 0,185*,*3 + 0,241*,*2*3. (60)

P0 = 185 - 0,44^ +1,52*2 + 5,4*3 + 0,63x4 +1,13*5. Адекватность регрессионных зависимостей проверялась по F- критерию Фишера.

В шестой главе рассмотрен вопрос многокритериальной оптимизации производства пиломатериалов с учетом энергетических факторов. Задаче оптимизации распиловки бревен посвящены работы Х.Л. Фельдмана, Д.Ф. Шапиро, П.П, Аксенова, Г.Д. Власова Г.Т. Титкова, H.A. Батина и других исследователей, создана теория рациональных поставов. Наибольший объем исследований по оптимизации раскроя пиловочного сырья выполнен в КарНИИЛП (И.В. Соболев), МГУЛ (A.A. Пижурин, С.Н. Рыкунин, В.Р. Фергин). Основной целью задачи оптимального раскроя пиловочного сырья является нахождение плана раскроя, т.е. определение количества Ху бревен i-й размерно-качественной группы (i=l,2,..., т), подлежащих раскрою j-м поставом 0=1,2,..., я). Предлагаются различные критерии оптимизации: суммарный расход пиловочного сырья, суммарная прибыль, получаемая предприятием (В.Р. Фергин). Однако при этом не учитывается энергетическая составляющая затрат.

Для решения проблемы задача раскроя пиловочного сырья рассмотрена нами как задача многокритериальной оптимизации. В этом случае под оптимальным понимается такой план раскроя сырья, при котором затраты на выполнение заданной спецификации пиломатериалов будут сведены до минимума. Рассмотрено три критерия:

1) минимальный объем пиловочного сырья; 2) минимум потребляемой электроэнергии, затрачиваемой на распиловку; 3) снижение удельного расхода энергии лесопильными рамами.

Оптимизационная задача может быть записана как

13 I 3

F1 = yzXU min> F2 = yld3ijXij min> (=1 j=\ (=1 >1

I s

F3=Jli±--min, (61)

1.1 n

где Xy - объем сырья i-й размерно-качественной группы (i=l,2,..., т), подлежащих раскрою ]-м поставом (j=l,2,..., и), м3; йэ ц - удельный расход энергии при распиловке сырья объемом ху , кВт*ч/м3; t - количество размерных групп сырья; s - количество наиболее вероятных поставов, по которым раскраивают каждую группу сырья.*'

"'Использованы обозначения по И.В. Соболеву, С.Н. Рыкунину, В.Р. Фергину.

Для решения задач (61) необходимо выполнение условий:

- по пиловочному сырью

£

^хцйУа, 1 = 1,2,...,/,

где Ус]-объем пиловочного сырья ¡-йразмерной группы, м3;

- по пиломатериалам

А = 1,2...../,

/=1

где ак(Ц) - коэффициент выхода пиломатериалов к-й группы при раскрое сырья по (у)-му поставу; I - количество размерных групп пиломатериалов; Уп * -объем пиломатериалов к-й размерной группы согласно спецификации, м3.

Для решения задачи использованы два метода. Первый основан на построении результирующего критерия, аргументами которого являются частные критерии /ч:

т т

^ = 'К^тт, Я, >0,Л = 1,т; £я,=1, (62)

4=1 4-1

где т - число используемых частных критериев /**' - оптимальное значение критерия Я* - коэффициенты важности критериев, к=1,т.

В качестве второго использован метод выпуклой линейной комбинации локально-оптимальных вариантов решения Х(к), к=1,т, полученных для отдельных критериев оптимальности

4=1 4=1

где Х"(к) - вектор локально-оптимального плана раскроя сырья по критерию

Для нахождения коэффициентов Т] к=1,т, использован один из возможных подходов, основанный на теории матричных игр двух лиц с нулевой суммой (так называемых игр с «природой») В нашей игре игроком 1 является лицо, принимающее решение (ЛПР), а вторым - «природа», стратегии которой выражают в различных критериях «ситуацию окружающей среды», существующую из-за отсутствия однозначного, обоснованного критерия.

Для каждого критерия определено значение вектора Х'(к), к=1,т. Далее введена мера с(/,к), позволяющая определить «качество» варианта Х"ф относительно критерия и представляющая собой модуль отклонения относительно критерия если для реализации принимается вариант Х'ф вместо Х*(к)\

сИ<к) =

(к)-П(Х (Л)

Ъ(Х (Ю)

(64)

Мера с(],к) дает возможность построить квадратную матрицу, строками которой являются стратегии игрока 1 (локально- оптимальные варианты), а

31

столбцами - стратегии игрока 2, т.е. оптимальные значения частных критериев (табл.2).

Таблица 2

«Платежная» матрица отклонений

Я*

¿(1) 0 с(1,2) с(1,3)

Х(2) с(2,1) 0 с(2,3)

с(3,1) 0(3,2) 0

Отсутствие «седловой точки» матрицы означает, что оптимальную стратегию игрока 1 следует искать в форме смешанной стратегии г]* = (т)*1, Ц*2,?]*з>)> компонентами которой являются коэффициенты выпуклой линейной комбинации (63).

Для решения задачи оптимального раскроя пиловочного сырья методом выпуклой линейной комбинации частных критериев найдена оптимальная смешанная стратегия А/,' )-з) игрока 2.Так как Хк' -это вероятность, с

которой 2-й игрок выбирает свою к-ю чистую стратегию, то А*, к= 1,2,3 можно считать весовыми коэффициентами, необходимыми для построения результирующего критерия (61).

В диссертации доказано, что найденные решения являются оптимальными по * Парето. Поэтому для выбора окончательного плана раскроя сырья применена теория принятия решений. Для этого использован принцип «недостаточного основания», согласно которому для реализации выбирается решение, имеющее наименьшее относительное отклонение значений критериев от их оптимальных значений.

Таким образом, комплексный подход к решению проблемы многокритериальной оптимизации производства пиломатериалов позволяет повысить эффективность лесопильного производства.

Заключение

В результате проведенных комплексных исследований по проблеме повышения энергетической эффективности производства пиломатериалов представлены научно-обоснованные концептуальные выводы и рекомендации:

1. Проблема повышения энергоэффективности производства пилопродукции может быть решена путем комплексной оптимизации технологического и энергетического процессов лесопиления.

2.Научно обосновано, что технологически лесопильный поток может быть представлен как многофазная система массового обслуживания (СМО) общего вида, в которой интервалы между поступлениями требований и время их обслуживания распределены по произвольному закону.

3.Созданы математические модели участков технологического процесса лесопиления как систем массового обслуживания с ожиданием.

4.Теоретически с применением метода Эрланга обосновано и экспериментально доказано, что продолжительности технологических операций процесса производства пилопродукции являются непрерывными случайными величинами, установлены соответствующие им вероятностные законы распределения.

5.Установлены и математически представлены зависимости плотностей распределения операционного То, эффективного Тэ времени распиловки сортировочной группы бревен на головном оборудовании, рассматриваемом как СМО, в которой протекает случайный процесс.

6. Установлено, что участок продольной распиловки сортиментов может быть представлен в виде СМО с ожиданием и случайный процесс при этом не является марковским. Для определения основных характеристик эффективности СМО целесообразно использовать метод «псевдосостояний», и привести далее исходный процесс к марковскому.

7.Впервые теоретически обоснованы и построены энергетические характеристики энергоемкого лесопильного оборудования, выражающие зависимости потребляемой мощности Р(А) и удельного расхода энергии d(A) от производительности А агрегата, позволяющие определить влияние основных технологических факторов на показатели энергопотребления процесса и достигать при заданных специализации и объемов выхода пиломатериалов наименьших средних удельных расходов энергии. Научно обосновано и предложено применять два вида энергетических характеристик - частные аналитические и нормовые, определяющие диапазоны изменений потребляемой мощности и УРЭ.

8. Аналитически установлено, что основные показатели энергопотребления и производительность головного лесопильного оборудования являются непрерывными случайными величинами, получены выражения плотностей распределения этих величин и их числовых характеристик. С увеличением объема сортировочной партии бревен наиболее вероятные значения удельного расхода энергии уменьшаются, а графики кривых сужаются, что свидетельствует о стабилизации удельного расхода энергии в области низких значений.

