автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Совершенствование учета и раскроя круглых лесоматериалов на основе метода индивидуальных моделей

РГ 5 ид

2 9 МАЙ 1995

ВЕЛОРУССКПЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 674.093

ЯКОВЛЕВ Михаил Кузампч

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УЧЕТА И РАСКРОЯ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ

05,21.05 - Технология н оборудование доровообрабатавагащпх пропзиодсгп, дравоснповодеппв

Автореферат диссертации па сопскапно ученой степени кандидата тизсппчоскп:: паук

Минск - 1995

Работа выполнена в Белорусском государственно! технологическом университете.

Научный руководитель -

кандидат технических наук,

доцент ЯНУШКЕВИЧ A.A.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,

профессор КАЛПТЕЕВСКНЙ P.E.; кандидат технических наук,

доцент ФБДОРЕНЧИК A.C.

Оппонирующая организация - акционерное производственное объединение "Речицадрев".

Защита состоится " " ВЮВЯ 1995 г. в У? часов на заседании совета по защите диссертаций к.056.01.01 Белорусского государственного технологического университета по адресу: г.Минск, ул.Свердлова, 13а, корпус 4, ауд. 240 .

С диссертацией ыохно ознакомиться в библиотеке БГТУ.

Автореферат разослан " " мая 1995 г.

0тзы1вы на автореферат в ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ просим направлять по адресу: БЕЛАРУСЬ, 220630, Нинск, ул.Свердлова, 13а, БГТУ, ученому секретарю совета по защите * диссертаций К.056.01.01.

Ученый секретарь совета

по защите диссертаций доцент

Щ^^и 'П • ТРОФИМОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Основным направленном решения проблемы увеличения производства специфицированных пиломатериалов без увеличения объемов перерабатываемой древесины является совершенствование существующих н главным образом создание новых ресурсосбарегажь, ¿х технологий, позволяющих Повысить выход пилопродукцип и снизить количество отходов. В условиях роста стоимости сырья разработка теории, технологии п оборудования, обеспечивающих повышение выхода пиломатериалов и заготовок, пиаот первостепенное- значение для эффективности и конкурентоспособности применяемых технологий.

В условиях снижения среднего диаметра пиловочника, обусловленного невысокой(около 2%) допей спелых лесов в структуре лесного фонда Беларуси, а также ухудшения качества сырья, вызванного вовлечением в переработку лиственных пород, дровосшш от санрубок и рубок ухода п вппянпом последствий катастрофы на Чернобыльской АС, только ресурсосберегающие технологии, а полной мере учитывающие размерно-ка-чэственные характеристики перерабатываемого сырья, позволят увеличить внпуск пппопродукцпи без увеличения объемов переработки.

ваний входит в планы НИР Белорусского государственного технологического университета и выполняется для Минобразования Беларуси и концерна "Боллэрбумпрон" в рангах комплексной целевой научно-технической программы 33.01рц "Древесные ресурсы" .

Цель и задачи нсггяаповапий. Анализ применяемых в теории лесопиления и деревообработки математических моделей круглых лесоматериалов и хлыстов по критерию пх адекватности моделируемым объектам позволил сформулировать цель исследований: повышение точности и достоверности учета сырья и создание -условий для увеличения выхода пиломатериалов и заготовок.

В соотватствнп с целью работы сформулированы основные задачи исследований:

- разработать теоретический метод создания математических

- г -

моделей круглых лесоматериалов, который обеспечит определение размерных характjpucTtiK сырья и позволит учесть форму сортимента при учете ы раскрое сырья ;

- выбрать математический аппарат, разработать математические модели и алгоритмы, обеспечивающие адекватное описание формы и размеров, индивидуальный обмер и учет сырья;

- создать программное обеспечение, реализующее построение указанных математических моделей и алгоритмов на ЭВМ;

- разработать автоматизированное оборудование для индивидуального обмера и'учета круглых лесоматериалов.

тод индивидуальных моделей - метод построения математических моделей круглых лесоматериалов, основанный на измерении определенного числа точек поперечных сечений сортимента вдоль его длины и интерполяции точечного базиса бикубическим сплайном. Интерполяционные модели, построенные на небольшом числе точек поверхности,' позволяют определить размерные показатели сортимента, учесть особенности, в частности, пороки формы (кривизну,' сбвжпсюсть, овальность и др.) и являются адекватными моделями сырья для его учета и раскроя.

Предложен математический аппарат - интерполяционные кубические сплайны, разработаны математические модели круглых лесоматериалов и алгоритмы их построения, алгоритмы индивидуального учета пиловочного сырья, а также отдельные алгоритмы раскроя.

Создано программное обеспечение, реализующее математические модели и алгоритмы в виде программных средств для ПЭВМ типа IBM PC AT/XT.

Исследована точность индивидуальных моделей на основе кубических сплайнов в зависимости от числа узлов.

Степень новизны полученных результатов - получено впервые.

Практическая_значимость полученных результатов. Результаты теоретических исследований использованы при разработке устройства для обмера сырья и программного обеспечения, в результате чего создан экспериментальный образец оп-тико-злектронной установки для обмера и учета бревен.

