Brevet FR2716831A1 — publié le 19950908

La présente invention porte sur un procédé pour le fendage de merrains et une machine pour la mise en oeuvre du procédé. Actuellement, dans les sociétés de fabrication de merrains de bois, le procédé général de fabrication des merrains est linéaire depuis le parc à grumes jusqu'à l'empilage et comporte les étapes suivantes (voir figure 1) - (a) parc à grumes, - (b) tronçonnage à la longueur choisie, - (c) fendage de quartelots ou billons, - (d) sciage référence et/ou refente (e), - (f) delignage, - (g) empilage. Dans une scierie de merrains, un des postes les plus importants est le poste de fendage de quartelots (c) car il conditionne le rendement matière et financier de la scierie. Le merrain est un produit de qualité obtenu avec un rendement matiere tres faible (de l'ordre de 20 à 25 X), une amélioration de quelques points sur le rendement peut ainsi augmenter de façon importante la rentabilité de l'entreprise. De plus sa vente peut se faire en volume ou à la pièce. Traditionnellement, le fendage (c) se déroule comme suit dans un premier temps l'opérateur place le billon (h) sous la fendeuse (i) et le fend en deux parties (voir figure 2). Puis sur un demi-billon (m), il trace à l'aide d'une cale (j) la taille des quartelots qu'il va fendre dans un deuxième temps, il reste une chute (1) (voir figure 3). Par cette methode de travail, il existe une partie du billon (reste) qui n'est pas prise en compte et qui est redistribuée équitablement ou non sur les autres quartelots. D'autre part, la cale est inadaptee aux changements de diamètres et de modes de débit. On utilise habituellement trois types de modes de débit à deux variantes (separant l'écorce-aubier (n) et le merrain (p)) représentés respectivement par les figures 4 à 9 selon la repartition suivante - ler type : lére variante en figure 4, 2ème variante en figure 5, - 2ème type : lére variante en figure 6, 2éme variante en figure 7, - 3ème type : 1ère variante en figure 8, 2eme variante en figure 9. Tout autre mode de débit est envisageable. Le but principal de l'invention est donc d'augmenter le rendement matière, afin d'augmenter de façon importante le rendement matière global de l'entreprise. Pour cela, l'idée inventive consiste à optimiser l'étape de fendage (c). Pour mieux utiliser la matière première, il est nécessaire d'augmenter le nombre de modes de débit des merrains et de recourir à un calculateur afin d'optimiser la taille des quartelots pour maximiser la production de merrains. Le principe de l'optimisation est de maximiser la somme suivante n E f(rcfde-débi:.ssigle) =1 - f étant une fonction représentant le nombre et la valeur marchande des merrains dans le cas de l'optimisation pièce, ou le volume de merrains dans le cas de l'optimisation en rendement matiere. Elle dépend notamment des paramètres suivants : angle du quartelot, mode de débit et diamètre. - n étant le nombre de quartelots. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description ci-jointe faite en référence aux figures annexees suivantes. - figure 1 : organigramme du procédé traditionnel de fabrication des merrains, - figure 2 : schématisation du fendage traditionnel d'un billon, - figure 3 : schérnatisation du fendage traditionnel d'un demi-billon en quartelots, - figures 4, 6, 8 : schémas de trois types de débit selon une première variante, - figures 5, 7, 9 : schémas de trois memes types de debit selon une deuxième variante, - figure 10 : schéma d'une fendeuse selon l'invention, - figures 11 et 12 : schémas des manipulations laser, - figures 13 a 17 : organigrammes des étapes successives du logiciel mis en oeuvre pour la réalisation de l'invention. - figures 18 et 19 : schémas de deux solutions d'optimisation. Une machine pour l'optimisation du fendage peut se présenter schématiquement et non limitativement, comme sur la figure 10 avec - une fendeuse (1), - un outil (3) pour fendre un billon (2), - un capteur mesure de distance (4), - un système d'acquisition et visualisation (5), - un micro-ordinateur (6) associé d'une part au capteur (4) et au système (5), et d'autre part à un manipulateur