9. В результате анализа режимов энергопотребления головного лесопильного оборудования на различных интервалах рабочего времени установлено, что непрерывная работа (Кн=0,9) в постоянном режиме энергетически эффективна при условии, когда производственная программа обеспечивает загрузку оборудования по наибольшей производительности (Кт=1). При плановых остановках (Кн < 0,9) и неритмичной загрузке (Кт<1) энергетически эффективен дискретный режим энергопотребления. Влияние межторцовых разрывов (Ко<1) и плановых остановок на энергоэффективность процесса незначительно (0,1 - 0,6 %).

10. Определены и научно обоснованы принципы формирования групповых графиков энергопотребления приемников лесопильного производства, значение, длительность и частота появления расчетного максимума мощности, вероятность и длительность выбросов графиков мощности, разработан метод моделирования суммарных графиков мощности оборудования. Показано, что график энергопотребления имеет коэффициент вариации 52%, что характеризует его высокую неравномерность и значительные потери энергии.

11. Разработана имитационная модель технологического процесса лесопиления с учетом случайных факторов, позволяющая определить технологические и энергетические показатели работы оборудования и технологического процесса в целом.

12. Для технологического потока лесопиления получены энергетические характеристики как корреляционные связи, позволяющие оценить основные параметры энергопотребления в зависимости от производительности потока.

13. Установлено, что регрессионные зависимости основных показателей энергопотребления и производительности технологического процесса лесопиления носят линейный характер, определены степени влияния каждого из режимных параметров энергоемкого оборудования на показатели процесса энергопотребления потока.

14. Предложенный комплексный методический подход к оптимизации планирования раскроя пиловочного сырья, абсолютного и удельного расходов энергии для выполнения заданной спецификации пилопродукции, может быть рекомендован для применения в практике лесопильного производства.

Основные результаты работы опубликованы:

в изданиях по перечню ВАК

1. Гордеев В.И., Агеев С.П. Теоретико-игровой подход к оптимальному распределению лимитов мощности // ИВУЗ, Энергетика. 1988. №9. С.З-б.

2. Агеев С.П., Гордеев В.И. Многокритериальный подход к оптимальному распределению лимитов мощности между потребителями энергосистемы // ИВУЗ, Энергетика. 1988. №8. С.3-7.

3. Агеев С.П. Расчёт параметров нагрузки электрических сетей лесопильного производства//ИВУЗ, Лесной журнал. 2001. №5,6. С.94-106.

4. Агеев С.П. Моделирование групповых графиков нагрузки электрических сетей лесопильного производства// ИВУЗ, Лесной журнал. 2002. №2. С.121-127.

5. Агеев С.П. Вероятностные характеристики процессов электропотребления приёмников лесопильного производства // ИВУЗ, Лесной журнал. 2004. №2. С.92-100.

6. Агеев С.П. Режимы электропотребления окорочных станков // ИВУЗ, Электромеханика. 2005^ №5. С.47-51.

7. Агеев С.П. Энергетическая характеристика электропривода механизма окорки роторного окорочного станка // ИВУЗ, Лесной журнал. 2007. №3. С.93-99.

8. Агеев С.П. Энергетические режимы работы окорочных станков // ИВУЗ, Лесной

журнал. 2007. №4. С. 104-111.

9. Агеев С.П. Математическое моделирование процессов распиловки древесины. // Известия СПб ЛТА. Вып.179. СПб.: ЛТА. 2007. С. 142-152.

10. Агеев С.П. Закономерности распределения длительности рабочих циклов лесопильных рам // Известия СПб ЛТА. Вып. 180. СПб.: ЛТА. 2007. С.203-208.

11. Агеев С.П. Энергетическая характеристика механизма резания лесопильной рамы. // ИВУЗ, Лесной журнал. 2009. №1. С.95-100.

12. Агеев С.П. Энергетическая характеристика электропривода механизма резания лесопильной рамы // ИВУЗ, Лесной журнал. 2009. №2. C.96-10I.

13. Агеев С.П. Показатели энергоиспользования лесопильных рам // ИВУЗ, Лесной журнал. 2009. №3. С.131-138.

14. Агеев С.П. Классификация и свойства энергетических характеристик лесопильных рам // ИВУЗ, Лесной журнал. 2009. №4. С.100-105.

в монографии

15. Агеев С.П., Демура A.B. Прогнозирование и распределение договорной мощности между промышленными предприятиями. Архангельск: Изд-во Архангельского государственного технического университета, 1999.116 с.

в прочих изданиях

16. Агеев С.П., Потеряев П.И. Статистические параметры режимов электропотребления древесно-подготовительного производства целлюлозно-бумажного комбината // ИВУЗ, Лесной журнал. 1984. №2 .С.78-82.

17. Агеев С.П. Исследование зависимости удельного электропотребления от производительности варочной установки «Пандия» // ИВУЗ, Лесной журнал. 1985. №5. С.130-133.

18. Агеев С.П., Потеряев П.И.Статистические характеристики графиков электрических нагрузок древесно-подготовительного цеха // ИВУЗ, Энергетика. 1985. №5. С.47-50.

19. Агеев С.П., Гордеев В.И. Оптимизация распределения лимитов мощности при нечеткой исходной информации У/ИВУЗ, Электромеханика. 1986. №12. С.17-20

20. Агеев С.П., Коновалова М.Б. Динамика электропотребления лесопильных рам // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Мат. Всероссийской научно-технической конференции 2-4 декабря 2003г. Вологда. 2004. С.42-45.

21. Агеев С.П,, Мелехов В.И. Вероятностное определение коэффициентов использования лесопильных рам // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Мат. Международной научно-технической конференции 4-6 декабря 2007г. Вологда. 2008. С.133-135.

22. Агеев С.П., Мелехов В.И. Анализ удельного электропотребления лесопильных рам // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Мат. Международной научно-технической конференции 4-6 декабря 2007г. Вологда. 2008. С.136-137.

23. Агеев С.П., Мелехов В.И. Математическая модель участка рамной распиловки древесины // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Мат. Международной научно-технической конференции 9-11 декабря 2008г. Вологда. 2009. С.56-58.

24. Агеев С.П., Мелехов В.И. Структура электропотребления лесопильно-деревообрабатывающего комбината // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Мат. Международной научно-технической конференции 9-11 декабря 2009г. Вологда. 2010. С.94-96.

25. Агеев С.П., Мелехов В.И. Вероятностная модель производственного процесса лесопильного цеха // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Мат. Международной научно-технической конференции 9-11 декабря 2009г. Вологда. 2010. С.91-93.

26. Агеев С.П., Коновалова М.Б. Статистические характеристики режимов электропотребления механизмов лесопильных производств. Оптимизация и интенсификация технологических процессов в энергетике и промышленности: сб. науч. трудов к 75 -летаю Архангельского государственного технического университета /АГТУ. Архангельск: 2004. С.8-10.

27. Агеев С.П., Радюшин В.В., Ушаков A.B., Шепель Г.А. Энергоснабжение предприятий лесоперерабатывающего комплекса. Оптимизация и интенсификация технологических процессов в энергетике и промышленности: сб. науч. трудов к 75 -летаю Архангельского государственного технического университета / АГТУ. Архангельск: 2004. С.11-12.

28. Агеев С.П. Энергетическая характеристика электропривода ленточного конвейера // Вестник Архангельского государственного технического университета. Серия «Энергетика». Вып.63.2006. С.105-111.

29. Агеев С.П. Анализ энергетических характеристик окорочных станков // Вестник Архангельского государственного технического университета. Серия «Энергетика». Вып.63. 2006. С.111-116.

30. Агеев С.П. Анализ электропотребления рамных лесопильных потоков // Совершенствование энергетических систем и технологического оборудования: сб. науч. трудов к 40-летию факультета промышленной энергетики АГТУ I АГТУ. Архангельск: 2002. С.17-23.

31. Агеев С.П. Закон распределения интервала совпадения рабочих нагрузок лесопильных рам // Совершенствование энергетических систем и технологического оборудования: сб: науч. трудов к 40-летию факультета промышленной энергетики АГТУ /АГТУ. Архангельск: 2002. С.23-27.

