Лесотехника+7 (812) 380-02-05, +7 (812) 380-02-06, +7 (800) 555-02-06info@lesotehnika.com
 
 
 

ООО «Лесотехника Северо-Запад» - Лесозаготовительная техника

Раскряжевка хлыстов

В современном харвестере, ориентированном на заготовку сортиментов, раскряжевкой управляют с помощью стоимостных и распределительных матриц. Автоматическое управление позволяет регулировать как раскряжевку стволов на сортименты определенной породы, так и подгонять сортименты под требования по длине и качеству отдельных покупателей.

Одним из главных компонентов информационной и коммуникационной системы харвестера является его измерительная система, которая создает основу для оценки эффективности рубки и управления раскряжевкой. Измерительная система харвестера состоит из измерительных датчиков, управляющего компьютера, управляющих и дополнительных устройств, соединенных шиной данных. Хотя способы бесконтактного обмера лесоматериалов при приемке на лесозаводах разрабатываются для харвестеров с конца 1980-х годов, измерение формы (диаметр) и длины ствола при обрезке сучьев и раскряжевке хлыстов происходят в головке харвестера механически устройствами, которые находятся в контакте с поверхностью древесины. Длина измеряется встроенным в корпус головки зубчатым валиком или колесом, связанным а оптическим или индукционным датчиком. При валке система принимает расстояние между пилой и измерительным валиком в качестве исходного. В ходе обрезки сучьев протаскиваемый ствол вращает валик, передающий через датчик сигналы компьютеру, который преобразует электрические импульсы в числовую информацию о длине. Данные о диаметре ствола получают преобразованием сигналов от угловых потенциометров, Раскряжевка хлыстовприкрепленных к протаскивающим вальцам или к основаниям сучкорезных ножей. Диаметр вычисляется на основе перекрестных данных о сопротивлении с двух датчиков или на основе триангуляции. Появляющийся на дисплее конечный результат вычислении является отфильтрованным значением, прошедшим калибровочную поправку и освобожденным от неправдоподобных значений (предполагается, что к вершине диаметр уменьшается).

Объем ствола вычисляется частями по формуле цилиндра или обрезанного конуса. Обычная длина куска - 10 см. Объем ствола и сортиментов получают сложением объемов кусков. При определении кубатуры значения диаметра считаются по вектору первоначальных данных. При фильтрации вектора ствола отбрасываются повышающиеся к вершине значения диаметра и выравниваются скачки диаметров (например, скачок из-за заросшей ветки). Для получения достоверных результатов обмера оператор харвестера должен регулярно проверять точность измерений и при необходимости калибровать измерительные приборы. Калибровка означает уточняющую настройку для получения достоверных значений длины и диаметра. Для калибровки оператор харвестера обрабатывает одно или несколько деревьев, затем измеряет мерной вилкой диаметры ствола через определенные отрезки и сопоставляет результаты с данными харвестера.

Фото 1. Диаметры ствола измеряют с помощью угловых потенциометров, связанных с сучкорезными ножами или протаскивающими вальцами.

Управляющие раскряжевкой хлыстов стоимостные и распределительные матрицы включены в АРТ-файл. Стоимостная матрица, или список цен, представляет собой двухмерную таблицу, в которой по каждому сортименту определена стоимость чурака определенной длины и диаметра относительно других комбинаций длины - диаметра. По каждому сортименту составляется своя таблица. Для каждой стоимостной матрицы назначают свою базовую цену, с которой соотносят стоимости сортиментов внутри одной породы. Колебания базовой цены различных комбинации длин - диаметров в среднем составляют 10-20 %. Идея матриц заключается в том, что значения цен на различные сортименты не должны совпадать. Так, например, пиловочник имеет базовую цену в 200 и колебания от 180 до 220, а более ценный кряж имеет базовую цену 300 и колебания от 270 до 330. Этот принцип обеспечивает отбор компьютером самого ценного сортимента, если этому не препятствуют качественные показатели (сучковатость, кривизна, изгибы и т.п.).

Распределительная, или целевая, матрица представляет собой таблицу, содержащую целевые доли по сортиментам каждой комбинации длины и диаметра. Целевое распределение может быть дано как двухмерное. Тогда значение каждой ячейки имеет одинаковую весомость в общей сумме распределений (цель выше всей матрицы). Поскольку характеристики выдела в значительной мере определяют распределение сортиментов по диаметрам (из маленького ствола не получить крупных сортиментов), Раскряжевка хлыстовто в последнее время наметилась тенденция устанавливать целевые распределения длин по классам диаметров. Тогда внутри каждого класса диаметров задают относительные целевые доли классов длины. Оптимальная раскряжевка хлыстов предполагает в первую очередь наличие максимально точных сведений о форме ствола. Чаще всего речь идет о векторе ствола или профиле ствола, означающего утончение ствола как функцию от высоты дерева. В харвестере расчет оптимизации основывается на его собственных измерениях и прогнозировании профиля ствола на основании результатов измерения. Надежнее всего было бы измерить весь ствол от комля до вершины и только затем раскряжевать его. На практике такой порядок был бы слишком медленным и подвергал бы ствол лишнему риску повреждения.