Индивидуальные модели могут быть использованы при создании информационных технологий лесопиления, ресурсосберегающих технологических процессов и оборудования, связанных с

раскроем круглых лесоматериалов и раскряжевкой хлыстов.

Проведена опытно-промышленная. проверка раскроя кряжей для производства строганого шпона, которая показала возможность увеличения выхода заготовок на 3-5%.

Результаты исследований используются в учебном процессе.

мерческую ценность имен, результаты диссертации в виде программного обеспечения и установки для обмера и учета бревен. Основные положения диссертации,, внносимме на защиту; метод индивидуальных моделей круглых лесоматериалов и хлыстов, позволяющий на основа единого теоретического подхода моделировать размеры и форму круглого сырья;

индивидуальные математические модели и алгоритмы их создания, обеспечивавшие адекватное описание формы и размеров сырья;

алгоритмы учета и раскроя, позволяющие повысить точность и достоверность индивидуального учета сырья и обеспечить увеличение выхода пиломатериалов а заготовох;

программное обеспечение, реализующее разработанные метод, модели и алгоритмы в виде программных средств ПЭВМ, что позволяет использовать их для целей производства, проектирования, исследования и обучения;

зависимости точности моделирования круглых лесоматериалов и определения объемов бревен от числа узлов;'

результаты моделирования на ПЭВМ раскроя кряжей на ванче-сы, показавший возможность увёличения выхода заготовок на 35%;

эк-периментг :ьный образец оптико-электронной установки для обмера и учета бревен, обеспечивающий автоматизированный учет сырья на основе метода индивидуальных моделей. Личный вклап соискателя.

Соискателем предложены, разработаны и исследованы:

- метод индивидуальных моделей сырья;

- индивидуальные модели и алгоритмы их создания;

- алгоритмы•учета и раскроя круглых лесоматериалов. Соискателем выполнены теоретические и экспериментальные

исследования:

- - точности индивидуальных моделей;

- оптимизации раскроя хряжей на ванчасы;

- по автоматизированному обмеру и учету бревен.

Соискателем создана:

- программное обеспечение, реализующее разработанные метод, модели и алгоритмы в виде программных средств ПЭВМ;

- базовое программное обеспечение учета круглых лесоматериалов для измерительной установки;

Апробация работы, Результаты исследований докладывались, обсуждалось и были одобрены на научных и научно-технических конференциях: международных - Бургас, Болгария, 1988; Гомель, 1989; Минск, 1989, 1995; всесоюзных - Уфа, 1987, 1992; Москва, 1987, 1990; Свердловск, 1989; Чернигов, 1990; Пермь, 1991; республиканских - Нянек, 1988; Киев, 1389,'1991,'а также на научно-технических конференциях БГТУ(1987-1995 гг.).

Опубликованность результатов. По теме диссертации опубликовано 24 печатных работы и получено авторское свидетельство на изобретение/

Структура п объем дкссертапци. Диссертация состоит из введения, четырех глав и пралохения, содержит 108 страниц, 14 иллюстраций, 9 таблиц, 89 наименований использованных источников. j

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введ^р^ц обоснована необходимость проведенных исследований, дана оценка современного состояния проблемы.'

В первой глрве проведен анализ адекватности раскраиваемым объектам математических моделей теории раскроя пиловочного сырья, проанализированы попытки их развития с целью повышения точности описания размерно-гачественных показателей сырья, сформулированы цепь и задачи исследований.

Исследования, выполненные Х.Л.Фельдманом, Д.Ф.Шапиро, П.П.Аксеновым, П.А.Батиным, В.Ф,.Ветшевой, Г.Д.Власовым, Р.Е.Калитеевским, А.Я.Пвсоцким, В.С.Петровским, С.И.Рыкунн-ешм, Й.С.Розенблитом, Г.Г.Титковым, А.С.Гороповым, В.Г.Гуру-иевым и рядом других ¡,-ченых позволила сформулировать основные принципы поперечного раскроя хлыстов на сортименты, условия получения наибольшего объемного выхода пиломатериалов пра продольном раскрое пиловочного сырья. Размерно-качест-яенные показатели пиловочного сырья являются основными факторами, обуславливающими s&¡5op оборудования, способа раскроя, вяды продукции и всю организацию технологического про-

цосса лесопиления. Форма и размеры сырья фиксируются и воспроизводятся в соответствии с применяемыми математическими моделями.

В теории раскроя пиловочного сырья в качестве математических моделей сырья используют тела вращения - усеченные конусы и параболоиды вращения второй степени. Эти модели позволяют легко осуществить технологические расчеты. Однако отклонения в размерах и(или) различие в форме, в частности, наличие кривизны п(пли) овальности поступающих в распиловку бревен, приводят к рассеиванию ипрнн и длин пиломатериалов, особенно при распиловке вразвал п снижению выхода'специфика-ционных пиломатериалов. Применяемые в настоящее время технологии предусматривают использование сортировки сырья, что решая указанную проблему лиаь частично, имеет ряд недостатков. Кардинальным решением являотся переход высоким ресур-соберегаюцим технологиям лесопиления, основанным на соединении преимуществ группового раскроя с индивидуальным раскроем кагдой единицы сырья, в полной мара учитывающим ого форму н размеры. Необходимым условием эффективности таких технологий является использование адекватных математических моделей сырья.

