Современные программные и аппаратные средства для оптимизации пиления

Пилить лес бездумно, без серьёзных теоретических и практических знаний, преступление перед природой и потомками, бессмысленная трата природных и человеческих ресурсов.

Современные программные и аппаратные средства
для оптимизации пиления на продольно распиловочных станках.

Процент полезного выхода пиломатериалов является одним из основных показателей работы любого лесопильного предприятия. Как показывает практика, в современных экономических реалиях 1% выхода пиломатериалов может быть эквивалентен 3-4 и более процентам прибыли такого предприятия. Учитывая, что распиловка не относится к операциям с высокой добавленной стоимостью, достигнутый процент выхода готовой продукции может иметь критическое значение для экономики лесопильного предприятия. Критическое значение данного показателя, при котором производство становится нерентабельным, к сожалению, не сильно отличается от обычных значений, достигаемых на среднестатистических предприятиях. Поэтому при недостаточном внимании к данному показателю предприятие легко может «скатиться» к состоянию убыточности. С другой стороны, предприятия на которых проценту выхода уделяется непрерывное внимание, где используются современные организационные и технические средства для повышения процента выхода, с большой вероятностью будет более успешным на фоне своих «среднестатистических» конкурентов.

Одним из технических способов повышения процента выхода является использование программного обеспечения для расчета оптимальных карт распила.

В настоящее время в России существует несколько фирм предлагающих соответствующее ПО. В большинстве случаев это ПО, которое может использоваться при распиловке на станках с

подвижным пильным инструментом при сквозном пилении,
как правило, это продольно распиловочные ленточные или однодисковые станки. Существует так же ПО для

построения карт для станков с угловым пилением. Оптимизационные задачи, решаемые с помощью данного ПО, могут формулироваться в различных постановках. Критериями оптимизации могут быть выход пиломатериалов, суммарная продажная стоимость получаемых пиломатериалов, выход радиальных пиломатериалов, выход радиальных и полурадиальных пиломатериалов. Задача может быть поставлена как для отдельного бревна, так и для некоторого набора бревен, имеющегося на складе, при условии обеспечения необходимых долей пиломатериалов конкретных сечений в общем объеме заказа. При этом могут учитываться такие параметры бревна как сбежистость, толщина заболони, смещение биологического центра бревна (центра годовых колец) от его геометрического центра. Существуют даже системы, которые учитывают кривизну бревна, расположение сучков и внутренних дефектов древесины, однако для ввода исходных данных такие системы требуют использования весьма дорогостоящего оборудования, например лазерных сканирующих систем или даже систем работающих по принципам томографии. По этой причине сфера их использования ограничена применением на высокопроизводительных бревнопильных линиях при работе с дорогими породами древесины. В этом смысле такие системы могут считаться экзотикой и исключены из дальнейшего рассмотрения в настоящей статье.

Большинство ПО и систем для оптимизации распиловки предназначены для работы с прямоствольными породами древесины (с относительно прямым стволом, такие как сосна, лиственница, осина, часто дуб и т. п. ) и не учитывают реальное расположение сучков и дефектов. Последний факт является поводом для сомнений в целесообразности использования данных систем при получении специфицированных по сортности пиломатериалов. Однако даже в этом случае необходимо учитывать, что лишь редкий искушенный оператор бревнопильного станка без использования системы оптимизации сможет соперничать по выходу и производительности с оператором, использующим хорошую систему оптимизации распила, особенно если речь идет о получении радиальных пиломатериалов. Если же система оптимизации допускает переход из режима пиления по карте распила в режим ручного (произвольного) пиления и обратно, то грамотное сочетание данных режимов и использование рассчитанной карты распила как опорной для реальной работы тем более позволяют получать неизменно хорошие результаты.

Как показывает практика, правильное использование систем оптимизации позволяет обеспечить следующие преимущества и выгоды:

· увеличение процента выхода на 3-4, а иногда и более процентов;

· увеличение процента выхода радиальных пиломатериалов в общем объеме выхода пиломатериалов на 25-30%;

· ускорение освоения станка и приемов пиления и соответственно выхода на заданный режим производительности при организации нового производства, при внедрении нового бревнопильного оборудования или просто при смене оператора;

· увеличение производительности без снижения процента выхода.

