Точность – вежливость лесопиления

Лесопильное производство в России можно охарактеризовать сравнительно невысокой доходностью. Добавочная стоимость при производстве пиломатериалов относительно невелика, и производители стараются её повысить в основном за счет увеличения производства и реконструкции имеющихся мощностей. Эти способы трудоемки, требуют значительного вложения денежных средств и времени. Сегодня мы поговорим об оптимизации производственных процессов лесопиления.

Если в регионе присутствуют только малые лесопильные предприятия, производственной мощностью до 100 тыс. м пиловочника в год, то зачастую повышение их эффективности возможно только за счет введения в строй дополнительных производственных мощностей. С другой стороны, получить дополнительную прибыль возможно и без введения в строй дополнительных производственных мощностей. Ни для кого не секрет, что одним из основных факторов, влияющих на производительность труда, является культура производства, которая на сегодняшний день находится на низком уровне. Цикл производства любой продукции состоит из двух частей: непосредственного времени производства и вспомогательных операций. Соответственно, чем лучше организован технологический процесс, тем меньше потери времени.

Решаем вопрос производительности труда

Повышения производительности, а следовательно рентабельности, существующих лесопильных заводов можно достичь, не используя значительных финансовых вложений. Часто необходимо просто модернизировать какой-либо из участков лесопиления для повышения качества получаемой продукции, а также для увеличения производительности труда.

Основа производительности любого предприятия − время, которое непосредственно тратится на изготовление готовой продукции. Бытует мнение, что производительность лесопильного цеха напрямую зависит от скорости подачи головного оборудования, что отчасти характерно только для крупных лесопильных предприятий, использующих оборудование проходного типа. Сокращая рабочий цикл производства только за счет увеличения скорости работы оборудования любого из участков, можно получить лишь небольшие улучшения.

Особенно хорошо это видно на примере малых лесопильных предприятий, где используются станки позиционного и позиционно-проходного типа. Непосредственно цикл распиловки бревна составляет меньше одной минуты, а вспомогательные операции могут составлять 4 и 5 минут соответственно.

На рис. 1 представлена зависимость изменения времени рабочего цикла станка позиционно-проходного типа (например, однопильные круглопильные станки с возвратно- поступательным движением бревен) при изменении скорости подачи 50 до 140 м/мин и количестве резов в каждом бревне, равном 8.

Из рис. 1 видно, что, повысив скорость подачи в три раза, с 50 до 140 м/мин, можно добиться сокращения времени распиловки одного бревна лишь на 30%, с 3,1 до 2,3 мин. Однако такое увеличение скорости подачи повлечет за собой смену оборудования и повышение расходов на электроэнергию, что вряд ли может быть оправданно с экономических позиций.

При использовании оборудования данного типа повышение производительности может быть достигнуто либо путем оптимизации времени на вспомогательные операции, либо путем уменьшения числа пропилов и поворотов бревна.

Это может быть выполнено за счет преимущественной выпиловки бруса, если это возможно с точки зрения дальнейшего назначения продукции.

Если рассмотривать средние и крупные предприятия, производственной мощностью от 100 тыс. м бревен в год и выше, производительность оборудования в товарном выражении, а следовательно и прибыль предприятия, могут быть следующими способами:

Повышение производительности предприятия за счет увеличения объемного выхода готовой продукции.

Подавляющее количество отечественных лесопильных заводов производит сортировку пиловочного сырья по диаметрам с низкой точностью, порой достигающей ±2 см. При этом поставом пил, оптимизированным, например, на диаметр сырья 24 см, могут распи-ливаться бревна от 22 до 26 см. В этом случае при распиловке малых диаметров получаются обзольные доски, которые требуют дальнейшей обработки. А при распиловке толсто-мерного сырья происходит уменьшение объемного выхода пиломатериалов.

Внедрение на линиях сортировки бревен лазерных систем измерения способно не только упростить сортировку бревен по диаметрам, но также позволяет своевременно отбраковывать бревна, имеющие неправильную форму. Установка на данном участке рентгенографического оборудования может заменить собой металлоискатель и систему измерения бревен. При её использовании можно также отбраковывать бревна с дефектами по плотности (гнили, сучки). Данные мероприятия позволяют не только повысить объемный выход пиломатериалов за счет возможности оптимизации постава под каждое конкретное бревно с учетом его формы и дефектов строения, но также минимизировать затраты на распиловку бревен, заведомо имеющих дефекты формы и внутренние пороки.

