Исследование и разработка метода построения автоматизированной системы измерения объема делового лесоматериала

Актуальность темы

Вопросам учета делового лесоматериала в настоящее время уделяется большое внимание на разных стадиях от заготовки до транспортировки и глубокой обработки. Возрастают требования, предъявляемые к организации производственного процесса в лесотехнических комплексах. Это вызвано постоянно растущим объемом информации, требующим оперативной и безошибочной обработки, а также необходимостью оптимизации и точного учета делового лесоматериала, как основы учета движения лесопродукции.

Особенностью круглых лесоматериалов является высокий (до 20%) уровень погрешностей измерений объема, что приводит к значительным недостачам или излишкам при ревизиях остатков лесоматериалов на складах, колебаниям расхода древесины на единицу продукции при ее переработке.

Автоматизация производственных процессов, замена ручного труда, введение современных технологий, упрощение, тем самым и удешевление технологии производства на любом его участке — это задачи, возникающие перед руководителями лесных предприятий различных уровней. В технологию определения объема поступающего делового лесоматериала также вносятся предложения по автоматизации процесса, то есть предложения по внедрению автоматизированных систем определения объема.

Существуют различные методы определения объема лесоматериалов, как поштучные, так и групповые. При больших объемах поступления круглого лесоматериала (в частности делового) можно воспользоваться двумя методами экспертизы — выборочным или сплошным. Стоимость сырья с каждым годом увеличивается, и экономия за счет точного учета поступления значительна. Предприятия применяют сплошной метод определения объема и качества сырья, так как он полнее отражает как качественные, так и количественные показатели и ведет к бесконфликтной приемке лесоматериалов. При возникновении рекламационной ситуации транспортное средство, будь то лесовоз, вагон или баржа, выгружается в специально отведенное место с указаниями реквизитов отправителя для проведения совместной приемки.

Качественный процесс учета является важной составляющей успешного функционирования предприятия. Одним из этапов учета делового лесоматериала является процесс измерения. Погрешность измерения различными, методами достигает 20%. Например, систематическая погрешность измерения объема круглого леса по ГОСТ 2708–75 достигает 11%, хотя установленные стандартом нормы допускают погрешность в 5%.

В нашей стране совершенствованием методов измерения объема круглого леса занимается Центр по стандартизации и сертификации лесоматериалов ООО «Лесэксперт». Основополагающие работы по исследованию методов измерении ведутся Курицыным А. К. и Дмитренко О. Ю. В этих работах рассматриваются методы измерения объема лесоматериалов, инструментальные средства реализации этих методов, погрешности измерения объема лесоматериалов. В настоящее время идет активный поиск и исследование новых технологий и инструментальных средств с целью повышения точности измерения геометрических параметров круглого лесоматериала. Примером такой деятельности может служить система «Фотоскан-авто», разработанная на базе института биологии Коми НЦ УрО РАН. В этой системе применяется фотометрический способ определения объема, предложенный Мартынюк З. П. Область применения системы «Фотоскан-авто» — целлюлозные комбинаты, где объем лесоматериалов производится с учетом коры. Еще одним примером разработки систем измерения геометрических параметров круглого леса может служить «Автоматическая система измерения объема круглого леса «Алмаз», отечественного производства. Эта система предназначена для поштучного измерения объема с учетом коры. Область применения этой системы лесопильное производство, где остро стоит вопрос оптимизации распиловки леса, и соответственно важны данные о кривизне и сбежистости каждого отдельно взятого бревна, а определение объема отходит на второй план.

За рубежом также проводятся исследования в этом направлении. В частности используются такие автоматизированные системы измерения: Limab АВ (Швеция, Гётеборг) — системы измерения на основе лазеров, Visiometric Оу (Финляндия, Лаппенранта) — сканеры для сортировки и линий пиления, Dynalyse АВ (Швеция, Гётеборг) — система по сортировке досок на прочность, Bintec OY (Финляндия, Холлола) — рентгеновские сканеры.

Перечисленные выше системы нашли применение и активно используются на лесных предприятиях России. Но существует область лесной промышленности, которая остается неосвоенной разработчиками автоматизированных систем — предприятия, экспортирующие деловой лес. Особенностью учета этих предприятий является определение «полезного» объема делового лесоматериала без учета коры, а также точность определения объема каждого бревна в отдельности с погрешностью менее 5%.

Объект исследования Объектом исследования является разработка метода построения автоматизированных систем измерения объема делового лесоматериала, на основе метода повышения точности измерения геометрических параметров лесоматериалов.

Цель исследования Целью диссертационной работы являются разработка и исследование метода проектирования систем, позволяющих автоматизировано производить измерения геометрических параметров для вычисления объема лесоматериалов с погрешностью не превышающей 5%.

В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи: • метод повышения точности измерения геометрических параметров делового лесоматериала;

• разработка математической модели метода измерения параметров делового лесоматериала;

• расчет точности измерения, получаемой разработанным методом;

• разработка вариантов структур автоматизированных систем измерения объема делового лесоматериала;

• разработка метода построения автоматизированной системы измерения объема делового лесоматериала;

• разработка алгоритмов измерения с помощью спроектированной автоматизированной системы;

• анализ результатов экспериментальных исследований работы полученных алгоритмов.

