О моделировании раскроя досок на заготовки

НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС

О МОДЕЛИРОВАНИИ РАСКРОЯ ДОСОК НА ЗАГОТОВКИ

А.М. КОПЕЙКИН, проф. каф. лесопильно-строгальных производств Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова, д-р техн. наук,

Н.О. ЗАДРАУСКАЙТЕ, асп. Северного (Арктического) федерального университета им.

М.В. Ломоносова

Пиленые, калиброванные и строганые заготовки различных размеров и качества являются наряду с товарными пиломатериалами одним из наиболее распространенных видов пилопродукции во всех странах, имеющих развитую деревообработку и собственные ресурсы древесины для промышленного использования. Заготовки широко используются при изготовлении мебели различного вида и назначения, столярно-строительных изделий, обшивок, в судостроении, стандартном домостроении и при выпуске другой потребительской продукции. Соответственно требования к качеству древесины у этой пилопродукции, особенно в части пороков древесины, выходят на первый план по сравнению выпуском товарных пиломатериалов, где ведущими критериями рациональности раскроя служат объемный и спецификационный выход. Именно эта особенность - приоритет качества над геометрическим выходом в сочетании с ограниченной размерной спецификацией сделали практически неразрешимой проблему теоретического раскроя досок на заготовки. Пока никому не удалось построить сколько-нибудь приемлемую модель обрезной и необрезной доски для последующих теоретических исследований.

Изучением встречаемости пороков в пиловочном сырье и пилопродукции занимались многие советские и зарубежные ученые. Группа исследователей ЦНИИМОДа (П.Ф. Куроптев, В.П. Юницын, Г.М. Васькова, А.Л. Колодкина) изучала встречаемость пиломатериалов с различными пороками древесины и дефектами обработки. Проводилась паспортизация пиломатериалов трех сортов - б/с, 4 с и 5 с, а также отпада от экспорта двух размеров по толщине - тонкие (22, 25 мм) и толстые (38, 50 мм) шириной 150 мм. Фиксировались порода, размеры и сорт каждой доски,

l.talchikova@narfu.ru, nataUi7@mail.ru

разновидность и местонахождение пороков и дефектов обработки, их размеры; при этом отмечалась сторона сортимента (наружная или внутренняя пласти, кромки и торец). Пороки древесины и дефекты обработки измерялись почти всеми способами, предусмотренными в стандартах на пиломатериалы.

В результате при обработке паспортов на пиломатериалы была установлена встречаемость пиломатериалов с различными пороками древесины и дефектами обработки, установлено, что она во многом зависит от породы древесины. Чаще всего встречаются пиломатериалы с сучками, особенно сросшимися (сосновых пиломатериалов до

98.4 %, еловых до 95,4 %), обзолом, проростью, смоляными кармашками, заболонными грибными окрасками и кренью. Прорость и заболонные грибные окраски характерны для сосновых пиломатериалов; крень и червоточина - для еловых пиломатериалов. Смоляные кармашки более характерны для еловых пиломатериалов, чем для сосновых (73,2 % и

12.4 % соответственно).

Также были сделаны следующие выводы:

- характерным размером смоляных кармашков является ширина до 5 мм, длина до 50 мм, для прорости - ширина до 10 мм и длина до 100 мм;

- наиболее часто встречаются пиломатериалы с сучками размером до 20мм (более 90 %). Пиломатериалов с сучками размером свыше 20-40 мм - 50 %, свыше 40 мм - около 15 %;

- предельным размером для сросшихся круглых и овальных сучков является размер 110 мм.

Подобные исследования проводили Ф.Т. Тюриков и С.П. Юн В статье «Определение встречаемости пороков в пиловочном

68

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»

сырье и пилопродукции по относительным величинам» они предложили метод для нахождения среднего количества основных сортообразующих пороков, приходящихся на 1 пог.м длины выпиливаемых досок и др. пилопродукции. Всю деловую часть хлыста делят на 10 относительных отрезков, как по длине, так и по радиусу хлыста. Все сортообразующие пороки проектируют на плоскость, рассекающую хлыст по оси и ограниченную осью и образующей ствола. Эта модель была использована для раскроя хлыстов.

Изучением распределения пороков в буковых досках занимался В.С. Тимонен. Его исследования заключались в следующем: среднюю ширину доски по обе стороны от оси разбивали на 10 частей, затем на каждом участке определяли количество пороков по видам и находили среднюю для партии встречаемость, аналогично вычисляли встречаемость пороков. Ход исследования привел к следующим выводам:

- наибольшее количество гнили, прорости, сучков и трещин находится в пределах ± (0,1-0,6) ширины доски, а наибольший процент механических повреждений расположен в периферийной зоне в пределах ± (0,7-1,0) ширины доски;

- количество сучков по длине доски увеличивается от комля к вершине;

- наибольшее количество пороков по ширине доски расположено в центральной зоне в пределах от - 0,55 до + 0,55, а по длине доски - в вершинной и комлевой на участках 0-0,4 и 0,95-1,0;

- по длине доски наибольший процент гнили, трещин и механических повреждений находится в вершинной и комлевой частях, прорость и ложное ядро преимущественно находятся в комлевой части;

- по ширине доски наиболее качественная зона - периферийная, а по длине доски - ее средняя часть.

Специалистами технического университета и лесопильно-деревообрабатывающего комбината в Дрездене был разработан опытный образец системы оптимизации процесса раскроя пиломатериалов на заготовки. Основой данной оптимизации являлось

приближенное изображение доски в виде системы прямоугольников (которое получалось автоматически с помощью специальной программы), дающих информацию о зонах дефектов, контурах доски, ее длине и ширине. Была создана специальная программа раскроя, представляющая собой алгоритм для определения оптимальных линий продольного и поперечного резания и предназначенная для составления схем раскроя преимущественно необрезных пиломатериалов на заготовки разных размеров. Это была одна из немногих попыток автоматизировать определение дефектных участков на пиломатериале. Но недостатком данной системы являлась оценка пиломатериала по качеству лишь по одной поверхности доски.

Ранее в практике для определения выхода заготовок использовали разметку досок. Недостаток этой методики известен: если на обеих пластях и кромках пиломатериала одновременно пометить все пороки, то последовательность будущего раскроя определить весьма затруднительно.

Таким образом, все предложенные ранее модели пиломатериала оказываются непродуктивными. Возникла необходимость в создании новой, более информативной модели пиломатериала.

В ходе проведенных исследований выяснилось, что оценивать пиломатериалы по качеству лишь по одной поверхности (плас-ти), как практиковалось ранее, неэффективно, так как пороки древесины в большинстве случаев не всегда расположены лишь на одной пласти.

В зависимости от сечения, породы и других признаков пиломатериала пороки мо-

Рисунок. Секторно-круговая модель пиломатериала

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

69