Лісозаготівельна та деревообробна промисловість України, незважаючи на значні досягнення у сфері техніки, технології, організації та управління виробництвом, усе ще відстає від передових галузей за своїм технічним рівнем, організацією та ефективністю. Такі обставини висувають перед спеціалістами низку складних і важливих завдань у царині проектування і розрахунку нових виробничих систем, організації їх функціонування, оволодіння навиками керування ними з урахуванням специфічних особливостей деревообробного виробництва.
Майже всі галузі лісозаготівельної та деревообробної промисловості за своїми характеристиками належать до дискретного типу виробництва. Тут є чимало однотипних виробів. Основні визначальні параметри виготовленої продукції мають дискретний характер. Широко використовується технологічне обладнання універсального призначення. Характерною особливістю такого дискретного виробництва є насамперед складність аналізу показників його ефективності. До того ж таке виробництво складне в організації та управлінні.
Спеціалізація виробництва, характерна для сучасних деревообробних підприємств, дає змогу використовувати в широких масштабах технологічні процеси масового та серійного виробництв. Основними техніко-економічними характеристиками технологічних процесів масового та серійного виробництв є продуктивність, економічна ефективність, надійність. Оскільки підвищення продуктивності та економічної ефективності є одним з основних завдань проектування нових та модернізації старих технологічних процесів і виробничих систем, то пропоновані інженерні та економічні рішення мають спрямовуватися на виконання саме цих актуальних завдань. Відповідно до того та задля інтересів усього суспільства перед деревообробним виробництвом постають такі великі й важливі завдання:
- підвищення продуктивності праці та економічної ефективності виробництва за рахунок підвищення рівня автоматизації, раціоналізації обладнання і технологічних процесів, впровадження нових форм організації та управління виробництвом;
- оптимізація технологічних процесів для отримання найбільшої ефективності;
- впровадження гнучкого автоматизованого виробництва на базі використання робототехнічних пристроїв та обчислювальної техніки;
- оптимізація організації та управління на різних рівнях виробництва на базі сучасних економіко-математичних методів і комп`ютерних засобів.
Особливість окреслених завдань полягає у необхідності прискореного розвитку фундаментальної для деревооброблення галузі науки - технології, економіки й управління на основі технічної кібернетики, обчислювальної техніки, широкої математизації прикладних знань.
Усякий технологічний процес оброблення деревини потребує певних витрат часу, енерґії, сировини, матеріялів та інших складових, необхідних для нормального проходження процесу. Щоб забезпечити цілеспрямоване, визначене технологією проведення процесу, необхідна також відповідна інформація. У висліді взаємодії матеріяльної, енерґетичної та інформаційної складових технологічного процесу в рамках загальної технологічної схеми на виході процесу отримуємо кінцевий продукт, що має певні інформаційні характеристики про його властивості.
У реальних умовах деревообробного виробництва неможливо локалізувати у просторі вказані вище складові технологічного процесу - матеріяльну, енерґетичну та інформаційну. Сировина, наприклад, проходить у технологічному процесі як основа матеріяльної складової. Але ця ж сировина одночасно несе інформацію про свої властивості, певні вимоги до технологічного процесу, а також характеристики майбутніх виробів. Аналогічно система керування може виконувати спільні функції із системою перетворення енерґії.
В аналізованій структурі інформація є найзмістовнішою і водночас найгнучкішою складовою технологічного процесу. Вона охоплює у собі всю початкову інформацію (про сировину, режими, необхідні параметри і характеристики кінцевого продукту), робочу або оперативну (про поточні значення контрольованих і керованих параметрів) і керувальну, за якою ведеться процес для утримання його в заданому режимі.
Найконсервативнішою і практично некерованою у розумінні цілеспрямованої зміни властивостей є матеріяльна складова. Тому все керування у структурі інформації слід спрямовувати на найповніше використання наявної матеріяльної складової у рамках даної технології. Однак високоефективні організація і управління можливі тільки за умови всебічного вивчення фізико-механічних, теплових, хімічних і технологічних основ робочих процесів.