32. Агеев С.П. О законе распределения электрических нагрузок // Повышение эффективности энергетических систем и оборудования: сб. науч. трудов, к 70-летию Архангельского государственного технического университета / АГТУ, Архангельск: 1999. С.9-13.

33. Агеев С.П. Применение цепей Маркова к анализу электрических нагрузок // Повышение эффективности энергетических систем и оборудования: сб. науч. трудов, к 70-летию Архангельского государственного технического университета / АГТУ. Архангельск: 1999. С.13-15.

34. Агеев С.П. Математическое моделирование процесса электропотребления приемников поточного производства // Электроснабжение, электрооборудование, энергосбережение: Тезисы докладов научно-технической конференции / РХТУ им. Д.И. Менделеева. Новомосковск: 2002. С.39-41.

35. Агеев С.П. Экспериментальное определение вероятностно-статистических характеристик электрических нагрузок // Рациональное использование природных ресурсов Европейского Севера: Тезисы докладов к научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 400-летию г. Архангельска/ АЛТИ. Архангельск: 1984.

36. Агеев С.П. Оптимизация решения при планировании лимитов мощности в условиях многокритериальности и неопределенности // Актуальные проблемы рационального использования и восстановления природных ресурсов Европейского Севера: Тезисы докладов к научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 60-летию АЛТИ / АЛТИ. Архангельск: АЛТИ, 1989.

37. Агеев С.П. Совершенствование управления электропотреблением на предприятиях ЦБП // Актуальные проблемы комплексного использования лесных ресурсов

Европейского Севера: сб. науч. трудов / АЛТИ. Архангельск: АЛТИ, 1989.

38. Агеев С.П. Нормирование удельных расходов электроэнергии на предприятиях ЦБП // Проблемы экологии на Европейском Севере: сб. науч. трудов /АЛТИ. Архангельск: АЛТИ, 1992.

39. Агеев С.П. Модель распределения электроприемников по силовым пунктам // Актуальные проблемы рационального использования природных и энергетических ресурсов Европейского Севера: Тезисы докладов научно-технической конференции молодых специалистов, аспирантов и преподавателей / АЛТИ. Архангельск: АЛТИ, 1993.

40. Агеев С.П. Системный анализ электрического хозяйства ЦБК с учетом фактора неполноты информации // Рациональное использование природных ресурсов Европейского Севера: Тезисы докладов к научно-технической конференции молодых ученых и специалистов / АЛТИ. Архангельск: АЛТИ, 1994.

41. Агеев С.П., Шепель Г.А., Шумилов A.A. Рациональное использование электроэнергии // Проблемы энергетики Европейского Севера: Труды Архангельского государственного технического университета / АГТУ. Архангельск: АГТУ, 1996.

42. Агеев С.П. Планирование режимов электропотребления в условиях дефицита генерирующих мощностей // Вклад ученых АГТУ в развитие науки и техники: сб. науч. трудов / АГТУ. Архангельск: АГТУ, 1999.

43. Агеев С.П. Моделирование процессов электропотребления приемников лесопильного производства // Электроснабжение, электрооборудование, электросбережение: Мат. научно-техн. конференции 24-28 мая 2004 г. ИжГТУ. 2004.

44. Агеев С.П., Гордеев В.И.Учет конфигурации графиков мощности предприятий при распределении лимитов мощности // Технико-экономические проблемы оптимизации режимов электропотребления промышленных предприятий: Тезисы докладов научно-технической конференции Миасс, 8-11 сентября, 1987 г./ УДНТП. Челябинск: УДНТП, 1987.

45. Агеев С.П., Гордеев В.И. Оптимальное распределение лимитов мощности между предприятиями в условиях неопределенности // Материалы ХХ1У научной сессии профессорско-преподавательского состава, молодых ученых и специалистов Новочеркасского политехнического института (секция энергетики) / НПИ. 1986. С.2-10.- Деп. в ИнформэНерго 10.04.87. -2319 -эн.

46. Агеев С.П., Гордеев В.И. Оптимальное распределение лимитов мощности в условиях неполной информации // Совершенствование нормирования и регулирования энергопотребления в промышленности: Материалы семинара / Москва, 6-8 июля 1987 г. М.: МДНТП, 1987, С.82-87.

Отпечатано в типографии ПУ-31. Зак. 41. Тир. 100.21.01.2011.

Введение

Глава 1 .Анализ современного состояния проблемы оптимизации и моделирования производства пилопродукции

1.1. Моделирование технологического процесса ^ лесопиления

1.2. Оптимизация раскроя пиловочного сырья

1.3. Вероятностный характер процесса производства пилопродукции

1.4. Силовые и энергетические показатели процесса резания ^

§ древесины

1.5. Структура энергопотребления лесопильно- ^^ деревоперерабатывающего производства

1.6 Цель и задачи исследований

Глава 2. Математическое описание технологического 52 процесса производства пилопродукции

2.1. Показатели производительности и использования 52 лесопильного оборудования

2.1.1. Структура календарного времени и показатели 52 использования лесопильного оборудования во времени

2.1.2. Система показателей производительности 56 лесопильного оборудования

2.2. Математическое описание технологического 63 процесса лесопиления вероятностными методами

2.3. Математическое описание участка окорки бревен (

2.3.1. Статистическая модель входящего потока 69 неокоренных бревен

2.3.2. Вероятностная модель процесса окорки

2.3.3. Статистическая модель межторцовых разрывов 83 бревен

2.4. Математическое описание участка рамной 84 распиловки круглых сортиментов

2.4.1. Статистическая модель входящего потока 84 окоренных бревен на участок распиловки

2.4.2. Вероятностное описание работы участка 87 распиловки

2.4.3. Статистическая модель межторцовых разрывов 98 сортиментов

2.4.4. Статистическая модель входящего потока 98 бревен в лесопильную раму первого ряда

2.4.5. Статистическая модель операционного времени 99 распиловки группы бревен

2.4.6. Закон распределения операционного времени 108 цикла распиловки бревен

2.4.7. Вероятностное определение коэффициентов 112 использования лесопильных рам

2.4.8. Вероятностное описание среднечасовой 119 производительности участка распиловки

2.5. Математическое описание участка рамной 122 распиловки брусьев

2.5.1. Статистическая модель входящего потока 122 брусьев на участок распиловки

2.5.2. Статистическая модель входящего потока 125 брусьев в лесопильную раму второго ряда

2.6. Математическое описание участка обрезки досок

2.6.1. Статистические модели входящих потоков 127 необрезных досок на участок обрезки

2.6.2. Статистические модели входящих потоков 130 необрезных досок в обрезные станки

Глава 3.Энергетические балансы и энергетические характеристики оборудования производства пилопродукции

3.1. Содержание энергетического баланса основного 135 лесопильного оборудования

3.2. Структура энергетического баланса и показатели 136 эффективности оборудования

3.2.1. Показатели эффективности работы 136 оборудования при постоянной нагрузке

3.2.2. Показатели эффективности работы 138 оборудования при переменной нагрузке

3.2.3. Система показателей энергопотребления 138 лесопильного оборудования

3.3. Система и свойства энергетических характеристик 139 основного оборудования производства пилопродукции

3.3.1. Формирование энергетических характеристик 139 лесопильного оборудования

3.3.2. Параметры энергетических характеристики 141 лесопильного оборудования характеристик

3.4. Энергетические характеристики основного 144 оборудования производства пилопродукции

3.4.1. Энергетические характеристики электропривода механизма окорки роторного окорочного станка

3.4.2. Энергетические характеристики 150 электропривода механизма резания лесопильной рамы

3.4.3. Энергетическая характеристика механизма 170 резания обрезного станка

3.4.4. Энергетическая характеристика 176 электропривода цепного конвейера

3.4.5. Энергетическая характеристика 182 электропривода ленточного конвейера

3.5. Классификация и свойства энергетических 188 характеристик оборудования производства пилопродукции

3.5.1. Лесопильные рамы

3.5.2. Окорочные станки

3.5.3. Обрезные станки

3.6. Вероятностное описание показателей 202 энергоиспользования лесопильных рам

Глава 4.Энергетические режимы работы оборудования 208 производства пилопродукции

4.1. Энергетические режимы работы лесопильных рам

4.2. Энергетические режимы работы окорочных станков

4.3. Определение параметров группового графика 225 энергопотребления приемников лесопильного производства

