Оптимизации раскряжевки хлыстов и распиловки пиловочного сырья 1 Екатеринбург - 2014
advertisement
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Оптимизации раскряжевки хлыстов и распиловки пиловочного сырья Екатеринбург - 2014 1 Цель исследования методы и алгоритмы оптимизации раскряжевки хлыстов при индивидуальной продольной подаче и распиловки пиловочного сырья развальным и/или брусоворазвальным способами 2 Этапы методики расчетов Принципы формирования системного единого рационального плана, объединяющего планы раскряжевки хлыстов и распиловки пиловочного сырья. Методика составления плана распиловки пиловочного сырья на заданную спецификацию на основе данных распределения сырья по толщинным группам. Алгоритмы расчетов коэффициентов максимального выхода сортиментов, размерной и качественной структуры пиловочного сырья, его распределения по толщинным группам, схем раскроя и составления плана раскроя пиловочного сырья. 3 Расчет сорторазмерной структуры пиловочного сырья 1.Формирование БД исходной информации о сырье 4 2. Расчет объема деловой древесины 0, 01 ∑ ∑ Qr µ ⋅ qr µ , W =⋅ r∈R µ∈M Qrµ – объем запаса r-ой породы µ-го разряда высот в лесосечном фонде леспромхоза, тыс.м3; qrμ – выход деловых круглых лесоматериалов из насаждений r-ой породы µ-го разряда высот, % 5 3. Определение процентного соотношения деловой древесины, вырабатываемой из низкокачественных и здоровых хлыстов Расчет доли низкокачественных хлыстов: Er µ = 180 + 0,114d r µ − 1, 6qr µ drµ – средний диаметр насаждения на уровне груди r-й породы µ-го разряда высот, см Расчет доли здоровых хлыстов: λ= (100 − Erµ ). rµ 6 4. Вычисление объемного выхода сортиментов V j =10 −6 ∑∑µ Q µ ⋅ q µ ( E µ K r r r zd ,( D ) jr µ + λr µ K nk ,( D ) jr µ r K zd ,( D ) jr µ ), коэффициент максимального выхода j-го сортимента из здоровых хлыстов r-ой породы µ-го разряда высот при среднем диаметре на уровне груди D, % 7 5. Определение сортовой структуры сортиментов для здоровых хлыстов: S zd = −0,1065 D 2 + 7,306 D − 88,881 для низкокачественных хлыстов: S nk = 0, 018 D 2 + 0, 4466 D − 13,511 S – выход пиловочника обычного второго сорта из сосновых хлыстов 3-го разряда высот при среднем диаметре на уровне груди D, % 8 6. Распределение пиловочного сырья по диаметрам Уравнение вероятности попадания в заданный интервал нормально распределенной случайной величины: β − Di α − Di ) − Φ( ), P (α < ξ < β ) = Φ ( σ σ α и β – нижняя и верхняя границы интервала Ф – функция Лапласа Di – i-й диаметр пиловочного сырья σ – среднее квадратическое отклонение от Dср 9 Результаты вычисления опытного и вероятностного распределения пиловочного сырья 0,140 вероятность 0,120 0,100 опытное распределение 0,080 вероятностное распределение 0,060 0,040 0,020 0,000 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 диаметры пиловочного сырья D, см 10 Области доверительных вероятностей Опытное распределение: □ – данные линия тренда (Var3, R2 = 0,790) границы области доверительной вероятности Вероятностное распределение: ○ – данные линия тренда (Var2, R2 = 0,897) границы области доверительной вероятности 11 Распределение сорторазмерной структуры пиловочного сырья 12 Методика составления плана распиловки пиловочного сырья на заданную спецификацию на основе данных распределения сырья по толщинным группам сортименты постав спецификация № а b l 1 50 200 6 2 50 150 6 … … … … n 25 100 6 спецификационные пиломатериалы 13 Зоны пиловочного сырья A B C D G H 4 зона E F J I 3 зона M 2 зона K L N O Q R 2 зона U V 4 зона 2 зона (EHLI, MPTQ): пифагорическая боковая зона 3 зона 1 зона S P T W 1 зона (JKON): пифагорическая зона двухкантного бруса X 3 зона (IJNM, KLPO): параболическая зона двухкантного бруса 4 зона (BCGF, RSWV): параболическая боковая зона 14 Зоны пиловочного сырья формирование постава 1 зоны формирование постава 2 зоны 15 Зоны пиловочного сырья формирование постава 3 зоны формирование постава 4 зоны 16 Оценка схем раскроя пиловочного сырья Расчет вероятности подачи i-го сортимента на распиловку Pi = ni Dlast ( j ) ∑ k = Dfirst ( j ) nk ni – количество сортиментов i-го диаметра Dfirst(j) – начальный диаметр j-ой толщинной группы Dlast(j) – конечный диаметр j-ой толщинной группы Dlast ( j ) ∑ k = Dfirst ( j ) nk – общее количество сортиментов j-ой толщинной группы Расчет объемного выхода m-го постава Dlast ( j ) W m ∑ k = Dfirst ( j ) Pk ⋅ w k ,m w k,m – объемный выход досок из одного сортимента k-го диаметра (%) при распиловке m-м поставом 17 Постановка оптимизационной задачи Вид целевой функции m n ∑∑ N =z 1 =i 1 z ⋅ ki , z ⋅ Wi → max Nz – количество z-х поставов, ki,z – количество i-x спецификационных пиломатериалов в z-м поставе, Wi – объем i-го спецификац. пиломатериала, m – число поставов, участвующих в оптимизационном расчете, n – число спецификационных пиломатериалов Функциональные ограничения 1) ∑ N z ⋅ Vz ≤ SumVz , ∑ N z ⋅ Vz ≤ SumVz ,, ∑ N z ⋅ Vz ≤ SumVz z∈D 2 z∈D max z∈D1 m m m N k W SumW , N k W SumW , , N k W SumW ⋅ ⋅ ≥ ⋅ ⋅ ≥ ⋅ ⋅ ≥ 2) ∑ z 1, z 1 ∑ 1 ∑ 2, z 2 2 1 z z n, z n , =z 1 z 1 =z 1 18 Окно оптимизационных расчетов 19 Структура системного рационального плана Расчет объемного выхода сортиментов в соответствии с таксационной характеристикой лесфонда Формирование БД объемов пиловочного сырья по сортам Распределение пиловочника по толщинным группам в соответствии с технологическими ограничениями лесопромышленного предприятия Генерация схем раскроя пиловочного сырья для средневзвешенного диаметра каждой из толщинных групп Оценка каждой сгенерированной схемы раскроя, выбор наилучших схем Выполнение оптимизационных расчетов по формированию планов раскроя пиловочного сырья 20 Основные результаты выполненной работы В результате анализа существующих методик раскряжевки хлыстов и распиловки пиловочного сырья, разработаны принципы формирования системного рационального плана. Выявлен перечень требуемых баз, необходимых для разработки пакета прикладных программ по расчету рациональных планов раскряжевки хлыстов и распиловки пиломатериалов; разработаны описания и определены взаимосвязи элементов, входящих в эти базы. Реализована методика составления плана распиловки пиловочного сырья на заданную спецификацию на основе данных распределения сырья по толщинным группам Созданы и конструктивно проработаны алгоритмы расчетов коэффициентов максимального выхода сортиментов, размерной и качественной структуры пиловочного сырья, распределения сырья по толщинным группам, схем раскроя и составления плана раскроя пиловочного сырья. 21 Задачи, решаемые пакетом прикладных программ Выполнение расчетов потенциального (прогнозируемого) выхода сортиментов различного назначения определенной размерно-качественной структуры Определение оптимальных границ начальных и конечных диаметров пиловочного сырья, составляющего ту или иную сортировочную группу Формирование рациональных схем раскроя пиловочного сырья Проектирование рациональных планов раскроя сырья на основе объемных данных пиловочного сырья и требуемых к выработке объемов спецификационных пиломатериалов 22 Сортовая структура выхода пиловочника обычного из сосновых хлыстов 3-го разряда высот низк ок ачественны е 100,00 III сорт процентный в ыход, % процентны й вы ход, % здоровы е 80,00 II сорт 60,00 40,00 I сорт 20,00 0,00 16 18 20 22 24 26 28 30 средний диаметр х лы стов, см 32 100,00 80,00 III сорт 60,00 40,00 II 20,00 I сорт 0,00 16 18 20 22 24 26 28 30 32 средний диаметр хлыстов , см 23 Группы качества хлыстов а) б) в) а – здоровые б – низкокачественные в – дровяные 24 Изменение объемного выхода п/м при разном количестве толщинных групп 25 Распределение пиловочного сырья по толщинным группам Распределение сырья соответствует условию Распределение сырья не соответствует условию Условие: Vтолщ.гр.1 ≈ Vтолщ.гр.2 ≈ Vтолщ.гр.3 ≈ Vтолщ.гр.4 26 27 Схема расчетной формы бревна 28 Схема взаимосвязей баз данных для определения КМВ при СРХ 29 Схема взаимосвязей баз данных для расчета размерной и качественной структуры пиловочного сырья 30 Блок-схема формирования постава первой зоны пиловочного сырья 31
