Công nghiệp rừng 86 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1 2016 PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN CƯA VÒNG XẺ GỖ Hoàng Việt TS Trường Đại học Lâm nghiệp TÓM TẮT Máy và thiết bị chế biến gỗ nói chung, cưa vò[.]
Cơng nghiệp rừng PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN CƯA VỊNG XẺ GỖ Hồng Việt TS Trường Đại học Lâm nghiệp TĨM TẮT Máy thiết bị chế biến gỗ nói chung, cưa vịng nói riêng chế tạo với nhiều kiểu loại thông số kỹ thuật khác Lựa chọn máy thiết bị đảm bảo phù hợp với quy mơ, trình độ cơng nghệ, mang lại hiệu kinh tế cao cần phải có phương pháp luận khoa học Phương pháp lựa chọn cưa vòng sở giải toán tối ưu đa mục tiêu tiến hành nghiên cứu giải vấn đề: phân tích, lựa chọn thiết lập hàm mục tiêu, lựa chọn tham số ảnh hưởng, lập mô hình tốn học tốn lựa chọn thiết bị, phương pháp giải toán tối ưu Ứng dụng nghiên cứu triển khai sở chế biến gỗ khu vực La Xuyên, Nam Định Kết thực nghiệm xác lập hàm mục tiêu tốn tối ưu theo tương quan với thơng số cơng suất máy cần lựa chọn là: chất lượng bề mặt sản phẩm xẻ, suất máy, lợi nhuận đời máy, hiệu vốn đầu tư Giải toán tối ưu phương pháp hàm tổng quát, đề xuất máy cưa vòng CD8 Đồng Tháp thiết bị phù hợp với điều kiện sản xuất khu vực La Xuyên Từ khóa: Chế biến gỗ, cưa vòng, hàm mục tiêu, lựa chọn máy, tối ưu đa mục tiêu I ĐẶT VẤN ĐỀ Quá trình mở cửa, hội nhập quốc tế nhu cầu đời sống xã hội tạo hội lớn cho phát triển ngành chế biến gỗ nước ta Cả nước có khoảng 4000 doanh nghiệp chế biến gỗ, hàng năm tạo khối lượng lớn sản phẩm đồ gỗ, vật liệu từ gỗ cung cấp cho thị trường nội địa xuất Riêng xuất đồ gỗ, Việt Nam trở thành nước đứng đầu Đông Nam Á, thứ hai Châu Á (sau Trung Quốc) lọt vào tốp 10 nước xuất hàng đầu giới, năm 2015 kim ngạch xuất đạt xấp xỉ tỷ USD, tiêu đạt kim ngạch 10 tỷ USD vào năm 2020 ngành chế biến gỗ xuất Việt Nam điều khả thi Trong công nghệ chế biến gỗ doanh nghiệp, sở sản xuất quy mô vừa nhỏ (chiếm đa số doanh nghiệp) khâu xẻ nguyên liệu gỗ trịn, gỗ hộp giới hóa, thiết bị xẻ chủ yếu cưa vòng nằm Qua khảo sát thực tế cho thấy có nhiều loại cưa vịng với trình độ kỹ thuật khác nhau, suất khác nhau, việc lựa chọn thiết bị phù hợp với điều kiện sản xuất cụ thể khó khăn Nhiều doanh nghiệp, nhà máy đầu tư cưa vịng khơng chủng loại, cơng suất 86 máy gặp phải bất cập việc nâng cao suất, chất lượng gia công, giá thành sản phẩm cao dẫn tới tính cạnh tranh sản phẩm hấp dẫn thị trường tiêu thụ Nghiên cứu thực với mục đích đề xuất phương pháp khoa học, khả thi lựa chọn cưa vòng nằm xẻ gỗ cho sở sản xuất Kết nghiên cứu sở phục vụ cho giải toán lựa chọn thiết bị hợp lý cho công nghệ chế biến gỗ II ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu loại cưa vòng nằm chế tạo nước sử dụng phổ biến sở chế biến gỗ quy mô