Innowacje technologiczne w branży drzewnej i meblarskiej kształtujące rynek pracy i oczekiwane umiejętności

Prof. dr hab. inż. Piotr Beer

Branża drzewna tak jak i inne gałęzie gospodarki, tak jak i w zasadzie my wszyscy we wszystkich dziedzinach życia cierpimy na nadmiar i szybkość zmian. Technologie produkcji drzewnej i meblarskiej wiele lat czy wręcz stulecia nie zmieniały się. Bazowały na tych samych narzędziach ręcznych. W późniejszych okresach rozwój przemysłu 1.0 – maszyna parowa oraz 2.0 – maszyny elektryczne potęgował szybkość wytwarzania oraz wielkość produkcji (A, B), ale dalej procesy bazowały na narzędziach, których budowa, konstrukcja i mechanizmem działania nie odbiegały od ręcznych pierwowzorów. Dopiero dążenie do szybkiej oraz powtarzalnej produkcji i/lub rozwój materiałów drewnopochodnych wymusił innowacje w zakresie technologii wytwarzania.

Technologia Michaela Thoneta z pierwszej połowy XIX weiku (C), której podstawowym odkryciem jest przesunięcie strefy naprężeń rozciągających na stalową listwę a wyginany element drewniany podlega jedynie naprężeniom ściskającym, nie mogła być diametralnie zmodyfikowana, gdyż dotyczy ona produkcji z litego drewna, a lite drewno ma podstawową budowę niezmienną od milionów lat. Współczesne urządzenia produkujące krzesła w technologii Thoneta są zautomatyzowane. Jednak w tym bardzo konkretnym przypadku mamy doczynienia z drewnem, czyli materiałem naturalnym. Drewno jako materiał naturalny wykazuje zróżnicowane właściwości fizyko-mechanicznych niepowtarzalnych w całej objętości (D). Opracowania dotyczące produkcji opartej na materiałach naturalnych potwierdzają, iż pełna automatyzacja w tym przypadku jest zbyt kosztowna lub wręcz niemożliwa. Na rysunku 1 przedstawiony jest sposób zmechanizowanie procesu gięcia elementów ram do produkcji krzeseł.

Rys. 1. Giętarka z forma obrotową, FAMEG Radomsko (E)

Jednak innowacje materiałowe umożliwiły pełny rozwój automatyzacji i komputeryzacji w produkcji mebli i wyrobów drzewnych. Materiały drewnopochodne są produkowane, czyli ich właściwości są kształtowane podczas produkcji. To znaczy, że są przewidywalne i nie sprawiają takich niespodzianek jak drewno lite. Stosowane obecnie najpopularniejsze materiały drewnopochodne jakim są płyty wiórowe wymusiły opracowanie okleiniarek wąskich powierzchni (płaszczyzn) (F). Na rysunku 2 przedstawione są okleiniarki firmy HOMAG: opatentowana pierwsza automatyczna okleiniarka przelotowa KH 2/18 z 1962 roku oraz okleiniarka EDGETEQ S_200 z 2018 roku. Idea okleinowania wąskich powierzchni nie uległa zmianie, bo nie mogła. Obrzeże musi być nałożone na wąską powierzchnię i dociśnięte, a klej przez czas operacji musi związać ze sobą oba materiały: płytę i obrzeże. Jednak można w łatwy sposób prześledzić zmiany. Są rozwiązania bezklejowe oparte na uplastycznieniu warstwy obrzeża laserem lub plazmą i wciśnięciu jej w porowatą strukturę płyty, jednak takie rozwiązania nie są szeroko stosowane.

Rys. 2. Okleiniarki firmy Homag Group z 1962 i 2018 roku

Rozwój systemów CAD-CAM (Computer Aided Desing - Computer Aided Technology) to cyfrowe przekazywanie myśli projektanta wprost do urządzeń (G). Obecnie wszystkie firmy produkujące urządzenia i obrabiarki dla przemysłu drzewnego i meblarskiego dążą do całkowitej automatyzacji produkcji. Przykładem jest firma FELDR, która w 2020 roku przedstawiła propozycje produkcji mebli skrzyniowych, jak to zareklamowała: Korpus meblowy w 15 minut!. Na rysunku 3 przedstawione są poszczególne etapu produkcji, czyli projekt w systemie CAD, a następnie połączona z projektem panelówka, okleiniarka wąskich powierzchni, centrum obróbcze wykonujące podfrezowanie i nawierty.

