Моделирование энергопотребления поточной линии производства пилопродукции

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ ПОТОЧНОЙ ЛИНИИ ПРОИЗВОДСТВА ПИЛОПРОДУКЦИИ

MODEL ENERGOCONSUMPTION OF SAW - TIMBER PRODUCTION LINE

Агеев С.П.

Предложена многофакторная модель электропотребления поточной линии производства пиломатериалов как линейная регрессионная модель, учитывающая влияние пяти факторов на величину удельного расхода энергии.

Multifactor model of energoconsumption of saw-timber is offered as linear regress model taking account of influence five factors on specific expense of energy.

Ключевые слова: удельный расход энергии, поточная линия, полный факторный эксперимент, уравнение регрессии.

Key words: specific expense of energy, production line, full factor experiment, regress equation.

Вопросы рационального использования энергетических ресурсов приобретают в настоящее время все большее значение в различных отраслях промышленности. Лесопиление является основополагающим процессом в механической обработке древесины и представляет собой сложный энергоемкий процесс. Вопросы совершенствования технологии всегда являлись объектом разносторонних научных исследований, результаты которых находят широкое применение в практике лесопиления. Энергозатраты на производство пилопродук-ции иногда необоснованно завышены, что во многом определяется несогласованностью энергетических свойств оборудования с технологическими операциями.

Процесс получения пиломатериалов в лесопильном цехе протекает на отдельных поточных линиях. Поэтому потребление энергии цехом в целом определяется как сумма расходов электроэнергии отдельными линиями. В связи с этим в целях снижения потребления и повышения эффективности использования электроэнергии необходимо, прежде всего, обеспечить работу поточных линий в рациональных, энергетически эффективных режимах. Эта задача может быть решена на основе анализа зависимостей потребления энергии линией от различных факторов, изменяющихся в процессе получения пиломатериалов [1].

Основными зависимостями, необходимыми для выполнения указанного анализа, являются энергетические характеристики, к которым относятся зависимости среднечасовой мощности РО, потребляемой всеми механизмами поточной линии, и удельного расхода энергии dO от производительности АО поточной линии по объему распиленного сырья, т.е. РО (АО) и dO(AO).

Метод получения энергетических характеристик поточной линии пиломатериалов заключается в том, что они рассматриваются как энергетические ха-

рактеристики группы механизмов, входящих в линию и связанных между собой единым технологическим процессом.

Процесс моделирования и получения энергетических характеристик можно упростить, если учесть, что в общем электропотреблении поточной линии более 95% приходится на долю технологических механизмов: окорочный станок, две лесопильные рамы и два обрезных станка [2]. Поэтому анализ электропотребления поточной линии, определение наиболее рациональных режимов ее работы удобно и целесообразно проводить по упрощенным энергетическим характеристикам.

Реальные производственные системы часто бывают настолько сложными, что их очень трудно исследовать с помощью обычных методов оптимизации. Особую трудность вносят случайные факторы, подчиняя технологические процессы законам статистической динамики. В лесопильном производстве изучаемые связи отдельных технологических процессов, а также процессов управления носят стохастический характер, и выявить их при помощи обычных математических методов практически невозможно [3]. Поэтому в настоящей статье исследование функционирования технологического процесса проводится одним из кибернетических методов - методом имитационного моделирования. С помощью имитационной модели технологического процесса исследовано влияние на производительность и энергетические показатели лесопильного потока следующих факторов:

- скорость подачи окорочного станка;

- продолжительность межторцового разрыва бревен при их подаче в окорочный станок;

- скорость подачи лесопильной рамы первого ряда;

- соотношение скоростей подачи лесопильных рам первого и второго рядов;

- скорость подачи обрезного станка.

Разработка имитационной модели функционирования производственного 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 этапом - построение формализованной схемы функционирования процесса, третьим этапом - преобразование формализованного описания производственного процесса в его имитационную модель.

Для построения имитационной модели в качестве входных переменных были приняты следующие величины:

- вектор суммарных объемов обрабатываемого материала

2 = (2бв ; 2БС ; 2Д ),

где 2бв; 2бс; 2д - суммарные объемы бревен, брусьев и досок соответст-

3

венно, м ;

- вектор скоростей подачи станков и лесопильных рам

й = (их; иг, из; и 4);

- вектор суммарных продолжительностей межторцовых разрывов

Тв = (Тв1 ; ТВ 2; Твз; ТВ 4) •

- среднечасовая производительность АО поточной линии по объему распиленного сырья за операционное ТО время;

- общий объем электроэнергии WO на технологические операции за операционное время.

Тогда математической моделью технологического процесса лесопиления могут служить соотношения вида

ао

Для получения математической модели электропотребления по имитационной модели технологического процесса лесопиления с учетом случайных факторов был поставлен многофакторный эксперимент согласно полному факторному плану 25 [4].В качестве экспериментальных данных используются результаты моделирования работы линии отдельно по каждому интервалу выпуска продукции. Интервал выпуска продукции поточной линии отсчитывается от начала окорки очередного бревна до выхода последней доски из обрезного станка, полученной из этого бревна. При этом рассматривается только случай нормальной эксплуатации поточной линии, когда отсутствуют простои линии по организационным причинам или из-за повреждения каких-либо механизмов.

Значения верхних, нижних и основных уровней факторов, а также интервалы их варьирования приведены в табл.1.

Таблица 1

Фактор Уровни фактора Интерв. варьир.

Наименование Обозначение

Натур. Норм. Верхн. Нижн. Основ.

Скорость подачи окорочного станка, м/с и1 х1 0,37 0,28 0,325 0,09

Межторцовый разрыв, с ТВ1 х2 1 6 3,5 5

Скорость подачи лесопильной рамы 1-го ряда, м/с и2 хз 0,205 0,250 0,228 0,045

Соотношение скоростей подачи лесопильных рам,% из2 х4 110 100 105 10

Скорость подачи обрезных станков, м/мин и4 х5 120 80 100 40

По результатам статистической обработки экспериментальных данных была построена линейная регрессионная зависимостьудельного расхода энергии от нормализованных факторов. Эти зависимости после исключения незначимых коэффициентов регрессии имеют вид

йо=8,03 - 0,114x1 +0,117X2- 0,223хз - 0,058x^2 - 0,033хх +0,033х2хз

Из уравнения (1) следует, что наибольшее влияние на УРЭ оказывает фактор х3 (скорость подачи лесопильной рамы первого ряда), затем фактор х1 (скорость подачи окорочного станка). При этом факторы х4 (соотношение ско-

ростей подачи лесопильных рам) и х5 (скорость подачи обрезных станков) не оказывают никакого воздействия на результирующую переменную.

Список использованных источников

1. 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 2009 г. -Вологда. 2010. -С. 91 -93.

2. Агеев, С.П. Повышение энергетической эффективности производства пилопродук-ции. [Текст] / С.П. Агеев - Архангельск: Автореферат диссертации ....докт. техн. наук, 2011. - 37 с.

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

4. Пижурин, А.А. Исследования процессов деревообработки [Текст]/ А.А.Пижурин, М.С. Розенблит. - М.: Лесн. пром-сть, 1984. - 232 с.