О развитии и научных школах кафедры технологии лесопиления и деревообработки

А.А. ПИЖУРИН, академик, зав. кафедрой

О развитии и научных школах кафедры технологии лесопиления и деревообработки

Кафедра технологии лесопиления и деревообработки была организована в 1944 году. Называлась она тогда кафедрой лесопильно-строительных производств. До 1950 года возглавлял кафедру профессор М.Ф. Квятковский. После его внезапной смерти заведующим до 1952 года был доцент В.И. Малеев.

Однако создание научного направления и развитие кафедры началось с приходом нового заведующего доцента, кандидата технических наук Петра Павловича Аксенова. В этот период под его руководством начались исследования в области теории раскроя круглых лесоматериалов с учетом выхода спецификационных пиломатериалов. В начале 70-х годов П.П. Аксеновым и его учениками внедрялись в производство научные разработки по проблеме теории раскроя пиловочного сырья с сортированием его по качеству.

На основе выполненных исследований по теории раскроя пиловочного сырья в 1961 г. П.П. Аксенов защитил докторскую диссертацию и 2 декабря 1961 года ВАК СССР присвоил ему ученое звание про: фессора лесопильно-строительного производства. Под его руководством 10 человек успешно защитили кандидатские диссертации. Молодые ученые под руководством П.П. Аксенова начали внедрять свои разработки в производство со значительным экономическим эффектом, который за период с 1961 до 1978 г. составил свыше 3 млн. рублей. С 1978 года по инициативе ректора МЛТИ кафедру было поручено возглавлять мне. В эти годы она превратилась в многопрофильную и поэтому стала называться кафедрой технологии лесопиления и деревообработки.

На кафедре получили развитие новые научные направления. Прежде всего моделирование и оптимизация технологических процессов деревообработки и современные методы научных исследований. На первом этапе в решении этих проблем принимали активное участие мои бывшие аспиранты, ныне доктора наук, профессора В.Р. Фергин и ныне покойный М.С. Ро-зенблит, инженер Л.В. Подцубная и др. Вместе со мной на кафедру пришла группа молодых талантливых специалистов, которые затем стали кандидатами наук, доцентами. Среди них М.С. Розенблит, Г.В. Крылов, В.Е. Пятков, Е.Е. Лугов и другие. На кафедре технологии лесопиления и деревообработки решались следующие важнейшие проблемы.

1. Оптимизация технологических режимов лесопильного и деревообрабатывающего оборудования

Оптимизация режимов механической обработки древесины является перспективной проблемой, входящей в общее научное направление, имеющее целью разработку автоматизированных систем управления технологическими процессами, основанных на применении математических методов и ЭВМ. В рамках этого направления разработаны методы расчета, оптимальных режимов работы деревообрабатывающих машин, поточных и автоматических линий. Произведены обоснование и выбор критериев оптимизации основных процессов механической обработки древесины. Построена обобщенная математическая оптимизационная модель процессов механической обработки древесины, изложены методы упрощения этой

модели применительно к конкретным операциям и оборудованию. Произведено теоретическое обоснование и разработаны численные методы и алгоритмы решения задач оптимизации процессов механической обработки древесины и древесных материалов, в полной мере учитывающие специфику этих процессов. Для моделей меньшей размерности, применительно к конкретным процессам деревообработки, предложены и теоретически обоснован^,! более простые и весьма эффективные численные методы оптимизации. Предло: женные методы были использованы для отыскания оптимальных режимов основных процессов механической обработки древесины. Изложена методика оптимизации режимов работы станков потока по критерию минимальной себестоимости обработки с использованием метода динамического программирования. На основе выполненных исследований разработаны руководящие технические материалы.

По результатам разработки данной проблемы защищены одна докторская и несколько кандидатских диссертаций. Экономический эффект от внедрения результатов разработок составил свыше 5 млн. руб. в ценах 1970-80 гг.

