Автоматизированное проектирование процесса производства трехслойных древесностружечных плит

Реферат

В данном курсовом проекте выполнена оптимизация процесса производства трехслойных древесностружечных плит. Для написания курсового проекта пользовались: текстовым редактором Word для набора текста; табличным редактором Excel для построения основных расчетов, таблиц, оптимизации процесса, построения графиков, Access для создания сводной таблицы, а также графическими редакторами Компас 3D V8 Plus для создания чертежа.

Курсовой проект содержит расчетно-пояснительную записку, состоящую из 37 страниц печатного текста, 5 таблиц, 17 рисунков и графической части: 1 лист форматом А1. Для написания курсового проекта было использовано 7 источников.

Пояснительная записка сдана в электроном виде на лазерном CD-RWдиске — файлы текст. doc, таблицы. xls, план. cdw, сводная таблица. mdb в папке «Курсовой проект», общим объемом 2,089МВ.

1. Постановка задачи

2. Исходные данные

2.1 Расчет количества стружки на одну плиту

2.2 Расчет количества стружки на 1 м³ плит

2.3 Расчет расхода древесины на 1 м³ плит

2.4 Расчет расхода смолы на одну плиту

2.5 расчет расхода смолы и отвердителя на 1 м³ плит

3. Расчет процесса в электронных таблицах

3.1 Расчет таблиц

3.2 Сортировка данных

3.3 Фильтрация данных

3.4 Сводная таблица

4. Оптимизация процесса производства трехслойных древесностружечных плит

5. Построение графической зависимости

6. План цеха рассчитываемого технологического процесса

7. Расчет экономической эффективности САПР

Заключение

Библиографический список

Автоматизированное проектирование изделий и технологических процессов различных производств, в том числе и деревообработки, в наше время применяется на многих современных предприятиях. Намечается явная тенденция перехода всех предприятий на автоматизированное проектирование изделий и технологических процессов.

В настоящее время вся продукция, поставляемая на экспорт, должна сопровождаться необходимой документацией в электронном виде. Прежде всего, необходима документация по изготовлению, обслуживанию и утилизации изделия. Следует отметить, что использование средств автоматизированного проектирования значительно сокращает время проектирования, снижает количество ошибок, которые может допустить проектировщик. Исправление ошибок при проектировании с использованием САПР осуществляется в десятки раз быстрее.

Цель курсового проекта — организовать расчет расхода древесного сырья и компонентов связующего для производства древесностружечных плит, сортировку данных, построить графическую зависимость, выполнить чертеж и произвести расчет экономической эффективности от использования автоматизированного проектирования. А также показать, как с помощью текстового и табличного редактора, графического пакета можно произвести необходимые для выполнения курсового проекта (дипломного) и др. научных работ расчеты, а также качественно и красиво оформить результаты своей работы. В ходе выполнения данной работы необходимо показать преимущество применения средств САПР перед расчетами вручную.

Текстовая часть набрана в текстовом редакторе Word. План участка выполнен в графическом редакторе Компас 3D V8 Plus, который обладает удобным пользовательским интерфейсом, большой библиотекой, позволяющими без особого труда выполнить чертеж со всеми привязками, размерами, стандартами.

1. Постановка задачи

Для решения задачи линейного программирования, поставленной в данной курсовой работе, воспользуемся табличным редактором Excel. С помощью электронных таблиц произведем укрупненный расчет расхода древесного сырья и компонентов связующего.

В курсовом проекте показано, как с помощью стандартных пакетов автоматизированного проектирования можно выполнить расчет и оформление текстовой части курсового проекта.

В данном проекте организован автоматизированный расчет расхода древесного сырья и компонентов связующего для производства древесностружечных плит, который является наиболее трудоемкой частью в выполнении курсового проекта на тему: «Проект цеха по производству древесностружечных плит».

