Автоматизация в лесной промышленности

Для максимальной оптимизации процесса лесозаготовки производители прежде всего разрабатывают контрольно-измерительные программные продукты. Например, финская компания Ponsse выпустила программные решения Opti, включающие системы управления лесозаготовками, информационные системы для лесозаготовительных машин и системы транспортировочного оборудования. Система Opti4G, устанавливаемая на харвестерах, обеспечивает интеллектуальную автоматизацию процесса валки, а также автоматический сбор информации о распределении рабочего времени, выходе продукции, об эксплуатации машины и расходе топлива. Для повышения топливной экономичности в различных условиях эксплуатации лесозаготовительной техники компания John Deere (США) разработала программное решение TimberLink.

Благодаря детальным замерам всех функций машины приложение позволяет поддерживать высокую производительность техники при небольшом расходе топлива. Для снижения энергопотребления японско-шведская компания Komatsu Forest разработала светодиодные фары, обеспечивающие быстрое включение и яркое освещение при низких затратах мощности и электроэнергии. Нехватка древесины или ее труднодоступность стимулируют производителей совершенствовать лесозаготовительную технику в плане ее проходимости, маневренности и мощности. Канадская компания Triton Logging Inc разработала подводный харвестер Triton’s Sawfish для заготовки затопленного леса. Новая технология позволяет при помощи робота длительное время спиливать, собирать и транспортировать древесину на любой глубине. Работу оператора обеспечивают установленные на харвестере восемь видеокамер и микрофоны.

Высокие маневренность, производительность и надежность продемонстрировал форвардер Komatsu 835. Небольшой вес и компактный размер машины, а также высокий клиренс и широкая колея задних колес до минимума снижают повреждения деревьев и почвы при лесозаготовке. Новинка при этом отличается экологической безопасностью за счет низкого уровня выбросов. Компания Ponsse для работы на лесосеках с небольшой площадью разработала машину Dual, которая за короткий срок трансформируется из харвестера в форвардер, что позволяет снизить эксплуатационные и транспортные расходы.

Увеличение производительности и сокращение затрат на эксплуатацию наблюдается также в сегменте бензопил. Шведский производитель Husqvarna разработал умную систему автоматического контроля и управления мощностью двигателя AutoTune, адаптирующую бензопилы к любым условиям работы. Разработка позволяет контролировать состояние инструмента: качество топлива, температуру в карбюраторе, обороты двигателя, степень загрязнения воздушного фильтра.

Полученная информация обрабатывается микропроцессором, который регулирует подачу топлива и обеспечивает постоянную высокую производительность двигателя бензопилы. Помимо этого, AutoTune позволяет подключить инструмент к компьютеру и при помощи встроенного в пилу процессора создать историю по рабочим показателям, включая ошибки двигателя, количество рабочих часов, температурные режимы. Этот инструмент эффективно использовать в экстремальных погодных условиях или с топливом низкого качества. Для сокращения затрат на сервисное обслуживание бензопил итальянская компания Oleo-Mac создала бензопилу 937-16” PowerSharp с самозатачивающейся цепью.

Для максимального контроля над объемом и качеством рубки производители лесозаготовительной техники разрабатывают мобильные приложения. Компания Komatsu Forest на выставке «Лесдревмаш-2014» впервые представила MaxiFleet – новую систему удаленного контроля и доступа к машинам. «Эта система позволяет любому лесозаготовителю с компьютера, планшета или телефона получать полную картину лесозаготовки на своем участке вне зависимости от того, где находятся машины, поскольку система работает через спутник. Это своего рода база данных обо всех параметрах машин, помогающая лесозаготовителю планировать вывозку, работать с операторами, планировать сервис или обслуживание. Одним словом, повышать эффективность своих работ», – рассказывает директор по продажам и маркетингу лесозаготовительной техники Komatsu в России Тимофей Богатенко.

Финская компания Trestima Oy для инвентаризации и оценки лесных ресурсов разработала систему «Трестима», которая по фотографиям мобильного телефона оценивает все параметры лесосеки: породный состав, объем на гектар, плотность древостоя, высоту и диаметр модельных деревьев. «Трестима» позволяет лесозаготовителям сократить расходы на отводы и таксацию лесосек, а также повысить качество и точность инвентаризации лесного фонда. Для таксации деревьев и их рубки Научно-исследовательский институт Новой Зеландии (New Zealand Crown Research Institute, CRI) в партнерстве с Университетом Кентербери (University of Canterbury) в Новой Зеландии изобрели робота Stick Insect, передвигающегося по деревьям при помощи двух захватов, не касаясь земли. Разработка достигает в длину 2,2 м и по весу 50 кг, но при этом уверенно может двигаться, используя деревья в качестве опоры.