2. Специализация

лесопильно-деревообрабатывающих предприятий по сечениям вырабатываемых пиломатериалов и организация эффективных хозяйственных связей с потребителями пиломатериалов

По результатам решения этой проблемы построен ряд математических моделей, в том числе модель, сводимая к задаче нелинейного программирования, вариантные модели. В конечном счете, с использованием оптимизационных моделей в сочетании с неформализованными приемами удалось получить приемлемое ре* шение проблемы специализации 19 лесопильных предприятий объединения, вырабатывающих товарную продукцию.

Построены также математические модели проблемы специализации на отраслевом уровне. В результате работы над этой проблемой было защищено несколько кандидатских диссертаций. Внедрение этих разработок дало отрасли экономический эффект в несколько миллионов рублей.

3. Имитационное моделирование процессов раскроя пиловочного сырья

Результаты проведенных исследований по этой проблеме позволяют в полной мере учесть при формировании планов раскроя многообразие форм и качественных характеристик сырья. Созданная модель является ценным инструментом оценки новой технологии еще на стадии проектирования с помощью имитации процесса раскроя на ЭВМ. Эти работы способствуют также решению проблем определения дробности сортирования пиловочного сырья по размерным и качественным характеристикам, нормирования его пороков, прогнозирования качества пилопродукции и ряда других.

Таким образом, разработана методология оптимизации раскроя пиловочного сырья с учетом основных пороков его формы и структуры. Построена и реализована на ЭВМ система имитационных моделей раскроя пиловочного сырья, которая может быть использована как универсальный инструмент для решения многих актуальных задач технологии лесопиления.

Разработанный комплекс имитационных моделей раскроя позволил решить задачи прогнозирования объемного выхода и посортного состава пиломатериалов, оптимизации обрезки досок, ориентации круглых лесоматериалов при их продольном раскрое и лущении, определения рассеивания значений длины и ширины пиломатериалов в процессе их выработки, оптимизации размера брусьев, вырабатываемых из бревен с кривизной.

Предложен метод оптимизации дробности сортирования пиловочного сырья с применением процедуры динамического программирования, позволяющий соизмерить затраты на сортирование бревен с эффектом от повышения объемного выхода пиломатериалов из-за увеличения дробности сортирования сырья.

Разработан метод оценки сравнительной эффективности применения оптимальных поставов при выработке пиломатериалов по заданной спецификации из бревен различных качественных групп. Его применение позволило подтвердить эффективность сортирования пиловочного сырья по качественным признакам.

Построены прогрессивные модели для прогнозирования прочности пиломатериалов, которые могут быть использованы при создании автоматизированных средств контроля их прочности, использующих бесконтактные методы.

Разработанный комплекс имитационных моделей раскроя пиловочного сырья с пороками формы и структуры мо7 жет быть рекомендован к использованию в научно-исследовательских институтах и проектных организациях деревообрабатывающей промышленности, а также на лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях для оценки эффективности различных схем раскроя пиловочного сырья', прогнозирования объемного выхода и по-сортного состава пиломатериалов, оптимизации раскроя пиловочного сырья с целью увеличения объемного выхода и повышение сортности пиломатериалов.

По результатам выполнения этой проблемы защищены одна докторская и три кандидатские диссертации. Экономический эффект от внедрения результатов решения этой проблемы превысил два млн. руб.

4. Оптимальное применение древесного сырья и полуфабрикатов

С применением оптимизационных методов возможно также и решение проблемы оптимального применения древесного сырья и полуфабрикатов, для которой разработаны математические модели. Проблема рассматривается на отраслевом уровне с позиции получения максимума народнохозяйственного эффекта при переработке и использовании всех видов древесного сырья. Решение ее для различных уровней переработки древесины позволяет рекомендовать оптимальную структуру производства и потребления древесных материалов.

5. Рациональное использование пиловочного сырья при выработке заготовок

Выполненные исследования в этом направлении позволяют учесть размерные и качественные характеристики пиломатериалов, их влияние на выход заготовок. Использование математических методов позволяет составить оптимальный или близкий к оптимальному план раскроя, решить вопросы дробности сортирования пиломатериалов. По результатам исследований разработаны оптимальные варианты технологии производства заготовок. Решение этой проблемы завершилось защитой двух докторских и ряда кандидатских диссертаций.