systeme (7) adapté au mode d'acquisition et visualisation du système (5). Le micro-ordinateur visualise le mode de débit à réaliser en fonction des données qu'il reçoit et qu'il analyse selon un procedé d'optimisation conforme à l'invention, ensuite l'opérateur exécute le fendage en fonction des résultats de l'optimisation visualisée, et il a la possibilite d'apporter des modifications. L'optimisation du fendage peut se faire de deux manières - optimisation en rendement matière : c'est à dire produire un volume de merrains maximum, - optimisation en rendement pièce : c'est à dire produire un maximum de merrains d'une largeur superieure à une dimension minimale programmée, par exemple 80 mm. Le principe de l'optimisation est de maximiser la somme suivante r. f(mod e~debi:.angle) t=l - f étant une fonction représentant le nombre et la valeur marchande des merrains dans la cas de l'optimisation piece, ou le volume de merrains dans le cas de l'optimisation en rendement matière. Elle dépend notamment de l'angle du quartelot, du mode de débit et d'autres paramètres principaux tels que le diamètre du demi-billon et le poids du merrain, elle dépend aussi du paramètrage du logiciel prenant en compte une ou plusieurs valeurs prédéterminées telles que : épaisseur et largeur minimale du merrain (exemple 80 nm), epaisseur de la lame de scie, surcotes de débit au fendage, classe de valeur marchande, etc.... - n étant le nombre de quartelots. Les étapes essentielles du procédé selon l'invention seront donc - Acquisition Pour répondre aux contraintes de productivité du poste de fendage, il est nécessaire d'assister l'opérateur dans l'acquisition des paramètres d'optimisation et de lui rendre une image realiste du résultat. Le choix non limitatif porte sur un système d'acquisition et de visualisation par laser qui aide l'opérateur, mais qui lui laisse la liberté d'intervention nécessaire pour intégrer les défauts du bois. Figure 11 : L'opérateur fait respectivement coïncider le spot laser avec les points P1, P2 et P3 à l'aide d'un manipulateur. Les segments (P1-P2) et (P2-P3) définissent l'angle au sommet du demi-billon à optimiser. Les points PI et P3 sont situés à l'interface aubier-duramen utilisable. La distance billon-laser est donnée par le capteur (4). De cette tanière, le micro-ordinateur calcule l'angle, le rayon moyen et la hauteur du demi-billon à optimiser. Figure 12 : Quand le billon présente un défaut (fente...) l'opérateur fait l'acquisition de deux quartiers P1, P2, P3 et P4, P5, P6. - Optimisation I1 est basé sur un système de projection de forme par laser qui permet de générer des images stationnaires dans un plan à partir d'un spot laser et de deux miroirs mobiles (même système que l'acquisition). Cette fonctionnalité permettra à l'opérateur de visualiser et de valider le résultat de l'optimisation. On peut également utiliser le laser comme système d'acquisition. En effet, on peut connaître la positicn d'un point dans le plan de visualisation en récupérant les coordonnées du spot laser qui coïncide avec ce point. Si on place le laser de manière à ce que le plan de visualisation soit parallèle à la section du billon et en connaissant la distance billon-laser (à l'aide du capteur (4), il est très simple de déterminer l'angle et le diamètre du demi-billon à optimiser. On procède conane suit - on recherche l'anglectdefinissant le quartelot optimal et son mode de débit associé pour le diamètre du demi-billon d'angle }, - on reproduit ce quartelot autant de fois que possible dans le demi-billon (soit n fois), - on calcule l'angle (reste) :dl=B -d *(n-l), - on optimise deux quartelots d'angle Y1 et t2 avec Yl+Y2=dl, - on compare les deux solutions suivantes *n quartelots identiques d'angle p/n (figure 18), *n-l quartelots optimaux d'angle d (même mode de débit) plus deux quartelots d'angles Y1 et Y2 (modes de débit quelconques) (figure 19). - Visualisation et validation L'opérateur visualise directement sur le demi-billon la meilleure des deux solutions précédentes, puis il la valide et trace en surface des demi-billons les angles des quartelots à fendre en y associant si besoin leur