История, методология и современные проблемы науки о механической обработке древесины методические указания по изучению курса для студентов, обучающихся по направлению 250400

Несмотря на то, что студенты факультета МТД детально изучают только технологию и оборудование фанерного производства, им необходимо знать и исторические тенденции развития всех видов плитных материалов из древесины (фанера и другие клееные материалы из шпона, ДСтП, MDF, ДВПт, ДВПм, OSB), т.к. эти материалы являются товарамизаменителями (конкурентами) фанеры. Студент должен понимать, что существуют два принципиально различных направления ассортиментной стратегии деревообрабатывающих предприятий и производств, потребляющих древесные материалы (строительных и мебельных):

-преимущественное развитие материалов и изделий из цельной древесины (в том числе и клееной: клееный щит, клееный брус, фанера, клееные деревянные конструкции и их элементы из пиломатериалов и шпона);

-преимущественное развитие материалов и изделий из измельченной древесины (древесностружечные (ДСтП и OSB), древесново-

локнистые (ДВПт, ДВПсп (MDF), ДВПм) и плиты на минеральных вяжущих).

Россия, по нашему мнению, должна направлять усилия на развитие по первому пути, в этом её конкурентное преимущество по сравнению со странами с дефицитом лесных ресурсов. Невостребованная при первом направлении развития древесина должна найти применение, в первую очередь, в ЦБП и для получения энергии.

Рассмотрев исторически тенденции развития ассортиментной политики, студент приступает к анализу технической политики, развития технологии и оборудования, в первую очередь, фанерного производства, которая была направлена, так же как и в лесопилении на: снижение затрат ручного труда, повышение производительности, организации непрерывнопоточного производства путем синхронизации производительности оборудования, повышение качества продукции и снижение затрат на её производство, улучшение функциональных свойств фанеры конкретного назначения и др. С этой целью создавалось оборудование, реализующее различные способы обработки древесины при лущении, сушке, прессовании и облагораживании.

Далее студент по аналогичной схеме приступает к анализу основных этапов развития ассортиментной и технической политики предприятий по производству изделий из древесины: деревянных домов заводского изготовления, столярно-строительных изделий и мебели.

Особое внимание при этом необходимо уделить влиянию предпочтений потребителей, т.к. перечисленная выше продукция является товаром потребительского спроса. Необходимо знать:

21

-тенденции развития конструктивного и архитектурного решений деревянных домов заводского изготовления (с несущими стенами, каркасные, каркасно-панельные) и светопрозрачных ограждающих конструкций, стилей мебели;

-тенденции развития древесных материалов, используемых в производстве различных изделий из древесины, и технологий их производства;

-влияния форм организации общественного труда (концентрация, комбинирование, специализация и комбинирование) на развитие технологий и оборудования;

-тенденции технического развития по направлениям общим для деревообработки.

Затем следует приступить к изучению основных результатов научной деятельности в области деревообработки в последней четверти ХХ века, которая характеризуется, в первую очередь, широким внедрением компьютерной техники, применением информационных технологий, использованием высокотехнологичных средств экспериментальных исследований.

На базе этих исследований создаются новые материалы, технологии и оборудование, совершенствуются методы и средства контроля качества технологических операций и продукции.

Тема 4. Заключение При изучении этого раздела студенту необходимо уяснить основные

тенденции развития ассортимента продукции из древесины, технологий и оборудования механической обработки древесины на соответствующем историческом этапе в зависимости от потребностей человека и общества, уровня его развития, развития форм организации общественного труда.

Во второй половине ХХ века проводятся широкомасштабные исследования, направленные не только на увеличение объемов производства товаров из древесины, но и на комплексность использования древесного ресурса, уменьшение потерь сырья в технологическом процессе, снижение количества отходов, повышение качественных характеристик и долговечности древесных материалов и изделий.

4.2. Методические указания по изучению дисциплины «Современные проблемы науки о механической обработке древесины»

Тема 1. Введение При изучении этого раздела дисциплины студент должен понимать

результаты влияния перехода экономики страны на рыночные принципы на стратегию развития деревообрабатывающих производств, формирова-

22

ние ассортиментной, технической, инновационной и внешнеэкономической политики предприятий. Активное вхождение страны в мировую экономику, понимание необходимости быть конкурентоспособными побуждает производства к внедрению современных технологий и оборудования, зачастую зарубежных производителей, что, в свою очередь, требует изменения подходов к научно-образовательному обеспечению промышленности.

С одной стороны, как и ранее, необходимо создавать материалы, технологии и оборудование на уровне или выше уровня мировых аналогов, с другой стороны – содействовать трансферту и адаптации зарубежных высокотехнологичных материалов, технологий и оборудования к отечественным условиям. В этой связи, в еще большей степени возрастает роль подготовки высококвалифицированных специалистов для отрасли. Определяя тенденции развития тех или иных направлений научной и образовательной деятельности, студент должен понимать основные принципы востребованности продукции из древесины, требования к её качественным характеристикам, возможности использования тех или иных пород древесины, исходя их анализа лесосырьевой базы.

Тема 2. Основные направления научного поиска в области механической обработки древесины

Студент должен понимать, что современный уровень развития науки о древесине таков, что обоснование технологии обработки древесины необходимо выполнять на основе её строения и свойств на микроуровне. Необходимо, в первую очередь, исследовать маловостребованные промышленностью породы древесины, определить возможные области их применения, особенности их строения, физические и химические свойства, влияющие как на формирование будущего продукта, так и его эксплуатационные качества, а также на способы и средства обработки. Это в большей степени относится к таким породам древесины как лиственница и осина. Лиственница, обладающая высокими физико-механическими свойствами и естественной биостойкостью, мало востребована в связи с технологическими трудностями обработки; осина, несмотря на достаточно высокие относительно её плотности механические свойства, также не находит широкого применения в промышленном производстве, а, с учетом её высокой воспроизводимости, ухудшает породно-качественный состав древостоев. Именно эти породы древесины требуют тщательного изучения и определения их места в экономике.