Характерною особливістю процесів оброблення деревини є те, що сам об`єкт обробки належить до предметів біологічного типу, які мають свою історію розвитку.
Відповідно до системно-структурного методу вивчення складних систем, до яких відносяться виробничі та технологічні процеси деревообробки, досліджувати самі об`єкти оброблення треба у їх тісній взаємодії з технологією (незалежно від носія конкретних властивостей - будь це меблева заготовка чи пиловний сортимент, паркетна дощечка чи фанерна сировина). Тому оцінювати властивості і зв`язки між елементами слід на двох цілком відмінних рівнях: первинному і вторинному, морфологічному і технологічному.
Дерево як усякий біологічний об`єкт сприймає на себе багато різноманітних впливів, що супроводять його розвиток. Вплив ґрунту, клімату, освітленості, водного режиму, спадкові та інші особливості розвитку зумовлюють певну чітко виражену індивідуальність технічних властивостей. Велика мінливість цих властивостей спостерігається не тільки у дерев різних порід, а й у межах одної породи та одного дерева, але в різних його частинах. Тобто вже на первинному рівні спостерігається велика розмаїтість макро-, і мікроструктури, особливостей геометричних форм у межах одного виду, не кажучи вже про розмаїтість цих ознак у різних видах.

Тому в умовах оброблення деревини (не тільки механічної, а й і п`єзо- і гідротермічної) треба розрізняти зміну фізико-механічних властивостей для різних порід; для окремих стовбурів однієї породи; для різних перерізів у одному стовбурі; для різних точок одного перерізу та для різних напрямів в одному мікрооб`ємі. Традиційне зведення усіх видів різання деревини до комбінації трьох основних - поздовжнього, поперечного і торцьового вже не дає змоги детально аналізувати більшість складних видів різання. Ще до недавнього часу процеси деревооброблення достатньо повно описували лише середніми значеннями показників і характеристиками умов, що викликають їхні відповідні відхилення. У сучасних умовах такий підхід уже не може задовольнити дослідників.
В останні роки у зв`язку з бурхливим розвитком і широким проникненням у всі галузі знань кібернетичних ідей, обчислювальної техніки та у зв`язку з "математизацією" знань багатьох дослідників уже перестав задовольняти традиційний апарат, що використовувався для опису процесів оброблення деревини, аналізу їх ефективності, організації та управління. Тепер дедалі більшого застосування набувають методи математичної статистики і теорії імовірностей, спектрального та кореляційного аналізів, масового обслуговування та імітаційного моделювання.
Лісозаготівельна та деревообробна галузі виробництва мають справу з особливим предметом праці біологічного походження. Тому тут проявляється вельми специфічні особливості, які слід ураховувати для успішного вирішення завдань розроблення технологічних операцій і виробничих процесів, технологічного обладнання і систем керування, а також завдань організації та управління виробництвом. Недооцінка особливостей деревини як предмета праці, специфічної технології та обладнання уже вдалися взнаки неодноразовими неґативними наслідками в галузі.
Основні особливості деревообробних виробництв можна умовно поділити на чотири групи - властивості предмета праці (деревини), особливості технології, обладнання та особливості систем керування.
Предмет праці (деревину) характеризують, як відзначене раніше, такі особливості:
характеризують, як відзначене раніше, такі особливості:
1. Велика неоднорідність властивостей навіть в однорідних партіях. Виражається вона мінливістю фізико-механічних і геометричних параметрів.
2. Мала жорсткість на згин, що зумовлена низьким значенням модуля пружності першого роду. Це приводить до значної деформованості у базуванні.
3. Досить низьке значення питомих витрат енерґії - приблизно в тисячу разів менше, ніж на оброблення металу.
4. Схильність до виникнення низькочастотних резонансних поздовжніх коливань оброблюваного матеріялу, зумовлене низьким значенням модуля пружності першого роду та періодичністю дії складових сил різання багаторізцевих фрезерних головок або ножових валів.