При производственной мощности 200 тыс. м бревен в год и повышении объемного выхода пиломатериалов на 1,5% (при стоимости затрат на выпиловку и сушку пиломатериалов порядка 2500 руб./м, а стоимости обрезных пиломатериалов 6 тыс. руб.), прибыль составляет до 9 млн руб. ежегодно. Причем не требуется дополнительной покупки бревен (учитывая, что при получении дополнительного объема пиломатериалов теряется 1,5% щепы). Полученные средства, однократно вложенные в участок сортировки пиловочного сырья, с лихвой окупают затраты на модернизацию и автоматизацию сортировочной линии бревен. Одновременно с этим происходит прирост производительности на 3% только за счет точности измерения бревен и последующего оптимального выбора постава. На рис. 2 представлена зависимость увеличения прибыли предприятия при увеличении объемного выхода пиломатериалов. За нулевую отметку принят объемный выход, равный 50%. Увеличение объемного выхода производства пиломатериалов до 1,5−2% может быть достигнуто лишь увеличением точности сортировки бревен. Дальнейшее увеличение объемного выхода возможно при увеличении дробности сортировки бревен, например с шагом сортировки 5 мм. Однако это влечет за собой увеличение числа карманов на линии сортировки бревен, а также увеличение площади склада рассортированного сырья, что может быть реализовано не на каждом предприятии.

Повышение качества пиломатериалов

Многие предприятия уделяют мало внимания состоянию своего режущего инструмента. Однако стоимость готовой продукции и количество вспомогательных операций при дальнейшем изготовлении продукции из получаемых пиломатериалов при некачественном инструменте увеличиваются. Точность выпиловки пиломатериалов по геометрическим параметрам снижается с течением времени. Замену режущего инструмента необходимо осуществлять не 1−2 раза в смену, а по мере необходимости проверяя 1−2 раза в час контрольные измерения готовой продукции.

Появление отклонения от прямолинейности на кромках пиломатериалов ведет к увеличению толщины отрезаемой части древесины, соответственно при градации досок по ширине (например, 100, 125, 150 мм) доска, при выпиловке имевшая номинальные размеры 50×150×6000 мм, из-за отклонения по ширине может быть обрезана только в размер 50×145×6000 мм и, если это выше поля допуска к данным пиломатериалам, должна быть обрезана до размера 50×125×6000 мм, что снижает объемный выход пиломатериалов, а также может приводить к введению дополнительных технологических операций.

Особенно важно, если отклонения по точности формы применимы не к одной-двум боковым доскам, а ко всей брусовой части.

В этом случае дополнительной обрезке необходимо будет подвергнуть все брусовые доски, что способно снизить объемный выход пиломатериалов на 5 % и более.

При отклонении по геометрическим размерам толщины доски, а также при возникновении «риски» на поверхности древесины (что в основном характерно для распиловки древесины на лесопильных рамах) потери объемного выхода могут достигать ещё больших значений.

Экспериментальным путем выявлено, что отклонения по геометрическим параметрам могут появляться даже через один час работы инструмента, что при смене инструмента 1 раз в 4 часа будет означать снижение качественного и объемного выхода пиломатериалов на протяжении трех часов. При производительности лесопильного предприятия 200 тыс. м³ бревен в год за 3 часа получается примерно 150 м³ бракованной продукции, или продукции меньших размеров, требующей дополнительного фрезерования. Такая продукция также потребует дополнительных вложений для дополнительной обрезки или фрезерования в размер полученных пиломатериалов. Покупка качественного инструмента, своевременная профилактика оборудования и постоянный контроль качества связаны с дополнительными затратами. Однако минимизируя брак, что равносильно увеличению объемного выхода пиломатериалов, возможно с лихвой возместить все затраты по контролю качества.

Повышение качества клееных изделий из массивной древесины

В процессе производства клееных изделий из массивной древесины необходимо контролировать множество факторов. Основными из них являются прочность, наличие в ней пороков древесины, точность геометрических параметров заготовок, а также сплошность клеевого соединения.

