Введение
Во времена СССР в нашей стране доминировала хлыстовая заготовка древесины, которая предусматривала вывозку с лесосек на лесопромышленные склады древесного сырья в виде хлыстов, реже деревьев, или полухлыстов. Также была разработана технология заготовки и вывозки древесного сырья в виде полудеревьев, но в производственный процесс лесозаготовительных предприятий она не была внедрена [1, 2].
После крушения СССР отечественное лесное машиностроение, ориентированное на выпуск лесных машин для хлыстовой заготовки древесины – валочно-трелевочных, валочно-пакетирующих, также было развалено. На лесозаготовительных предприятиях России начали доминировать системы машин для сортиментной заготовки древесины, прежде всего харвестеры и форвардеры, реже встречаются форвестеры и харвардеры, валочно-трелевочно-процессорные машины [3]. На ряде крупных предприятий Сибири сортименты получают на верхних складах, при помощи процессоров.
Доминирование сортиментной заготовки привело к тому, что такой вид лесопромышленных складов как нижние склады лесозаготовительных предприятий также стали редкостью. Ведь именно на них ранее производили первичную обработку заготовленного древесного сырья – раскряжевку и сортировку, реже обрезку сучьев, раскряжевку и сортировку [4].
С одной стороны, сортиментная древесины заготовка доминирует во всем мире. Она позволяет, отказавшись от промежуточных (нижних) лесопромышленных складов, доставлять сортименты различных групп сортировки – породы, размеров, качества, назначения, непосредственно на биржи сырья потребителей, или лесоперевалочные базы.
С другой стороны, производство сортиментов на лесосеке, при котором очистка деревьев от сучьев, раскряжевка и сортировка выполняются машинами и оборудованием с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) повышает энергоемкость технологического процесса лесосечных работ, поскольку КПД ДВС значительно ниже, чем у электродвигателей привода стационарных сучкорезных, раскряжевочных, сучкорезно-раскряжевочных установок, и сортировочных транспортеров [5].
Кроме того, оптимальность раскроя при раскряжевке на лесосеке значительно меньше, чем при раскряжевке на стационарных раскряжевочных установках лесопромышленных складов, что заметно снижает процент выхода деловой древесины в целом, а также процент выхода целевых сортиментов [6].
Поэтому можно в настоящее время наблюдать процессы отказа крупных лесопромышленных предприятий Сибири, имеющих возможность осуществлять транспортировку заготовленных хлыстов по собственным лесовозным дорогам, или водным транспортом, в плотах, от сортиментной заготовки и возврата к хлыстовой. При этом их собственные лесопромышленные склады оснащаются импортными (из недружественных стран) раскряжевочно-сортировочными линиями.
Несмотря на то, что вывозить заготовленную древесину из леса в виде деревьев с кроной не выгодно ввиду малого коэффициент полнодревесности воза, по мере развития технологий переработки кроновой части деревьев с получением востребованной, высокомаржинальной продукции, и подорожанием древесного сырья в целом, этот вариант технологического процесса лесосечных работ также начинает становиться востребованным, вкупе с апробациями технологии заготовки полудеревьями, при которой комлевая и срединная часть хлыста, в виде делового долготья вывозятся на нижние лесопромышленные склады отдельно, а вершинная часть дерева с кроной отдельно. При этом для повышения коэффициента полнодревесности воза последних можно обеспечить их принудительное уплотнение при погрузке и перевозке [7].
Следовательно, при рассмотрении вариантов возрождения в России производства агрегатов поточных линий нижних лесопромышленных складов от идеи стационарных сучкорезных, или сучкорезно-раскряжевочных установок отказываться рано.
Первичная обработка древесного сырья в виде хлыстов, полухлыстов, деревьев на лесопромышленных складах осуществляется, обычно, на линиях с продольной подачей, с последовательным или смешанным агрегатированием под раскряжевочную пилу, система 1НС. Или с поперечной подачей - с поперечным надвиганием на постав дисковых пил (раскряжевочные установки типа слешер, триммер), система 2НС. Также были разработаны и ограничено внедрены на крупных лесопромышленных складах линии, предусматривающие групповую (пачковую) обработку деревьев или хлыстов, система 3НС, на установках типа МСГ-3, МСГ-3.1, ЛО-62 [4, 6, 8, 9]. Выбор типа раскряжевочной поточной линии зависит от годового грузооборота конкретного предприятия. Очевидно, что новые условия применения цифровой автоматизации требуют создания нового поколения раскряжевочных поточных линий, которые будут отвечать требованиям по ресурсосбережению, производительности, энергоемкости и др. Изучение литературных источников показало, что оборудование для первичной обработки древесного сырья на лесопромышленных складах в Российской Федерации в настоящее время серийно не выпускается. Изготавливается мелкосерийное оборудование без учета региональных условий арендных баз, например, таксационных и качественных характеристик произрастающих на них древостоев [10, 11]. В то время как до девяностых годов ХХ века в нашей стране выпускались поточные линии с продольной подачей типа хлыста, включавшие в себя стационарные сучкорезные, раскряжевочные, сучкорезно-раскряжевочные установки, ПСЛ-2А, ЛО-15С, ЛО-30, и др. конструкция которых учитывала региональные особенности как климатические (линии в северном исполнении), так и таксационные - по крупности и качеству древесного сырья. Естественно, возобновлять выпуск морально устаревшего оборудования не рационально, необходимо совершенствовать конструкции агрегатов и оборудования, входящих в структуры различных поточных линий. Необходимо разработать метод моделирования поточных линий с последовательным размещением оборудования и агрегатов в количестве более двух, что позволит внедрять оборудование с минимальным количеством доработок. Именно такую последовательность структуры поточных линий современные методы моделирования не решают [4, 12]. Моделирование ведется методом циклограмм при очень слабой формализации технологического процесса [12]. Многие критерии оценки можно получить только экспериментальным путем, что очень дорого. Существующие методы моделирования поточных технологий на основе теории массового обслуживания, PDE метода (описание процесса уравнениями в частных производных [13, 14], вероятностные методы, не решают проблему, поскольку также приводят в лучшем случае к циклограммам (учитывают) два параметра (время и безразмерную величину). То есть, даже наиболее совершенный метод решения проблемы PDE [12-15] решает задачу в двухмерной области. Решение сводится к циклограммам в формате 2D [15]. Изложенный ниже метод матричных преобразований координат решает проблему поточных технологий с последовательно установленным оборудованием более двух единиц в формате 4D плюс. То есть, метод позволяет учитывать структуру поточной линии при последовательных или одновременных перемещениях по координатным осям X, Y, Z с учетом частных значений времени перемещений по отдельным агрегатам. Для этого применяются матрицы 5×5 [16]. При этом имеется возможность учитывать любую операцию, на любом станке (установке, агрегате), если имеются затраты времени на выполнение операции.
Цель данной работы: разработать метод моделирования работы оборудования поточных линий лесопромышленных складов, дающий возможность варьировать факторами изменчивости параметров предмета труда, скорости перемещения, времени работы инструмента с немедленным получением отклика моделирующей системы на следующей последовательности обработки предмета труда, а также определять степень совмещенности операций и задержек.