vừa nhỏ - Vật liệu sử dụng thực nghiệm xác định tiêu đánh giá lựa chọn thiết bị gỗ Gụ Dáng hương 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Tổng hợp số liệu quy trình cơng nghệ, đặc tính kỹ thuật loại cưa vòng điều tra khảo sát thực tế sở chế biến gỗ quy mô vừa nhỏ - Áp dụng lý thuyết tính tốn lựa chọn thiết TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2016 Công nghiệp rừng bị để thiết lập hàm mục tiêu, xác định tham số ảnh hưởng, sử dụng lý thuyết giải toán tối ưu đa mục tiêu để xác định thông số tối ưu thiết bị cần lựa chọn - Áp dụng phương pháp thực nghiệm chủ động quy hoạch thực nghiệm Xử lý số liệu thí nghiệm xác định tương quan tốn học phần mềm Excel chương trình xử lý số liệu đa yếu tố OPT máy vi tính Giải tốn tối ưu, từ lựa chọn thiết bị phù hợp với điều kiện cụ thể doanh nghiệp III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Thiết lập tiêu kinh tế kỹ thuật cưa vòng xẻ gỗ Thiết bị cưa vòng xẻ gỗ phải thỏa mãn yêu cầu sử dụng suất xẻ cao, chất lượng mạch xẻ tốt, tiêu hao điện thấp, vốn đầu tư phù hợp với điều kiện kinh tế sở sản xuất Để giải yêu cầu ta phải thiết lập tiêu kinh tế kỹ thuật đặc trưng thiết bị 3.1.1 Các tiêu kỹ thuật a) Chất lượng gia công Chất lượng gia công chi tiết gỗ giới đặc trưng chất lượng bề mặt gia cơng độ xác gia cơng Hai nội dung xét phạm vi xác cao kích thước nhỏ - tế vi, chúng có liên quan chặt chẽ với nhau, song với kích thước lớn chúng có khác Chất lượng gia cơng có liên quan mật thiết đến chất lượng thành phẩm, mục tiêu cuối công nghệ gia công thành phẩm Thực tế sở sản xuất nay, nghiệm thu ván gỗ xẻ người ta quan tâm nhiều đến độ nhẵn phẳng bề mặt xẻ Do vậy, để đánh giá chất lượng gia công nghiên cứu sử dụng tiêu độ phẳng mặt ván xẻ xác định biểu thức: ∆= 1− 100 , % (1) Trong đó: Δ - độ phẳng bề mặt ván xẻ, % ; h - chiều cao mấp mô lớn nhất, mm; l - chiều dài ván đo độ mấp mô, mm Theo biểu thức (1) với ván xẻ có chiều dài đo độ mấp mơ cố định, chiều cao mấp mơ lớn độ phẳng thấp, tương ứng chất lượng gia công thấp Ngược lại độ mấp mô nhỏ độ phẳng cao, chất lượng ván xẻ cao b) Năng suất xẻ gỗ cưa vòng Quan trọng điều kiện cần thỏa mãn suất máy hay dây chuyền, khơng chế độ chế độ gia cơng lấy tối ưu tương ứng với máy lựa chọn, khơng đảm bảo suất u cầu Đối với máy cưa vòng suất xẻ xác định công thức: = , m2/ca (2) Trong đó: Nca - suất xẻ ca làm việc, m2/ca; T - thời gian làm việc ca, s; F - diện tích mạch xẻ, m2; k - hệ số sử dụng thời gian máy (k = 0,75 – 0,85); t1 thời gian đưa gỗ vam gỗ vào bệ, s; t2 - thời gian chỉnh cưa lấy kích thước ván, s; t3 thời gian đẩy cưa hết chiều dài ván, lùi cưa lại hạ cưa xuống để xẻ mạch khác, s; n - số mạch xẻ đạt Dựa vào cơng thức (2) ta tính suất xẻ gỗ loại cưa khác lý thuyết Ngồi ta tính suất loại cưa thực nghiệm 3.1.2 Chỉ tiêu kinh tế Chỉ tiêu kinh tế đánh giá tiêu cụ thể sau: a) Giá thành sản phẩm Giá thành sản phẩm tồn chi phí q trình xẻ tính tiền đơn sản phẩm (đồng/m2) xác định công thức sau: Cp = Cnc + Cnl + Ckhm + Ckhx + Ckhb + Csc + +Cls + Ckhlc, (đ/m2) (3 ) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2016 87 Công nghiệp rừng Trong đó: Cp - chi phí sản xuất tính cho m ván xẻ được, đ/m2; Cnc - chi phí nhân cơng tính cho m2 ván xẻ, đ/m2; Cnl - chi phí điện tính cho m2 ván xẻ, đ/m2; Ckhm - chi phí khấu hao máy tính cho m2 ván xẻ được, đ/m2; Csc- chi phí sửa chữa tính cho m2 ván xẻ được, đ/m2; Cls - chi phí lãi suất vay vốn đầu tư thiết bị, đ/m2; Ckhlc - chi phí khấu hao lưỡi cưa tính cho m2 ván xẻ được, đ/m2 b) Chỉ tiêu lợi nhuận Chỉ tiêu kinh tế quan trọng để lựa chọn thiết bị lợi nhuận mà thiết bị làm năm đời máy Trong tiêu bao hàm tiêu suất tiêu giá thành sản phẩm (chi phí sản xuất) - Lợi nhuận ca máy tính tốn theo cơng thức sau: = − (4) Ở đây: Lca - lợi nhuận ca máy tính đồng, đ; Nca - suất ca làm việc, tính theo cơng thức (2); kg - đơn giá th khốn đơn vị sản phẩm, lấy theo đơn giá thực tế địa phương; Cp - chi phí cho đơn vị sản phẩm, tính theo cơng thức (3) - Lợi nhuận năm máy tính theo: = − (5) Trong đó: Ln - lợi nhuận năm máy; D - số ca làm việc năm máy Do số ca làm việc năm loại máy cưa tương đối nên để lựa chọn xác sử dụng tiêu lợi nhuận đời máy để tính tốn lựa chọn - Lợi nhuận đời máy tính theo biểu thức: =∑ + = − + (6) Trong đó: n - số năm làm việc máy; Z - giá lý máy 88 c) Thời gian hoàn vốn (Tv) kể lãi suất vay vốn đầu tư Thời gian hoàn vốn tính theo cơng thức sau: ( = ) (7) Trong đó: Tv - thời gian hồn vốn máy, năm; Znd - giá bán buôn máy, Znd = + p, p lãi suất hàng năm phải trả cho vốn mua máy d) Hiệu vốn đầu tư Hv Hiệu vốn đầu tư tiêu tổng hợp đánh giá thiết bị, cho biết đồng vốn đầu tư để trang bị máy thu lại Biểu thức xác định hiệu vốn đầu tư có dạng: = ( ) (8) Trong đó: Th - thời hạn sử dụng máy tính theo hồ sơ 3.2 Thiết lập hàm mục tiêu để lựa chọn cưa vòng xẻ gỗ Như phần trình bày để đánh giá, lựa chọn thiết bị người ta đề nhiều tiêu, bao gồm: tiêu suất, chất lượng sản phẩm, tiêu chi phí sản xuất, lợi nhuận hàng năm hiệu vốn đầu tư Việc lựa chọn tất tiêu để tính tốn, lựa chọn phức tạp tốn nhiều thời gian, mặt khác số tiêu lại ảnh hưởng, phụ thuộc lẫn Do vậy, nghiên cứu chọn số tiêu quan trọng nhất, chi phối tiêu khác để làm hàm mục tiêu - Trong tiêu phân tích tiêu quan trọng nhất, chi phối nhiều nhất, tiêu suất máy Năng suất máy cao tốt, suất cao cho hiệu kinh tế lớn Do hàm mục tiêu lựa chọn suất, ký hiệu Ns, đơn vị tính m2/h - Việc sử dụng cưa phải mang lại hiệu kinh tế máy áp dụng rộng rãi, từ tiêu kinh tế phải xem xét Để có TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2016 Công nghiệp rừng hiệu