Кроме выполнения элементарных расчетов, необходимо выполнить и ряд других задач. Таким образом, должны быть выполнены следующие задачи:

1 Организовать взаимосвязанный расчет расхода древесного сырья и компонентов связующего в электронных таблицах табличного процессора Excel;

2 Организовать сортировку данных по одной из таблиц;

3 Построить графическую зависимость по одной из расчетных таблиц;

4 Выполнить чертеж «План цеха производства древесностружечных плит».

5 произвести расчет экономической эффективности от использования автоматизированного проектирования.

2. Исходные данные

Требуется рассчитать:

· количество стружки на одну плиту;

· количество стружки на 1 м³ плит;

· расход древесины на 1 м³ плит;

· расход смолы на одну плиту;

· расход химикатов в зависимости от состава отвердителя.

2.1 Расчет количества стружки на одну плиту

Масса готовой стружечной плиты gпл, кг, определяется по формуле

(2.1)

где l, b, S — соответственно, длина, ширина, толщина, мм;

рпл — плотность плиты, кг/м3.

Расход абсолютно сухих древесных частиц на одну плиту:

а) для наружных слоев gнабс. с, кг, определяется по формуле

(2.2)

где iн — доля наружных слоев в общей массе плиты;

Рн — расход связующего в наружных слоях, %;

Wпл — влажность готовых плит, %.

б) для внутреннего слоя gвабс. с, кг, определяется по формуле

(2.3)

где iв — доля внутреннего слоя в общей массе плиты;

Рн — расход связующего для внутреннего слоя, %;

Расход стружки с некоторой влажностью на одну плиту:

а) для наружных слоев gнw, кг, определяется по формуле

(2.4)

где Wн — влажность стружки для наружных слоев, %.

б) для внутреннего слоя gвw, кг, определяется по формуле

(2.5)

где Wн — влажность стружки для внутреннего слоя, %.

2.2 Расчет количества стружки на 1 м³ плит

Количество абсолютно сухой стружки на 1 м³ плит:

а) для наружных слоев gнабс.с.1м3, кг, определяется по формуле

(2.6)

где рнплотность наружных слоев, кг/м34

б) для внутреннего слоя gвабс.с.1м3, кг, определяется по формуле

(2.7)

где рнплотность внутреннего слоя, кг/м3.

Количество стружки с некоторой влажностью на 1 м³ плит без учета потерь:

а) для наружных слоев gнw1м3, кг, определяется по формуле

(2.8)

б) для внутреннего слоя gвw1м3, кг, определяется по формуле

(2.9)

2.3 Расчет расхода древесины на 1 м³ плит

Расход древесины на 1 м³ плит Vдр, кг/м3, определяется по формуле

(2.10)

где Vндр, Vвдр — расход древесины, соответственно, на наружные и внутренний слой плиты, кг/м3;

Кнп, Квп — коэффициенты, учитывающие потери и отходы древесного сырья, соответственно, для наружных и внутреннего слоев.

Коэффициент, учитывающий технологические потери древесины на отдельных технологических операциях при изготовлении плит:

а) для наружных слоев Кнп определяется по формуле

(2.11)

б) для внутреннего слоя Квп определяется по формуле

(2.12)

где Кразд — коэффициент потерь при разделке сырья на метровые отрезки;

Ксортщ — коэффициент потерь при сортировке щепы;

Кс — коэффициент, учитывающий вид сырья;

Ктр — коэффициент потерь сырья при транспортировке стружки;

Кнсуш, Квсуш — коэффициент потерь стружки в период сушки, соответственно, в наружных и внутреннем слоях;

Кобр — коэффициент потерь сырья при обрезке плит по периметру;

Кншл — коэффициент потерь сырья для наружного слоя при шлифовании плит.

Коэффициент потерь сырья для наружного слоя при шлифовании плит Кншл определяется по формуле

(2.13)

где Sн — толщина наружного слоя, мм.

2.4 Расчет расхода смолы на одну плиту

Расход смолы на одну плиту gсм, кг, определяется по формуле

(2.14)

2.5 Расчет расхода смолы и отвердителя на 1 м³ плит

Расход смолы на 1 м³ плит gсух. см, кг, определяется по формуле

(2.15)

где Кнп, Квп — коэффициенты, учитывающие потери смолы, соответственно, для наружных и внутреннего слоев.

Коэффициенты Кнп, Квп, учитывающие потери смолы на отдельных участках технологического процесса, для наружных и внутреннего слоев определяется по формуле

(2.16)

(2.17)

где Ксм — коэффициент потерь смолы на участках ее приготовления и смешивания со стружкой.

Расход смолы стандартной концентрации gст. см, кг, определяется по формуле

(2.18)

где К — стандартная концентрация смолы, %.

Расход смолы рабочей концентрации gж. см, кг, определяется по формуле

(2.19)

где Кнр, Квр — рабочая концентрация смолы, соответственно, для наружных и внутреннего слоев, %.

Расход жидкого отвердителя gотв, кг, определяется по формуле

(2.20)

где Рот — количество отвердителя, %.

Расчеты произведены в редакторе Excel, полученные данные сведены в таблицы 2.1; 2.2; 2.3; 2.4. Диаграмма на рисунке 2.5 показывает распределение слоев в плите.

Таблица 2.1 — Исходные данные

Таблица 2.2 — Расход сырья

Таблица 2.3 — Расход смолы

Таблица 2.4 — Расход химикатов

3. Расчет процесса в электронных таблицах

3.1 Расчет таблиц

Рисунок 3.1 — Таблица с расчетными формулами таблицы 2.1

Рисунок 3.2 — Таблица результатов таблицы 2.1

Рисунок 3.3 — Таблица с расчетными формулами таблицы 2.2

Рисунок 3.4 — Таблица результатов таблицы 2.2

Рисунок 3.5 — Таблица с расчетными формулами таблицы 2.3

Рисунок 3.6 — Таблица результатов таблицы 2.3

Рисунок 3.7 — Таблица с расчетными формулами таблицы 2.4

Рисунок 3.8 — Таблица результатов таблицы 2.4

3.2 Сортировка данных

На рисунке 3.9 показа сортировка таблицы 2.4. Произведена сортировка состава отвердителя по возрастанию.

таблица сортировка производство автоматизированное

Рисунок 3.9 — Сортировка состава отвердителя по возрастанию

3.3 Фильтрация данных

Фильтр — это средство, позволяющее создавать списки, в которых присутствуют только отвечающие заданным условиям строки. С помощью команды «Автофильрт» можно просматривать только те строки, которые соответствуют одному или нескольким заданным значениям, вычисленным значениям, либо строки, для которых выполняются определенные условия.

Фильтрация данных осуществлена по таблице 2.2, а то, что произошло с таблицей 2.2 после фильтрации, можно увидеть на рисунке 3.10. в качестве условия отбора было задано слово «наружных», то есть расход сырья для наружных слоев.

Рисунок 3.10 — Фильтрация данных

3.4 Сводная таблица

Отчет сводной таблицы — это предназначенная для интерактивной работы таблица, обобщающая и анализирующая данные из следующих списков, таблиц и баз данных. Выбор исходных данных выполняется в мастере сводной таблицы и в мастере сводной диаграммы. После создания отчета сводной таблицы ее структуру можно изменить, перетаскивая поля и элементы с помощью мыши.

Сводная таблица, организованная в данном курсовом проекте, представлена на рисунке 3.11. Для создания сводной таблицы использовался диапазон ячеек из таблицы 2.4.

Рисунок 3.11 — Интерфейс программы Access (сводная таблица)

4. Оптимизация процесса производства трехслойных древесностружечных плит

Предприятие производит трехслойные плиты ДСтП. На предприятии установлено три типа оборудования А, Б и В. Известен общий фонд рабочего времени каждой группы оборудования. Известно, что на одном оборудовании можно выпускать четыре вида изделий. Трудоемкость каждого изделия известна.