Рисунок 1. Система управления раскряжевкой хлыстов харвестера распределяет сортименты по породам и по соотношению диаметр-длина

Прогнозирование профиля ствола предполагает достоверность машинного обмера. При этом решающее значение приобретают настройки и калибровки, выполняемые оператором харвестера. Возникающие при машинном обмере ошибки не сглаживаются прогнозированием профиля, а накапливаются. Точный машинный обмер и достоверная модель прогнозирования профиля ствола приводят либо к хорошей, либо к плохой оценке профиля ствола, но неточный машинный обмер всегда приводит к ошибочной оценке профиля ствола. Следствием ошибочной оценки будет неоптимальная раскряжевка. Результат раскряжевки может показаться удачным, но обмер при приемке может выявить сдвиг на неправильные классы пиловочника. Самые последние модели прогнозирования профиля ствола строятся на теории смешанных моделей или теории относительной формы ствола. Раскряжевка хлыстовКогда известны профили ствола и посортиментные ценовые матрицы, найти оптимальный вариант раскряжевки хлыстов довольно просто: выявляются все возможные варианты раскряжевки, в каждом варианте расчитывается стоимость пиловочника по объему и цене и из них выбирается решение с наибольшей стоимостью. На практике так не поступают из-за того, что количество вариантов раскряжевки вырастает до тысяч и даже десятков тысяч. Поэтому поиск оптимального варианта осуществляют с помощью эффективных алгоритмов. В большинстве харвестеров основой служит алгоритм Нясберга, объединяющий теорию сетей с динамической оптимизацией. Он позволяет сократить количество вариантов раскряжевки с десятков тысяч до нескольких сотен, что обеспечивает достаточно быстрые вычисления в ходе обработки ствола.

Расчеты по оптимизации стоит выполнять лишь после накопления данных о профиле с достаточно длинного участка ствола. С другой стороны, решение по месту первого отреза нужно принимать до прохождения стволом минимальной длины заготовляемых сортиментов, то есть практически в 3-4 метpax от валочного пропила. Так как начальные прогнозы профиля ствола очень часто не надежны, на остатке ствола оптимизацию приходится повторять. Различные производители тракторов предлагают разную частоту итераций для оценки отличия реального профиля ствола от прогноза. Большинство оптимизационных программ позволяют пользователю изменять те предельные значения, которые активизируют перерасчет задачи оптимизации.

Рисунок 2. Принцип раскряжевки хлыстов по стоимости

Главная задача оптимизирующей системы - максимизировать стоимость отдельного ствола. Этот принцип называтся раскряжевкой хлыстов по стоимости. Она не учитывает целевого распределения конечной продукции по сортиментам, а соотношение диаметр - длина для каждого сортимента рассчитывается отдельно на основе стоимостных таблиц. То есть раскряжевка подчинена всегда одинаковым критериям оптимизации. Такой подход может привести к нежелательному для лесозавода распределению сортиментов в составе поставляемой продукции (например, много коротких или длинных бревен). Вместо оптимизации стоимости отдельного ствола при раскряжевке стоило бы пытаться получить максимально приближенное к желаемому соотношение сортиментов на выходе. Для этого, однако, необходимо частично поступаться эффективностью раскряжевки отдельного ствола.

Проблема совмещения раскряжевки отдельного ствола с получением целевого набора сортиментов продукции со всей делянки решена в харвестерах очень просто. Задача раскряжевки не строится на оптимизации, а постоянно модифицируется в ходе раскряжевки. При обработке очередного ствола принимаются во внимание данные о накопленных объемах сортиментов. Это может быть осуществлено двумя методами. При использовании метода адаптивного прейскуранта программа обновляет отдельные значения цен (ячейки таблицы) в соответствии с тем, много или мало их заготовлено, и последующая оптимизация идет на основе новых цен. Согласно методу ближней оптимизации, автоматика выбирает из вариантов раскряжевки тот, который обеспечивает самое близкое к целевому распределение сортиментов и оно отличается по цене от максимально эффективного варианта раскряжевки не выше установленного значения. Тестирование показало, что выбор метода сильно не влияет на эффективность управления раскряжевкой.

© Copyright 2009 ЛЕСОТЕХНИКА
Харвестеры     Форвардеры     Техника для леса     Статьи     Контакты     Видео    
Харвестер, форвардер - www.lesotehnika.com