В работах проф. Р.Е.Калитеавского, В.С.Петровского, И.С. Розонблита, к.т.н.С.Г.Епсакова предложены математические модели хлыстов п бревен, которые развивают модели типа тел вращения в сторону их большой адекватности объектам раскроя. Однако эти модели по ряду причин не могут оыть использованы для адекватного описания круглых сортиментов с целью его использования п процессах распиловки о учетом индивидуальных особенностей формы сырья. К таким причинам относятся прежде всего наличие в моделях элементов, регистрация которых на лесопильном заводе затруднена либо невозможна(диаметр на середине длины хлыста, уравнение о'совой линии бревна и др.), вид модели - типа тела вращения, зависимость коэффициентов от породы(модель В.С.Петровского), жесткие аналитические ограничения и фрагментарность, выражающиеся в композиции эллипсов, парабол, деформированных синусоид(модель М.С.Розенб-лита) и др.

Проведенный анализ состояния проблемы позволил сформулировать цепь и задачи исследований.

Вторая глава диссертации.посвящена разработке метода ин-

- б -

дивидуальных математических моделей круглых лесоматериалов.

При учете и раскрое сырья, доставленного на лесопильный завод, единственно достоверной информацией о нем являются фактические результат^ его обмера. Для объектов сложной формы базовыми показателями, объективно отражающими форму, являются координаты' точек поверхности. Координатная модель строится на основе измеренного в определенном порядке точечного базиса.

Разработанный метод индивидуальных моделей состоит в последовательном измерении координат точек поперечных сечений вдоль длины сортимента с последующей интерполяцией полученного точечного базиса. В качестве математического аппарата для построения моделей сырья были выбраны кубические сплайны. В отличие от полиномов степень сплайна не зависит от количества узлов интерполяции. Построение модели поверхности круглого лесоматериала включает моделирование поперечных сечений и образующих кубическим сплайном.

Если на отрезке [а,Ь\ в узлах а = <хг< ... <jc,v = Ь заданы некоторые значення .у,,/'=1, 2.....Ы, полученные из точных измерений,

то естественным методом аппроксимации таких данных является интерполяция. Обозначим через C2[a,i] множество, дважды непрерывно дифференцируемых на [а, Ь] функций. Интерполяционный кубический сплайн дефекта 1

j

= t = l,2.....N-1,

j. о

удовлетворяет условиям -—

S(x) еС*[а. Ь) , (1) SU) - у, , / = 1,2.....N. (2)

Условия(1) и (2) позволяют составить систему уравнений для определения "наклонов" /л, - значений первых производных сплайна в узлах, имеющую для поперечных сечений вид

2(А( + h^m, + й,, = 3[(у)+,-y^Jh, + (у,->-м) ¿A-i]. (3)

= jc„ i - 2.....N-l,

и найти значения коэффициентов сплайна

2(>■/+! ->, ) + /»/( Щ + )]//!Д

«,2=1 3 - У/ ) - А, (2му + «iJ+1)] //¡,2, я. Г »'/ .

Интерполяция поперечного сечения состоит в том, чтобы через N последовательных точек Р^х, у) плоскости провести гладкую замкнутую хриву». Для этого параметризуем точки у) и построим периодические сплайны 5Х(<) и ^у(') со значениями ()= х/ и 5 у (</)=>* I на сетке узлов 0 == * ^ < 12 <■■■<( N ~ 1 •

Векторный параметрический сплайн г = ( 5х ( ' ) ■ (О } является моделью попарочн го сечения.

При моделировании образующей "наклоны" от, определялись из системы уравнений

Ь1т,.}+2(111+11,.])т>+И1_1ти.1=3[(у„] -у^/Ь^, -уыУф,л), (4)

Щ = »- 1.2, ...,N-1.

Системы уравнаннй(З) и (4)'решались методом прогонки.

Геометрической моделью поверхности круглого.лесоматериала служит двусторонняя поверхность, гомеоморфная конечному цилиндру с замкнутой направляющей(рис.1>..

Модель поверхности круглого лесоматериала строится на основа некоторого числа указанных в определенном порядке ее точек - точечного базиса поверхности, который задается матрицами значений координат ее точек

1М. ¡N1. 1М- '" = 1.2, ...,//.■ У= 1,2, ...,М . (5) Точечный базис образован путем сечания поверхности двумя семействами вэаимно-ор-тогональиых плоскостей: первым - плоскостями, параллельными координатной плоскости Х0¥ и вторым, плоскости которого направлены вдоль длины сортимента и могут быть выбраны в зависимости от способа обмера.

Общий вид параметрического уравнения поверхности круглого лесоматериала

' г(/,л) = {Х(/,*),¥(/,о, ¿О.О } , («)

где - некоторые однозначные достаточно глад-

кие функции двух переменных. Для построения индивидуальной модели будем искать функции У(Г,Д в виде бикубичес-

ких сплайнов, интерполирующих точечный базис(5). Если на плоскости заданы прямоугольник Я: [а, 6] х [с, с/] и двумерная сетка

Рис.1.Геометрическая модель поверхности бревна

- 8 -

а - х, < хг < ... < хи - Ь, с ~ yt< у2< ... < ум = с/, разбивающая область 7? на прямоугольники' RtJ : [л ¡, х(+1] х , y;+iJ. то интерполяционный бикубический сплайн

j j

ЕЕ^'с*-*!)*^-^)'.

