О тенденциях развития деревообрабатывающей промышленности
Автор предлагает свое видение возможных изменений в деревообрабатывающей отрасли в ближайшей и средней перспективе. Разумеется, этот прогноз субъективный, но основан на многолетнем опыте автора, в том числе на знании тенденций развития техники и технологий деревообработки.
Сначала постараемся ответить на вопрос: «Что означает цифровая экономика применительно к деревообработке?». Вероятно, речь о том, что в ближайшей перспективе все больше процессов, связанных с изготовлением продукции из древесины, будет под контролем компьютерной техники и роботов.
Древесина отличается от других конструкционных материалов (металла, бетона, стекла, пластмассы и пр.) большой изменчивостью. Если многие материалы обладают характеристиками, заданными им человеком, то древесина является «вещью в себе». Ее свойства нельзя предвидеть. Поэтому для оптимального решения технологических задач необходима индивидуальная оценка каждого сортимента. Можно предположить, что большинство технологических процессов лесо- и деревообработки будут начинаться с применения измерительной техники, которая позволит оценить главные характеристики предмета труда: его размеры и форму, плотность, наличие пороков и пр.
Подобная техника уже существует. Современные сканеры позволяют «видеть» структуру круглых сортиментов толщиной до 40 см. Воплощается в жизнь простой принцип: сначала разведка, потом обработка. Подобные системы позволяют оптимально раскроить хлысты на сортименты, пиловочные бревна - на пиломатериалы, фанерные кряжи - на чураки, пиломатериалы - на заготовки с учетом всех важнейших параметров материала и задач по получению конечного продукта. Помимо этого, сканирование позволяет наиболее точно определить область применения получаемого продукта, что особенно важно в строительстве и других областях, где первостепенное значение имеют прочность и надежность продукта, а не внешний вид.
Какие же изменения могут произойти на разных этапах цикла деревообработки?
Объем мирового производства пиломатериалов в 2016 году составил 456 млн м3, (+2% к 2015 году). Доля России в этом объеме около 5%.
На нижнем складе лесопильного предприятия первой операцией является сортировка пиловочника по разным параметрам. Современные измерительные станции сортировочных линий могут дать всю необходимую информацию о каждом сортименте и отправить его в определенный карман линии. Если на каждое пиловочное бревно наносить штрих-код в виде несмываемой метки на торце сортимента, то число сортировочных карманов можно значительно сократить.
Не исключены изменения и в окорочной технике. В нашей стране успешно работают роторные окорочные станки типа Cambio (Швеция) или Valon Kone (Финляндия) со скоростью подачи до 120 м/мин. Фрезерные окорочные станки требуют меньше энергзатрат, но отличаются низкой производительностью (до 15 м/мин). В компаниях США и Канады иногда используют гидравлический способ окорки, но он довольно энергозатратный. Можно ожидать, что появятся принципиально новые способы окорки, которые со временем станут экономически эффективными.
Роль коры как топлива для собственных котельных деревообрабатывающих предприятий возрастает. Конструкции топок современных котлов позволяют сначала подсушивать кору, а потом эффективно сжигать. Не исключено, что предприятия, накопившие большие запасы коры, в будущем смогут наладить производство измельченной и подсушенной коры как самостоятельного товарного продукта с высокой добавленной стоимостью.
В процессе лесопиления часто возникает задача удаления закомелистости (редуцирование комля). Фирма Valon Kone уже выпускает окорочный станок с двумя роторами и оцилиндровочной головкой. Идея подачи в лесопильный цех оцилиндрованных бревен заслуживает отдельного рассмотрения. Дело в том, что на многих лесопильных линиях вся периферийная часть бревна измельчается в щепу специальным фрезерным инструментом либо горбыли измельчаются на отдельных рубительных машинах, в результате чего пиломатериалы получают только из цилиндрической части пиловочника. Поэтому есть смысл в основной лесопильный поток направлять уже оцилиндрованные бревна. У этого варианта несколько достоинств.
