MILTON H. MATER
Président de la Mater Machine Works Inc., Corvallis, Oregon, Etats-Unis
CES dernières années l'application de l'automation aux scieries a suscité un grand intérêt parmi les professionnels: cette méthode a, en effet, réussi à abaisser de façon spectaculaire les prix de revient dans des industries comme celles de l'acier, de l'aluminium, des plastiques et des parpaings de béton. La question se pose donc de savoir si on peut, avec le même succès, chercher à diminuer les frais de fabrication dans les scieries.
Jusqu'à une époque très récente l'opinion de nombreux scieurs était que l'automation était trop compliquée, nécessitait trop d'investissements pour s'appliquer ailleurs que dans les très grosses installations. Mais la mise au point récente de machines automatiques de série pour les scieries a simplifié l'automation et a permis d'envisager cet investissement pour de petites et moyennes scieries.
Aujourd'hui, on voit fréquemment des scieries de ce genre qui installent l'automation sur leurs plates-formes à grumes, sur les chariots de scie, les déligneuses, les rogneuses, etc. pour un prix raisonnable eu égard aux économies qu'elles réalisent.
Un grand nombre de professionnels ont cru que le seul but de l'automation était de réduire le nombre d'ouvriers nécessaires à la marche d'une scierie. Par conséquent, lorsque la main-d'œuvre n'est pas chère, il y aurait peu d'intérêt à équiper en automation. Mais la réduction de la main-d'œuvre n'est qu'un des nombreux avantages qui résultent de l'automation.
Pour les besoins pratiques, on peut définir l'automation des scieries comme le contrôle des machines par d'autres machines. Par exemple, lorsqu'on charge deux hommes de rouler des billes jusqu'à la plate-forme à grumes, puis de les placer sur le chariot, on fait appel à l'énergie humaine. Lorsque au lieu de cette méthode on utilise une plate-forme munie d'un transporteur à chaîne, avec un battoir, un chargeur à grumes, et un appareil à retourner les billes, on n'a plus besoin que d'un seul homme qui pousse des boutons pour régler la cadence d'arrivée des grumes sur le chariot: c'est faire appel à la mécanisation. Mais, si on installe une machine pour contrôler la plate-forme mécanique de chargement, le battoir et le chargeur, de façon à faire arriver automatiquement les grumes sur le chariot et à remplacer l'homme qui poussait les boutons, il s'agit cette fois d'automation.
La mécanisation et l'automation ne consistent pas seulement à installer de nouvelles machines. Souvent il n'en est pas besoin. Il s'agit surtout d'adopter une façon nouvelle de voir les choses. L'installation de machines nouvelles dans une usine n'entraîne pas nécessairement une économie de main-d'œuvre ou une augmentation d'efficacité. Supposons par exemple une scierie équipée d'un vieux chariot à deux hommes manœuvrant des griffes de serrage et un système de fixation: si on le remplace par un chariot moderne à deux hommes, on fera probablement une économie d'entretien tout en fabriquant des sciages de meilleure qualité, mais on n'obtiendra pas nécessairement du même coup une augmentation de rendement ou de productivité.
Sur le plan financier, l'automation permet les économies les plus fortes dans les secteurs où la main-d'œuvre est la plus chère. Cela est illustré par les chiffres ci-dessous, qui correspondent aux conditions de l'Ouest de l'Amérique du Nord.
COMPARAISON DES COÛTS POUR UNE SÉRIE ORGANISÉE EN AUTOMATION ET POUR UNE SCIERIE DE TYPE CLASSIQUE.
ETATS-UNIS
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A |
B |
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Nombre d'ouvriers dans la soierie même |
5 |
10 |
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...Dollars... | |
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Capital investi |
260 000 |
150 000 |
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Amortissement annuel de ce capital (calculé sur 10 ans) |
26 000 |
15 000 |
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Frais annuels de main-d'oeuvre à raison de 5 000 dollars par ouvrier |
25 000 |
50 000 |
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Total des frais annuels, amortissement plus main-d'oeuvre |
51 000 |
65 000 |
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Frais par mille board feet, calculés sur une production annuelle de 12 millions de board feet (28 320 m3) |
4,25 |
5,42 |
La scierie organisée avec automation fonctionne à 14 000 dollars de moins par an que la scierie de type classique. Elle peut travailler avec un bénéfice alors que l'autre équilibre tout juste son budget ou accuse un déficit. La «productivité» (nombre de board feet produits par homme et par jour) de la scierie A est de 10 000 board feet (23,6 m3) par homme et par journée de 8 heures, celle de la scierie B est de 5 000 board feet (11,8 m3).