В настоящее время существуют 2 принципиально различных вида ПО для оптимизации распиловки. Это ПО представляющие собой чисто программные системы, неинтегрированные в СУ бревнопильного станка и ПО интегрированное в систему управления и, по сути, представляющее собой часть программно-аппаратной системы оптимизации распиловки. Результатом работы первого вида ПО, как правило, являются карты распила, изображенные на бумаге, и таблицы, указывающие значения перемещений пильных инструментов (дисков или ленточных пил), следуя которым при распиловке будет реализована рассчитанная карта распила. Системы второго вида не только рассчитывают карту распила и последовательность перемещения пильных инструментов, но и выдает на каждом шаге распила соответствующее значение перемещений инструментов в контроллер СУ бревнопильного станка, а также выполняют физическое позиционирование пильных инструментов в соответствии с выданным значением перемещения. Кроме того, системы с ПО интегрированным в СУ позволяют визуализировать процесс распиловки на мониторе системы управления и обеспечить сбор в базу данных различной информации о процессе пиления.

Понятно, что с точки зрения удобства работы оператора, системы второго вида более предпочтительны и могут обеспечить работу с большей производительностью и большим процентом выхода за счет исключения необходимости поиска в таблицах необходимых значений перемещений пильных инструментов на каждом шаге распила, а так же за счет уменьшения вероятности ошибки оператора в процессе пиления.

Однако и в том и другом случае не гарантировано, что все пиломатериалы, предполагаемые к получению согласно рассчитанной карте распила будут реально получены в результате пиления. Это может происходить как в результате того, что бревно часто может иметь реальную форму значительно отличающейся от принятой в расчете модельной формы. Кроме того, реальное положение бревна может отличаться от принятого в расчете. В результате появляется ситуация, когда некоторые из предполагаемых к получению досок в реальности выходят за границы бревна и бывают либо испорчены, либо после обрезки обзола получаются значительно короче, чем расчётные.

Во избежание данных ситуаций приходится во – первых: достаточно часто отказываться от пиления по карте распила если сечение бревна отличается от расчетного, например, когда бревно имеет в сечении форму скорее напоминающую эллипс чем принимаемую в расчете окружность. Во-вторых: затрачивать дополнительное время для более четкой укладки бревна в заданное положение либо для правильного указания его положения относительно пильных инструментов. В первом случае это ведет к невозможности использовать вышеуказанные преимущества распила по оптимальной карте, а во втором, естественно, к снижению общей производительности пиления. Кроме того, ПО интегрированное в систему управления конкретного типа станка, как правило, не может быть использовано на других типах, что существенно ограничивает сферу его (ПО) применения.

Указанных выше недостатков лишена новейшая запатентованная система оптимизации разработки компании НПК «Альфа-Интех». Данная система выполнена с использованием, так называемой, технологии дополненной реальности (augmented reality).

Если не вдаваться в тонкости и обобщения при определении данного термина, то можно сказать, что это системы, в которых на видимое реальное изображение некоторого объекта (объектов), полученного, например, с помощью видеокамеры, накладывается некоторое искусственно сгенерированное изображение, раскрывающее какие-либо невидимые в настоящее время реальные или нереальные свойства данного объекта. Широко известным использованием технологии дополненной реальности является, например, цветная линия, показывающая нахождение ближайшего полевого игрока к воротам при телетрансляции футбольных матчей, стрелки с указанием расстояния от места штрафного удара до ворот, нарисованная траектория шайбы во время хоккея и т. п. Применение технологии дополненной реальности делает возможным, например, создание очков, в которых видны не только стены, но и электропроводка внутри стен, или не только двигатель автомобиля, но и его детали расположенные внутри и т. п.

Дополненная реальность в системе оптимизации разработки НПК «Альфа-Интех» используется для дополнения изображения торца распиливаемого бревна изображением рассчитанной карты оптимального распила. Т. е. оператор на экране монитора видит не только бревно, но и то, как оно должно быть распилено (Рис 3).

При этом изображение рассчитанной карты генерируется при полном соблюдении масштаба изображения, его перспективы и искажений, свойственных любым изображениям, получаемым с помощью фото- или видеоаппаратуры. Таким образом, расположение выпиливаемых досок, отображаемых на карте распила будет точно совпадать с реальными досками, получаемыми в результате пиления по этой карте. Вообще, пиление с помощью данной системы производится путем совмещения на мониторе изображений плоскости пиления инструмента с плоскостями граней досок, отображенных на карте распила. При этом плоскость пиления инструмента может отображаться либо в режиме дополнения реальности изображением на экране монитора положения пильных инструментов либо в режиме реального изображения светового следа от лазерного указателя пропила на плоскости торца бревна либо обоими способами одновременно. В первом случае системе необходимо «знать» положение инструмента, т. е. у компьютера системы оптимизации должен быть интерфейс с системой управления станка и, разумеется, станок должен иметь СУ. Во втором случае на станке достаточно установить лазерный указатель пропила и в этом случае систему оптимизации можно использовать практически на всех станках, даже очень простых и вообще не имеющих СУ, например с ручным приводом позиционирования пильных инструментов.

