英语原文共 180 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
确定木材制造链中最优的初级锯片和锯片机设置
对于世界各地的木材制造商来说，最大的成本因素是原材料。因此，最大限度的利用，尤其是这种原材料的体积回收，对该行业至关重要。木制品工业包括几个相互关联的制造步骤，用于将树木转换成圆木，将圆木转换成成品木材。在大多数初级和次级木材加工者中，不同的制造步骤是单独优化的，或者基于操作员的经验。这可能导致次优决策和原材料的大量浪费。本研究的目的是确定两个相互关联的操作，即锯切和撕裂操作的最佳机器设置，这两个操作传统上是分别优化的。
以满足市场需求为目标，建立了一个具有两个决策变量的模型。第一个决定是如何看到不同厚度的原木供应选择特定的锯模式。第二步是确定开槽锯的设置，即零件的优先级值，它决定了初级锯切的产品如何被切割成一定厚度和宽度的产品。
用于确定机器设置的技术包括使用SIMSAW软件进行静态模拟来表示锯切操作，以及使用混合整数编程来建模撕裂操作。一种元启发式算法，即基于种群的增量学习算法，是这两种操作之间的联系，并确定组合后的优化设置转运。
该模型的目标函数是使生产成本最小化。这个成本包括原材料的浪费成本和生产成本的过剩或不足。估计生产过剩的成本包括库存保管成本。不足的生产成本估计为从另一家木材供应商购买供应不足的产品的购买成本。
该模型与南非现有的决策软件(即锯木厂生产计划系统包)相比表现良好，该软件采用了com- bines模拟(SIMSAW)和混合整数规划技术，以实现利润最大化。该模型在模拟和确定除初级锯切模式外的划划优先级设置方面具有更大的价值。
介绍
对于世界各地的木材制造商来说，最大的成本因素是原材料。因此，最大限度的利用，尤其是这种原材料的体积回收，对该行业至关重要。木材产品工业包括几个相互关联的制造步骤，将树木转换成原木，将原木转换成成品木材。一个通用的制造环境如图1.1所示。
图1所示:木材供应行业的重要生产操作说明。操作一和操作二是本研究的重点领域。
木制品工业可分为初级木制品和次级木制品。初级产品包括直接从
1
第1章。介绍
2
原木，包括纸张、木材、夹板和合成材料，如刨花板和定向刨花板。次要产品由初级产品生产，包括地板，橱柜，家具，门窗。
如前所述，木材制造商最大的成本是原材料。然而，木材工业浪费了大量的原材料。南非(SA)正式锯木加工部门的全国产量恢复情况如图1.2所示。还包括正规锯木加工部门的估计费用细目。锯木(原材料)是目前最大的成本因素。
图1所示。SA锯木产量恢复和成本分解
如图1所示。不到一半的木材体积被转换成木材产品，其余的是木屑、刨花和收缩。锯片产生的碎屑和锯末通常被称为“废物”。这是因为它的售价比实木的要低得多。
对于木材制造商来说，增加其原材料的体积回收所带来的经济效益是巨大的。Van Zyl(2011)估计，对于一个中等规模的南非锯木厂来说，每年的原木产量为10万立方米，产量恢复每增加1%，就会带来大约R2的额外利润。3200万每年。在锯木加工之前，木材被转换成木材会产生体积损失，而在锯木加工之后，在二次加工过程中会产生进一步的体积损失。在二次制造环境中，原材料成本可占总成本的40%至70%的
制造费用。据估计，对于二级制造商来说，增加1%的产量可以潜在地节省2%的总生产成本。估计，这1%的浪费对一家国际二级制造公司来说，相当于每年损失4.5万欧元。
除了经济上的优势，还有与产量恢复改善相关的环境效益。如果回收的原材料较多，即树木产生的废物越少，树木的消耗量也就越少，以满足拟议的需求。
重要的问题是，是什么阻止了制造商将产量恢复率提高到1%，一个影响因素是锯缝(锯片厚度)的大小。研究表明，理论产量的差异在2.4%,3.7%当4.8毫米锯缝大小被替换为一个2.8毫米锯。另一个影响是所提供的圆木的形状特征，如直径、锥度和波及度。然而，最具挑战性的问题是如何将自然变化的木材供应与波动的木材产品需求最佳匹配所固有的复杂性。
锯木厂一直在努力使价值产量最大化，减少“锯木厂悖论”的影响。这是一个问题，只有大约一半的木材体积将被锯成木材产品，其余的是木屑或锯末和一半的锯木产品将成为低价产品由于低需求。图1所示。3更形象地说明了这一点。此外，木材产品是在混合批/流加工环境中生产的，来自高度可变的自然资源，往往具有不可预测的加工特性。