Для контроля над объемом полученного пиловочника, а также пиломатериалов компания Norwood Sawmills (США) разработала специальное мобильное приложение «Калькулятор Norwood Sawmills», позволяющее быстро оценить кубатуру, объем и вес древесины. «В России IT-технологии в лесозаготовке активно применяются в виде систем мониторинга транспорта и учета заготовленных лесоматериалов, – рассказывает Евгений Лопатин. – При этом имеется ряд возможностей повысить эффективность лесозаготовки, на которые, с моей точки зрения, большинство российских лесозаготовителей обращает недостаточно внимания.

Проблема транспортной доступности лесного фонда в России является одной из ключевых. В этой связи особое значение получают методы поддержки принятия решений, основанные на имитационном моделировании и математическом программировании», – добавляет эксперт. При управлении лесными ресурсами, как и при лесозаготовке, активно применяются IT-технологии. Для учета древесины финская консалтинговая компания Forgis Oy запустила интернет-сервис www.forestrycloud.com, который предоставляет уникальную возможность экспресс-оценки состояния лесных ресурсов участка. Полученное со спутника изображение моментально обрабатывается в геопривязанные карты запасов, объемов стволов, пород. Карты могут быть мгновенно загружены в мобильный телефон или планшет для работы в лесу. Разработанный алгоритм позволяет в короткие сроки оценить имеющийся и перспективный лесфонд с точностью до 90% (с закладкой пробных площадей) и 70% (без закладки пробных площадей).

Для борьбы с возгораниями насаждений российская компания «ДиСиКон» разработала информационную систему мониторинга леса и раннего обнаружения лесных пожаров «Лесной дозор». Сеть управляемых датчиков наблюдения системы – видеокамер, тепловизионных датчиков, инфракрасных камер – при помощи специального программного обеспечения осуществляет мониторинг лесов в режиме реального времени и определяет координаты возгораний. Это позволяет «Лесному дозору» обнаруживать огонь на стадии возгорания, предупреждая чрезвычайные ситуации. Для борьбы с незаконной вырубкой древесины все чаще используется технология чипирования деревьев.

Например, российская компания «ДатаСкан» предлагает автоматизированную информационную систему «Луч-Регион». Разработка предполагает прикрепление чипа на срубленное дерево, а также запись полных данных о погруженных на лесовоз кряжах на пластиковую карту с RFIDчипом, обладающим защищенной памятью. На пунктах стационарного или мобильного контроля на маршрутах движения лесовозов при помощи переносного терминала считывается информация с пластиковой карты и штриховой код с пластиковых бирок на бревнах. Анализ этих данных позволяет однозначно определить законность и происхождение перевозимой древесины.

В отрасли лесовосстановления совершенствуются технологии выращивания древесины. Например, российская компания «Оптоган» разработала интеллектуальные теплицы с применением светодиодного освещения. Технология основана на применении специализированного светодиодного светильника, работающего в сине-красном спектре. В сочетании с системой управления с мультипротокольными решениями для автоматизированного управления микроклиматом такие теплицы можно использовать в разных климатических зонах.

Центр коллективного пользования Поволжского государственного технологического университета «Экология, биотехнологии и процессы получения экологически чистых энергоносителей» разработал новую технологию выращивания лесных плантаций «инвитро». Метод позволяет в короткие сроки вырастить высококачественную деловую древесину, что, по мнению разработчиков, поможет решить проблемы эффективного лесовосстановления. Ученые Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН создали вид тополя с шестикратным увеличением скорости роста. Такой эффект обеспечивает ген метаболизма, полученный в результате генно-инженерной векторной конструкции и встраиваемый в агробактерию тополя. Однако пока в России действует запрет на широкое внедрение трансгенных растений, из-за чего высадка быстрорастущих деревьев возможна лишь при полевых испытаниях.