Определить оптимальный план производства, обеспечивающий максимальную прибыль, используя рабочий фонд времени, обеспечив при этом заказ на производство плит ДСтП первого типа 250 шт., второго типа 150 шт., третьего типа 200 шт. и четвертого типа 200 шт.

Таблица 4.1 — Исходные данные

Пусть х1, х2, х3, х4 — оптимизируемое количество плит ДСтП, соответственно, первого, второго, третьего и четвертого типов.

Тогда математическая модель задачи будет иметь следующий вид:

(4.1)

В результате расчета методом Ньютона в Excel находим оптимальный план производства. Результаты выполненной оптимизационной задачи в Excel приведены ниже.

Рисунок 4.1 — Математическая модель

Рисунок 4.2 — Отчет по пределам

Рисунок 4.3 — Отчет по устойчивости

Рисунок 4.4 — Отчет по результатам

По результатам выполненной в электронном табличном процессоре Excel оптимизационной задачи можно установить, что предприятие, выполнив программу, получит прибыль в размере 280 863 руб. При этом, используя оставшийся фонд времени работы оборудования, предприятие может произвести:

— 665 шт. плит 1 типа;

— 127 шт. плит 2 типа;

— 153 шт. плит 3 типа;

— 194 шт. плит 4 типа.

В оставшееся время предприятие может произвести плиты разных типов, но наибольшую прибыль получит, выпустив 665 шт. плит 1 типа. В этом случаи предприятие, выполнив программу и исчерпав фонд рабочего времени, получит максимальную прибыль в размере 453 533 руб. В итоге было выпущено 915 плит первого типа, 150 плит второго типа, 200 плит третьего типа и 200 плит четвертого типа.

Из данных отчета по устойчивости и отчета по пределам можно сделать вывод, что для дальнейшего увеличения прибыли (например, до 462 220) необходимо увеличить фонд рабочего времени оборудования типа.

В до 6000 часов, за счет этого увеличится эффективный фонд рабочего времени и двух других оставшихся типов оборудования (тип, А — до 8000 часов, тип Б — до 6746), а также увеличится выпуск плит первого типа до 947 шт.

5 Построение графической зависимости

Рисунок 5.1 — Распределение смолы и отвердителя в связующем

Рисунок 5.2 — Расход абсолютно сухих древесных частиц на одну плиту, кг, для внутреннего и наружных слоев

Построение графических зависимостей на основании данных из таблиц (2.2 — 2.3).

Из диаграммы на рисунке 5.1 видно, что в связующем отвердителя используется в 19 раз больше, чем смолы. А из диаграммы на рисунке 5.2 видно, что для производства одной плиты для внутренних слоев используется 96,74 м³ абсолютно сухих древесных частиц, а для наружных — 64,49 м³.

6 План цеха рассчитываемого технологического процесса

План цеха производства трехслойных древесностружечных плит, начерчен в графическом редакторе Компас 3D V8 Plus на листе форматом А1 в масштабе 1:200.

7. Расчет экономической эффективности САПР

Цели определения экономической эффективности САПР:

— обоснование планов разработки и внедрения САПР;

— выбор наиболее эффективных направлений автоматизации проектирования;

— обоснование принимаемых решений при создании САПР;

— выявление влияния САПР на показатели работы предприятий и их подразделений.

Основные факторы экономики от внедрения САПР:

— сокращение цикла технической подготовки производства;

— рост производительности труда (высвобождение) проектировщиков;

— условное высвобождение служебных, бытовых площадей и рабочих мест;

— уменьшение количества макетов и опытных образцов изделия;

— уменьшение количества ошибок в технической документации;

— улучшение рабочих показателей проектируемого изделия.