Відповідно технологічний процес вирізняють такі основні особливості: І. Велика довжина технологічних потоків і комунікацій (від потоків первинного оброблення деревини до потоків виготовлення плитних матеріалів і багатьох інших).
2. Розмаїтість видів оброблення, зосереджених в одному виробництві (механічна, п`єзо- і гідротермічна, хімічна і фізико-хімічна - наприклад, у процесі оздоблення та ін.).
3. Масовість виробництва й велика кількість сорто-типорозмірів деталей і напівфабрикатів, що одночасно перебувають у виробництві.
4. Переважна кількість прохідних технологічних операцій.
5. Істотно нестабільна тривалість виконання навіть однорідних операцій.
Технологічне обладнання виділяється такими своїми особливостями:
виділяється такими своїми особливостями:
І. Переважне місце тут займають верстати загального призначення.
2. Процеси оброблення швидкоплинні. Швидкості подачі досягають 200 м/хв, а швидкості різання - 200 м/с.
3. Важкі умови роботи обладнання:
- великий діапазон зміни сил різання;
- велика запорошеність, вологість, значні перепади температур;
- досить низький рівень технологічного обслуговування.
Системам керування виробничими процесами властиве таке:
виробничими процесами властиве таке:
І. Широке використання систем з оператором у контурі керування.
2. Відсутність добротних давачів параметрів процесів, відсутність обґрунтованих належним чином метрологічних основ вимірювання (наприклад, для процесів сушіння).
3. Оператори, як звичайно, працюють в умовах гострого дефіциту часу й інформації.
4. До операторів ставляться вельми жорсткі вимоги: точний окомір, добре знання великої кількості стандартів і технічних умов, здатність швидко приймати рішення.
Отже, у процесі деревообробного виробництва відбувається складна взаємодія специфічних складових різної природи для перетворення початкового біологічного продукту (деревини) в готовий виріб із заданими властивостями і параметрами. Через неоднорідність предметів праці з деревини, велику розмаїтість видів оброблення, істотну нестабільність тривалостей технологічних операцій, високу швидкоплинність процесів оброблення та інші вельми відчутні впливи зовнішніх збурювальних факторів забезпечення ритмічності виробничого процесу в галузі досить проблематичне. І якщо щомісячна чи навіть подекадна ритмічність роботи підприємтсва забезпечена, то зміна, а тим паче поопераційна - не завжди.
Ритмічність виробничого процесу є важливою умовою успішного виконання завдань як за кількісними, так і за якісними показниками. Тому в потоковому виробництві, в автоматизованих виробничих системах вимагається суворо визначена тривалість (синхронність) усіх виробничих операцій. Недотримання цієї вимоги призводить до виникнення значних додаткових втрат оперативного часу на деревообробних підприємствах, зниження ефективності використання обладнання та інших пов`язаних з них техніко-економічних показників.
Для формування математичних моделей процесів оброблення деревини можна вибрати різні підходи. Серед загальних часто використовуваних сьогодні найвідоміші два підходи, що визначаються термінами "детермінований" та "імовірнісний" (стохастичний). Ці підходи дають змогу не тільки кількісно описати певні закономірності процесів обробки, а й до певної міри відобразити причинну природу модельованого явища.
Як було показано раніше, предмет обробки в деревообробному виробництві має характеристики, які можна оцінити лише з певною імовірністю. Крім того, сформований певний комплекс необхідних початкових параметрів і характеристик технологічного обладнання з плином часу змінюється. Незмінними вони залишатися не можуть. По-різному також проявляється рівень підготовки та виховання спеціалістів. Тому й самі виробничі процеси мають імовірнісний або стохастичний характер. У цих умовах детерміновані моделі мають вельми істотний недолік у тому, що ігнорується природна мінливість усіх складових виробництва, у т.ч. біологічна мінливість предметів праці - сировини.