Новые технологии деревообработки

В сегменте деревообработки наблюдается стремление к максимальной автоматизации производства. «Крупные компании стараются модернизировать свои предприятия, минимизировать человеческий фактор путем автоматизации. Анализируя недавно прошедшие выставки, я заметил, что автоматизированные системы интересны всем – и большим, и малым предприятиям, – рассказывает генеральный директор USNR Россия Аллан Цингер. – Например, My Mill – это новый программный пакет, разработанный USNR, который позволяет работникам взаимодействовать с оборудованием на заводе с помощью мобильных устройств. Приложение повторяет в мобильном устройстве, таком как iPad или iPod, все функции, обычно доступные через стационарный сенсорный экран HMI».

Канадская компания 20–20 Technologies выпустила последнюю версию ПО для управления производством Enterprise inSight Version 8 с дополнительным модулем «Мультизавод», который позволяет в режиме реального времени путем планирования эффективно управлять сразу несколькими производственными мощностями компании. Это помогает улучшить загрузку мощностей производства, значительно экономя время и деньги.

С другой стороны, в деревообработке заметна тенденция увеличения объемов производства при одновременной его индивидуализации. «Сегодняшнее производство очень индивидуализировано. Оно нуждается в технологиях, позволяющих примерно с одинаковыми производственными затратами выполнять индивидуальные заказы и организовывать крупносерийное производство, сохраняя при этом высокие стандарты качества. Важнейшими предпосылками для этого служат автоматизация и системное партнерство изготовителей и субпоставщиков. Кроме того, сегодня мы достигли значительных успехов в области эффективного использования материалов, более быстрой переоснастки и упрощения обслуживания. Здесь особое внимание уделяется использованию ЧПУ и управлению станками и производственными линиями с помощью интуитивно доступных для пользователя визуальных данных монитора», – рассказывает директор европейской лесопромышленной выставки Ligna Кристиан Пфайфер.

По его словам, в деревообрабатывающей промышленности все больше появляется новинок, обеспечивающих гибкость производственного процесса и сокращение затрачиваемого времени. «Большим спросом пользуются системные решения, с помощью которых можно в короткие сроки организовывать сложные процессы обработки. При этом промышленность нуждается в гибких модульных системах, позволяющих точно согласовывать технологии с потребностями и быстро перенастраивать производство. Большой популярностью пользуются решения, объединяющие в единую систему отдельные технологии, например, резку и логистику движения заготовок. В сфере обработки массивной древесины мы наблюдаем, как на первый план выходят технологии сканирования, постепенно вытесняющие ручную выбраковку», – добавляет Кристиан Пфайфер.

То есть, как и в сегменте лесозаготовки, в деревообработке главным критерием успешного производства является его максимальная оптимизация. Нехватка высокосортной древесины стимулирует создание оборудования, позволяющего увеличивать выход качественной продукции даже при обработке сырья с дефектами. «Судя по последним выставкам, есть интерес к технологиям по переработке тонкомера. Я думаю, это связано с тем, что расстояния до участков с хорошим лесом увеличиваются, а дорожная инфраструктура практически не развивается. Также заметна тенденция уменьшения средних диаметров и качества заготавливаемой древесины с востока на запад», – рассказывает Аллан Цингер.

Быстрое распознавание дефектов древесины, а также сокращение отходов и оптимизация процесса деревообработки достигаются в первую очередь благодаря модернизации систем сканирования. Наиболее заметным в данной области стал сканер BioVision, разработанный компанией USNR (США) и работающий на основе цветного зрения и средств геометрического сканирования. Это повышает сортность выпускаемой готовой продукции, а также обеспечивает рост выхода и общей стоимости продукции. При этом сканер предоставляет интеллектуальные решения по обработке древесины, исходя из найденных дефектов и геометрической формы.

Другая система сканирования компании USNR – BioLuma 2900LVG+ – объединяет в себе технологию GrainMap, цветное техническое зрение XHD/HD и лазерный профиль высокой четкости с самым высоким разрешением. Датчики собирают изображения очень высокого разрешения и производят точные геометрические измерения, в том числе угла наклона по всем четырем поверхностям доски. Японская компания Taihei Machinery разработала специальный сканер для точного определения цвета и наличия дефектов в пиломатериалах из кедра.