4.4. Моделирование группового графика 244 энергопотребления приемников лесопильного производства

4.5. Расчет выбросов группового графика 254 энергопотребления приемников лесопильного производства

4.6. Вероятностные характеристики процесса 264 энергопотребления приемников лесопильного цеха

Глава 5. Имитационное моделирование технологического процесса лесопиления

5.1. Постановка задачи моделирования

5.2. Содержательное описание технологического 276 процесса лесопиления

5.3. Формализованная схема описания 282 технологического процесса лесопиления

5.4. Имитационная модель технологического процесса 288 лесопиления

5.5. Расчет показателей и характеристик операций 293 производства пилопродукции

5.6. Моделирование работы и энергопотребления 308 лесопильного потока с учетом вероятностных факторов

5.7. Корреляционно - регрессионный анализ удельного 316 расхода энергии лесопильного потока

5.8. Энергетические характеристики лесопильного 319 потока

5.9. Полный факторный эксперимент комплексного 324 исследования технологического и энергетического процессов

Глава 6. Многокритериальная оптимизация процесса 336 распиловки сырья с учетом энергетического фактора

6.1. Постановка задачи оптимизации

6.2. Теоретико-игровой анализ задачи раскроя пиловочного 337 сырья

6.3. Составление плана раскроя пиловочного сырья на 338 основе теории матричных антагонистических игр

6.3.1. Основные понятия и определения 338 математической теории игр применительно к процессам лесопиления.

6.3.2. Основные этапы и последовательность 339 решения задачи раскроя пиловочного сырья

Оптимизация производства является основным направлением модернизации отечественной промышленности. Деревообрабатывающая отрасль, основой которой является лесопиление, занимает ведущее положение в процессах комплексной переработки лесных ресурсов. Объемы заготовки древесины постоянно растут, производство пиломатериалов увеличивается, поэтому возрастают энерговооруженность и энергопотребление производства. При этом следует отметить, что сырьевые и энергетические ресурсы в лесном комплексе часто используются нерационально и в отрыве друг от друга, поэтому вопросы ресурсосбережения и эффективности производства приобретают все большую значимость.

Характерной особенностью технологического процесса лесопиления является то, что в нем постоянно проявляется воздействие случайных факторов - форма и размеры пиловочных сортиментов, изменчивость продолжительности технологических операций и пр. В результате подача сырья к технологическим агрегатам происходит не ритмично, с разными интервалами времени. Такие процессы не могут быть детерминированными и их необходимо рассматривать как случайные. Анализ технологической схемы производства пилопродукции показывает, что оно по своей структуре может быть описано как система массового обслуживания (СМО) общего вида, в которой интервалы между поступлениями требований и время их обслуживания распределены по произвольному закону. На вход такой системы поступает поток пиловочного сырья, а на выходе образуется поток пиломатериалов. При этом отдельные технологические операции процесса образуют фазы СМО, что позволяет рассматривать лесопильное производство как многофазную СМО. В свою очередь каждая фаза также представляет СМО с ожиданием. Рассмотрение схемы производства пилопродукции как системы массового обслуживания позволит обоснованно установить закономерности протекания технологического процесса и определить параметры нагрузки и энергопотребления основного головного лесопильного оборудования.

Производство пилопродукции - сложный ресурсоемкий технологический процесс. Одним из основных показателей эффективности процесса является объемный и спецификационный выходы пиломатериалов. Производство пиломатериалов осуществляется на специализированном оборудовании с большим энергопотреблением, по различным технологиям. Энергозатраты на производство единицы пилопродукции иногда необоснованно завышены и могут существенно отличаться от нормативных, не принимается во внимание функциональная связь между технологическим режимом оборудования и абсолютным и удельным энергопотреблением.

Повышение энергоэффективности производства пилопродукции является сложной научно-технической проблемой, связанной с необходимостью решения задач выбора рациональных режимов энергопотребления головного энергоемкого оборудования, рационального распределения интенсивности использования поставов на распиловку сортиментов. При этом эффективное решение поставленных задач может быть получено с учетом энергетических характеристик оборудования.

Комплексность и многоплановость рассматриваемой проблемы обусловили необходимость проведения специальных исследований в этом актуальном направлении, ее выполнение осуществлено с применением методов математического моделирования и оптимизации параметров процесса производства пиломатериалов.

Заключение

В результате проведенных комплексных исследований по проблеме повышения энергетической эффективности производства пиломатериалов представлены научно-обоснованные концептуальные выводы и рекомендации:

1. Проблема повышения энергоэффективности производства пилопродукции может быть решена путем комплексной оптимизации технологического и энергетического процессов лесопиления.

2.Научно обосновано, что технологически лесопильный поток может быть представлен как многофазная система массового обслуживания (СМО) общего вида, в которой интервалы между поступлениями требований и время их обслуживания распределены по произвольному закону.

3.Созданы математические модели участков технологического процесса лесопиления как систем массового обслуживания с ожиданием.

4.Теоретически с применением метода Эрланга обосновано и экспериментально доказано, что продолжительности технологических операций процесса производства пилопродукции являются непрерывными случайными величинами, установлены соответствующие им вероятностные законы распределения.

5.Установлены и математически представлены зависимости плотностей распределения операционного Т0, эффективного Тэ времени распиловки сортировочной группы бревен на головном оборудовании, рассматриваемом как СМО, в которой протекает случайный процесс.

6. Установлено, что участок продольной распиловки сортиментов может быть представлен в виде СМО с ожиданием и случайный процесс при этом не является марковским. Для определения основных характеристик эффективности СМО целесообразно использовать метод «псевдосостояний», и привести далее исходный процесс к марковскому.

7.Впервые теоретически обоснованы и построены энергетические характеристики энергоемкого лесопильного оборудования, выражающие собой зависимости потребляемой мощности Р(А) и удельного расхода энергии (1(А) от производительности А агрегата, позволяющие определить влияние основных технологических факторов на показатели энергопотребления процесса и достигнуть при заданных специализации и объемов выхода пиломатериалов наименьших средних удельных расходов энергии. Научно обосновано и предложено применять два вида энергетических характеристик - частные аналитические и нормовые, определяющие диапазоны изменений потребляемой мощности и УРЭ.

8. Аналитически установлено, что основные показатели энергопотребления и производительность головного лесопильного оборудования являются непрерывными случайными величинами, получены выражения плотностей распределения этих величин и их числовых характеристик. С увеличением объема сортировочной партии бревен наиболее вероятные значения удельного расхода энергии уменьшаются, а графики кривых сужаются, что означает стабилизацию удельного расхода энергии в области низких значений.

9. В результате анализа режимов энергопотребления головного лесопильного оборудования на различных интервалах рабочего времени установлено, что непрерывная работа (Кн-0,9) в постоянном режиме энергетически эффективна при условии, когда производственная программа обеспечивает загрузку оборудования по наибольшей производительности (Кт=1). При плановых остановках (Кн < 0,9) и неритмичной загрузке (Кт<1) энергетически эффективен дискретный режим энергопотребления. Влияние межторцовых разрывов (Ко<1) и плановых остановок на энергоэффективность процесса незначительно (0,1 - 0,6 %).

10. Определены и научно обоснованы принципы формирования групповых графиков энергопотребления приемников лесопильного производства, значение, длительность и частота появления расчетного максимума мощности, вероятность и длительность выбросов графиков мощности, разработан метод моделирования суммарных графиков мощности оборудования. Показано, что график энергопотребления имеет коэффициент вариации 52%, что говорит о его высокой неравномерности и значительных потерях энергии.

11. Разработана имитационная модель технологического процесса лесопиления с учетом случайных факторов, позволяющая определить технологические и энергетические показатели работы оборудования и технологического процесса в целом.

12. Для технологического потока лесопиления построены энергетические характеристики как корреляционные связи, позволяющие оценить основные параметры энергопотребления в зависимости от производительности потока.

13. Установлено, что регрессионные зависимости основных показателей энергопотребления и производительности технологического процесса лесопиления носят линейный характер, определены степени влияния каждого из режимных параметров энергоемкого оборудования на показатели процесса энергопотребления потока.