к=0Ы0

x.yüRy, / = 1,2,1, у = 1,2.....М-1

удовлетворяет условиям jy) - b¡j и имеет непрерывные частные в смешанные производные порядка на выше 4-х, включающие на более 2-х дифференцирований по каждой переменной..

После параметризации поверхности получим двумерную сетку 0= t2<...< t„ = \, 0= íj< j2 <...< sM =1 , (7)

где tas- параметры соответственно поперечных сечений п образующих. Уравнения(6), где

з з

к=01-0

*=0/=0 1=0/=0

бикубические сплайны со значениями, заданными матрицами(5) в узлах сеткп(7), представляют собой индивидуальную модель круглого лесоматериала. Построение бикубического сплайна состоит в решении серии одномерных задач типов(3) и {4).

15

Í?

J0

э ш

О. 5

1 \ \

\ \ л 1 / 2

•М \ к. 1

Исследована точность индивидуальных моделей и их элементов. Результаты моделирования круговрго поперечного сечения в зависимости от числа равноотстоящих узлов представлены на рис.2. Анализ показал, что погрешность интерполяции, равная разности между площадями

3' ^ 5 6 7 8 9 поперечного сечения а сплайно-Количество ,/злов, шт £ОЙ крввой# сгремится к нулю с

Рис.2. Погрешность иитарпо- большой скоростьв. „ля 4-

ляцнн кругового сечения; х она 2>9П> 6_и _

1 - плочадь, 2 - диаметр. о_4з%; ^ _ о>12%>

0

Интерполяция образующей хлиста и полиномиальных моделей образующей провесных стволов показала высокую точность сппа-йновых моделей образующей. _ • -

Для исследования точности определения объемов на основа

1.5

£

и

0

1

э

о

О-

и о С

0.5

1 \ \ \ \

1 V \ \ N ч N / с1=26..:52см

1 "-.у и \ ч \ / --- ---

10

индивидуальных моделей проведано моделирование определения объемов пиловочных бревен по данным таблиц ГОСТ 2708-75 для диаметров 14-52см н длин 3-6.5м (рис.3). При этом использована восьмиточечная модель сечения. Результаты моделирования показали, что максимальная погрешность при использовании вор-

02Э4567Й9 Количество сечений, шт. Рпс.Э. Зависимость погрешности определения объомов от количества сечений

шинного п комлевого сочоний не пропивала 1.5%, а для числа сечбний 3-10 ее значение заключено в пределах 0.24-0.65% .

В тротьэй глава рассмотрено применение индивидуальных моделей для учета и раскроя сырья. Для учета сырья получены формулы, выражающие значение диаметра сеченпя я объема через коэффициенты сплайнов

Ф)

.//-1 3 3 3 3

IV V у1 V V 01:

2 £-1 ¿-^ 1-1 £-1 к + т

(=1 к'О /=0 т=0 п=0

\к+т

к=

1 /=1 ы *=о1=0 И=0Л=0 ^ + т)\1 + " +

т-к

,к1 ьтп/

\М-л+1/

\к+т

кI

Л и

"и

где ¿/(х) - диаметр сечения площадью /'(■*); коэффициенты сплайнов соответственно Х(Г,у) и I, ( 6 [0,1] -

параметры; V-. объем; I* - длина бревна.

Разработан алгоритм формирования сечений образных пиломатериалов на сплайновой модели сечения. Алгоритм учитывает форму сечения бревна и позволяет для заданного постава рассчитать стандартные размеры(ширины) досок. ПЭВМ выполняет

расчет для различных вариантов ориентации сечения бревна по отношению к поставу пил и выбирает оптимальный вариант по критерию наибольшей суммарной площади сечений пиломатериалов. При этом, как и при расчете поставов, учитываются - ширина пропила, величина усушки и т.п. В экспериментах с овальными сечениями за счет их ориентации превышение величины суммарной площади сеченнй пиломатериалов составило в среднем 23% по сравнению с теми вариантами, когда ориентация не производилась . На рис.4 представлен результат выполнения алгоритма для заданного постава .

При раскрое сырья для производства строганого шпона на основе метода индивидуальных моделей использована модель кряжа в виде прямого цилиндра с направляющей, моделируемой кубическим сплайном. Для способа троения и ванчёсного четырехстороннего способа раскроя разработан алгоритм, заключающийся в моделировании раскрытия пласти заданной ширины для произвольной точки сплайнового контура и формировании поперечных сечений заготовок необходимого вида и размеров.

Опытно-промышпенная проверка раскроя с учетом формы поперечного сечения кряжей красного дерева диаметрами 600-1200 мм, без трещин и гнилей, раскрой которых производился по способу троения ц ванчесиому четырехстороннему способу показала возможность увеличения выхода заготовок по сравнению с существующим способом на 3-5%.