Для автоматического поиска и удаления видимых пороков древесины на линиях сращивания ламелей клееного бруса финская компания Makron Engineering представила сканер KnotInspector. Новая технология точного определения сучков, трещин, грибковых поражений и других нежелательных пороков древесины позволяет полностью отказаться от ручной разметки исходного материала. Для заделки дефектов на поверхности древесины компания Ogden Group (США) создала систему Wood Repair system – DRS 300, работа которой заключается в заполнении под высоким давлением узлов и трещин внешнего слоя древесины горячим раствором специального вещества.

В течение нескольких секунд происходит уплотнение дефектов, что позволяет улучшить внешний вид деревянного изделия и в дальнейшем увеличить его износостойкость. Для улучшения физико-механических свойств древесины многие компании создают новые технологии обработки материала. Например, российская компания «Ультранид» разработала инновационную технологию «Кованая древесина», позволяющую увеличить твердость и плотность поверхности дерева за счет ультразвуковой обработки. Данная технология обеспечивает эффект полирования поверхности, выравнивание механических свойств поверхности древесины, а также экологическую чистоту получаемого продукта.

Другая российская компания, WoodlineThermo, разработала метод термической модификации древесины без использования химических составов. Получаемая при этом термодревесина приобретает особую прочность и стойкость к воздействию плесени, грибков, повышенной влажности. В течение ста лет она не изменяет своей структуры и размера, а также не дает усадки. Оптимизация работы пильного оборудования большинством производителей достигается во многом за счет увеличения срока эксплуатации режущего инструмента, а также снижением шумового фона при работе пил.

Немецкая компания AKE Knebel GmbH запатентовала дисковую пилу Supersilent с алмазной режущей кромкой. Режущий диск новинки не нуждается в заточке, а уровень шума при использовании пилы снижен до 75 дБ. Низкий уровень шума и высокое качество обработки древесины предлагает немецкая компания Felder Group, создавшая инновационный строгальный вал со спиральным ножом Silent-Power, уменьшающим шумовую нагрузку при выполнении фуговальных работ более чем наполовину. При этом специально разработанные резцы Silent-Power из твердого металла обеспечивают получение ровной поверхности обрабатываемой древесины без сколов, а также увеличение срока службы в 20 раз. Для оптимизации работы и увеличения срока службы инструмента итальянская компания Hiteco поместила миниатюрный блок управления iSpindle в электрошпиндели Powertech 300 и Powertech 400, используемые для обработки твердых сортов древесины. Новая технология помогает контролировать работу оборудования и максимально оптимизировать производственный процесс за счет постоянного мониторинга скорости вращения деталей, объема поглощаемой электроэнергии, изменения температуры двигателей или подшипников. Система встроенных чипов встречается также при производстве древесных плит.

Например, немецкая компания GreCon для оптимизации процесса прессования создала беспроводную систему сенсоров Contilog, обеспечивающую точное определение динамики давления газа и температуры ковра в любом месте внутри пресса. Работающие в режиме онлайн сенсоры контролируют параметры давления газа и температуры в ковре в ходе прессования, что позволяет свести к минимуму процесс расслоения, обеспечивая лучшую дегазацию из середины ковра. Набор специальных термоактивных кассет толщиной 1,5 мм ФлексиХит, разработанный российской компанией «Импульс», заменил бескамерную кассетную сушилку для древесины. Новая технология основана на прогреве древесины инфракрасными лучами за счет использования кассет, которые располагаются в штабеле подготовленных для сушки пиломатериалов в определенной последовательности. Это позволяет сушить любой объем пиломатериалов как на открытом воздухе, так и внутри помещения в течение 3–7 суток, за счет чего достигается сокращение затрат и времени производства на этапе сушки древесины.

Простота и экологичность мебельных конструкций

Автоматизация и упрощение производственного процесса наиболее заметны в мебельной индустрии. Корпорация Thermwood (США) представила новый класс оборудования Cut Center, работающего без детального программирования производственного процесса. В базе обрабатывающего центра собраны параметры 20 млн различных конфигураций изделий из дерева, что позволяет сделать процесс производства доступным для людей, не обладающих широкими техническими знаниями. Тенденция упрощения заметна также и в мебельных конструкциях. Например, шведская компания IKEA разработала серию мебели Regissör, выполненную в безынструментальном дизайне и не требующую специальных навыков и инструментов для сборки. По словам профессора кафедры станков и инструментов Московского государственного университета леса Анатолия Воякина, многие производители мебели стремятся уменьшить количество комплектующих и минимизировать крепежные системы, что нередко достигается за счет использования новых видов термопластичных материалов.

