Учет и контроль

Автоматизация клеймения для ведения сквозного бесконтактного учета заготовленных круглых лесоматериалов.

В то же время существует целый спектр проблем, связанных с машинным учетом заготовленной древесины, основной из которых является отсутствие у иностранной техники методов приемки, совпадающих с отечественным ГОСТом. Так, в соответствии с ГОСТ 32594-2013 «Лесоматериалы круглые. Методы измерений», действующим с 2015 года, объем круглых лесоматериалов определяется объемом цилиндра по нормированной длине (без учета технических припусков) и диаметру верхнего торца. Система измерения головки харвестера требует регулярной калибровки и настройки измерительной системы, что даже при систематическом их квалифицированном выполнении приводит к расхождению измерений плотного объема от 2 до 3  %. При этом не менее существенной является проблема машинного ведения учета всего плотного объема заготовленных сортиментов без учета припусков и т. д. К тому же естественным дестабилизирующим фактором является машинный учет объема сортиментов без вычета (или некорректного вычета) длин припусков, коры, откомлевок, фаутной древесины и т. п.

Кроме того, для экспорта пиломатериалов чаще всего используется информационная табличка, на которой размещены надписи атрибутов пакета и штрихкод, имеющий привязку к корпоративной базе данных замаркированной древесины.

Очевидные сложности применения для маркировки штрихкодовых ярлыков в реальных условиях транспортировки леса предопределили применение в отрасли электронных идентификаторов различных типов, в том числе на основе технологий радиочастотной идентификации (РЧИ).

В настоящее время сбор необходимой информации в корпоративной базе данных о деревьях лесного фонда осуществляется с применением дистанционных методов различного уровня. Однако не решены вопросы физической привязки имеющейся информации и данных о заготовленных сортиментах к каждому конкретному изделию и получения этой информации из корпоративной базы данных после считывания идентификационного кода с использованием технических средств.

БЕСКОНТАКТНАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ
Для решения поставленной задачи разработаны метод и алгоритм, реализованные в виде защищенной патентом конструкции технологического оборудования лесозаготовительной машины (патент РФ № 153577. Агрегат для лесопользования / Казаков Н. В., Кривошеева Р. Н. Опубл. 27.07.2015. Бюл. № 21).

В практике лесопользования информационная табличка, на которой размещены идентификационные надписи и штрихкод, прикрепляется различными способами к маркируемой древесине и затем сканируется. Однако широкое применение в практике лесопользования такой маркировки и/или клеймения древесных материалов проблематично в силу высоких затрат, связанных с использованием ручного труда и низкой эффективности его применения по ряду показателей, главным из которых на практике являются недостатки визуальной маркировки произрастающих древесных ресурсов и круглых лесоматериалов.

Очевидны также проблемы применения визуальных штрихкодовых идентификаторов в реальных условиях транспортировки маркированных бревен.

Указанные выше недостатки визуальных маркировок в различных отраслях, использующих маркировку, контактирующую с внешней средой, предопределили применение электронных идентификаторов, обеспечивающих их дистанционное зондирование.

В настоящее время при практическом учете больших количеств электронно маркируемых изделий выбор в пользу использования электронного пассивного идентификатора (ПИ) определяется его бесконтактной работой, низкой стоимостью, малыми габаритами, практичностью, высокой надежностью и долговечностью.

Разработанный метод и способ электронного учета, маркировки и клеймения древесины в процессе заготовки и первичной переработки реализует принцип совмещения этих операций. Рабочий орган лесозаготовительной машины оснащается автоматическим устройством внедрения в древесные слои модифицированной конструкции ПИ, идентификационный номер которого связывается с атрибутами замаркированной древесины и сохраняется в базе данных. Среди отличий от стандартных ПИ можно выделить некоторые конструктивные элементы, модификация которых заключается в исполнении ПИ в оригинальном корпусе, состоящем из композитных полимерных материалов, металлической армирующей сетки, выполненной в виде контура приемно-передающей антенны (колебательный контур LC). Применение алюминиевых элементов для армирования ПИ обеспечивает сокращение его размеров и увеличение прочности внедряемого в тело древесины идентификатора. Кроме того, корпус ПИ выполнен в форме клина, что способствует более легкому и глубокому внедрению в слои древесины и в конечном счете обеспечивает гарантированную сохранность при неоднократных перевалках.