Положительные результаты внедрения САПР проявляются и в производстве, приводя к снижению трудоемкости, материалоемкости изделий, расходов по содержанию и эксплуатации оборудования, брака, длительности производительного цикла, к дополнительному выпуску продукции, за счет снижения простоев оборудования, к дополнительной прибыли от изготовления изделий с улучшенными рабочими показателями.

Основными показателями экономической эффективности САПР является годовой экономический эффект Э и коэффициент экономической эффективности Ер (или обратная ему величина — срок окупаемости Ток).

Годовой экономический эффект Э, руб., определяется по формуле

(7.1)

где Эгод — годовая экономия от применения САПР, руб.;

Ен — нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений.

Принимаем Ен=0,15.

Величина годовой экономии Эгод, руб., определяется по формуле

(7.2)

где Эп — экономия, получаемая при проектировании с использованием САПР, руб.;

Эпр — экономия в производстве изделий, спроектированных с использованием САПР, руб.;

Зэкс — расходы на содержание и эксплуатацию САПР, руб.

Экономия при проектировании Эп, руб., определяется по формуле

(7.3)

где Эп1 — экономия от снижения затрат в связи с уменьшением времени проектирования, руб.;

Эп2 — экономия за счет улучшения качества проектной документации, руб.;

Эп3 — экономия от условного высвобождения производственных площадей и рабочих мест, руб.;

Эп4 — экономия затрат на изготовление макетов и опытных образцов изделий, руб.;

Эп5 — экономия затрат на жилищное и культурно-бытовое строительство, руб.

Экономия от снижения затрат в связи с уменьшением времени проектирования Эп, руб., определяется по формуле

(7.4)

где Qб — базовые затраты на проектирование заданного количества объектов при ручном проектировании, руб.;

Qн — то же в условиях САПР, руб.

Затраты на проектирование обоих способов Q, руб., определяется по формуле

(7.5)

где Ср — среднечасовая зарплата проектировщика с учетом фондов общественного потребления, включая отчисления на социальное страхование, руб.;

tpi — трудоемкость работы проектировщика по i-му объекту, час;

n — количество объектов проектирования в расчетном году.

Среднечасовая заработная плата Ср, руб., определяется по формуле

(7.6)

где Зосн — основная заработная плата проектировщика, руб.;

кд — коэффициент, учитывающий дополнительную ЗП;

ко — коэффициент, учитывающий фонды общественного потребления;

Принимаем ко=0,43.

Экономия за счет улучшения качества проектной документации Эп2, руб., определяется по формуле

(7.7)

где Иб, Ин — затраты на исправление ошибок, допущенных по вине проектировщика при ручном (б) м автоматизированном (н) проектировании, руб.

Экономия от условного высвобождения производственных площадей и рабочих мест Эп3, руб., определяется по формуле

(7.8)

где Цсп — стоимость 1 м² служебно-бытовых помещений, тыс. руб.;

Sсб — площадь служебно-бытовых помещений, приходящаяся на одного работающего, м2;

Црм — стоимость оснащения одного рабочего места, тыс. руб.;

Рв — количество условно высвобождаемых проектировщиков в условиях использования САПР.

(7.9)

где tpiб, tpiн — трудоемкость проектных работ при ручном (б) и автоматизированном проектировании (н), час;

Фп — годовой эффективный фонд времени работы проектировщика, час.

Экономия затрат на изготовление макетов и опытных образцов изделий Эп4, руб., определяется по формуле

(7.10)

где Ciб, Сiн — базовая и новая средняя стоимость изготовления макетов и опытных образцов i-го изделия при ручном проектировании в условиях САПР, руб.;

Niб, Niн — базовое и новое количество образцов, необходимое для оптимального варианта i-го изделия.

Экономия затрат на жилищное и культурно-бытовое строительство Эп5, руб., определяется по формуле

(7.11)

где Эсоц — экономия единовременных вложений в жилищное и культурно-бытовое строительство в результате высвобождения одного проектировщика, руб.