Rys. 3. Proces produkcji elementów mebla skrzyniowego w FORMAT4 grupy Felder

Składanie korpusu wykonywane jest ręcznie. Zautomatyzowanie tej operacji nie jest opłacalne. Tym bardziej, że w idei mebli sprzedawanych w paczkach montaż wykonywany jest już u klienta, co obniża przede wszystkim koszty transportu, objętość paczek, czyli też emisję CO₂.  Osoby czy przenośniki podające elementy do poszczególnych stanowisk, czy operacji technologicznych zastępowane są robotami. Schemat działania robota jest logicznym ciągiem poleceń. Jednak uczenie się go w realnych warunkach przemysłu jest niemożliwe. Urządzenie tylko wtedy zarabia, kiedy produkuje. Stąd powstanie Branżowych Centrów Umiejętności w tym BCU Przemysłu Drzewnego w Różanymstoku wychodzi naprzeciw zapotrzebowaniu przemysłu i szkolnictwa na każdym etapie nauki. Rysunek 4 przedstawia przykład zajęć z programowania robota. Robotyzacja procesów i jej nauka stanowi w pełni przykład innowacji technologicznych, które kształtują rynek pracy i stanowią o oczekiwanych umiejętnościach.

Rys. 4. Zajęcia z programowania robota w BCU Przemysłu Drzewnego w Różanymstoku

Wszechobecne meble tapicerowane i elementy tapicerowane produkowane są z udziałem urządzeń sterowanych numerycznie. Rozkrój w stopniu optymalizacji nieosiągalnym przez człowieka czy szycie, pikowanie i inne operacje na materiałach tapicerskich w innowacyjnych zakładach przemysłowych wykonują systemy Computer Numerical Control (CNC). Na rysunku 5 przedstawione są sposoby obróbki ręczne i wykonywane przez urządzenia sterowane komputerowo będące na wyposażaniu BCU Przemysłu Drzewnego w Różanymstoku. Dokładność, wydajność, precyzja detali, optymalizacja i inne cechy produkcji przemawiają za inwestycją w nowoczesne innowacyjne technologie. Dodatkowym atutem innowacyjnych technologii jest możliwość szybkich zmian planów produkcyjnych i dostosowanie się do indywidualnych potrzeb klientów. Optymalizacja to też wydajna produkcja, z małą ilością pozostałości poprodukcyjnych wpisująca się ideę zrównoważonego rozwoju i eko-proketowania wyrobów. Nowe zasady gospodarowania odpadami, pozostałościami produkcyjnymi, produktami poużytkowymi, z kluczowymi hasłami: recycling, upcycling, ponownie użyj, napraw, sprzedaj niepotrzebne już są wymogiem i koniecznością, a będą w przyszłości jeszcze bardziej restrykcyjne. Cyfrowy Paszport Produktu będzie zawierał wszystkie informacje o produkcie od informacji z jakich materiałów i komponentów się składa, jak został wykonany, jak go używać i co można z nim zrobić, gdy zakończy się okres jego użytkowania. Zarządzanie cyklem życia (Life Cycling Management – LCM) zaczyna stanowić podstawę produkcji i to w każdym wymiarze od mikro do dużych przedsiębiorstw. I jedyne co można zrobić to się do tego przygotować, a na pewno z tym nie walczyć.

Rys. 5. Przykłady produkcji bazującej na doświadczeniu pracowników i produkcji CNC

Od innowacji technologicznych nie ma odwrotu. Działania pro-naturze i pro-środowisku wymuszają zmiany w zakresie technologii i nowościach w materiałoznawstwie. Patrząc wstecz, to rozwój przemysłu w gospodarce liniowej: weź, wyprodukuj, użyj, wyrzuć doprowadził do degradacji środowiska i skierowania go na skraj całkowitego wyniszczenia. Teraz rozwój przemysłu jest szansą, aby zapobiec dalszemu dewastowaniu planety Ziemia. Stąd wymogi Unii Europejskiej dotyczące produkcji, eksportu i dystrybucji dóbr w granicach unii wyrażone w rozporządzeniach, dyrektywach, czy innych aktach prawnych muszą być respektowane i wdrażane przez wszystkie państwa członkowskie.

A - https://zpe.gov.pl/a/przeczytaj/D13WWX8F3

B - https://www.myerp.pl/post/ewolucja-przemyslu-od-2-0-do-5-0-wyzwania-kazdej-ery

C – Albrecht Bangert, Peter Ellenberg: Thonet Moebel – Bugholz-Klassiker von 1830-1930. HEYNE 1997, ISBN 3-453-13047-2

D – Franciszek Krzysik: Nauka o drewnie. PWN, Warszawa 1978

E – Kamila Laskowska: Przegląd i charakterystyka metod gięcia drewna litego. Praca inżynierska na kierunku technologii drewna. SGGW WTD, Warszawa 2008

F - https://gpd24.pl/aktualnosci_promowane_slajder/homag-od-60-lat-produkuje-okleiniarki/

G – Jerzy Smardzewski: Projektowanie mebli. PWRiL, Poznań 2008, ISBN 978-83-09-01033-3