ПИ – это цифровой идентификатор, имеющий уникальный код и являющийся средством электронной бесконтактной идентификации маркированных объектов. Дальность устойчивого считывания современных ПИ может достигать до 10 м (и более) и зависит от мощности высокочастотного сигнала считывателя и рабочего диапазона частот. Способность чтения нескольких размещенных в пределах поля считывания ПИ функционирует благодаря механизму антиколлизий и позволяет системе правильно проводить регистрацию до ста ПИ одновременно. Неоспоримым преимуществом применения ПИ также является способность их фиксации в движении при транспортировке.

Информационная система бесконтактного пассивного ответчика-идентификатора представляет собой однократно программируемое пассивное запоминающее устройство, считывание информации которого и электропитание производятся по встроенному радиоканалу путем возбуждения колебательного контура, выполненного в виде направленной антенны для увеличения расстояния между удаленным считывателем и продукцией.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ?
Структурная схема системы обработки сигнала приведена на рис. 1 и работает следующим образом: кодовая посылка направленного электромагнитного сигнала в определенном формате, сформированная методом фазовой манипуляции, модулирует несущую частоту по амплитуде.

Рис. 1. Принципиальная схема идентификации произведенной и клейменной электронным пассивным идентификатором (ПИ) продукции в ЕГАИС

Сущность способа поясняется на рис. 2, где приведена схема узла клеймения лесозаготовительной машины, состоящей из технологического оборудования заготовки и первичной обработки, которое включает: манипулятор (1), харвестерную головку (2), устройство автоматического клеймения (3), электронный идентификатор (РЧИ)  (4). При этом устройство  для клеймения сортиментов выполнено с возможностью внедрения (вбивания) ПИ предложенной конструкции, обеспечиваю-щей дальнейший бесконтактный учет заготовленной древесины, в нижний торец сортиментов.

Рис. 2. Схема устройства для клеймения круглых лесоматериалов:
1 – манипулятор;
2 – харвестерная головка;
3 – устройство клеймения;
4 – электронный пассивный идентификатор (ПИ)

После срезания деревьев машина осуществляет их клеймение приспособлением (главный рисунок - Схема технических средств ведения автоматического учета круглых лесоматериалов, подлежащих вывозке с лесосеки: 1 – манипулятор; 2 – захват; 3 – считыватель РЧИ; 4 – динамометр; 5 – АРМ оператора) путем внедрения в древесину ПИ. Клеймение может быть выполнено в виде модификации устройства автоматической клеймовочной головки. Далее, после обрезки сучьев и раскряжевки, маркированный сортимент перемещают на склад. При этом считанная в процессе обрезки сучьев и раскряжевки информация о сортименте (объем, диаметр, длина, порядковый номер и др.) связывается в базе данных бортовой информационной системы с уникальным номером ПИ и данными о дереве, а затем передается в корпоративную базу данных для учета древесины.

В отличие от аналогов, предлагаемое решение обеспечивает повышение совокупной эффективности производства за счет автоматизации клеймения ПИ и электронного учета заготовленной древесины.

Для организации автоматического учета круглых лесоматериалов при погрузке на подвижной состав предложен способ формирования сопроводительного документа, защищенного программными и аппаратными средствами.

На рис. 3 изображены сопроводительный документ и его защищающие визуальные и аппаратные средства, обеспечивающие сокращение простоев при проверке легальности происхождения и перемещений древесины. Дополнительным уровнем защиты соответствия печатных документов их электронным дубликатам являются их внутрисистемное шифрование и электронная подпись, осуществляемая с использованием личного аппаратного ключа, содержащего номер оператора.

Рис. 3. Двухмерный штрихкод (QR-код) и идентификатор для защиты информации на сопроводительном документе на транспортировку древесины, с элементами защиты информации

Николай Казаков, д. т. н., доцент
Римма Кривошеева, аспирант, Тихоокеанский государственный университет