Добиться прочного и равномерного соединения можно, соблюдая все требования по технологии производства. Если величину давления можно определить, пользуясь соответствующими манометрическими датчиками на прессах и ваймах, то равномерность нанесения клея трудно поддается контролю.

Так, например, при склеивании заготовок, имеющих разные геометрические размеры, вальцовые клеенаносящие станки не могут обеспечить равномерное нанесение клея по всей поверхности, так как настроены на одну высоту. В этом случае невозможно гарантировать сплошность клеевого соединения.

Используемые в настоящее время методы контроля качества методами ГОСТ (определение прочности клеевого соединения при разрыве, изгибе) имеют требуемую точность, однако обладают большой трудоемкостью. Также к недостаткам этих способов необходимо отнести невозможность дальнейшего использования образцов в производстве, так как происходит их разрушение.

Необходима разработка и внедрение новых способов контроля качества клееных изделий из массивной древесины, обладающих возможностью сплошного контроля производства, а также возможности вмешательства в технологический процесс непосредственно в момент получения брака. К таким способам можно отнести различные модификации оптических и фотоэлектронных систем для контроля внешних пороков, лазерные системы для контроля геометрических параметров заготовок, а также ультразвуковые и рентгенографические методы для получения наиболее полной информации о скрытых дефектах древесины и обнаружения разрывов в клеевом соединении.

Необходимо помнить, что клееные изделия из массивной древесины являются сложными конструктивными элементами и могут быть использованы как несущие части столярных и строительных конструкций.

При производстве окон объемный выход пиломатериалов для производства таких элементов может составлять всего 20−22%. Это определяется из потерь древесины на технологические операции: до 50% − объемный выход пиломатериалов из бревна, до 20% − вырезка дефектных мест, содержащих недопустимые пороки, до 5−8% − потери при фрезеровании, до 2% − потери при усушке. В укрупненном виде объемный выход продукции для производства клееных изделий может быть представлен на рис. 3.

При таком отношении объемного выхода пиломатериалов для склеивания к объему переработанной древесины, который составляет 20−30%, на первый план выходит контроль качества производимых пиломатериалов. Причем при отсутствии сплошного контроля неизбежно образование бракованной продукции.

На рис. 4 представлен возможный алгоритм контроля качества клееных брусков из массивной древесины на основе метода контроля качества путем рентгеновского излучения.

При использовании рентгеновского излучения необходимо наличие специального оборудования, однако при этом возможно проведение сплошного контроля качества клееных материалов.

Необходимо понимать, что методы ГОСТ основаны на статистическом анализе результатов разрушения случайных образцов в изготовленной партии материалов и переносе полученных данных на всю партию. При этом подходе возможен пропуск дефектной продукции в дальнейшее производство. Контроль качества и оптимизацию раскроя пиломатериалов необходимо осуществлять непосредственно с этапа поступления сырья на предприятие. Если в качестве конечного изделия рассматривать клееный брусок для оконного производства, то пропуск дефектных мест на любой стадии его изготовления может привести к тому, что отбраковке будет подвержено все готовое изделие, то есть окно. При объемном выходе, равном 20%, рационально увеличивать не валовую мощность лесопильного предприятия, а сосредоточить свое внимание на контроле качества каждой технологической операции, что в денежном эквиваленте способно принести большую прибыль.

Совершенствование процессов глубокой переработки древесины без внедрения систем контроля и оптимизации технологического процесса на всех стадиях малоэффективно, ведь для получения готовой продукции высшего качества и тех же объемов брака требуется затратить одинаковое количество как времени, так и материалов.

На первый план сегодня выходит грамотный выбор лесопильного оборудования, отвечающего всем требованиям конкретного производства с возможностью объединения всех участков предприятия в единую информационную систему, участки которой могут гибко и согласованно перестраиваться под различные задачи производства.

При реконструкции имеющихся предприятий необходимо четко определить участки производства, приводящие к получению бракованной продукции, и оснастить их средствами сбора информации и оптимизации производственного процесса на базе современных информационных технологий.

Александр ТАМБИ