В_четвертой главе представлено измерительное оборудование для обеспечения аппаратной поддержки метода индивидуальных моделей. Использование метода предполагает автоматическую регистрацию измерительной информации для каждой единицы сырья. С этой целью разработана оптико-эпвктроиная установка для автоматизированного обмера и учета на базе лазеров малой мощности. Во время движения конвейера измерительное устройство регистрирует координаты поверхности бревна, ПЭВМ нс-

Рнс.4. Формирование сечений пиломатериалов; 1 - узлы сплайна, 2 - сплайн; 3 -сечение бревна.

Рис.5. Схема оптико-элехтрон ной измерительной установки

пользуя метод индивидуальных моделей строит математичесую модель измеренного лесоматериала п рассчитывает его размерно-качественные показатели: диаметр, - длину, сбег, кривизну, объем и т.д. Применение установки позволяет осуществлять автоматизированный учат сырья, а достоверную информацию о

размерах » форме каждого сортимента использовать для оптимального раскроя. Установка (рис. 5) состоит из несущей конструкции(1), 4-х блоков измэрителя( 2) и ПЭВМ ЕС-1840/41(3). Экспериментальный образец рассчитан на обмор сырья диаметром 12-4Ос!^, точность измерения - ±1мм.

Измерение поперечных сечений лесоматериала выполняется вдоль его длины. Блок пзмврителя(рпс.б) состоит* из гелий-неонового лазера(1) с бпокоы питания, оптических элементов -двух призм(2) и светодалнтольного кубика(З) для управления световыми лучами и многоэлементного фотоприемника(4) с объективом^) . Лазер, являющийся освотитолеи, формирует пучок световых лучей, который посредством оптических элементов поступает на бревно(б). Каждый из четырех лазеров формирует по два луча, что даат возмохность определить координаты 8-и точек сечения поверхности лесоматериала.

При обмере узкий лазерный луч образует на поверхности бревна световое пятно, рассеянное излучение которого через линзу объектива фокусируется на поверхности многоэлементного фотоприемника, который располагается в фокальной плоскости объектива. Координаты точек поверх-v ности бревна вычисляются методом

Рис.б. Схема блока из- оптической триангуляции, мерителя Программное обеспечение экспери-

ментального образца написано на языке программирования Турбо Паскаль.

- 12 -

Экспериментальные исследования точности определения диаметров и объемов бревен с помощью измерительной установки для партии бревен диаметром 14-24 см и длиной 2-Зм, показали, что максимальная абсолютная погрешность определения диаметров составила не более 0.15см. Значение максимальной относительной погрешности определения объемов бревен составило 2.1%.

Измерительная установка может быть использована на складах для учета и управления сортировкой круглых лесоматериалов, в составе пиний сортировки, в лесопильных потоках, осуществляющих раскрой сырья по оптимальным схемам.

ВЫВОДЫ

На основании исследований, проведенных в процессе выполнения диссертации, получены следующие основные результаты и выводы.

1. Разработан метод индивидуальных моделей - метод построения математических моделей круглых лесоматериалов, позволяющий на основе единого теоретического подхода описать размеры и форму сырья. Он основан на измерении координат определенного числа точек поперечного сечения сортимента вдоль его длины и последующей интерполяции точечного базиса. Предложен математический аппарат - интерполяционные- кубические сплайны дефекта 1. Установлено, что интерполяционные модели на основе кубических сплайнов, построенные на небольшом числа точек поверхности, позволяют с'достаточной точностью определить размерные показатели и учесть особенности формы сортимента (кривизну, сбехистость, овальность) и являются адекватными индивидуальными моделями для учета и раскроя круглых лесоматериалов.

2. Разработаны математические модели поперечного сечения и обра?-'ющей и индивидуальная модель поверхности круглого лесоматериала в виде бикубического сплайна.

3. Исследована точность индивидуальных моделей в зависимости от числа узлов интерполяции для моделирования поперечных сечений и определения объемов ' пиловочных бревен. Так, для кругового поперечного сечения погрешность по площади при 4-х равноотстоящих узлах составила 2.92%,' б-и - 0.43%, 8-и -

О*. 12%. Максимальная погрешность определения объемов бревен диаметром 14-52см и длиной 3-6.5м при использовании двух сечений, вершинного и комлевого, не превышает 1.5%, при числе сечений 3-10 составляет в среднем менее 0.5%, что свидетельствует о высокой точности индивидуальных моделей даже при иебольшоы числа узлов.

4. На основе методя индивидуальных моделей разработаны алгоритмы учета пиловочного сырья и отдельные раскройные алгоритмы - формирования сечений пиломатериалов и раскроя сырья для строганого шпона иа ваичесы. Моделирование раскроя с учетом ориентации бревна или кряка относительно режущего инструмента показало возможность увеличения выхода пилопродук-ции в среднем на 2-3%. Разработанные алгоритмы можно использовать при управлении механизмом ориентации предмета обработки и позиционировании режущего инструмента.

5. Создано программное обеспечение, реализующее индивидуальные модели, алгоритмы учета сырья и отдельные алгоритмы раскроя в виде программных средств для ПЭВМ. Программные модули служат для программной поддержки метода индивидуальных моделей п являются основой программного обеспечения установки для обмера а учета бревен.