В настоящее время работы по этой важнейшей проблеме продолжаются под руководством члена-корреспондента Российской АЕН, профессора, доктора технических наук С.Н. Рыкунина. Им получено пять авторских свидетельств, опубликовано 35 научных статей, в том числе шесть за рубежом, под его руководством защищены одна докторская и три кандидатские диссертации.

6. Определение оптимального соотношения целых и клееных заготовок, вырабатываемых для малоэтажного деревянного домостроения

Эта проблема заключается в том, что для заданной спецификации пиломатериалов и заготовок требуется определить такое соотношение между объемами производства заготовок двух этих типов, которое было бы наилучшим с точки зрения выбранного критерия оптимальности. В настоящее время разработана методика расчета оптимального соотношения целых и клееных заготовок для малоэтажного деревянного домостроения, использование которой дает возможность производить тщательный анализ всех альтернативных решений и позволяет проектировщику сделать объективно обоснованный выбор наилучшего варианта среди возможных технологических процессов изготовления заготовок. По результатам решения этой проблемы защищено несколько кандидатских диссертаций.

7. Рациональное использование листовых древесных материалов

Возросший объем выпуска листовых древесных материалов заставляет уделять еще больше внимания проблемам этих производств, среди которых весьма актуальными являются вопросы оптимизации раскроя листовых древесных материалов.

В результате исследования этой проблемы нами разработаны математическое и программное обеспечение по расчету оптимальных планов и схем раскроя для всех видов листовых древесных материалов. При составлении схем раскроя учитываются основные технологические и конструктивные факторы раскроя и условия составления оптимальных планов. Оптимальные решения принимаются с позиции многокритериальности. Программное обеспечение ориентировано по всем видам существующего раскройного оборудования и особенностям организации производства заготовок.

Решена также задача оптимизации раскроя вторичного сырья на заготовки

с целью их использования в основном производстве. Такой комплексный подход к проблеме оптимизации раскроя позволяет существенно улучшить техникоэкономические показатели, такие, как полезный выход заготовок и производительность раскройного оборудования в условиях существующего уровня технологии раскроя. Внедрение научных разработок по этой проблеме позволило получить экономический эффект свыше шести млн. руб. в ценах 80-х годов. Защищено по этой проблеме несколько кандидатских диссертаций.

8. Оперативно-календарное планирование и управление деревообрабатывающими и мебельными производствами

В настоящее время разработана методика оперативного календарного планирования и управления производством панельных деревянных домов. Получено математическое обеспечение для персональных ЭВМ.

Рассмотрен комплекс технологических процессов сборки панелей и комплектующих изделий деревянных домов, раскроя пиломатериалов на комплекты заготовок, сушки пиломатериалов, позволивший корректно сформулировать задачу оптимизации планирования изготовления панелей и раскроя пиломатериалов на заготовки. Обоснована необходимость применения системы математического и программного обеспечения для решения задачи оперативно-календарного планирования сборки панелей и комплектующих изделий деревянных домов. Для решения задачи оперативно-календарного планирования и управления производством панелей и комплектующих изделий деревянных домов построен комплекс имитационных и оптимизационных моделей, описывающих последовательность взаимосвязанных технологических процессов сборки комплектующих изделий домов,

раскроя пиломатериалов на заготовки и сушки пиломатериалов. Построены математическая модель раскроя пиломатериалов с основными сортообразующими пороками и имитационная модель раскроя пиломатериалов на заготовки, позволяющие по данным размерно-качественных характеристик пиломатериалов прогнозировать выход комплектов заготовок заданных спецификаций, а также их общий выход. Предложена оптимизационная математическая модель раскроя пиломатериалов на заготовки по критерию минимума суммарного количества отходов, учитывающая выполнение требований по количеству комплектов заготовок.