在这项研究中，“优化”或运筹学(或)技术被探索，以协助处理决策的范围内的联系，即主要锯和木材材料的撕裂。其目的是最优地满足市场需求，即最大限度地恢复产量。
1.1背景
在锯木厂，原木通过一系列的锯切操作被转换或分解成木板。如图1所示。日志分解可以看作是一个两阶段的过程。在初级阶段，原木被锯成木板，称为薄片，薄片经过进一步加工，产生有边的(纵向锯下)和有边的(横向锯下)。flitch这个术语指的是一块主要是从原木上锯下来的，有两个锯过的面和两个软/树皮
第1章。介绍
4
图1所示。3:将圆木转换成所需的一定尺寸的矩形木制品的方法有很多。每一种都被描述为不同的锯切模式(SP)。每个SP将生产不同的产品和产量。
(树的外层)边缘。木材制造业的锯木作业是按顺序进行的，需要同时进行优化以实现全球最优回收。
固体木制品的二级制造商，根据客户订单将烘干的薄片或木板锯成规定尺寸、质量和数量的尺寸部件。在美国，二级制造商也被称为粗磨机。需要注意的是，图1中锯木厂和二级制造商的区别。1并不总是那么清楚。有时锯木厂也会进行锯木作业。此外，林业或林产品工业，被视为包括锯木厂过程。
该项目聚焦于南非(SA)松树制造链。南非的锯木业是独一无二的，因为它的原材料供应几乎100%来自异国情调的种植园。新西兰以97%排在第二。南非的森林种植总面积为1。300万公顷。这些地区要么是管理严格的软木(51%)和/或硬木种植园。南非使用的硬木包括桉树和金合欢树种，主要用于纸浆和板磨。软木主要用于按尺寸锯成标准尺寸的木材，而标准尺寸通常用于建筑行业和实木产品的制造。在南非加工的种植用软木统称为南非松，包括五种不同的树种。这些种植园是由林业管理的。
第1章。介绍
5
通常是独立于锯木厂的利润中心，或独立的公司。
在锯木厂的主要故障站有几种不同的锯切技术。最常见的模式包括斜面，活，四分之一，等级和径向锯等。这些锯切操作如图1.4所示。
图1所示。4:原木锯切方法
如前所述，该项目集中在南非(SA)松树制造链。特别是制造商使用的活锯模式在日志分解操作。本研究也可应用于硬木制造商及/或在其他国家使用其他锯切模式及随后的拆料作业。例如，新西兰使用活锯对松材进行木材分解。
如图1所示。锯和它们之间的相对空间的设置方式被描述为锯切模式(SP)。这是一个重要的决定，机器设置，要优化初级锯站。确定最佳锯切模式可以看作是一个三维背包问题。日志的主要故障可以表述为众所周知的一维背包问题。将板子和/或flitch分类进一步分解为板子可以表示为一个二维背包问题。后者可以看作是将不同尺寸和不同值的矩形拟合成一个圆的问题
以这样的方式，圆的总价值是最大的。几十年来，优化锯切模式一直是各种研究人员的兴趣所在。
图1所示。5:一个特定尺寸的圆木在初级锯切操作时可能出现的两种锯切模式的例子。每种模式将产生不同尺寸的产品和体积输出。
如文献综述所述，有许多模型和软件程序可用于帮助改进行业以优化其决策。在南非最引人注目的是SIMSAW和Sawmill生产计划系统(SPPS)包，世界各地都有类似的包。SIMSAW 6是一种锯切模拟工具，它可以根据给定的输入，预测锯切产品(板材)从日志中恢复的情况。用户输入包括可能的锯切模式、日志形状特征和主要和次要日志分解机器的一些机器设置。SPPS包使用来自SIMSAW的模拟数据，并使用线性和混合整数规划技术，使锯木厂的总利润最大化，受用户设置的约束。SIM- SAW包的屏幕截图如图1.6所示。
在美国，第二代制造商有时被称为粗磨机，他们从锯木厂和其他批发商那里购买烘干的木板，然后将其锯成实木部件。这些木板经过进一步加工，以获得指定的零件尺寸，并锯掉缺陷。加工后的产品用于家具、橱柜、门窗等产品的最终组装。
图1所示。6: SIMSAW 6软件包截图。
该行业的rip和chop锯床已经从使用广泛的手工决策锯床系统，转变为能够自动决策的机器，以努力提高产量，以及其他目标。这些复杂的扫描和计算机系统的rip锯床已经开发出来，以优化木材的价值为第二制造商。这些机器在业界通常被称为“优化器”。这些“优化”机器试图解决的一个最重要的决策如图1.7所示。
虽然二级制造商已经开始合并大量的自动化和计算机化的设备，特别是在轮转优先过程中，许多过程设置仍然依赖于人类的决策。例如:选择适当等级的木材进行加工;设计了最优的带锯床包覆层;并定义合适的部分优先值为印章锯(左，2003)。目前，工业优化的电锯使用部分优先的方法来优化生产运行。通过这种方法，操作员可以人为地为某些难以切割的零件设置优先级。最近，这些优先方法已经被纳入到现代的翻译机。
