Utilization of Statistical Methods for Management in the Forest Industry

The strongest wish of the customer concerning chemical pulp features is consistent, uniform quality. Variation may be controlled and reduced by using statistical methods. However, studies addressing the application and benefits of statistical methods in forest product sector are scarce. Thus, the customer wish is the root cause of the motivation behind this dissertation. The research problem addressed by this dissertation is that companies in the chemical forest product sector require new knowledge for improving their utilization of statistical methods. To gain this new knowledge, the research problem is studied from five complementary viewpoints – challenges and success factors, organizational learning, problem solving, economic benefit, and statistical methods as management tools. The five research questions generated on the basis of these viewpoints are answered in four research papers, which are case studies based on empirical data collection. This research as a whole complements the literature dealing with the use of statistical methods in the forest products industry. Practical examples of the application of statistical process control, case-based reasoning, the cross-industry standard process for data mining, and performance measurement methods in the context of chemical forest products manufacturing are brought to the public knowledge of the scientific community. The benefit of the application of these methods is estimated or demonstrated. The purpose of this dissertation is to find pragmatic ideas for companies in the chemical forest product sector in order for them to improve their utilization of statistical methods. The main practical implications of this doctoral dissertation can be summarized in four points: 1. It is beneficial to reduce variation in chemical forest product manufacturing processes 2. Statistical tools can be used to reduce this variation 3. Problem-solving in chemical forest product manufacturing processes can be intensified through the use of statistical methods 4. There are certain success factors and challenges that need to be addressed when implementing statistical methods

Potential Acquisition Candidates for a Supplier of Wood Processing Machinery

Diplomityön tavoitteena oli sopivimman yritysostokohteen valitseminen useiden kilpailijoiden joukosta puunkäsittelykoneiden toimittajalle. Ensin esiteltiin Suomen metsäteollisuus sekä sen osaamistarpeista noussut metsäklusteri pääosin kohdeyrityksen näkökulmasta. Seuraavaksi annettiin kuva yrityksen tuotteista, kilpailijoista ja asiakkaista. Yritysostoprosessi kuvattiin sekä esille tuotiin yleiset motiivit ja kriittiset menestystekijät. Lisäksi kuvattiin kilpailijoiden ja liiketoimintaympäristön analysointi yrityksen menestyksen edellytyksenä. Puuntyöstökoneiden markkinat segmentoitiin ja analysoitiin vuodesta 1990 aina tähän päivään asti, jotta löydettäisiin kehityskelpoiset osa-alueet eli alueet, joissa yrityksen markkinaosuutta voitaisiin kasvattaa. Kandidaattien ominaisuuksia verrattiin yritysoston motiiveihin. Yritysten tuotteet sekä maantieteellinen sijainti pisteytettiin, jotta sopivimmat yritykset nousisivat esille. Kolme yritystä valittiin syvällisempään tarkasteluun. Yritysten tuotteita, taloudellista asemaa ja globaalia verkostoa vertailtiin keskenään muiden tekijöiden, kuten maailmantalouden ohessa. Taloudellisesti vakaa ja teknisesti monipuolinen yritys kohtasi yritysoston motiivit parhaiten. Kohteen positiivisia puolia olivat sijainti, tuotteet ja palvelut. Lisäksi, yritys sopii ostajan strategiaan sekä auttaa kohtaamaan asiakkaiden nykyiset ja tulevat tarpeet.

Diagnosing and developing knowledge management capability –Knowledge management capability in UPM-Kymmene Wood Oy

The purpose of this case study is to clarify how KM (knowledge management) capability is constructed through six different activities and to explore how this capability can be diagnosed and developed in the three case organizations. The study examines the knowledge management capability of the three factories in UPM-Kymmene Wood Oy, a major Finnish plywood producer. Forest industry is usually considered to be quite hierarchical. The importance of leveraging employee skills and knowledge has been recognized in all types of organizations – including those that mainly deal with tangible resources. However, the largest part of empirical knowledge management literature examines KM in so called knowledge-intensive or knowledge-based organizations. This study extends existing literature by providing an in depth case study into assessment and development of KM activities in these three organizations with little awareness of the KM discourse. This subject is analyzed through literature review, theoretical analysis and empirical research in the case organizations. The study also presents a structured method for evaluating KM activities of a company and for diagnosing the main weaknesses that should be developed in order to achieve KM excellence. The results help in understanding how knowledge management capability is constructed and provide insight into developing and exploiting it within an organization.