Il y a bien d'autres avantages à appliquer l'automation aux scieries. Lorsqu'on utilise l'énergie humaine pour charger les grumes, les rouler jusqu'au chariot, les tourner, les griffer, les aligner, mettre la scie en marche, etc., on doit limiter le fonctionnement de toute l'installation pour la mettre à la mesure du rythme et de la force du muscle humain. Si dans une scierie moderne on emploie des machines pour remplacer le travail physique, les hommes qui sont placés aux postes de contrôle, par exemple ceux chargés du sciage, du délignage, du rognage, peuvent concentrer leur esprit sur les décisions qu'ils doivent prendre en se servant de leurs observations et de leur jugement. Pendant ce temps, les machines effectuent le travail matériel de manutention et de mesure de façon bien plus rapide et précise que ne le pourrait un être humain.
L'automation permet aussi d'augmenter la production. Dans la plupart des cas où l'on remplace l'homme par la machine, on augmente non seulement la production par unité main-d'œuvre, mais encore la production totale de la scierie. Un exemple typique est celui d'une grosse scierie de l'Ouest des Etats-Unis où, en supprimant un homme du chariot à grumes, le directeur a constaté au bout de quinze jours une augmentation de la production de la scie à grumes qui est passée de 38 000 board feet (90 m3) à 40 000 board feet (95 m3) par 8 heures. Une telle augmentation a été obtenue avec une unité de moins sur la feuille de paye.
L'automation permet aussi d'obtenir une qualité meilleure, plus uniforme. Les dimensions des sciages sont plus régulières avec l'automation car elles dépendent d'une répétition, et l'homme n'obtient pas de bons résultats en matière de répétition. Déterminer des dimensions avec précision nécessite toute l'attention d'un ouvrier, aussi bien intellectuellement que physiquement. Il se fatigue, et les moments d'inattention qui en résultent entraînent des pertes par variations d'épaisseur, de largeur ou de longueur. Là encore, une machine faite d'acier, de cuivre, mue par l'électricité et l'air comprimé, ne peut s'endormir sous l'effet de la répétition.
L'automation permet un contrôle des dimensions. Si une machine fabrique des sciages trop épais, on peut la régler. L'automation évite l'emploi des ouvriers non qualifiés qui ne peuvent que manutentionner des billes ou des pièces de bois. En les remplaçant par des machines, on limite l'emploi aux meilleurs ouvriers hautement qualifiés.
La première idée qui vient à l'esprit pour réaliser l'automation des scieries est de mettre à la ferraille les installations existantes et d'en construire de nouvelles, mais elle est de toute évidence difficile à réaliser. On s'est aperçu que la solution pratique consistait à effectuer progressivement cet équipement. Fermer une scierie pour l'équiper complètement en automation est généralement une opération trop coûteuse, aussi bien en temps qu'en argent.
Ce qui est pratique, ce qui correspond à la logique des affaires, c'est de consacrer chaque année une certaine somme d'argent à des améliorations que l'on réalise pendant la période de fermeture annuelle. C'est la méthode de bon sens compte tenu de la mise au point d'un nombre croissant de machines automatiques de série qui permettent de réaliser un équipement progressif des scieries.
Il faut bien se rendre compte que l'adoption des nouvelles machines, ou la conversion du vieux matériel, ne sont pas toujours le meilleur chemin vers l'automation. Parfois, un simple réarrangement peu coûteux des machines existantes, ou l'addition de quelques contacteurs automatiques permet de remplacer un homme par une machine et d'améliorer la productivité. Parfois, la combinaison d'une ou deux machines nouvelles, de type amélioré, d'un réarrangement du matériel existant, et de l'addition de quelques contacteurs permet d'obtenir des progrès spectaculaires.
Dans un cas il a été possible d'augmenter la productivité de 50 pour cent, de supprimer sept ouvriers, de dégager assez de place pour ajouter une chaîne de classement et un parc de stockage des sciages, en modifiant le trajet du bois scié, en déplaçant les machines, et en ajoutant seulement deux nouveaux éléments: un chariot sans conducteur et une rogneuse automatique.