14. Предложенный комплексный методический подход к оптимизации планирования раскроя пиловочного сырья, абсолютного и удельного расходов энергии для выполнения заданной спецификации пилопродукции, может быть рекомендован для применения в практике лесопильного производства.

1. Авилов-Карнаухов Б.Н., Зюбровский Л.Г. Экономия электроэнергии на рудообогатительных фабриках. М.: Недра, 1987.- 160 с.

2. Агапов А.И. Кинематика лесопильных рам. М.: Лесн. пром-сть, 1987. - 143 с.

3. Агеев С.П. Анализ электропотребления рамных лесопильных потоков. Совершенствование энергетических систем и технологического оборудования.Сб. науч. трудов. К 40-летию факультета промышленной энергетики АГТУ, Архангельск, 2002.- С. 17-23.

4. Агеев С.П. Анализ энергетических характеристик окорочных станков. Вестник Архангельского государственного технического университета. Серия «Энергетика» Вып. 63. 2006 г. - С.111-116.

5. Агеев С.П. Вероятностные характеристики процессов электропотребления приемников лесопильного производства. Известия ВУЗов. Лесной журнал.-2004.- №2.- С. 92-100.

6. Агеев С.П. Закономерности распределения длительности рабочих циклов лесопильных рам //Изв. СПб. ЛТА. Вып 180. Спб.: ЛТА, 2007, С.203 -208.

7. Агеев С.П. Исследование зависимости удельного электропотребления от производительности варочной установки «Пандия». Известия ВУЗов. Лесной журнал. 1985.-№5.- С. 130-133.

8. Агеев С.П. Классификация и свойства энергетических характеристик лесопильных рам // Известия ВУЗов. Лесн. журн. 2009. -№4. - С. 100-105.

9. Ю.Агеев С.П. Математическое моделирование процесса электропотребления приемников поточного производства. Электроснабжение,электрооборудование, энергосбережение. Тезисы докладов научнотехнической конференции. Новомосковск, 2002. с.39 -41.

10. Н.Агеев С.П. Математическое моделирование процессов распиловки древесины //Изв. СПб. ЛТА. Вып 179. Спб.: ЛТА, 2007, С.142 -152.

11. Агеев С.П. Моделирование групповых графиков нагрузки электрических сетей лесопильной цеха. Известия ВУЗов. Лесной журнал. 2002. - №2. -С.121-127.

12. З.Агеев С.П. Моделирование процессов электропотребления приемников лесопильного производства. Электроснабжение, электрооборудование, электросбережение. Мат. научно-техн. конференции 24-28 мая 2004 г.Ижевск: ИжГТУ, 2004.

13. Агеев С.П. Нормирование удельных расходов электроэнергии на предприятиях ЦБП. Проблемы экологии на Европейском Севере. Сб. науч. трудов. Архангельск, АЛТИ, 1992.

14. Агеев С.П. О законе распределения электрических нагрузок. Повышение эффективности энергетических систем и оборудования.Сб. науч. трудов. К 70-летию Архангельского государственного технического университета. Архангельск, 1999 г.- С.9-13.

15. Агеев С.П. Планирование режимов электропотребления в условиях дефицита генерирующих мощностей. Вклад ученых АГТУ в развитие науки и техники. Сб. науч. трудов, Архангельск, 1999 .- Арх-ск, АГТУ 1999.

16. Агеев С.П. Показатели энергоиспользования лесопильных рам // Известия ВУЗов. Лесной журнал. 2009. -№3. - С.131-138.

17. Агеев С.П. Применение цепей Маркова к анализу электрических нагрузок. Повышение эффективности энергетических систем и оборудования.Сб. науч. Трудов. К 70-летию Архангельского государственного технического университета. Архангельск, 1999 г.- С. 13-15.

18. Агеев С.П. Расчет параметров нагрузки электрических сетей лесопильного производства. Известия ВУЗов. Лесной журнал. 2001. - №5,6. - С.94 -106.

19. Агеев С.П. Режимы электропотребления окорочных станков. Известия ВУЗов. Электромеханика,- 2005. -№5 С. 47 -51.

20. Агеев С.П.* Совершенствование управления электропотреблением на предприятиях ЦБП. Актуальные проблемы комплексного использования лесных ресурсов Европейского Севера. Сб. науч. трудов.- Архангельск, АЛТИД989.

21. Агеев С.П. Энергетическая характеристика механизма резания лесопильнойрамы //Известия ВУЗов. Лесной журн. 2009. -№1. - С.95-100.

22. Агеев С.П. Энергетическая характеристика электропривода ленточного конвейера. Вестник Архангельского государственного технического университета. Серия «Энергетика». Вып.63.- 2006 Г.-С.105-111.

23. Агеев С.П. Энергетическая характеристика электропривода механизма резания лесопильной рамы //Известия ВУЗов. Лесн. журн. 2009. -№2. - С.96-101.

24. Агеев С.П. Энергетическая характеристика электропривода механизма окорки роторного окорочного станка // Известия ВУЗов. Лесной журн. 2007. -№3. -С.93-99.

25. О.Агеев С.П. Энергетические режимы работы окорочных станков. Известия ВУЗов. Лесной журнал. -2007.- №4 . -С.104 -111.

26. Агеев С.П., Гордеев В.И. Многокритериальный подход к оптимальному распределению лимитов мощности между потребителями энергосистемы. Известия ВУЗов. Энергетика.- 1988.-№8.- С. 3-7.

27. Агеев С.П., Гордеев В.И. Оптимизация распределения лимитов мощности при нечеткой исходной информации. Известия ВУЗов. Электромеханика.-1986.-№12.-С. 17-20.

28. Агеев С.П., Гордеев В.И. Теоретико-игровой подход к оптимальному распределению лимитов мощности. Известия ВУЗов. Энергетика.- 1987.-№9.-С.3-6.

29. Агеев С.П., Коновалова М.Б. Динамика электропотребления лесопильных рам. Актуальные проблемы развития лесного комплекса. Мат. Всероссийской научно-технической конференции 2-4 декабря 2003 г. Вологда -2004. С.42-45.

30. Агеев С.П., Мелехов В.И. Анализ удельного электропотребления лесопильных рам. Актуальные проблемы развития лесного комплекса. Мат. Международной научно-технической конференции 4 -6 декабря 2007 г. Вологда -2008. С. 136-137.

31. Агеев С.П., Мелехов В.И. Вероятностная модель производственного процесса лесопильного цеха // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Мат. Междунар. Научно-техн. конф. 8 -10 декабря 2009 г. — Вологда, 2010. -С. 91 -93.

32. Агеев С.П., Мелехов В.И. Вероятностное определение коэффициентов использования лесопильных рам //.Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Мат. Междунар. Научно-техн. конф. 4 -6 декабря 2007 г. -Вологда, 2008. С. 133 -135.

33. Агеев С.П., Мелехов В.И. Математическая модель участка рамной распиловки древесины // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Мат. Междунар. Научно-техн. конф. 9-11 декабря 2008 г. -Вологда, 2009. С. 56 -58.

34. Агеев С.П., Мелехов В.И. Структура электропотребления лесопильно-деревообрабатывающего комбината. Актуальные проблемы развития лесного комплекса. Мат. Междутародной научно-технической конференции 9 -11 декабря 2009 г. Вологда -2010. С.94-96.

35. Агеев С.П., Потеряев П.И. Статистические параметры режимов электропотребления древесно-подготовительного производства целлюлозно-бумажного комбината. Известия ВУЗов. Лесной журнал.-1984.- №2 .С.78-82.

36. Агеев С.П., Потеряев П.И. Статистические характеристики графиков электрических нагрузок древесно-подготовительного цеха. Известия ВУЗов. Энергетика.-1985.-№5,с.47-50.

37. Агеев С.П., Шепель Г.А., Шумилов A.A. Рациональное использование электроэнергии. Проблемы энергетики Европейского Севера. Труды Архангельского государственного технического университета,- Архангельск, АГТУД996.

38. Агеев С.П., Демура A.B.' Прогнозирование и распределение договорной мощности между промышленными предприятиями. Архангельск.: Изд-во Архангельского государственного технического университета, 1999. -116 с.