Bayesian methods for estimation, optimization and experimental design

Mathematical models often contain parameters that need to be calibrated from measured data. The emergence of efficient Markov Chain Monte Carlo (MCMC) methods has made the Bayesian approach a standard tool in quantifying the uncertainty in the parameters. With MCMC, the parameter estimation problem can be solved in a fully statistical manner, and the whole distribution of the parameters can be explored, instead of obtaining point estimates and using, e.g., Gaussian approximations. In this thesis, MCMC methods are applied to parameter estimation problems in chemical reaction engineering, population ecology, and climate modeling. Motivated by the climate model experiments, the methods are developed further to make them more suitable for problems where the model is computationally intensive. After the parameters are estimated, one can start to use the model for various tasks. Two such tasks are studied in this thesis: optimal design of experiments, where the task is to design the next measurements so that the parameter uncertainty is minimized, and model-based optimization, where a model-based quantity, such as the product yield in a chemical reaction model, is optimized. In this thesis, novel ways to perform these tasks are developed, based on the output of MCMC parameter estimation. A separate topic is dynamical state estimation, where the task is to estimate the dynamically changing model state, instead of static parameters. For example, in numerical weather prediction, an estimate of the state of the atmosphere must constantly be updated based on the recently obtained measurements. In this thesis, a novel hybrid state estimation method is developed, which combines elements from deterministic and random sampling methods.

Tapaustutkimus aineettoman pääoman merkityksestä puupolttoaineiden liiketoiminnassa

Tutkimuksessa selvitetään yhden puupolttoaineorganisaation aineettoman pääoman keskeisimmät tekijät ja niiden välinen dynamiikka laadullisilla tutkimusmenetelmillä. Selvityksen teoreettisen taustan muodostaa tietojohtamisen kirjallisuus, jonka perusteella tietopääoman tekijät on jaettu kolmeen ryhmään: inhimillisiin, rakenne- ja suhdetekijöihin. Puupolttoaineiden liiketoiminta perustuu yksinkertaisen raaka-aineen eli puun hankkimiseen ja toimittamiseen voimalaitoksille eri muodoissa. Liiketoiminnan kannattavuus ja yrityksen asema markkinoilla pohjaa pääosin aineettoman pääoman laaja-alaiseen hyödyntämiseen ja kehittämiseen. Tutkimuksen kohteena on suuren metsäteollisuusyrityksen puunhankintaorganisaatio ja sen puupolttoaineiden liiketoimintayksikkö, jonka arvonmuodostusta ja aineettoman pääoman tekijöitä tutkimuksessa analysoidaan. Tutkimustulokset osoittavat, että puupolttoaineiden liiketoiminnan kannattavuus perustuu henkilöstön vahvaan osaamiseen ja organisaation dynaamisiin johtamismalleihin, joilla voidaan vahvistaa aineettomien tekijöiden yhteisvaikutusta. Haasteena puupolttoainetoiminnassa on aineettoman pääoman tekijöiden suhteuttaminen nopeasti kehittyviin operatiivisiin toimintamalleihin sekä valtiollisiin tukimekanismeihin.

Use of airborne laser scanner data in demanding forest conditions

Most of the applications of airborne laser scanner data to forestry require that the point cloud be normalized, i.e., each point represents height from the ground instead of elevation. To normalize the point cloud, a digital terrain model (DTM), which is derived from the ground returns in the point cloud, is employed. Unfortunately, extracting accurate DTMs from airborne laser scanner data is a challenging task, especially in tropical forests where the canopy is normally very thick (partially closed), leading to a situation in which only a limited number of laser pulses reach the ground. Therefore, robust algorithms for extracting accurate DTMs in low-ground-point-densitysituations are needed in order to realize the full potential of airborne laser scanner data to forestry. The objective of this thesis is to develop algorithms for processing airborne laser scanner data in order to: (1) extract DTMs in demanding forest conditions (complex terrain and low number of ground points) for applications in forestry; (2) estimate canopy base height (CBH) for forest fire behavior modeling; and (3) assess the robustness of LiDAR-based high-resolution biomass estimation models against different field plot designs. Here, the aim is to find out if field plot data gathered by professional foresters can be combined with field plot data gathered by professionally trained community foresters and used in LiDAR-based high-resolution biomass estimation modeling without affecting prediction performance. The question of interest in this case is whether or not the local forest communities can achieve the level technical proficiency required for accurate forest monitoring. The algorithms for extracting DTMs from LiDAR point clouds presented in this thesis address the challenges of extracting DTMs in low-ground-point situations and in complex terrain while the algorithm for CBH estimation addresses the challenge of variations in the distribution of points in the LiDAR point cloud caused by things like variations in tree species and season of data acquisition. These algorithms are adaptive (with respect to point cloud characteristics) and exhibit a high degree of tolerance to variations in the density and distribution of points in the LiDAR point cloud. Results of comparison with existing DTM extraction algorithms showed that DTM extraction algorithms proposed in this thesis performed better with respect to accuracy of estimating tree heights from airborne laser scanner data. On the other hand, the proposed DTM extraction algorithms, being mostly based on trend surface interpolation, can not retain small artifacts in the terrain (e.g., bumps, small hills and depressions). Therefore, the DTMs generated by these algorithms are only suitable for forestry applications where the primary objective is to estimate tree heights from normalized airborne laser scanner data. On the other hand, the algorithm for estimating CBH proposed in this thesis is based on the idea of moving voxel in which gaps (openings in the canopy) which act as fuel breaks are located and their height is estimated. Test results showed a slight improvement in CBH estimation accuracy over existing CBH estimation methods which are based on height percentiles in the airborne laser scanner data. However, being based on the idea of moving voxel, this algorithm has one main advantage over existing CBH estimation methods in the context of forest fire modeling: it has great potential in providing information about vertical fuel continuity. This information can be used to create vertical fuel continuity maps which can provide more realistic information on the risk of crown fires compared to CBH.