On peut réaliser immédiatement l'automation de la partie de la scierie qui correspond à l'arrivée des grumes et aux premières opérations. On a mis au point des machines de série, que l'on peut installer dans n'importe quelle scierie, et qui assurent la manutention des grumes, à partir du bassin ou de la plate-forme d'arrivée, jusqu'à la sortie de la scie à grumes. Dans une scierie moderne, équipée en automation, on n'a besoin de personne à l'arrivée des grumes et sur la plate-forme de chargement. Le premier ouvrier que l'on rencontre est celui qui commande la scie. Au moyen d'un système de contrôle à distance il dirige les opérations qui, sur la plate-forme d'arrivée, nécessitent une décision: par exemple, retourner les grumes pour le classement, effectuer le chargement du chariot de la scie. Toutes les autres opérations, telles que le chargement des grumes sur la plate-forme, le fonctionnement des butées d'arrêt et du chargeur, sont assurées par automation.
L'automation des dernières opérations est bien plus difficile à réaliser dans une installation existante. La principale difficulté réside dans l'absence de machines convenables pour assurer l'évacuation et le transport des déchets. Pour un grand nombre de scieries existantes le coût de la construction de convoyeurs est si élevé qu'il n'est pas possible de réaliser une automation complète: il faut utiliser de la main-d'œuvre pour la seule manutention des déchets.
Même sans faire appel à des machines nouvelles et coûteuses on peut augmenter considérablement le rendement en adoptant, lorsque c'est possible, le principe de l'auto-évacuation des déchets. La règle générale qui s'applique à l'automation des dernières opérations de scierie consiste à séparer le plus tôt possible les déchets des pièces de bois sciées. Les scieries modernes sont conçues de façon à laisser des ouvertures dans le plancher sous les rouleaux et les transporteurs: la sciure et les déchets y tombent et sont ramassés par des convoyeurs. Lorsqu'on reconstruit une scierie pour l'automation il est souvent possible d'adopter cette méthode.
Au cours de ces dernières années, on a mis au point du matériel de série pour l'automation des petites et moyennes scieries, en particulier pour les premières opérations: arrivée des grumes et passage à la première scie.
Plates-formes à grumes
Les grumes sont lourdes et souvent peu commodes à manutentionner. Les rouler jusqu'au chariot de la scie, les crocheter, les aligner, et les faire passer dans la scie, tout cela prend beaucoup de temps et nécessite de la main-d'œuvre.
La technique qui consiste à retourner la bille après avoir scié plusieurs planches, de façon à ouvrir une nouvelle «face», est, elle aussi, fort laborieuse, dangereuse et lente.
Dans les scieries modernes, la manutention des grumes est réalisée avec des moteurs électriques, des machines, sans faire appel à la main-d'œuvre. On fabrique des appareils à retourner les grumes avec une variété suffisante de types et de dimensions pour qu'il soit possible de les installer sur presque toutes les plates-formes à grumes.
On désigne souvent sous le nom de «live-decks» (plates-formes animées) les plates-formes à équipement automatique qui amènent les grumes au chariot. Elles sont faites d'une série de semelles horizontales: sur chacune circule une chaîne sans fin. A l'extrémité de la plate-forme un battoir et un chargeoir placent la bille sur le chariot lorsque le scieur presse sur un bouton. On peut équiper la plate-forme en automation de manière à faire rouler les grumes vers le chariot de façon automatique, à mesure que l'on en a besoin.
On dispose, pour les bassins à grumes, de plusieurs types de haleurs qui amènent automatiquement les grumes sur la plate-forme.
Chariot à grumes et premières opérations de sciage
Dans la plupart des scieries, c'est le chariot à grumes qui est le plus facile à équiper en automation. Souvent il n'est même pas nécessaire de le remplacer. On peut équiper de vieux chariots en bon état en y fixant des dispositifs de série pour la conversion en automation.
Sur les chariots à grumes équipés en automation, la bille est fixée sur les équerres au moyen de griffes à air comprimé. On peut les acheter comme équipement de conversion, présentées sur un bâti d'acier que l'on peut fixer sur les équerres d'origine de la plupart des chariots. On a des griffes de tailles différentes pour les billes grosses, moyennes ou petites. Les griffes fonctionnent avec beaucoup plus de sûreté et de puissance que les hommes qu'elles remplacent.