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

40. Аксенов П.П. Теоретические основы раскроя пиловочного сырья. Гослесбумиздат. M.-JL: 1960, 216 с.

41. Аксенов П.П. Технология пиломатериалов. М., Лесная пром-сть, 1976, 480 с.

42. Алексеев А.Е. Характеристика входного потока пиломатериалов Текст./ Алексеев А.Е., Бедердинова О.И. ИВУЗ Лесной журнал. -2001.- №1. - С. 82 -88.

43. Амалицкий В.В. Оценку надежности деревообрабатывающего оборудования. Тр. МЛТИ. Вып.76, 4.1. М., 1974, с.88-91.

44. Амалицкий В.В. Станки и инструменты лесопильного и деревообрабатывающего производства: учеб. для техникумов М.: Лесн. пром-сть, 1985. -288 с.

45. Амалицкий В.В. Надежность деревообрабатывающего оборудования. М.: Лесн. пром-сть, 1974. - 160 с.

46. Амалицкий В.В. и др. Надежность машин и оборудования лесного комплекса: Учебник для студентов специальности 170400/ Амалицкий В.В., Бондарь В.Г., Волобаев A.M., Воякин A.C. М.: МГУЛ, 2002. - 279 с.

47. Араманович И.Г., Лунц Г.Л., Эльсгольц Л.Э. Функции комплексного переменного. Операционное исчисление. Теория устойчивости. М.: Наука, 1968. -416 с.

48. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии: Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1978. -319 с.

49. Ашманов С.А. Линейное программирование. М.: Наука. -1981. - 270 с.

50. Батин И.В., Дудюк Д.Л. Основы теории и расчета автоматических линий лесопромышленных предприятий. М.: Лесн. пром-сть, 1975. - 176 с.

51. Батин H.A. Теоретические и экспериментальные исследования раскроя пиловочного сырья. Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук. Л.: ЛЛТА им. С.М. Кирова, 1965, 33 с.

52. Бершадский А.Л., Цветкова Н.И. Резание древесины. Минск, Вышейшаяшкола, 1975. 304 с.

53. Борисов В.И. Проблемы векторной оптимизации // В кн. Исследование операций. М.: Наука. -1972, с. 56- 63.

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

55. Бусленко Н.П. Математическое моделирование производственных процессов. М.: Наука, 1964.-362 с.

56. Бызов В.И., Иванищев Ю.П. Надежность лесопильного оборудования. М.: Лесн. пром-сть, 1972. - 128 с.

57. Вейц В.И. Интенсификация производственных процессов и улучшение организации производства как основные факторы экономии энергии // Промышленная энергетика, 1944. -№2-3.

58. Вейц В.И. Энергетическая характеристика и коэффициент полезного действия промышленной энергетики // Изв. АН СССР, 1946.- №11.

59. Венецкий И.Г., Венецкая В.И. Основные математико-статистические понятия и формулы в экономическом анализе: Справочник. М.: Статистика, 1979. 447 с.

60. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. Учеб. пособие для втузов. М.: Высш. шк., 2000. -480 с.

61. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. М.: Высшая школа, 2000. - 383 с.

62. Ветшева В.Ф., Логинова Г.А. Оптимальный раскрой бревен: Учеб. пособие. Изд. 2-е, перераб./ КПИ. Красноярск, 1988. - 44 с

63. Вильке Г.А. Автоматизация производственных процессов лесопромышленных предприятий. М.: Лесн. пром-сть, 1972. - 416 с.

64. Владзиевский А.П. Автоматические линии в машиностроении. Книга первая. М.Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1958,- 427 с.

65. Власов Г. Д. Проблема рационального использования древесины при производстве и потреблении пиломатериалов в СССР. Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук. JL: JIJITA им. С.М. Кирова, 1950, 25 с.

66. Вознесенский В.А., Ковальчук А.Ф. Принятие решений по статистическим моделям. -М.: Статистика, 1978. -192 с.

67. Волобринский С'.Д., Каялов Г.М., Клейн П.Н., Мешель Б.С. Электрические нагрузки промышленных предприятий. Л.: Энергия, 1971. - 264 с.

68. Воробьев H.H. Приложения теории игр. Вильнюс, 1971. - 118 с.

69. Воробьев H.H. Теория игр для экономистов-кибернетиков. М.: Наука, 1985. - 272 с.

70. Воскресенский С.А. Резание древесины. М. - Л.: Гослесбумиздат, 1955, 200 с.

71. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике. М.: Наука, 1986. -320 с.

72. Гермейер Ю.Б. Введение в теории исследования операций. М.: Наука, 1071. -383 с.

73. Гермейер Ю.Б. Игры'с непротивоположными интересами. М.: Наука, 1976, - 368 с.

74. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания. — М.: Наука, 1987. 336 с.

75. Голенко Д.И. Моделирование и статистический анализ псевдослучайных чисел на электронно-вычислительных машинах. М.: Наука, 1965. - 228 с.

76. Гордеев В.И. Регулирование максимума нагрузки промышленных электрических сетей. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 184 с.

77. Горелик В.А., Кононенко А.Ф. Теоретико-игровые модели принятия решений б эколого-экономических и системах. М.: Радио и связь, 1982. -144 с.

78. ГОСТ 13109-67. Нормы качества электроэнергии у ее приемников, присоединенным к электрическим сетям общего назначения. М.: Изд-во стандартов, 1967.

79. Гофман И.В. Нормирование потребления энергии и энергетические балансы промышленных предприятий. М.-Л.: Изд-во «Энергия», 1966. 320 с.

80. Грубе А.Э., Санев В.И. Основы теории и расчета деревообрабатывающих станков, машин и автоматических линий. М.: Лесная промышленность, 1973. - 384 с.

81. Гуткин Л.С. Оптимизация радиоэлектронных устройств по совокупности показателей качества. М.: Советское радио, 1975. — 368 с.

82. Давыдов Э.Г. Методы и модели теории антагонистических игр. — М.: Изд-во МГУ, 1978. -205 с.

83. Дерягин Р.В. Вибрация лесопильных рам.- Л.: Изд-во ЛГУ, 1986. -143 с.

84. Дешевой М.А. Механическая технология дерева. 4.1, Л.: 1934.- 512 с.

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

86. Дюбин Г.Н., Суздаль В.Г. Ведение в прикладную теорию игр. -М.: Наука, 1981. 336 с.

87. Калитеевский Р.Е. Автоматизация производственных процессов в лесопилении. -М.: Лесн. пром-сть, 1979. -336 с.

88. Калитеевский P.E. Технология лесопиления. М.: Лесн. пром-сть, 1986. -264с.

89. Кини Р.Л., Райфа X. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения. М.: Советское радио, 1975. -786 с.

90. Клейнен Дж. Статистические методы в имитационном моделированию М.: статистика, 1978. -Вып.1 -211 е.; Вып.2 - 335 с.

91. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979. -432 с.

92. Кокс Д., Смит У. Теория очередей.- М.: Мир, 1966. 218 с.

93. Копейкин A.M. Математическое моделирование операции обрезки необрезных досок. Применение математических методов и вычислительной техники в лесн. и деревообрабат. пром-сти. М.: Лесн. пром-сть, 1968.-С. 99 -104.

94. Копейкин A.M. Анализ- структуры лесопильного производства. Деп. в ВИНИТИ 18.03.02, №482 В2002, с.5.

95. Копейкин A.M. Математическое моделирование и автоматизация управления процессом производства пиломатериалов. Архангельск, ЦНИИМОД, 1970.

96. Копейкин A.M. Перспективы развития технологии лесопиления. -М.: Лесн. пром-сть, 1989.- 104 с.

97. Кофман А., Крюон Р. Массовое обслуживание. Теория и приложения. М.: Мир, 1965.

98. Кучеров И.К., Пашков В.К. Станки и инструменты лесопильно -деревообрабатывающего производства. -М.: Лесн. пром-сть, 1970. 599 с.

99. Ларичев О.И. Объективные модели и субъективные решения. М.: Наука, 1987. -143 с.

100. ПЗ.Любченко В.И. Резание древесины и древесных материалов: Учебное пособие для вузов. М.: Лесн. пром-сть, 1986. - 296 с.