6. На Ново-Сверженсхом лесозаводе проведена опытно-промышленная проверка способа раскроя сырья для производства строганого шпона, учитывающего реальную форму сечения кряжа. Результаты проверки, подтвержденные актом, показали возможность увеличения выхода заготовок по сравнению с существующим способом раскроя на 3-5%, а способ раскроя, учитывающий реалы ую форму течения кряха, рекомендован для промышленного внедрения.

7. Создан экспериментальный образец оптико-электронной установки для обмера и учета бревен. Применение установки позволяет автоматизировать учет сырья, а достоверную информацию о размерах и форме каждого сортимента использовать для оптимального раскроя. Устаиовха может быть использована для обмера и установления форма лесоматериалов, на складах сырья для учета бревен, в составе линий сортировки и в лесопильных потоках, осуществляющих раскрой сырья по оптимальным схемам. — 8. Экспериментальные исследования.по определению диаметров и объемов пиловочных бревен с помощью экспериментального образца измерительной установки показали, что точность опре-

деления диаметра, выражаемая значением максимальной абсолютной погрешности, составившая в эксперйментах не более 0.15 см, находится в пределах, допустимых для автоматизированных средств измерений. Значение максимальной относительной погрешности определения объемов пиловочных бревен составило 2.1%, что также удовлетворяет предельному значению по точности для автоматизированных устройств определения объемов.

В заключение отметим, что метод индивидуальных моделей круглых лесоматериалов, его математическая, программная и аппаратная поддержка в виде математических моделей, алгоритмов, программного обеспечения и экспериментального образца измерительной установки, результаты и выводы представленных исследований могут быть использованы при проектировании лесопильных производственно-технологических систем, создании ресурсосберегающих технологических процессов лесопиления на основе современного технологического и измерительного оборудования и методов информационных и компьютерных технологий.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Янушкевич A.A., Кулак М.И., Яковлев М.К. Сппайновые модели в САПР раскроя древесного сырья// Математическое обеспечение рационального- раскроя в САПР:' Тез. докл. конф,-Уфа, 1937, часть 2-- С.182-183.

2.Янушкевич A.A., Слобода В.Т., Кулак М.И., Яковлев М.К. Модели таксационных характеристик сырьевых баз// Охрана.лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов: Тез. докл. конф.- Москва, 1987, секция 3.- С. 43.

3.Янушкевич A.A., Кулак М.И.,, ¿»Яковлев М.К. Разработка ' САПР раскроя древесного сырья// Механизация и автоматизация

процессов в лесной промышленности! Тез. докл. хонф.- Бургас (Болгария), 1988. - С. 44-45.

4.Яковлев М.К., Янушкевич A.A., Кулак М.И. Применение сплайнов в математических моделях хлыстов и бревен// Технология и оборудование заготовки и переработка древесины.-Минск! Выаэйыая школа, 1988, вып.З.- С. 97-10.

5.Янушкевич A.A., Кулак М.И., Яковлев М.К.-разработка САПР раскроя лесоматериалов на базе ПЭВМ ЕС-1840// Проблемы

создания САПР на база ПЭВМ: Тез. докл. конф.- Минск, 1988.-С. 66.

6.Янушкевич A.A., Кулак М.Н., Яковлев М.К. Математическое и программное обеспечение САПР раскроя лесоматериалов// Пути совершенствования программных средств и автоматизированных систем: Тез. докл. конф.- Свердловск, 1989.- С.98-99.

7.Янушкевич A.A., Яковлев И.К. Принцип ресурсосбережения в САПР раскроя лесоматериалов// Достижения науки а техники в области ресурсосбережения и экологии: Газ. докл. конф,- Гомель, 1989.- С.90-91.

8.Янушкевич A.A., Яковлев М.К. Система проектирования раскроя лесоматериалов на ПЭВМ: модели, алгоритмы, реализация// Инфсрматика-89: Мат. I мезвд. симпоз.- Минск, 1989, том 2, часть II.- С. 715-719.

9.Янушкевич A.A.,Яковлев Н.К. Моделирование раскроя сырья для производства строганого шпона// Научно-техн.прогресс в лесной и деравообр. пром. :Тез. докл. XVII конф,- Киев, 1989.- С.24.

10.Янушкевич А.А.,Кулак М.И.,Яковлев М.К. Автоматизированное проектирование раскроя пиловочного сырья на основа сплайновых моделей// Технология и оборудование заготовки и переработки древесины,- Минск: Выпэйшая школа, 1989, вып.4.-С.145-150. '

11.Янушкевич A.A., Кулак М.И., Яковлев М.К. Оптимизация раскроя сырья для производства строганого шпона// Технология и оборудование заготовки н пероработки древесины.- Минск: Вышэйшая школа, 1990, вып.5.- С. 104-108.

12.Янушкевич A.A., Кулак М.И., Яковлев М.К. Модели сырья в САПР лесопиления и деревообработки// Математическое и имитационное моделирование в системах проектирования' и управления: Тез. докл. конф.- Чернигов, 1-990. - С. 214-216.