Le chariot est mis en route à distance par le scieur qui se tient à sa place habituelle à son pupitre. Il détermine, en pressant sur un bouton, l'épaisseur des sciages. Cette épaisseur est réglée automatiquement par un moteur pneumatique, électrique ou hydraulique, placé sur le chariot. On élimine ainsi un homme sur le chariot, et avec lui les erreurs dans la fixation des épaisseurs. On peut installer ces systèmes de fixation télécommandés sur la plupart des modèles existants de chariots à grumes. Il existe divers modèles d'appareils à aligner les grumes télécommandés. Les derniers perfectionnements sont dans le commerce. Le plus récent est constitué par un verrou coulissant calé dans le bâti de fixation et télécommandé: il permet le déplacement d'une équerre, en avant ou en arrière des autres.
Les barres et les bras d'évacuation des plateaux sont mars par un vérin pneumatique et commandés directement du pupitre du scieur.
L'air comprimé et l'électricité arrivent au chariot par deux bras mobiles suspendus appelés le «pantographe».
Le montage de la scie à ruban et de la scie circulaire a subi, au cours de ces dernières années, des modifications qui permettent leur adaptation à l'automation. Une scie à ruban conçue spécialement pour l'automation est établie de façon à permettre au scieur d'en contrôler la tension, le dévers, et la position du guide supérieur, en pressant des boutons sur son pupitre. Elle comporte un berceau à lattes incorporé nécessaire à l'installation d'une évacuation automatique des sciages.
Le banc de la scie circulaire équipé automatiquement est conçu de façon à permettre l'évacuation immédiate des déchets qui tombent du chariot.
Evacuation des sciages
L'appareil automatique d'évacuation, appareil de série, peut être utilisé par les scieries où il existe un convoyeur de déchets qui suit toute la longueur de l'installation à partir de la scie à grumes.
Il consiste en une large courroie plate sur rouleau x qui évacue les dosses et les sciages.
On laisse un intervalle entre la première scie et cette courroie d'évacuation. Les dosses de courtes dimensions, et les pièces qui ne peuvent pas chevaucher cet intervalle tombent dans le convoyeur. Lorsqu'on utilise une scie circulaire, le banc est ouvert en dessous, de sorte que toute la sciure, les écorces, les éclats de bois, etc. tombent dans le convoyeur. Pour une scie à ruban, une goulotte d'acier percée d'une fente amène tous ces déchets à l'intervalle. Les dosses les plus longues sont évacuées par la courroie, et peuvent être traitées de différentes façons.
La déligneuse, son système d'amenée et d'évacuation
Il est relativement simple de faire passer automatiquement les sciages de la courroie d'évacuation ou des rouleaux sur la table d'alimentation de la déligneuse. Des chaînes permettant de les lever et de les déplacer sont placées sur des rampes qui joignent le système d'évacuation à la table de la déligneuse. (Lorsqu'on utilise une courroie d'évacuation, elle passe à droite et à gauche de ces chaînes, et des poulies supplémentaires sont fixées sous la courroie.) En général, on peut lever les rampes de transfert au moyen d'un vérin pneumatique.
Dans les scieries très rapides,- on utilise des systèmes de fixation automatiques pour régler les scies déligneuses, au lieu de leviers ou de roues manœuvrés manuellement. Pour assurer l'automation de la déligneuse, il suffit d'employer des transmissions à moteur pour déplacer les soies, et de contrôler électriquement ce déplacement. Dans le cas le plus simple, celui d'une déligneuse à deux soies que l'on peut approcher ou éloigner l'une de l'autre, on remplace la manivelle qui commande le déplacement des scies par un moteur électrique, muni d'un frein puissant. Un système de contrôle électrique fait de doigts et de commutateurs, met en route le moteur qui déplace les scies et règle leur espacement selon des largeurs fixes telles que 4, 5, 6, 8 inches (10; 12,7; 15 ou 20 cm). L'homme qui dirige l'opération peut mettre hors circuit l'appareil de contrôle pour obtenir d'autres largeurs de sciages. Dans les déligneuses plus compliquées, on utilise un moteur distinct pour déplacer chaque scie.
On a reconnu qu'il était difficile de rendre automatique l'évacuation des délignures et des sciages à la sortie de la déligneuse.
Les appareils mécaniques qui y parviennent ne s'appliquent qu'aux déligneuses à deux scies ou à celles à deux faces, c'est-à-dire aux appareils qui n'utilisent que deux scies agissant simultanément sur chaque face. Dans des scieries moins spécialisées, le type d'appareil que l'on peut utiliser doit être construit spécialement et intégré dans l'installation.