101. Машунин Ю.К. Методы и модели векторной оптимизации. М.:Наука, 1986.-141 с.

102. Многокритериальные задачи принятия решения / Под ред. Д.М. Гвишиани и C.B. Емельянова. М.: Машиностроение, 1978ю - 192 с.

103. Налимов В.В., Чернова H.A. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. M.- JL, Наука,1965. -290 с.

104. Нестеров Н.С. Очерки по лесоведению. М.:Сельхозгиз, 1960. - 485 с

105. Николаев А.Ф. Автоматизированные системы в деревообработке. М.: Лесн. пром-сть, 1981. - 79 с.

106. Новиков O.A., Петухов С.И. Прикладные вопросы теории массового обслуживания. М.: Сов. Радио, 1969.- 290 с.

107. Овчаров Л.А. Прикладные задачи теории массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1969. - 324 с.

108. Олейник Г.А. Методика обработки экспериментальных данных для формирования статистических моделей процессов лесопильного производства. Сборник трудов МЛТИ, вып. 59. М., 1973, с. 71 -80.

109. Основы построения промышленных электрических сетей / Г.М. Каялов, А.Э. Каждан, И.Н. Ковалев, Э.Г. Куренный. М.: Энергия, 1987. - 352 с.

110. Оуэн Г. Теория игр. М.: Мир, 1971. -232 с.

111. Песоцкий А.Н. Лесопильное производство. Л.: Лесн. пром-сть, 1973. -325 с.

112. Петровский И.Г. Лекции по теории обыкновенных дифференциальных уравнений. / Под редакцией Мышкиса А.Д., Олейник O.A. М.: Изд-во МГУ, 1984.-296с.

113. Пигильдин Н.Ф., Окорка лесоматериалов. М.: Лесн. пром-сть, 1982 192с.

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

115. Пижурин A.A., Пижурин A.A. Моделирование и оптимизация процессов деревообработки: Учебник. М.: МГУЛ, 2004. - 375 с.

116. Пижурин A.A., Розенблит М.С. Исследования процессов деревообработки.

117. М.: Лесн. пром-сть, 1984. 232 с.

118. Пижурин A.A., Розенблит М.С. Основы моделирования и оптимизации процессов деревообработки. -М.: Лесн. пром-сть, 1988. 294 с.

119. Пижурин А.А.Оптимизация технологических процессов деревообработки. М., Лесн. пром-сть, 1975, 312 с.

120. Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето — оптимальные решения многокритериальных задач. М.: Наука, 1982.- 256 с.

121. Прабху Н. Методы теории массового обслуживания и управления запасами. М.: Машиностроение, 1969.- 278 с.

122. Прокофьев Г.Ф. Повышение качества пиления древесины на лесопильных рамах: монография / Г.Ф. Прокофьев, И.И. Иванкин, В.А. Казанцев. -Архангельск: Арханг. гос. техн. ун-т, 2007. 192 с.

123. Прокофьев Г.Ф. Повышение эффективности пиления древесины на ' лесопильных рамах и ленточнопильных станках: монография / Г.Ф.

124. Прокофьев, И.И. Иванкин. Архангельск: Арханг. гос. техн. ун-т, 2009. -380 с.

125. Расчеты электрических нагрузок систем электроснабжения промышленных предприятий / А.К. Шидловский, Г.Я. Вагин, Э.Г. Куренный. М.: Энергоатомиздат, 1992. - 224 с.

126. Редькин А.К. Применение теории массового обслуживания на лесозаготовках. М.:Лесн. пром-сть, 1973. -152 с.

127. Режимы пиления круглыми пилами для круглопильных станков, применяемых в лесопилении. -Архангельск: ЦНИИМОД и УЛТИ, 1987. -24 с.

128. Римский-Корсаков Б.С. Операционное исчисление. М.: Высшая школа, 1960.-146 с.

129. Риордан Дж. Вероятностные системы обслуживания. М.: Связь, 1966. 184 с.

130. Розенберг В.Я., Прохоров А.И. Что такое с теория массового обслуживания. -М.: Советское радио, 1965. -255 с.

131. Розенблит М.С. Математическое моделирование процесса рамного пиления. Научн. Тр. МЛТИ. Вып.58, М., 1975, с.75-80.

132. Рузинов Л.П. Статистические методы оптимизации химических процессов. -М.: Химия, 1972.-199.

133. Рыкунин С.Н. Анализ рациональности использования пиломатериалов при выработке заготовок. Научн. Тр. МЛТИ. Вып.161, М., 1984, с.49-50.

134. Рыкунин С.Н. О критерии рациональности постава. Научн. Тр. МЛТИ. Вып. 140, М., 1982, с.67-70.

135. Рыкунин С.Н. О методе составления оптимальных поставов. Научн. Тр. МЛТИ. Вып. 149, М., 1983, с.73-75.

136. Рыкунин С.Н. Об эффективности обрезных и необрезных пиломатериалов при выработке заготовок. Научн. Тр. МЛТИ. Вып.170, М., 1985, с.8-10.

137. Рыкунин С.Н., Тюкина Ю.П., Шалаев B.C. Технология лесопильно-деревообрабатывающих производств: учебное пособие для студентов. М.: МГУЛ, 2003.-225 с.

138. Рыкунин С.Н., Шалаев B.C. К определению оптимальных размеров обрезных досок. Научн. Тр. МЛТИ. Вып.170, М., 1985, с.16-18.

139. Рыкунин С.Н., Шалаев B.C. Метод определения точности подборки пиловочного сырья для распиловки с брусовкой. Научн. Тр. МЛТИ. Вып. 149, М, 1983, с.114-117.

140. Рыкунин С.Н., Шалаев B.C., Пименова С.И. Практикум по технологии лесопильно-деревообрабатывающего производства. Учебное пособие для техникумов. М.: Лесн. пром-сть, 1983. -120 с.

141. Саати Т. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. М.: Сов. Радио, 1971.

142. Сакович В.А. Оптимальные решения экономических задач. Мн.: Вышейшая школа, 1982. -272 с.

143. Свешников A.A. Прикладные методы теории случайных функций. М.: Наука, 1968.-463 с.

144. Силаев А.Б., Козориз Г.Ф. Подъемные и транспортные устройства деревообрабатывающих предприятий: Учебник для вузов.- М.: Лесн. пром-сть, 1989.- 409 с.

145. Симонов М.Н., Югов В.Г. Окорка древесины. М.: Лесн. пром-сть, 1972 -128с.

146. Симонов М.Н. Механизация окорки лесоматериалов. М.: Лесн. пром-сть, 1984-216с.

147. Соболев И.В. Оптимизация раскроя пиловочного сырья. М.: 1971.- 40 с

148. Соболев И.В. Управление производством пиломатериалов. М.: Лесн. пром-сть, 1981. - 184 с.

149. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины: Учеб. Пособие для машиностроительных вузов.- М.: Машиностроение, 1983.- 487 с.

150. Справочник по лесопилению/ Ю.А. Варфоломеев, И.С. Дружин, Ю.А. Дьячков и др. Под ред. A.M. Копейкина.- М.: Экология, 1991. -496 с.

151. Стахиев Ю.М. Работоспособность плоских круглых пил. М.: Лесн. пром-сть, 1989.-384 с.

152. Таблицы по математической статистике / П. Мюллер, П. Нойман, Р. Шторм. М.: Финансы и статистика, 1982. - 278 с.j

153. Тайц A.A. Методика нормирования удельных расходов электроэнергии. -М.:Госэнергоиздат, 1946.- 180 с.

154. Таранцев A.A. Инженерные методы теории массового обслуживания.- СПб.: Наука,2007.-175 с.

155. Технологические режимы РПИ 6.1-00 «Подготовка рамных пил»/Г.Ф. Прокофьев,- Архангельск: ЦНИИМОД, 1987. 40 с.

156. Титков Г.Г. Теоретические основы наивыгоднейшего объемного использования пиловочных бревен. Автореферат на соискание ученой степеникандидата технических наук. JL: JIJITA им. С.М. Кирова, 1953, 20 с.'

157. Турушев В.Г. Обрезка пиломатериалов. М.: Лесн. пром-сть, 197о. -56 с.