Далее студент приступает к изучению современных проблем наукоемких технологий обработки древесины, её взаимодействия с различными веществами в процессе пьезо- и гидротермической обработки древесины.

23

Одной из проблем современной науки о древесине и её переработке является создание адекватной модели древесины как капиллярнопористого деформируемого тела. При этом древесина рассматривается как неоднородная пористая среда, в которой при её технологической обработке имеют место взаимодействия с твердыми телами, жидкостями и газами. Совместное воздействие на пористый материал деформационных, тепловых и фильтрационных нагрузок существенно меняет физические законы и геометрические соотношения, управляющие этими процессами в отдельности – законы Гука, Дарси, Фурье, уравнения равновесия и сплошности. В результате возникает система нелинейных уравнений, определяющая математическую модель древесины как капиллярно-пористого, вязкоупругого материала, взаимодействующего с жидкостью, газом. В сочетании с краевыми условиями, задаваемыми на подвижных границах (задача Стефана), с учетом наследственного характера деформаций, эти уравнения позволят изучать процессы обработки древесины. В этой модели для оценки пористости древесины может быть использована теория фракталов, а для оценки разрушения – теория трещин.

Разработанные на основе этой модели методики могут быть использованы при проектировании новых и управлении существующими технологическими процессами гидро- и пьезотермической обработки древесины и древесных материалов, взаимодействия твердой и жидких фаз при формировании древесных материалов, их склеивании и отделке (облицовывании), что, в конечном итоге, позволит получать продукцию с заранее заданными свойствами, с учетом специфики свойств древесины и её строения, повысить эффективность производства.

Студенту необходимо знать, что в последние годы важной является проблема создания систем управления качеством продукции и интеллектуальной поддержки инженерных решений. Эти системы предназначены для исследования на ЭВМ таких практических ситуаций, которые анализируются экспертами с учетом накопленного ими опыта, знаний и интуиции. Реально воплотимой сегодня является система многовариантного проектирования технологии, которая позволяет разработать несколько вариантов процесса, а затем выбрать оптимальный, базирующийся на объективной, либо экспертной оценке конкурирующих вариантов.

Далее студент переходит к изучению современных методов и средств научного поиска в области древесиноведения и механической обработки древесины: сканирующей электронной микроскопии, термомеханического анализа, ИК-спектроскопии, электронного парамагнитного резонанса, ультразвуковых методов анализа, тепловидения, моделирования и обработки данных на ЭВМ и др.

24

Тема 3. Основные направления развития технологий и оборудования для механической обработки древесины

Студент должен знать основные направления развития технологий и оборудования для механической обработки древесины с учетом влияния состояния техники деревообработки, лесосырьевой базы России, ментальности населения, экономической ситуации в стране и др. факторов. При их анализе необходимо уяснить тенденции равития способов обработки древесины резанием (пилением, лущением, цилиндрическим фрезерованием, строганием, торцовым фрезерованием, долблением, сверлением, лазерным лучём, раскаленной нитью и др.); сушки древесины (классические способы, центрифугированием, вакуумированием, токами СВЧ и др.); гидротермической обработки древесины (проваркой, пропаркой, пропиткой и др.); пьезотермической обработки древесины (плоским прессованием, вальцеванием и др.); склеивания и защиты древесины (методы нанесения, отверждения, облагораживания).

Студенту необходимо уметь анализировать известные способы и методы обработки древесины с точки зрения их материало- и энергоемкости, безопасности, качества обработки и продукции в целом, производительности и т.д.

Далее необходимо знать современные тенденции в развитии оборудования в области лесопиления, производства фанеры, столярностроительных изделий и мебели и те новые научно-технические решения, на основе которых было создано это оборудования. Эти знания, безусловно, должны быть сформированы у студента на основе изучения специальных дисциплин.

Тема 4. Заключение В заключение студенту необходимо уяснить существующие сегодня

научные мнения по дальнейшему использованию биомассы дерева, способам её переработки, перспективным материалам и изделиям из древесины, основываясь на теории жизненного цикла товара. Важным представляется понимание студентом перспектив развития деревообрабатывающих технологий и оборудования и направлений научного поиска для обеспечения развития отрасли.

25

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………………………. 3

1.Общие методические указания по изучению курса………………... 5

2.Тематическое содержание дисциплин………………………………. 6

2.1.История и методология науки о механической обработке древесины………………………………………………………… 6

2.2.Современные проблемы науки о механической обработке древесины…………………………………………………………. 7

3.Библиографический список………………………………………….. 8

3.1.Основная литература…………………………………………….. 8

3.2.Дополнительная литература…………………………………….. 9

4.Методические указания по изучению курса………………………... 10

4.1.Методические указания по изучению дисциплины «История и методология науки о механической обработке

древесины»………………………………………………………... 10

4.2.Методические указания по изучению дисциплины «Современные проблемы науки о механической обработке

древесины»………………………………………………………... 22

26

Анатолий Николаевич Чубинский

Екатерина Николаевна Кандакова

История, методология и современные проблемы науки о механической обработке древесины

Методические указания

27