Імовірнісний характер процесів зовсім не означає відсутності закономірностей розвитку, функціонування процесів деревооброблення. Він показує, що всяка подія цього процесу настає лише з певною мірою імовірності. З методологічних позицій імовірнісні системи мають задовольняти дві основні ознаки: іррегулярність та стійкість. Тобто необхідною властивістю імовірнісних систем є відсутність будь-якої регулярності, правильності у відношенні між елементами системи (наприклад, між параметрами круглих лісоматеріалів). Ця властивість формулюється як незалежність характеристик від вибору послідовності елементів. А стійкість потребує існування деяких інваріант, тобто незмінних характеристик (наприклад, середніх значень) стохастичної системи.
Вище була показана доцільність розглядати системи перероблення деревини на двох різних рівнях: первинному та вторинному, морфологічному й технологічному. Первинний рівень дає нам велику розмаїтість у властивостях. Вторинний рівень, як похідний від первинного, дає ще більшу розмаїтість фізичних, механічних і геометричних властивостей та характеристик. Тут результуюча структура як процес становлення нових якісних станів породжується взаємодією первинної структури (сировини) з технологією, обладнанням і є новою, вищою за ієрархією системою.
Вказані раніше причини визначають іррегулярність не тільки первинної системи (сировини), а й вторинної - усього виробничого процесу. Крім цих причин, тут, безперечно, накладаються й інші, серед яких насамперед слід виділити нестабільність параметрів технологічного обладнання, мінливість стану людини-оператора й інші. Образно кажучи, ці три основні джерела -предмет праці, технологічне обладнання й людина-оператор, зливаючись у русло технології та виробництва, утворюють потік своєрідних стохастичних (імовірнісних) процесів.
Аналіз показує, що така методика моделювання не обмежується границями певних локальних областей чи окремих фаз виробництв, а має глобальний характер для умов перероблення деревини. Вона стала тепер гостро необхідною для аналізу ефективності виробничих систем з локальною автоматизацією, автоматизованими лініями, а також в умовах гнучкого автоматизованого виробництва.
Слід підкреслити, що вставши на позиції стохастичного опису процесів оброблення деревини, ми здобуваємо великі можливості застосувати для дослідження відповідних прихованих там явищ, процесів і закономірностей потужний арсенал нових засобів, таких, як теорія інформації, теорія надійності, теорія ігор і дослідження операцій, теорія стохастичних розв`язків тощо. Досвід показує, що всюди імовірнісна концепція аналізу досліджуваних явищ і пов`язані з нею нові математичні засоби дають нове, більш глибоке й достовірне розуміння предмета досліджень.
Як приклад вдалого послідовного використання нових стохастичних методів моделювання можна розглянути окремі етапи розв`язання проблем теорії автоматичних ліній і гнучких виробничих систем у машинобудуванні та лісовиробничому комплексі.
Отримані тут результати дають змогу достовірно обчислювати кількісні показники якості використання основного та допоміжного обладнання в автоматичних лініях і технологічних потоках, визначити їхне оптимальні параметри, структуру, компонування, організацію та керування процесом роботи. При тому критерії оптимізації можуть бути різні залежно від завдання оптимізації.
Широка апробація аналізованих досліджень і отриманих результатів, універсальність математичних методів, програмних і технічних засобів моделювання дають змогу використати їх для розв`язання багатьох актуальних завдань оптимальної організації та управління виробничими системами в галузі лісозаготівельної та деревообробної промисловості.
Продуктивність як економічна категорія у стислій і концентрованій формі відбиває і розвиток продуктивних сил суспільства, і загальний проґрес розвитку науки і техніки. Рівень продуктивності праці є найважливішим показником проґресивності способу виробництва й суспільних відносин. Тому аналіз продуктивності виробництва на різних його стадіях є одним із найважливіших факторів, що визначають можливості ефективного керування, підвищення інтенсивності нарощування сукупності суспільного продукту як кінцевого корисного ефекту.