13.Янушкевич A.A., Кулак М.И.^ Яковлев М.К. Автоматизированное проактированио раскроя круглых лесоматериалов, на ПЭВМ // Современные проблемы автоматизации и внедрения вычислительной техники в целлюлозно-бумажной п деревообрабатывающей промышленности: Тез. докл. совец.- Москва, 1990.- С.63-64.

14.Янушкевич A.A., Кулак М.И., Яковлев М.К. Математическая модель поверхности бревна// Матер, юбил. конф. БТИ им. С.М.Кирова.- Минск, 1990. - С. 75.

15.А.С.1551990 СССР МКИ G 01 В 11/10, 11/24. Способ опре-

- - 16 -

деления профилей сечения объектов, преимущественно бревен/ А.Л.Янушкевич, М.И.Кулак, М.К.Яковлев, И.И.Кулак (СССР). Опубликовано 23.03.90, ^.И. 1990, N 11.

16.Янушкевич A.A.,/Кулак М.И., Яковлев М.К. Ресурсосберегающие модели в лесопилении// Ресурсосбережение в лесной, деревообрабатывающей и мебельной промышленности: Тез. докл. конф.- Пермь, 1991.- С. 21-22.

17.Янушкевич A.A., Кулак М.И., Яковлев М.К. Моделирование поверхности бревна бикубическим сплайном// Технология и оборудование заготовки и переработки древесины.-Минск:Вышэйшая школа, 1991, вып.6.- С. 95-103.

Ю.Янушкевич A.A., Кулак М.И., Яковлев М.К. Автоматизация учета сырья дня производства строганого шпона// Научно-техн. прогресс в лесной и деревообраб. пром.: Тез. докл. XVIII конф.- Киев, 1991.- С. 101-102.

19.Янушкевич A.A., Яковлев М.К. Совершенствование лесопиления на основе индивидуальных моделей раскроя// Деревообрабатывающая промышленность.- 1991.- N 3.- С. 18-19.

20.Янушкевич A.A., Кулакам.И., Яковлев М.К. Сплайны в моделировании раскроя круглых лесоматериалов.// Известия высших учебных заведений. Песной журнал.- 1992.- N 2.- С. 6873.

21.Янушкевич H.A., Кулак М.И., Яковлев М.К. Применение систем технического зрения в лесопилении// Разработка систем технического зрения и их применение в промышленности: Тез. докл. конф.- Уфа, 1992, часть 2. - С. 32.

22.Янушкевич A.A., Яковлев М»К., Василенок Г.Д., Осоко С.А. Информационные технологии в лесопилении// Деревообрабатывающая промышленность.- 1993.- Н 5.- С.З-5:.

23.Янушкевич A.A., Яковлев М.К., Василенок Г.Д., Осоко С. А. Автоматизированный измерительный комплекс для круглых лесоматериалов// Труды БТИ. Серия II. Песная и деревообраб. пром-сть.- 1993.- Вып.1.- С. 100-104.

24.Лнушкев1ч A.A., Яка^ла? М.К.' Вымярэнне круглых лесама-тэрыяла$: 1ндыв1дуальны падыход// Труды БГТУ. Серия II. Лесная и деревообраб. пром-сть.- 1994.- Вып.2.- С. 91-97.

25.Янушкевич A.A., Яковлев Н.К., Василенок Г.Д. Измерительная установка для круглых лесоматериалов на базе лазеров малой мощности//Лес-95: Тезисы докладов международной научно-практической конференции.- Минск, 1995. С. 68.

- 17 -РЕЗЮМЕ Яковлев Михаил Кузьмич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ УЧЕТА И РАСКРОЯ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРЯАПОВ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ

I

Ключевые слов» г КРУГЛЫЕ ЛЕСОМАТЕРИАЛЫ, МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ, ИНТЕРПОЛЯЦИЯ, СЛЛАЙН, МОДЕЛИРОВАНИЕ, УЧЕТ, РАСКРОЙ, ФОРМА, ОБЪЕМ, ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ,

Обтйхгг исследования. Лесопильное производство, процессы обмера, учета и раскроя круглых лесоматериалов.

Цепь работы. Повышение точности и достоверности учета сырья н создание условий для увеличения выхода пиломатериалов п заготовок.

Метоп исследования н аппаратура^ Методы технологии ле-сопилыю-деревообрабатывакицих производств, теории раскроя пиловочного сырья, методы линейной алгебры, теории интерполирования,. геометрического моделирования линий и поверхностей, методы геометрической оптики и оптоэлектроникн и ПЭВМ.

Полученные результаты^ и новизна. Разработаны теоретический метод построения математических моделей круглых лесоматериалов на основе интерполяционных сплайнов, алгоритмы индивидуального учета пиловочного сырья, отдельные алгоритмы раскроя п программное обеспечение, реализующее математические модели и алгоритмы в виде программных средств для ПЭВМ типа IBM. Исследована точность индивидуальных моделей в зависимости от числа узлов. Опытно-промышленная проверка раскроя кряхеП для производства строганого шпона показала возможность увеличения выхода заготовок на 3-5%. Создан экспериментальный образец установки для обмера и учета сырья.

Рекоцандапин по использованию. Индивидуальные модели могут быть использованы при создании информационных технологий лесопиления, ресурсосберегающих технологических процессов и оборудования с поперечным п(или) продольным раскроем сырья. Установка может быть использована для учета бревен, в составе линий сортировки сырья, в лесопильных потоках для оптимизации схем раскроя сырья.