其中一种方法用来优化撕裂一个传入板/飞，是有可能被撕裂的每个产品都有一个指定的优先值，有时称为美元或决策值。根据这个值，machine的计算机将确定哪些部件组合可以从板子中取出，并选择具有最高值的组合。因此，这些零件优先级值迫使机器从一个产品中抓取比另一个产品更多的产品。这些价值通常是根据满足预期需求所需的产品供应来确定的。
第1章。介绍
8
图1所示。7:例子的两种方式撕裂飞贼在撕裂操作。每个具有不同的体积和产品输出。优先级设置/值通常决定要删除哪些产品。
在比较中，对木材产品有较高需求的部件给予相当高的优先值，而对较不需要的部件给予较低的优先值。然而，这些值通常是任意赋值的，因为在现实中很难确定流经轧机的任何部件的实际值。因此，价值策略非常依赖于人的假设运行的撷取模拟。此外，这些静态的零部件价值评估策略缺乏考虑需求递减的能力。
在抓取操作中确定优先级值的设置是本研究要优化的两个关键决策变量之一。另一种是初级锯切操作的组合最优锯切方式。
1.2问题陈述
现代木材制造商正变得越来越像其他加工业，其特点是大量的、连续的原材料通过其供应链流动。原材料的可持续使用、成本的上升和日益激烈的国际竞争是锯木厂必须改进其生产实践的一些原因。大多数现代锯木厂使用优化技术来最大化原木产量。然而，锯木厂的工艺优化工具没有跟上自动化的快速发展和生产速度的提高。每个机器和监控系统通常被视为一个独立的系统，而不是作为同一过程的一部分，每个操作优化其功能与前一个和后一个操作隔离。
拥有精密光学扫描仪和执行优化技术的强大计算机的现代机器中心，通常只能在隔离状态下找到最优解决方案。因此，他们倾向于最大化单个加工件的价值，而不考虑解决方案如何适应整个生产计划。一系列局部最优过程很少会导致一个系统的全局最优。
正如文献中所强调的，在模拟木材加工操作方面有大量的研究和开发。最值得注意的是软件可用于SA锯木厂计算最佳锯模式，即SIMSAW和spp。这些程序更适合初级锯切操作(图1.1)。现有工作中最大的不足是整合了锯木厂和二级制造商的操作，特别是拆解操作。
虽然SIMSAW的边缘模拟可以在一定程度上进行操作来表示切割操作，但是模拟的结果会被导出到SPPS, SPPS会依次找到切割模式的最优分配(切割决定/设置)。这种边缘操作是模拟的，只有最大的体积(或长度)的木材产品。这种优化策略没有考虑到特定规模产品的市场需求。
行业内的拆木机旨在最大限度地恢复，同时试图满足市场需求，分配优先价值的木材产品。这个操作及其优先级值没有包含在SIMSAW和SPPS软件包中。因此需要结合rip机的设置来确定锯切模式，即零件的优先级值。
1.3目标
有必要确定适当的设置在锯和撕裂机中心的优化，这是广泛使用的行业。锯切机和拉丝机的主要决策是锯切模式和优先级值。本研究中需要优化的决策变量或设置如图1.8所示。
本论文的目的是针对一个特定的原木供应和产品需求情形，提出一种寻找最佳锯切模式和分割优先值选择的方法。这有望改进传统方法，传统方法通常单独确定这些决策变量。这些结果将与SPPS软件包的结果进行比较，SPPS软件包确定最优的锯切模式，但不满足分切优先级值的决定
第1章。介绍
10
日志
腌的木材
EXPECCTED木材的需求
EXPECCTED日志供应
决定锯/设置优先级
值模式
图1所示。8:本研究拟建立的锯木作业模型。
变量。这是因为，撕裂的优化战略是最大的音量，没有留下设置，以调整什么产品应该根据需求撕裂。
1.4论文概述
为了解决所述的问题，确定所述的目标，本研究的其余部分的结构如下:
bull;第2章回顾了当前的研究和发展应用于锯木和撕裂业务的木材行业。
bull;第三章重点介绍了本研究使用的材料和方法。具体地说，是解决所述问题的方法和所使用的优化技术。
bull;第4章展示了模型是如何解决制定的问题和使用的建模软件工具。
bull;第5章描述了如何从实际案例公司数据中估算出模型的重要参数。
bull;第六章讨论结果。
bull;第七章得出结论并提出未来的工作。
第二章
木制品行业是一个独特的加工环境。从圆木中生产方维木材和从木材中进一步生产方维木制品是其他行业不知道的一个生产步骤。因此，尽管有许多类似的建模技术应用于其他行业，
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[237012]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