Рассмотрим более подробно, как осуществляется работа оператора на станке с такой системой оптимизации распила. Предположим, что это угловой двухдисковый станок, на котором установлены лазерные указатели пропила и у компьютера не обязательно наличие интерфейса с СУ станка. Тогда работа оператора будет осуществляться в следующей последовательности:

1 Перед началом работы оператор запускает программу системы оптимизации с дополненной реальностью и указывает системе сечения пиломатериалов, которые он собирается выпиливать и указывает критерий оптимизации (возможные критерии см. выше). Так же на данном этапе могут быть внесены другие данные, необходимые для расчетов при выбранном способе оптимизации.

2. Производится укладка и закрепление бревна

3. На экране монитора появляется изображение торца бревна, полученное с помощью видеокамеры связанной с компьютером системы оптимизации

4. Оператор курсором прямо на изображении торца бревна указывает крайние противоположные точки бревна и система, таким образом, производит замер диаметра торца бревна. Таким же образом, если необходимо, оператор может указать толщину заболони, расположение центра сердцевины. После ввода данных о геометрии бревна система производит расчет карты распила и выводит её в некотором месте на экране монитора на том же изображении, которое транслируется с камеры.

5. Оператор курсором захватывает изображение карты распила и совмещает её с изображением торца бревна таким образом, что бы доски, изображенные на карте распила не выходили за пределы торца либо выходили на допустимую величину.

6. Оператор перемещает диски таким образом, что бы на экране монитора изображение светового следа от лазерного указателя пропила на торце бревна совместилось с плоскостью кромки первой выпиливаемой доски, представленной на карте распила.

7. Производится первый шаг распиловки.

8. После завершения первого шага, система выдает на экран значение перемещения дисков для следующего шага распиловки.

9. Оператор производит указанное системой перемещение дисков, контролируя на экране совмещение плоскости распила с плоскостью кромки выпиливаемой доски.

10. Производится очередной шаг распиловки, опять выводится значение перемещения дисков для следующего шага пиления и цикл повторяется до полного завершения распиловки бревна.

Таким же образом может осуществляться пиление на других типах бревнопильных станков, это могут быть, однодисковые станки, двухдисковые горизонтальные, ленточнопильные горизонтальные или вертикальные с электронными системами управления или без и т. д. и т. п.

Естественно, оператору предоставлена возможность при необходимости отклониться от карты распила, например в случае обнаружения внутренних дефектов древесины, и опять вернутся к пилению по карте.

Описанный выше способ распиловки бревен с оптимизацией распила имеет целый ряд бесспорных преимуществ.

Прежде всего – это универсальность. Способ может использоваться практически на любых бревнопильных станках, на которых осуществляется пиление с пошаговым позиционированием пильных инструментов относительно бревна.

Система минимизирует вероятность порчи пиломатериалов по причине несанкционированного выхода получаемого пиломатериала за пределы бревна, что в совокупности с возможностью сочетания пиления по карте с произвольным пилением обеспечивает как повышенный выход пиломатериалов, так и их качество. Значение практического процента выхода пиломатериалов становится как никогда близким к его расчетному значению.

Не требуется тщательная установка бревна в заданное положение, практически отсутствуют затраты времени на указание положения бревна и ввод его геометрических параметров, что влечет за собой уменьшение трудоемкости и увеличение производительности.

Доступность по цене. В составе аппаратной части системы используются относительно недорогие веб-камеры и лазерные указатели пропила.

На сегодняшний момент компанией НПК «Альфа-Интех» разработана целая линейка продуктов для оптимизации распила, выполненных на основе технологии дополненной реальности. Данные продукты могут поставляться в различных комплектациях пригодных для различных типов станков и разнообразных задач оптимизации пиления. Комплектации поставки могут быть от самых простых, ориентированных на работу с одной камерой, до наиболее сложных, содержащих две стереопары камер, устанавливаемых против обоих торцев бревна и позволяющих при пилении обеспечить оптимальную ориентацию бревна относительно станка, а так же учитывать при пилении как геометрию вершины и комля, так и их взаимное расположение.

Так же непрерывно ведется работа по совершенствованию системы, выпуску дополнительных опций и версий. Следите за новинками.