Разработано программное обеспечение задачи оперативного календарного планирования для ПЭВМ, позволяющее ежедневно рассчитывать планы графиков выпуска панелей комплектующих, изделий на текущий планируемый период с учётом наличия сухих пиломатериалов и пиломатериалов в камерах сушки, а также с учётом фактического выполнения плаг на; ежедневно планировать раскрой пиломатериалов рта комплекты заготовок.

Использование разработанной системы планирования способствует: увели-

чению загрузки сборочного оборудования до 6 %; сокращению длительности производственного цикла; сокращению времени пребывания панелей и комплектующих изделий на складе готовой продукции в результате повышения оперативности и достоверности информации о состоянии выполнения плана; сокращению сроков подготовки производства в случае перехода на выпуск нового типа домов; более полной загрузке оборудования при повышении уровня производительности труда рабочих, включая и сменное задание специальных заказов, отказа одного или нескольких потоков сборки; увеличению выхода заготовок из пиломатериалов.

В настоящее время разработана методология оперативно-календарного планирования и управления производством мебели. Получено математическое и программное обеспечение персональных ЭВМ для решения задачи оперативного планирования и управления производством корпусной мебели, охватывающее все стадии обработки заготовок от раскроя листовых древесных материалов до сборки готовых изделий.

В работе рассмотрен комплекс технологических процессов механической обработки и отделки щитовых мебельных заготовок, а также сборки из них готовых изделий, позволивший поставить задачу оптимизации оперативного планирования и управления этими процессами. Обоснована необходимость применения для указанных целей динамических, дискретных оптимизационных математических моделей и программного обеспечения для локальных сетей ПЭВМ, позволяющих с единых позиций описать производственный процесс обработки заготовок, деталей и сборки готовых изделий корпусной мебели. Построенные оптимизационные математические модели адекватно описывают всю последовательность взаимосвязанных технологических процессов раскроя плитных материалов, механической обработки заготовок (калибрование, шлифование, присадка отверстий), отделки заготовок (облицовывание пластей и кромок различными видами отделочных материалов и т.д.), сборки готовых изделий, а также транспортно-накопительные операции, связывающие эти процессы в единый поток предметов труда по стадиям обработки.

В качестве критерия оптимизации в предложенной математической модели используется максимизация чистого результата, как разницы между рыночной ценой изделия и затратами на его изготовление и реализацию. В этом критерии

учитывается весь спектр затрат на выработку, хранение, транспортирование и реализацию мебельных изделий. Составляющими затрат являются переменные и постоянные затраты, отражающие все виды издержек производства: стоимость сырья, материалов и комплектующих, стоимость энергии и энергоносителей, заработную плату специалистов предприятия, затраты на хранение заготовок, оценку стоимости незавершённого производства, затраты па транспортно-переместительные операции, прочие расходы.

Разработана база данных для решения задачи оперативно-календарного планирования и управления, позволяющая хранить всю оперативную информацию о текущем состоянии производственного процесса и отражающая движение материально-энергетических потоков по стадиям обработки для использования этой информации в выработке и принятии решений по оперативному управлению этим процессом. Взаимодействие пользователей с программной системой осуществляется в диалоговом режиме. По запросам пользователей на экран дисплея или печать могут быть выведены сводки, отчёты, справки и другие данные о состоянии и ходе производственного процесса. Программная система позволяет рассчитывать или вносить изменения в оперативные планы производства, отслеживать прохождение индивидуальных заказов по стадиям производственного процесса, учитывать наличие материалов и комплектующих.

Использование разработанной программной системы в производственных условиях позволит: сократить потери сырья и материалов, увеличить загрузку оборудования, сократить длительности производственных циклов изготовления изделий, увеличить производительность труда производственных рабочих, снизить процент брака, увеличить полезный выход заготовок при раскрое и существенно

повысить качество продукции. По данной проблеме защищен ряд кандидатских диссертаций и подготавливается к защите докторская диссертация.

Успешно работает в этой области доцент, кандидат технических наук Д.Д. Му-ращенко. Им опубликовано 35 научных статей, в том числе две за рубежом.