mode de débit. - Fendage des quartelots L'opérateur fend le demi-billon suivant la solution validée. Dans le cas ou le fendage ne se passe pas comme prévu, l'opérateur peut recommencer l'optimisation sur le reste du demi-billon. Un logiciel spécifique a ete développé pour la réalisation automatique des étapes du procédé. Le fonctionnement de ce logiciel se décompose en quatre étapes initialisation, acquisition, calcul d'optimisation, visualisation, mise à jour statistique. L'organigramme de l'initialisation ou (étape A) est repris en figure 13, il comporte au moins les étapes successives - El : Début, - E2 : Initialisation écran graphique, - E3 : Affichage menu, - E4 : Initialisation système d'acquisition, - ES : Chargement paramètres coupe, - E6 : Chargement paramètres machines, - E7 : Chargement paramètres longueur, - E8 : Sélection modes de débit. L'organigramme de l'acquisition (étape B) est détaille en figure 14, il comporte au moins les étapes successives suivantes - E9 : Calcul distance laser-billon, - E10 : Autorisation pilotage spot laser (étape otionnelle), - Ell : Acquisition du secteur à optimiser, - E12 : Test de validité de mesure, - E13 : Calcul angle, rayon moyen et hauteur billon, - E14 : Arrêt pilotage laser (étape optionnelle). En cas de mauvaise prise de mesure en E12, le système repart en Ell. L'organigramme de l'optiaisation (étape C) est detaillé en figure 15, il comporte au moins les étapes successives suivantes - E1S : Calcul rendement matiere et piece pour un angle variant de 1 à 90", - E16 : Recherche de l'angle optimum et association angle, rendement, débit, - E17 : Calcul nombre quartelots dans 1/2 billon, - E18 : Recherche des deux angles Y0 et r2, - E19 : Calcul rendement solution 1 (n quartelots identiques), - E20 : Calcul rendement solution 2 (n-l quartelots ideaux + efl + - E21 : Comparaison des deux solutions, - E22 Mise à jour fichier visualisation (étape optionnelle), - E23 : Pour chaque mode de débit sélectionné. En outre le calcul rendement matiere et piece se fait pour chaque ode débit sélectionné (boucle E23) selon la formule mathématique donnée précédemment de E15 à E23. L'organigramne de la visualisation (étape D) est détaillé en figure 16, il comporte au moins les étapes successives suivantes - E24 : Lecture des points à visualiser (optionnelle en accord avec E22), - E25 : Affichage des résultats de l'optimisation, - E26 : Visualisation sur le billon par laser. Si l'opérateur accepte le résultat visualisé par l'ordinateur, I'opérateur valide cette visualisation et le logiciel passe à l'étape E suivante, dans le cas contraire on retourne à l'étape E11 pour un nouveau calcul d'optimisation. L'organigramme de la validation (étape E) est détaillé en figure 17, il comporte au moins les étapes successives suivantes - E27 : Validation optimisation, - E28 : Mise à jour statistiques, - E29 : Choix, - E30 : Sortie rapport production, - EJ1 : Etape B, - E32 : Fin. L'étape de choix E29 permet soit un retour à t'étape 8 (E31), soit une scrtie en production (E30) soit d'arrêter le système (E32). Des essais ont été effectués pour comparer les rendements obtenus par fendage traditionnel et par fendage optimisé. En rendement matiere global de l'entreprise on a observe par exemple une augmentation de 7 points avec le fendage optimisé soit une augmentation de 25 X du rendement global de l'entreprise. En rendement pièce, sur un approvisionnement égal de 3000 m3 de grumes on obtient 645 m3 de merrains par procédé traditionnel et 840 m3 par le procédé selon l'invention. En rendement pièce, à production egale de 645 m3 de merrains, il faut 3000 m3 de grumes par procédé traditionnel et 2300 m3 par le procédé selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de merrains de bois comportant une succession d'étapes (a, b,...g) depuis le parc à grumes (a) jusqu'à l'empilage (g) des merrains, dont une étape de fendage (e) de quartelots caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble d'opérations d'optimisation de l'étape de fendage (c) des quartelots, ayant pour fonction d'augmenter le rendement de la production, le rendement pouvant être choisi dans l'ensemble (rendement matière, rendement pièce). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble d'opérations d'optimisation permet de maximiser la somme suivante f(rnod Lébi:,cr;gle) i=l - f étant une fonction représentant le nombre et la valeur marchande des merrains dans le cas de l'optimisation pièce, ou le volume des merrains dans le cas de l'optimisation en rendement matière. Elle dépend notamment de l'angle du quartelot, du mode de débit. - n étant le nombre de quartelots. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la fonction f depend également du diamètre du demi-billon. 4. Procédé selon l'une au moins des revendications 2 à 3 caractérisé en ce que la fonction f dépend également du poids du demi-billon. 5. Procédé selon l'une au moins des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'on procède comme suit - cn recherche l'angle Q définissant le quartelot optimal et son mode de débit associé pour le diamètre du demi-billon g'angle B, - on reproduit ce quartelot autant de fois que possible dans le demi-billon (soit n fois), - on calcule l'angle (reste) : - on optimise deux quartelots d'angle Y1 et Y2 avec - on compare les deux solutions suivantes * n quartelots identiques d'angle /n (figure 18), * n-l quartelots optimaux d'angle d (même mode de débit) plus deux quartelots d'angles Il et #2 (modes de débit quelconques) (figure 19). 6. Logiciel pour la mise en oeuvre du procéde selon l'une au moins des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape de calcul d'optimisation (étape C) se décomposant en étapes successives E15 à E22 à savoir - E15 : Calcul rendement et pièce pour un angle variant de 1 à 90c, - E16 : Recherche de l'angle optimum et association angle, rendement, débit, - E17 : Calcul nombre quartelots dans 1/2 billon, - E18 : Recherche des deux angles S1 et Y2, - E19 Calcul rendement solution 1 (n quartelots identiques), - E20 : Calcul rendement solution 2 (n-l quartelots idéaux + + Y2), - E21 : Comparaison des deux solutions, - E23 :Pour chaque mode de débit selectionne, le calcul rendement matière et pièce se faisant pour chaque mode de débit sélectionne (boucle E23). 7. Logiciel selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins les étapes de : initialisation (etape A), acquisition (étape B), visualisation (étape 0), mise à jour statistique (étape E). 8. Logiciel selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape d'initialisation comporte au moins les étapes successives suivantes - El : Début, - E2 : Initialisation écran graphique, - E3 : Affichage menu, - E4 : Initialisation système d'acquisition, - E5 : Chargement paramètres coupe, - E6 : Chargement paramètres machines, - E7 : Chargement paramètres longueur, - E8 : Sélection modes de débit. 9. Logiciel selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape d'acquisition comporte au moins les étapes successives suivantes - E9 : Calcul distance laser-billon, - Ell : Acquisition du secteur à optimiser, - E12 : Test de validité de mesure, - E13 : Calcul angle, rayon moyen et hauteur billon, 10. Logiciel selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de visualisation comporte au moins les étapes suivantes - E25 : Affichage des resultats de l'optimisation, - E26 : Visualisation sur le billon par laser. 11. Logiciel selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de validation comporte au moins les etapes suivantes - E27 : Validation optimisation, - E28 : Mise à jour statistiques, - E29 : Choix, - E30 : Sortie rapport production, - E31 : Etape B, - E32 : Fin. 12. Machine pour le fendage de quartelots ou billons de bois (2) comportant une fendeuse (1), caractérisée en ce qu'elle est commandée suivant un procédé d'optimisation selon l'une au moins des revendications 1 à 5. 13. Machine selon lz revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comporte en combinaison - une fendeuse (1), - un outil (3) pour fendre un billon (2), - un capteur de mesure de distance (4), - un système laser d'acquisition et de visualisation (5), - un micro-ordinateur (6) associé d'une part au capteur (4) et au système (5), et d'autre part à un manipulateur (7).