В економічній кібернетиці для вимірювання кінцевого корисного ефекту використовується приріст виробництва кінцевого продукту за певний фіксований проміжок часу. На конкретному рівні лісозаготівельного чи деревообробного виробництва (верстат, лінія, дільниця, цех) цей приріст визначає продуктивність виробничого процесу з урахуванням усіх витрат.
Для збільшення продуктивності технологічного процесу можна використати такі чотири шляхи:
1) раціонально використовувати сировину - знижувати питомі витрати сировини на одиницю готової продукції;
2) зменшувати енерґомісткість - знижувати питомі витрати енерґії;
3) розширення виробництва - збільшення потужностей на оброблення;
4) інтенсифікація виробництва - збільшення швидкості перероблення
сировини.
Зниження питомих витрат сировини. Деревооброблення належить до матеріяломістких виробництв, і тому частка сировини в собівартості кінцевого продукту досить велика. З цієї причини зменшення питомих витрат сировини є важливим методом підвищення загальної ефективності технологічного та виробничого процесів.
Зниження питомих витрат енерґії. Багато деревообробних виробництв, такі як лісопильні, виробництво плитних матеріялів, фанери та інші, характеризується доволі високими питомими витратами енерґії. Тому зниження питомих енерґетичних витрат у цих видах виробництва значною мірою сприяли б підвищенню загальної ефективності деревообробного виробництва.
Багато деревообробних виробництв, такі як лісопильні, виробництво плитних матеріялів, фанери та інші, характеризується доволі високими питомими витратами енерґії. Тому зниження питомих енерґетичних витрат у цих видах виробництва значною мірою сприяли б підвищенню загальної ефективності деревообробного виробництва.
Збільшення потужностей на оброблення. Цей шлях означає екстенсифікацію деревообробного виробництва. В такому разі треба збільшувати встановлені потужності, нарощувати парк деревообробного обладнання, будувати нові цехи, підприємства. В сучасних умовах збільшення продуктивності за рахунок екстенсифікації виробництва має досить обмежене значення.
Цей шлях означає екстенсифікацію деревообробного виробництва. В такому разі треба збільшувати встановлені потужності, нарощувати парк деревообробного обладнання, будувати нові цехи, підприємства. В сучасних умовах збільшення продуктивності за рахунок екстенсифікації виробництва має досить обмежене значення.
Збільшення швидкості перероблення сировини. На цьому шляху завжди знаходяться багаті резерви підвищення ефективності виробництва. Тут інтенсифікація виробництва зумовлюється раціоналізацією циклів робочих машин, скороченням циклових втрат робочого часу, використанням прогресивних видів та режимів оброблення, усуненням втрат часу з організаційних причин. Цей шлях — шлях інтенсифікації виробництва - на сучасному етапі розвитку найважливіший. У сучасних умовах основний приріст випуску продукції має відбуватися за рахунок інтенсифікації виробництва. Інтенсифікація виробництва насамперед передбачає підвищення продуктивності як праці, так і обладнання.
На цьому шляху завжди знаходяться багаті резерви підвищення ефективності виробництва. Тут інтенсифікація виробництва зумовлюється раціоналізацією циклів робочих машин, скороченням циклових втрат робочого часу, використанням прогресивних видів та режимів оброблення, усуненням втрат часу з організаційних причин. Цей шлях — шлях інтенсифікації виробництва - на сучасному етапі розвитку найважливіший. У сучасних умовах основний приріст випуску продукції має відбуватися за рахунок інтенсифікації виробництва. Інтенсифікація виробництва насамперед передбачає підвищення продуктивності як праці, так і обладнання.
І значний ефект тут можна досягнути за рахунок належного вибору й узгодження параметрів основного і допоміжного обладнання та виробничих підрозділів, належного їх компонування й режиму роботи, вдалої організації взаємодії між технічними засобами виробничих систем і наявним там персоналом тощо.
Газета "Деревообробник"