kinh tế cao chi phí cho ngun cơng xẻ thiết bị phải thấp nhất, suất máy cao Từ phân tích chúng tơi chọn hàm mục tiêu hàm lợi nhuận đời máy để tính tốn, hàm mục tiêu lợi nhuận bao hàm hàm suất hàm chi phí sản xuất, ký hiệu LT, đơn vị tính (đồng/đời máy) - Trong sản xuất kinh doanh, tiêu quan tâm tiêu hiệu vốn đầu tư, hiệu vốn đầu tư lớn có nghĩa đồng vốn bỏ mà thu lợi nhuận cao từ khuyến khích doanh nghiệp vay vốn đầu tư mua sắm máy móc, tiếp cận công nghệ Trong nghiên cứu chọn hàm mục tiêu hiệu vốn đầu tư, ký hiệu Hv - Trong xẻ gỗ tiêu quan trọng khác tiêu chất lượng sản phẩm xẻ, tiêu chí quan trọng chất lượng sản phẩm xẻ độ phẳng bề mặt ván xẻ Độ phẳng bề mặt ván xẻ ảnh hưởng lớn đến tiêu hao gỗ chi phí q trình gia cơng tiếp theo, từ ảnh hưởng lớn đến giá thành sản xuất sản phẩm đồ mộc Trong nghiên cứu chọn hàm tiêu độ phẳng bề mặt ván xẻ để tính tốn, ký hiệu Δ Tóm lại: Từ phân tích trên, nghiên cứu chọn bốn hàm mục tiêu suất Ns, lợi nhuận đời máy LT, hiệu vốn đầu tư Hv độ phẳng bề mặt ván xẻ Δ để lựa chọn thiết bị Loại máy cưa vòng thỏa mãn đạt giá trị lớn bốn hàm mục tiêu lựa chọn, khuyến cáo sở sản xuất, doanh nghiệp đầu tư mua sắm 3.3 Lựa chọn tham số ảnh hưởng đến hàm mục tiêu Từ thực tế sản xuất cho thấy, nhóm yếu tố thuộc loại gỗ, kích thước gỗ nhóm yếu tố ngẫu nhiên khơng điều khiển nên nghiên cứu tiến hành chọn điều kiện định, đặc trưng cho loại gỗ, kích thước gỗ số sở sản xuất La Xuyên, Ý Yên, Nam Định để làm thực nghiệm nghiên cứu Nhóm yếu tố cơng nghệ sử dụng nhóm yếu tố điều khiển, lựa chọn theo yêu cầu, cần lựa chọn loại sơ đồ công nghệ xẻ hợp lý nhất, lựa chọn công nhân vận hành máy có tay nghề cao, đào tạo bản, có nhiều kinh nghiệm q trình vận hành cưa xẻ địa phương để tiến hành nghiên cứu thực nghiệm xác định tiêu kinh tế, kỹ thuật số loại máy cưa vịng Nhóm yếu tố thuộc máy nhóm yếu tố ảnh hưởng đến tiêu kinh tế kỹ thuật, nhóm yếu tố điều khiển theo ý muốn người lựa chọn Trong yếu tố thuộc máy cơng suất máy yếu tố quan trọng chi phối yếu tố khác Như mục tiêu nghiên cứu đề lựa chọn loại máy phù hợp để xẻ gỗ, nghiên cứu chọn tham số ảnh hưởng đến hàm mục tiêu cơng suất máy N, đơn vị tính kW 3.4 Mơ hình phương pháp giải tốn lựa chọn cưa vịng xẻ gỗ Từ kết phân tích ta có mơ hình tốn học dạng tổng quát toán lựa chọn cưa vòng xẻ gỗ: = ( = ( = ( ⎨∆ = ( ⎪ ⎩ < ⎧ ⎪ ) → ) → ) → ) → < (9) Bài toán tối ưu đa mục tiêu chuyển toán mục tiêu qua phiếm hàm mục tiêu F(xi) → max đó, với ràng buộc điều kiện biên Ta có phương pháp chuyển sau: a) Phương pháp thứ tự ưu tiên Đây phương pháp (theo lịch sử toán) Nội dung số mục tiêu dạng (9) chọn lấy tiêu quan trọng nhất, chủ yếu (theo quan điểm đó), ví dụ Hv, tiêu khác coi điều kiện giới hạn (điều kiện TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2016 89 Cơng nghiệp rừng 0