По результатам выполнения научных проблем под руководством автора защищены 32 кандидатские и 3 докторские диссертации. Мои научные разработки регулярно экспонировались на международных выставках «Лесдревмаш» и ВДНХ СССР, они отмечены золотой, двумя серебряными и двумя бронзовыми медалями, а также двумя медалями «Изобретатель СССР». По результатам научных работ получено 12 авторских свидетельств; опубликовано 50 наименований учебников и учебных пособий с грифом Минвуза СССР и Минлесбумпрома СССР, а также книг и брошюр, 6 монографий, одна из них за рубежом, 144 научных статьи и методических пособий в том числе 18 статей за рубежом. Общий объем изданных работ превышает 435 п.л.

Начиная с 1978 года по настоящее время, сотрудниками кафедры получено 23 авторских свидетельства; опубликовано 28 учебников и учебных пособий; 51 методическое пособие; 489 научных статей, в том числе 34 статьи за рубежом.

Внедрение научных разработок в производство позволило получить годовой экономический эффект свыше 20 млн. руб. в ценах 1990 г. На основе научных разработок по проблемам: моделирования и оптимизации технологических процессов деревообработки; современных методов научных исследований; создания систем автоматизированного проектирования изделий из древесины и древесных материалов, созданы новые учебные дисциплины, вошедшие в учебные планы по специальности 26.02 — Технология деревообработки. К ним относятся: научные

исследования в деревообработке, моделирование и оптимизация процессов деревог обработки, основы автоматизированного проектирования изделий и технологичег ских процессов деревообработки.

По всем читаемым на кафедре учебным дисциплинам создана лабораторная база, написаны учебники и учебнометодическая литература. Разработан ряд программ для персональных компьютеров.

В настоящее время на кафедре продолжаются исследования по следующим проблемам:

1. Автоматизированное проектирова-

ние и производство изделий из древесины и древесных материалов.

2. Разработка методики и системы автоматизированного управления производством корпусной мебели с применением методов оптимизации на базе локальных сетей персональных ЭВМ.

3. Оптимальное оперативное управление деревообрабатывающими и мебельными производствами и др.

В выполнении указанных выше научных проблем принимают активное участие аспиранты нашей кафедры, а также некоторые студенты.

А.А. КАМУСИН, доцент, зав. кафедрой

О кафедре транспорта леса

Кафедра транспорта леса лесного факультета МГУЛеса организована в 1988/89 учебном году объединением двух самостоятельных кафедр: гидравлики,

гидропривода и гидротехники и промышленного и транспортного строительства. В настоящее время кафедра является выпускающей по двум специализациям: Водный транспорт леса и Сухопутный транспорт леса специальности 2601 — Лесоинженерное дело. Ежегодно кафедра выпускает инженеров по каждой специализации.

Необходимость введения указанных специализаций вызвана отсутствием подготовки специалистов для лесопромышленных и особенно лесозаготовительных отраслей в вузах страны транспортного (автомобильного, железнодорожного и водного) профиля, а также в связи со значительной спецификой транспортных процессов при доставке лесных товаров потребителю.

Подготовка инженеров специальности Лесоинженерное дело по этим специализациям введена в 1952 году. Проведени-

ем всех видов учебных занятий (лекционных, практических, лабораторных, курсового и дипломного проектирования) по 10 дисциплинам кафедры, а также подготовкой и воспитанием молодых специалистов занимаются 14 преподавателей кафедры. В их числе 5 профессоров и 8 доцентов. Среди них известные ученые, такие как В.И. Алябьев, Н.И. Лебедев, А.Н. Пименов и др. Содрудники кафедры входят в состав научно-методических, научно-технических, специализированных и академических советов, некоторые являются академиками РАЕН.

Кафедра располагает тремя специализированными лабораториями: хтщрав-

лики и водного транспорта леса, гидропривода и сухопутного транспорта леса.

В связи с переходом на новые учебные планы, в соответствии с Государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования и требованиями к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки инженера по специальностям университета, совершенствование методики преподавания учебных дисциплин кафедры и