—г Область применения. Лесопильное производство, - учет и раскрой лесоматериалов, автоматизация производства пиломатериалов .

- 18 -РЭЗЮМЭ Якаулеу Mixain Кузыич УДАСКАНАЛЕННЕ ?Л1КУ I РАСКРОЮ КРУГЛЫХ ЛЕСАМАТЭРЫЯЛА?

НА ПАДСТАВЕ МЕТЧДУ 1НДЫВ1ДУАЛЫШХ МАДЭПЯ?

Ключавыя слови; КРУГЛЫЯ ЛЕСАМАТЭРЫЯЛЫ, МАТЭМАТЫЧНЫЯ МА-ДЭПХ, IНТЭРПАЛЯЦЫЯ, СПЛАЙН, МАДЕЛЯВАННЕ, УЛХК, РАСКРОЙ, ФОРМА, АБ'ЕМ, HPATPAMOBAF ЗАБЕСПЯЧЭННБ,

Аб'ект_паспепавання. Лесап1льная выгворчасць, працэсы

вымару, ynixy i раскрою круглых лесаматэр!ялау.

Мэта работы. Падвышэнна дакпадкасц! 1 верагоднасц1' Jnixy сырав!ны i стварэннне варунка? для павел1чэння выхаду п!ла-матэрыялау ± нарыхтовак.

Метад даследаванпя i апаратура. Магады тэхналогИ леса-п1льна-дрэваапрацоучых вытворчасцяу, гэоры! раскрою ni-лаванай сыраваны, метады л!иейнай алгебры, тэоры! 1нтэрпаля-вання, геаметрычнага мадэлявання крывых i паверхняу, метады гааметрычкай оптык!, оптаэлвктронхк! i ПЭВМ.

Атрьшагу.я BbiniKi i Hasina. Распрацаваны тэарэгычны метад пабудовы матэматычных иадэляу круглых лесаматэрыяла^ на падставе 1нтэрпаляцыйных сплайна}, алгарытмы :.кдыв1дуальнага У лаку ni-лаванай сырав1ны, особныя алгарытмы раскррю i пра-грамовае забеспячэнне, якое рэал±зуе матэматычныя мадэл1 i алгарытмы J вьглядзе праграмовых сродкау для ПЭВМ Tiny IBM. Даследавана дакладнасць 1ндьт1дуальных мадепяу у залежнасц! ад колькасц! вузлоу. Вопытна-прамысловая праверка раскрою кража? для вытворчасц! страганага шчону пахазала магчымасць павел1чэння выхаду нарыхтовак на 3-5%. Створаны экспериментальны узор устано^к! для вымару i $л!ку сырав1ны.

- гуць выкарыстоувацца при стварэнн1 1нфармацыйнных тэхнолог1-ле'сап1павання, рэсурсасберагапьных техналаг!чных працэсау i абсталявання с п?пярочным 1(або) прадольным раскроем круглай сырав1ны. Установка можа выкарнсто?вацца для ?л1ку бярванау, для парадхавання сцрав!ны, у лесап1льныы цеху -для аптым!зацы! схем раскрою сырав!ны. •

Область карысу'ання. ЛесапЛльная вытворчасць, ул1к i раскрой лесаматэрыялау, аутаматызацыя вытворчасц! п!ламатэр!я-пау. '

- 19 -SUMMARY Michael Yakovlev

THE PERFECTION OF ACCOUNT AND ROUND TIMBERS CUTTING ON THE BASIS OF METHOD OF INDIVIDUAL MODELS

The key words; ROUND TIMBERS, MATHEMATICAL MODELS, INTERPOLATION, SPLINE, SIMULATION, ACCOUNT, CUTTING, SHAPE, VOLUME, SOFTWARE.

The object of research. Tha.sawing manufacturo, processes of measurement, account and cutting of round timbers.

The purpose of work was to raise the preclusion and reliability of raw material account and to make good conditions for increasing the lumbers and bar blanks yield.

The researching method and equipment. Tha methods of woodworking manufacturing technology, theory of sawlog raw material cutting, methods of linear algebra, interpolation theory, geometrical simulation of lines and surfaces, geometrical optics and optronics methods and PC.

Hie_received results flnd qpvelty. Tha theoretical

method of mathematical models of round timbers construction based on interpolating splines, algorithms of individual account of sawlog raw material, separate algorithms of cutting and software, realizing mathematical models and algorithms as the programs for IBM PC are developed. Tha exactness of individual models depending on number of nodes is investigated. The experiment perform check of billet cutting for sliced veneer manufacturing is conducted which has shown the opportunity of increasing yield of bar blanks on 3-5 %. The experimental prototype of the unit for measurement and account of raw material is created.

Recommendation on use. The individual models can be used at creation of information technologies of sawing, saved-resources technological processes and equipment with cross and (or) longitudinal cutting of raw material. The unit can be used 'for log accounting, in structure of lines of sorting of raw material, in sawing flows for optimizations of cutting of raw material outlines.

The area of application. The sawing manufacturing account and cutting of timbers, automatization of lumber production.

UJ.^3