Во-первых, упрощается базирование бревна перед подачей на лесопильный поток. Во-вторых, вместо горбыля неопределенных размеров и формы на выходе можно получить (помимо четырехкантного бруса) еще четыре доски постоянного сечения с одной закругленной пластью. Подобные доски будут декоративными и найдут широкое применение в строительстве. Цилиндрическая поверхность этих досок обладает повышенной долговечностью, поскольку в ней мало перерезанных волокон. Следовательно, ценностный выход пиломатериалов из оцилиндрованных бревен может быть даже выше выхода из обычных бревен со сбегом. В-третьих, на оцилиндровочном станке вместо щепы можно получать более ценный материал - длинную стружку, так называемый стренд (strand), который используется для изготовления плит OSB.
При подобном варианте организации лесопильного производства окорку сырья нужно совмещать с оцилиндровкой бревен и устанавливать на выходе линии два конвейера: для удаления измельченной коры и стружки. Пока у известных оцилиндровочных станков нет требуемой производительности, но эта проблема не кажется неразрешимой. Естественно, все вышесказанное относится только к лесоматериалам без кривизны, то есть к пиловочным бревнам из хвойных пород.
Сегодня продольная распиловка бревен ведется в основном ленточными и круглыми пилами. Станки совершенствуются, более удобными становятся процедуры смены и настройки инструмента, повышается долговечность узлов оборудования. Появляются возможности получения информация о силе натяжения ленточной пилы, степени затупления зубьев и прочие.
Уже довольно давно выпускаются станки, которые могут автоматически настраиваться на размер подаваемого сортимента. Не исключено, что в скором будущем появятся лесопильные комплексы, в составе которых будут все необходимые узлы резания: ленточнопильные, круглопильные, фрезерные, возможно, еще какие-то. По информации, считанной со штрих-кода на торце бревна, будет выбираться оптимальный вариант продольного раскроя бревна, а все узлы резания будут автоматически приводиться в нужное положение и работать с оптимальными скоростью подачи и скоростью резания. Причем станки будут работать как в проходном, так и в позиционном режиме. Чем-то подобный комплекс будет похож на существующее обрабатывающие центры с универсальным набором инструментов.
В производстве фанеры продолжится поиск путей совершенствования лущильных станков. Конструкции абсолютного большинства эксплуатируемых сегодня станков позволяют выполнять операции оцилиндровки и лущения с помощью одного инструмента - лущильного ножа. Подобная конструкция давно устарела. Проблема оцилиндровки в фанерном производстве решается гораздо проще, чем в лесопилении, так как длина чурака не превышает 2,5 м, а лущильные станки снабжены современными механизмами центрирования. Однако гораздо рациональнее оцилиндровку выполнять не лущильным ножом, а другим специальным инструментом - токарными резцами и/или фрезами. Это позволит значительно увеличить ресурс работы лущильных ножей, а значит, повысить производительность станка. Специальный инструмент для оцилиндровки позволит получать прямо на лущильном станке измельченную шпон-рванину, которую можно будет использовать как топливо для котельных, или длинную стренд-стружку для производства плит OSB. Если же на предприятии весь шпон-рванина идет на топливо, есть смысл отказаться от окорки фанерного сырья. Технологическая схема предприятия в этом случае будет предусматривать такую последовательность операций: поперечный раскрой кряжей на чураки - прогрев чураков - подача в лущильный цех, где на лущильном станке будет выполняться центровка чураков, зажим торцовыми кулачками, окорка и оцилиндровка специальным инструментом до получения идеального цилиндра, с которого затем с помощью лущильного ножа будет получена лента шпона и остаток (карандаш).
При подобном варианте организации труда на отходящий от станка конвейер будет поступать мелкоизмельченная смесь бересты, луба и древесины, которая послужит отличным топливом для котельной. Объем этой массы довольно внушительный: отходы на оцилиндровку составляют примерно 25% первоначального объема чурака среднего диаметра, а объем коры - не менее 10%. Следовательно, с каждых 100 м3 сырья будет получено около 35 плотных м3 топливной смеси.
Можно предвидеть и другой вариант модернизации лущильных станков. Если на дополнительном суппорте разместить окорочную фрезу и токарный нож, при движении вперед фреза будет удалять и измельчать кору, двигаясь точно по линии, разделяющей кору и древесину, согласно данным сканирующей системы. При обратном ходе специальный нож будет превращать чурак в идеальный цилиндр, снимая с него длинную стружку (стренды).