158. Турушев В.Г. Технологические основы автоматизированного производства пиломатериалов. -М.: Лесн. пром-сть, 1975.- 208 с.

159. Турушев В.Г. Технологические основы комплексной механизации и автоматизации процессов производства пиломатериалов. Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук. М.:МЛТИ, 1984, 37 с.

160. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. В 2-х томах. Т. 1 : Пер. с англ. М.: Мир, 1984ю - 528 с.

161. Фельдман Х.Л. Система максимальных поставов на распиловку. М.-Л.: Гослестехиздат, 1932, с.275.

162. Фергин В.Р. Задача оптимально планирования распиловки сырья по лесопильным потоками настроек узлов оборудования. Тр. МЛТИ. Вып. 153, М., 1983, с.88-91.

163. Фергин В.Р. Интенсификация процессов пиления древесины.- М.: Лесн. пром-сть, 1988. 114 с.

164. Фергин В.Р. Интенсификация процессов рамного пиления при производстве строганных материалов. Тр. МЛТИ. Вып. 175, М., 1985, с.68-71.

165. Фергин В.Р. Методика разработки статистической модели функционирования лесопильного производства. Сборник трудов МЛТИ, вып. 59.-М., 1973, с. 58-65.

166. Фергин В.Р. Методика расчета технологических параметров процессов пиления древесины // Известия ВУЗов. Лесной журнал. -1984.-ЖЗ.

167. Фергин В.Р. Методы оптимизации в лесопильно-деревообрабатывающем производстве. М.: Лесн. пром-сть, 1975. 216 с.

168. Фергин В.Р. Планирование и регулирование качества распиловки древесины. Тр. МЛТИ. Вып.153, М., 1983, с.91-94.

169. Фергин В.Р. Планирование эксперимента для формирования статистическихмоделей лесопильного производства. Сборник трудов МЛТИ, вып. 59. М., 1973, с. 65-71.

170. Ш.Фергин В.Р. Принятие решений по оптимизации параметров лесопильных потоков // Известия ВУЗов. Лесной журн. -1984.-№5.

171. Фергин В.Р., Елкин A.A. Методика обоснования параметров АСУ ТП лесопильных потоков. Тр. МЛТИ. Вып. 114, М., 1981, с.49-54.

172. Ферстер Э., Ренц Б. Методы корреляционного и регрессионного анализа. -М.:Финансы и статистика, 1983. 302 с.

173. Филькевич В.Я. Динамика лесопильных рам. М.: Лесн. пром-сть, 1968.- 240 с.

174. Фонкин В.Ф. Лесопильные рамы и околорамное оборудование. М.: Лесн. пром-сть, 1970. -200 с.

175. Фонкин В.Ф. Лесопильные станки и линии. М.: Лесн. пром-сть, 1979; -320 с.

176. Справочник по лесопилению/ Богданов Е.С., Боровиков A.M., Голенищев А.Н. и др. Под ред. С.М. Хасдана. М.: Лесн. пром-сть, 1980. - 424 с.

177. Хикс Ч. Основные принципы планирования эксперимента. М.: Мир, 1967.- 198 с.

178. Хинчин А.Я. Работы по математической теории массового обслуживания.-М.: Едиториал УРСС, 2004.- 240 с.

179. Чашкин Ю.Р. Математическая статистика. Анализ и обработка данных.-Ростов н /Д: Феникс, 2010. 236 с.

180. Шалаев B.C. К расчету оптимальной толщины бруса. Научн. Тр. МЛТИ. Вып. 140, М.:, 1982, с.118-122.

181. Шалаев B.C., Рыкунин С.Н. О повышении объемного выхода толстых пиломатериалов за счет уменьшения длины бревен при раскряжевке хлыстов. Тр. МЛТИ. Вып.154, М, 1983, с.165-169.

182. Шапиро Д.Ф. Лесопильно-строгальное производство. М.гГослестехиздат,1935, 507 с.

183. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука.- М.: Мир, 1978.- 420 с.

184. Шостак В.П., Гершаник В.И. Имитационное моделирование судовых энергетических установок. JI.Судостроение, 1988. - 256 с.

185. Экономия энергоресурсов в лесной и деревообрабатывающей промышленности / М.В. Алексин, B.C. Синев, П.А. Пижурин и др. М.: Лесн. пром-сть, 1982. - 216 с.

186. Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования СЕВЕРНЫЙ (АРКТИЧЕСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ11505751. АГЕЕВ СЕРГЕЙ ПЕТРОВИЧ

187. ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ПИЛОПРОДУКЦИИ

188. Специальность 05.21.05 Древесиноведение, технология иоборудование деревопереработки

189. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

190. Научный консультант: Заслуженный деятель науки РФ,доктор технических наук, профессор Мелехов Владимир Иванович1. Архангельск 20111. СОДЕРЖАНИЕ1. Введение 6

191. Глава 1 .Анализ современного состояния проблемы 8оптимизации и моделирования производства пилопродукции

192. Моделирование технологического процесса ^ лесопиления

193. Оптимизация раскроя пиловочного сырья 13

194. Вероятностный характер процесса производства 35пилопродукции

195. Силовые и энергетические показатели процесса резания ^ §древесины

196. Структура энергопотребления лесопильно- ^^ деревоперерабатывающего производства

197. Цель и задачи исследований 51

198. Глава 2. Математическое описание технологического 52 процесса производства пилопродукции

199. Показатели производительности и использования 52 лесопильного оборудования21.1. Структура календарного времени и показатели 52 использования лесопильного оборудования во времени21.2. Система показателей производительности 56 лесопильного оборудования

200. Математическое описание технологического 63 процесса лесопиления вероятностными методами

201. Математическое описание участка окорки бревен ( 6923.1. Статистическая модель входящего потока 69 неокоренных бревен23.2. Вероятностная модель процесса окорки 7823.3. Статистическая модель межторцовых разрывов 83 бревен

202. Математическое описание участка рамной 122 распиловки брусьев25.1. Статистическая модель входящего потока 122 брусьев на участок распиловки25.2. Статистическая модель входящего потока 125 брусьев в лесопильную раму второго ряда

203. Математическое описание участка обрезки досок 12726.1. Статистические модели входящих потоков 127 необрезных досок на участок обрезки26.2. Статистические модели входящих потоков 130 необрезных досок в обрезные станки

204. Глава 3.Энергетические балансы и энергетические 135характеристики оборудования производствапилопродукции

205. Содержание энергетического баланса основного 135 лесопильного оборудования

206. Классификация и свойства энергетических 188 характеристик оборудования производства пилопродукции35.1. Лесопильные рамы 18835.2. Окорочные станки 19435.3. Обрезные станки 198

207. Вероятностное описание показателей 202 энергоиспользования лесопильных рам

208. Глава 4.Энергетические режимы работы оборудования 208 производства пилопродукции

209. Энергетические режимы работы лесопильных рам 208

210. Энергетические режимы работы окорочных станков 218

211. Определение параметров группового графика 225 энергопотребления приемников лесопильного производства

212. Моделирование группового графика 244 энергопотребления приемников лесопильного производства

213. Расчет выбросов группового графика 254 энергопотребления приемников лесопильного производства

214. Вероятностные характеристики процесса 264 энергопотребления приемников лесопильного цеха

215. Глава 5. Имитационное моделирование 274технологического процесса лесопиления

216. Постановка задачи моделирования 274

217. Содержательное описание технологического 276 процесса лесопиления

218. Формализованная схема описания 282 технологического процесса лесопиления

219. Имитационная модель технологического процесса 288 лесопиления

220. Расчет показателей и характеристик операций 293 производства пилопродукции

221. Моделирование работы и энергопотребления 308 лесопильного потока с учетом вероятностных факторов

222. Корреляционно регрессионный анализ удельного 316 расхода энергии лесопильного потока

223. Энергетические характеристики лесопильного 319 потока

224. Полный факторный эксперимент комплексного 324 исследования технологического и энергетического процессов

225. Глава 6. Многокритериальная оптимизация процесса 336 распиловки сырья с учетом энергетического фактора

226. Постановка задачи оптимизации 336

227. Теоретико-игровой анализ задачи раскроя пиловочного 337 сырья

228. Список использованных источников 359