Расходы на содержание и эксплуатацию САПР в расчетном году Зэкс, руб., определяется по формуле

(7.12)

где Со — себестоимость одного часа работы комплекса технических средств (ЭВМ), руб.;

toi — время выполнения i-го проекта, час.

Срок окупаемости Ток, год, определяется по формуле

(7.13)

Капитальные вложения, связанные с использованием системы автоматизированного проектирования для проектирования цеха с технологией изготовления трехслойных плит ДСтП, окупятся через 1,43 года.

Заключение

В данном курсовом проекте были использованы: текстовый редактор Word для набора текста; табличный редактор Excel для построения основных расчетов, таблиц, оптимизации процесса, построения графиков, Access для создания сводной таблицы, а также графический редактор Компас 3D V8 Plus для создания чертежа.

В первой части была сформулирована задача курсового проекта.

Во второй части произведен расчет: количества стружки на одну плиту, количества стружки на 1 м³ плит, расхода древесины на 1 м³ плит, расхода смолы и отвердителя на одну плит и на 1 м³ плит, расхода химикатов.

В третьей части показан расчет таблиц (формулы и результаты) в табличном редакторе excel, произведена сортировка и фильтрация данных, а также показана сводная таблица, созданная в редакторе баз данных Access.

В четвертой части произведена оптимизация процесса производства трехслойных плит ДСтП. Необходимо было получить максимальную прибыль при условии что: известна прибыль, получаемая с выпуска одной плиты; заданы фонд рабочего времени оборудования и программа производства плит.

В результате оптимизации была получена прибыль в размере 453 533 руб. Для получения такой прибыли необходимо произвести 915 плит первого типа, 150 плит второго типа, 200 плит третьего типа и 200 плит четвертого типа.

В пятой части были построены графические зависимости: распределение смолы и отвердителя в связующем и расход абсолютно сухих древесных частиц на одну плиту, кг, для внутреннего и наружных слоев.

В шестой части, в графическом редакторе Компас 3D V8 Plus, был начерчен план цеха производства трехслойных древесностружечных плит форматом А1 в масштабе 1:200.

В седьмой части проекта рассчитана экономическая эффективность автоматизированного проектирования данной работы; срок ее окупаемости составляет 1.43 года.

Библиографический список

1 Трапезников, С. В. Основы автоматизированного проектирования изделий и технологических процессов: методические указания к выполнению курсовых проектов (работ) и расчетно-графических работ для студентов специальности 260 200 Технология деревообработки очной и заочной форм обучения [Текст] / С. В. Трапезников, Т. Н. Баринова, А. Н. Сычев. — Красноярск: СибГТУ, 2007. — 76 с.

2 Тимофейчик, С. А. Курсовой проект по дисциплине: «Технология древесных плит и пластиков» [Текст] / С. А. Тимофейчик. — Красноярск: СибГТУ, 2007. — 39 с.

3 Справочник по производству древесностружечных плит / Под редакцией Отлева И. А. [и др.]. — Изд. 2-е. — М.: Лесная промышленность, 1990. — 384 с.

4 СТП 3.4.104−01. Курсовое проектирование. Требования к выполнению и представлению. — Взамен СТП 17−87; введ. 24.06.02. — Красноярск: СибГТУ, 2002. — 12 с.

5 СТП 3.4.204−01. Стандарт предприятия. Требования к оформлению текстовых документов. — Взамен СТП СТИ 17−98; введ. 01.04.01. — Красноярск: СибГТУ, 2001. — 46 с.

6 СТП 3.4.205−01. Стандарт предприятия. Требования к оформлению графических документов. — Взамен СТП СТИ 17−90; введ. 01.03.01. — Красноярск: СибГТУ, 2001. — 54 с.

7 Шварцман, Г. М. Производство древесностружечных плит [Текст] / Г. М. Шварцман, Д. А. Щедро. — М.: Лесная промышленность, 1987. — 320 с.