Методы проведения исследований.

При выполнении настоящей работы использовался математический аппарат теории численных методов, теории дифференциального и интегрального исчислений, аналитической геометрии, теории рядов, теории оптических систем.

Научный результат:

• предложена новая классификация методов измерения объема делового лесоматериала;

• разработан новый бесконтактный фотометрический метод измерения геометрических параметров для вычисления объема делового лесоматериала;

• получена математическая модель для вычисления общей погрешности измерения объема делового лесоматериала фотометрическим методом;

• разработан метод формирования структурных схем автоматизированных систем измерения объема делового лесоматериала.

Основные положения, выносимые на защиту:

• новая классификация методов измерения объема делового лесоматериала;

• новый фотометрический метод измерения геометрических параметров для вычисления объема делового лесоматериала;

• математическая модель общей погрешности измерения объема делового лесоматериала фотометрическим методом;

• расчет точности измерения;

• метод формирования структурных схем автоматизированных систем измерения объема делового лесоматериала.

Практическая ценность.

Разработанный в диссертационной работе метод измерения геометрических параметров для вычисления объема делового леса может быть использован для широкого круга задач связанных с измерением объема и других метрических характеристик физических тел. Погрешность измерения объема делового лесоматериала этим методом составляет 4%.

Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждается теоретическим обоснованием, программными реализациями предлагаемого метода, вычислительными экспериментами, а также, применением разработанного метода для решения практических задач, что подтверждается актом использования и внедрения результатов работы на предприятии ООО «Таглеспром», г. Таганрог.

Реализация На программное обеспечение автоматизированной системы измерения объема делового лесоматериала фотометрическим методом получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2 007 611 032.

Апробация.

Результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях:

• VII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов, Россия, г. Таганрог, 2004;

• IV Всероссийской научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, Россия, г. Таганрог, 2006;

• V Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии», Россия, г. Томск, 2007;

• 14-ой Всероссийской мужвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика — 2007», Россия, г. Москва, 2007.

По итогам работы выпущены 10 публикаций, среди них 5 статей, 4 тезиса докладов и одно свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2 007 611 032.

Структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка используемой литературы, включающего 81 наименование и трех приложений. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста.

6.9 Выводы.

По результатам экспериментальной проверки, подтверждающей теоретические расчеты, можно сделать следующие выводы.

1 Размеры используемых маркеров должны составлять величину не менее 0,7% площади торца бревна, а дальнейшее увеличение его не приводит к существенному снижению погрешности;

2 Целесообразно использовать фотоаппараты с разрешением матрицы более 5 Мп;

3 Расстояние между объективом и штабелем определяется соотношением его и фокусного расстояния объектива и доля полезного изображения должна составлять не менее 40 площади снимка.

4 Угол проведения съемки не должен быть, более 25 градусов.

5 При выборе экспозиции съёмки необходимо учитывать, что зависимость погрешности от освещенности имеет минимум в диапазоне от 1500 до 2000 люксов.

6 Цвет используемых маркеров должен максимально контрастировать с цветовой гаммой древесины. Таким цветом является синий.

7 Разработанный метод измерения геометрических параметров лесоматериалов позволяет существенно сократить временные затраты на измерение и документирование результатов и выгодно отличается от остальных методов наличием возможности практически полной автоматизации процесса измерения. При этом предложенный метод обеспечивает меньшую погрешность по сравнению со сравниваемыми методами.

Заключение

.

Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1 Предложена новая классификация методов измерения объема делового лесоматериала;

2 Разработан новый бесконтактный фотометрический метод измерения геометрических параметров для вычисления объема делового лесоматериала;

3 Проведен полный анализ составляющих погрешности измерения объема делового лесоматериала разработанным фотометрический методом;

4 Разработан метод построения автоматизированной системы измерения объема делового лесоматериала;

5 Доказано, что при соблюдении определенных условий при использовании разработанного метода построения автоматизированной системы измерения объема делового лесоматериала удается добиться погрешности менее 5%.

Проведенные в работе исследования показали, что разработанный метод построения автоматизированной системы измерения объема делового лесоматериала позволяет производить измерения с погрешностью менее 5%, обеспечить упрощенную процедуру идентификации объектов и уменьшить время процесса измерения на 20%. Автоматизация процесса измерения позволяет сократить численности обслуживающего персонала, одновременно повысив точность измерения, что очень значимо, в условиях дефицита квалифицированных работников.

Так как для реализации системы требуются незначительные вычислительные ресурсы, то она может быть реализована на аппаратуре обеспечивающей решение других задач параллельно. Предлагаемый метод представляет несомненный интерес для многих приложений, в которых возникает проблема оценки и измерения поверхностных и объемных характеристик объектов с минимальными временными и людскими затратами.