С другой стороны, одним из главных направлений в мебельной промышленности является экологичность продукции. Например, компания «БиоЭко» запатентовала способ производства биоклея из мелассы и молочной сыворотки путем их биотехнологической трансформации с применением безвредных микроорганизмов. Разработка позволит производить без применения карбо-формальдегидных смол древесно-стружечные плиты и мебель. Технологию создания экологически безопасных изделий из пластмассы на основе лигнина изобрела британская компания Biome Bioplastics. Метод производства биопластика позволяет при этом использовать отходы производства ЦБП.

Современную мебельную промышленность отличает тенденция производства по индивидуальному заказу. «В мебельной промышленности предприятия укрупняются, однако выпуск продукции производится мелкими партиями, то есть по индивидуальным заказам. Во многих мебельных магазинах сейчас работают персональные менеджеры, готовые подобрать мебель или заказать ее изготовителю по вашему индивидуальному проекту. Это, безусловно, приводит к подорожанию мебели, хотя нам говорят о том, что «подгон» заказа входит в конечную стоимость продукции», – рассказывает Анатолий Воякин.

Несмотря на общую тенденцию укрупнения мебельных производств, среди небольших производителей заметна тенденция использования портативной деревообрабатывающей техники. Шведская фирма Logosol представила портативную алюминиевую пилораму M8, позволяющую человеку в одиночку распиливать крупный пиловочник прямо на делянке. Новинка сконструирована из анодированного алюминия, который обладает достаточной прочностью и жесткостью для распиливания деревьев диаметром до 0,9 м, но в то же время пилораму можно перемещать вручную.

Компания Festool запустила в продажу мобильный кромкооблицовочный станок нового поколения Conturo KA 65. Новинка предназначена для облицовывания кромок прямоугольных и радиусных деталей кромочными материалами из древесины, пластика и меламина. Английская компания 5Axisworks создала первый в мире настольный пятиосевой многопрофильный обрабатывающий центр с ЧПУ, работающий как фрезерный центр, а также как 3D-принтер. При этом разработка 5Axisworks способна работать с материалами большого формата. Фрезерный станок настольного формата также выпустила компания Inventables (США). Разработка Desktop 3D Wood Carver позволяет за счет выбора материала изделия во встроенной библиотеке изготавливать различные предметы из лиственной и хвойной древесины, а также пробки, фанеры и MDF.

Одной из заметных тенденций сегмента деревообработки являются разработки в области 3Dпринтеров. Компания Dremel (США) объявила о выпуске первого 3D-принтера для личного использования Dremel 3D Idea Builder. Цветной сенсорный экран и встроенное программное обеспечение позволяют принтеру работать автономно или при подключении к компьютеру. Доступное разрешение печати – 100 микрон при использовании PLA-нити десяти различных цветов. Канадская компания Structur3D Printing разработала первую в мире универсальную насадкуэкструдер к 3D-принтерам Discov3ry, способную обеспечить печать объемных объектов из пастообразной древесины. Новинка станет первым коммерчески доступным экструдером, который будет легко подключаться к большинству 3D-принтеров, представленных на мировом рынке.

Таким образом, интеллектуальные решения в лесной промышленности направлены прежде всего на максимальную оптимизацию и автоматизацию процесса производства. В лесной заготовке увеличивается производительность и в то же время срок службы техники. Программные приложения обеспечивают максимальный контроль над эксплуатацией машин, при этом минимизируя топливные расходы. Так как рубка хороших сортов древесины становится все более сложной, то производители лесозаготовительной техники увеличивают универсальность и проходимость своих машин. Мобильные приложения при этом позволяют удаленно отслеживать качество работы харвестеров и форвардеров, а также объем заготовленной древесины. Оптимизации лесозаготовок помогают спутниковые сервисы анализа лесных массивов, позволяющие в краткие сроки оценить объем и качество лесосеки. В сегменте деревообработки производство укрупняется и автоматизируется.

Однако при этом выпуск продукции все больше склоняется в сторону индивидуальных заказов, за счет чего процесс производства становится все более гибким, сокращая время и затраты на перенастройку оборудования. Оптимизация работы деревообрабатывающих станков достигается за счет использования чипов как в самом инструменте, так и в производимой продукции. При изготовлении мебели заметно стремление к экологичности, а также тенденция упрощения как процесса производства, так и конструкций изготавливаемой продукции.