Rogneuses
Il y a trois catégories de rogneuses: à une seule scie, qui coupe les sciages sur un bâti à rouleaux à mesure qu'un ouvrier les arrête; à deux scies, qui débite en longueurs à mesure que les sciages se présentent, en progressant latéralement; à plusieurs scies, coupant en longueurs et éliminant les défauts à mesure du passage des planches. Chaque type peut être équipé automatiquement de façon à diminuer le travail manuel nécessaire au rognage, accélérer l'opération, donner à l'opérateur plus de temps pour observer les pièces et prendre des décisions concernant leur classement.
On réalise l'automation de la rogneuse à deux scies en motorisant le système de déplacement des scies. On peut les rapprocher ou les éloigner l'une de l'autre à l'aide d'un moteur contrôlé par doigts et contacteurs. Dans un modèle plus évolué, l'une des scies reste fixe tandis que l'autre se déplace. Ceci permet de maintenir la rogneuse sur une «ligne de base».
On équipe en automation les rogneuses à soies multiples en munissant la table de contacts qui assurent le sectionnement automatique des extrémités des sciages.
Dans le cas d'une rogneuse à rouleaux et à scie unique, on assure l'automation en munissant la table de roulement d'arrêts automatiques et en déplaçant la scie par un vérin pneumatique ou hydraulique.
Comme pour les autres systèmes automatiques, il est indispensable que la rogneuse aie des convoyeurs de déchets qui évacuent de façon efficace les extrémités des sciages et la sciure.
Classement des sciages
Actuellement il n'existe pas beaucoup de matériels de série pour l'automation du classement des sciages. Il existe des systèmes de trieurs à chaînes adaptables aux installations existantes qui permettent le tri des sciages: les planches sont transportées en progressant perpendiculairement à leur longueur, sur une série de chaînes sans fin, et sont tirées par le bout de façon à être empilées à angle droit de la chaîne.
Le classement en bout de scierie peut être fait de façon automatique grâce à l'appareil que l'on appelle «edge sorter» (trieur sur champ). Les planches passent dans des fentes au-dessus d'un transporteur à rouleaux ou à courroie, à une hauteur d'environ 3 mètres au-dessus du plancher de l'installation. La planche s'engage par un bord et descend les rouleaux dans le sens de sa longueur. A chaque fente correspond une «poche», simple espace vide à côté du chemin de roulement, avec un tablier en pente qui amène le bois sur une série de patins. En général ce système de tri est utilisé pour des pièces courtes et légères, qui n'ont pas plus de 16 à 20 feet (5 à 6 m) de long, et pour un tri ne portant que sur un nombre réduit de catégories, jusqu'à 12 par exemple.
Les principes à appliquer à la création d'une scierie automatique diffèrent nettement de ceux qui président à la construction d'une scierie classique, conçue en fonction des limitations imposées par les muscles et les possibilités de l'homme. Une scierie automatique n'est pas seulement équipée pour l'automation, elle est construite de façon à avoir la disposition la plus efficace et à permettre le plus gros débit possible de grumes et de sciages. Pour être bien adaptés et fonctionner correctement les convoyeurs doivent être incorporés à l'installation, de façon à permettre l'auto-évacuation des déchets. Il existe de nombreux plans de scieries automatiques que l'on peut adapter aux conditions spéciales à chaque installation.
Si on veut réaliser progressivement l'équipement en automation, il y a plusieurs facteurs importants à considérer:
1. L'automation exige une main-d'œuvre qui possède un certain niveau de qualification et de formation. Lorsqu'on installe l'automation, on doit aussi se préoccuper d'obtenir ou de former la main-d'œuvre nécessaire pour faire fonctionner le nouvel équipement.2. Le matériel d'automation exige un bon entretien pour prévenir les incidents. Dès l'installation, il faut penser à cet entretien.
3. L'application des idées nouvelles, le fonctionnement du matériel nouveau, exigent une période de transition. Les défauts doivent être rectifiés ou corrigés. Il est possible que, au cours de cette période de transition, la production soit inférieure aux normes pendant une brève période. La direction de la scierie doit se préparer d'avance à cette période de transition de façon à obtenir le meilleur service possible du personnel de maîtrise et des ouvriers.
Il n'en reste pas moins que l'automation a augmenté l'efficacité du sciage et permet à la direction d'utiliser au mieux la main-d'œuvre, le temps et la matière première. L'équipement progressif en automation constitue une méthode satisfaisante pour parvenir à ce résultat.