Все сказанное относится и к лущильным бесшпиндельным станкам, которые применяются все шире. На них можно обрабатывать только оцилиндрованные чураки, поэтому перед ними устанавливают специальные окорочно-оцилиндровочные станки.
Плюсы переноса операции окорки на лущильный станок очевидны: становятся ненужными окорочные станки, что позволяет не только сократить технологический цикл, но и снизить энергозатраты на производство шпона, а также повысить производительность лущильного станка за счет снижения нагрузки на лущильный нож и увеличения ресурса его работы между переточками.
На наших фанерных предприятиях для получения лущеного шпона используется древесина березы. Однако средний диаметр березовых кряжей в европейской части России около 28 см. На предприятиях Сибири для получения лущеного шпона есть возможность использовать крупномерное сырье лиственницы. Полезный выход этого продукта составит 70-75%, в то время как выход пиломатериалов 50-55%. Вероятно, имеет смысл строить специальные предприятия для получения толстого лущеного шпона (2,5-3,5 мм) специально для производства LVL-балок. В машинном парке подобных предприятий после оборудования для раскряжевки и прогрева чураков должны быть установлены линии лущения - сушки шпона. На выходе можно получать рулоны сухого шпона, который будет храниться долго и из которого можно изготавливать клееную продукцию.
Среди плитных материалов фанера отличается высокой прочностью, долговечностью, формостабильностью. Объемы производства этого материала во всем мире резко растут, за последние пять лет они выросли больше чем на 50% и достигли почти 150 млн м3, причем на долю Китая приходится 2/3 общего объема выпуска. Россия удерживает первое место в мире по производству березовой фанеры (доля РФ в мировом производстве около 3%). Индекс спроса на фанеру в несколько раз выше, чем на пиломатериалы.
Производство древесных плит также является одной из важнейших отраслей лесопромышленного комплекса. В 2015 году в мире произведено 228 млн м3 стружечных и волокнистых плит, в России - примерно 6,8 млн м3 (около 3% мирового производства). Для предприятий мебельного производства основным материалом стали ламинированные ДСП и плиты MDF, для строительства - плиты OSB. Резко выросли мощности единичных предприятий плитной отрасли. Вновь вводимые предприятия рассчитаны на годовую производительность 300-400 тыс. м3. Причем количественный рост сочетается с повышением качества плит (стабильностью размеров и формы, высокими качеством поверхности и прочностью).
Примечательно, что конкурентоспособность плит OSB достигнута довольно простым способом: вместо мелкой стружки внешние слои плит формируются из длинной стружки (100-200 мм), ориентированной вдоль длинной стороны плиты. Подобное приближение структуры плит к структуре натуральной древесины обеспечивает значительный рост прочности, а современные клеи гарантируют повышенную атмосферостойкость. В результате удалось уменьшить толщину строительных плит OSB: вместо плит толщиной 16-18 мм сегодня на рынке представлены плиты толщиной 9 и 12 мм.
Можно предвидеть, что тенденция изготовления плит с волокнистой структурой, приближенной к структуре натуральной древесины, получит продолжение, и в недалеком будущем мы увидим продукцию с еще большей длиной частиц. Широкое распространение технологий оцилиндровки бревен и чураков может способствовать развитию этой тенденции.
Проблемы плитной промышленности тесно связаны с проблемами переработки вторичного сырья на всех предприятиях лесной отрасли. В будущем все древесные отходы как природный экологически чистый материал будут востребованы в полной мере. Прежде всего это касается такого сырья, как кора и лигнин, которые сегодня перерабатываются в небольших объемах. Следует сказать и о таком перспективном материале, как древесно-полимерные композиты (ДПК). Производство изделий из композитов растет во всем мире примерно на 9% в год. Сегодня на рынке представлена в основном террасная доска. Этот материал отличается декоративностью, стабильностью формы и размеров. Сегодня в России примерно десять малых предприятий производят продукцию из ДПК. Можно надеяться, что инвесторы оценят перспективность этого направления и доля ДПК на нашем рынке вырастет.
Владимир ВОЛЫНСКИЙ