Näytteenotto teurasruhojen pintakontaminaation tutkimiseen

Summary: Sampling methods to monitor the microbiological contamination of carcasses

Ympäristövaikutusten velvoitetarkkailun tulosten epävarmuuden arviointi

Tämä diplomityö tehtiin Neste Oil Oyj:n Kehittäminen ja Laboratoriot yksikön HSE-palveluille. Työn tavoitteena oli arvioida Neste Oilin ympäristövaikutusten velvoitetarkkailujen mittaustulosten epävarmuutta. Tarkastelu koski ilmanlaadun SO2-, NO2-, TRS- sekä O3-mittauksia, ympäristömelumittauksia sekä pohjavesinäytteenottoa. Ympäristönsuojelulaki (86/2000) velvoittaa tuotantolaitoksia selvittämään toimintansa ympäristövaikutukset. Myös esimerkiksi akkreditoitaessa menetelmiä mittausepävarmuus on tunnettava. On arvioitu, että tulevaisuudessa direktiivit tulevat tiukentamaan päästöraja-arvoja ja mittausepävarmuuden käsite tulee käyttöön kaikilla ympäristösektoreilla.Tässä työssä ilmanlaadun mittausepävarmuus arvioitiin vertaamalla Neste Oilin mittaustuloksia Ilmatieteenlaitoksen vertailumittausten ja kalibrointien tuloksiin. Ympäristömelun mittausepävarmuus arvioitiin Ympäristöministeriön ympäristömelunmittausohjeen (1/1995)mukai-sesti. Pohjavesinäytteenoton mittausepävarmuus arvioitiin laskemalla haitta-aineiden ajallisen vaihtelun, näytteenottomenetelmien, näytteiden kuljetuksenja säilytyksen aiheuttaman kontaminaation sekä analyysivaiheen epävarmuustekijöiden yhdistetty mittausepävarmuus. Tarkastelussa todettiin, että ilmanlaadunmittaustulokset eivät poikenneet merkittävästi vertai-lumittausten ja kalibrointien tuloksista. Menetelmien laajennetuksi mittausepävarmuudeksi saatiin 6-8 %. Ympäristömelun mittausepävarmuus vastasi ympäristömelunmittausohjeessa esitettyjä arvoja ja vaihtelivat 2-10 dB:n välillä, riippuen mittausetäisyydestä ja mittauskertojen lukumäärästä. Pohjavesinäytteenoton mittausepävarmuudelle ei ole asetettu laatutavoitteita. Tässä tarkastelussa pohjavesinäytteenoton mittausepävarmuudeksi saatiin 33 %.

Hakevirrasta otettavan näytteen luotettavuus ja näytteenottimen kehittäminen

Työn tavoitteena oli saada tietoa yleisesti partikkelivirtauksessa tapahtuvasta näytteenotosta ja näytteenottomenetelmistä. Työssä tutkittiin UPM-Kymmenen Kaukaan tehtaan nykyisen ostohakkeen automaattisen näytteenottimen toimintaa sekä sen ottamien näytteiden luotettavuutta kokeellisesti ja tilastollisesti. Lopuksi tutkimuksessa ideoitiin uusi näytteenottimen konstruktio. Uuden konstruktion suunnittelun lähtökohtana oli, että näytteenottimen konstruktiolla tulisi voida ottaa toistuvasti ja turvallisesti luotettavia hakenäytteitä aiheuttamatta muulle vastaanottoaseman toiminnalle häiriöitä Tutkimusta varten tehtiin eri haketoimittajien kanssa koenäytteenottoja. Hakenäytteet otettiin kolmessa eri haketoimituksen vaiheessa niiden keskinäistä vertailua varten. Hakenäytteistä määritettiin kuiva-ainepitoisuus ja laatuanalyysin tekoa varten palakokojakauma koeseulonnoilla. Palakokojakauma-analyysistä saatuja jakaumapainoprosenttiosuuksien ja niistä laskettujen laatuarvojen pohjalta tutkittiin automaattisen näytteenottimen ottaman näytteen luotettavuutta ja näytteenottimen toimintaa. Konstruointityössä noudatettiin pääpiirteittäin ohjeistoa VDI 2221. Uuden näytteenottimen suunnittelutyön tavoitteet määriteltiin tutkimuksessa tehtyjen päätelmien ja kokeiden pohjalta. Uudelle näytteenottimen konstruktiolle etsittiin toteutuskelpoisia ratkaisuja jo olemassa olevista laitteistoista ja uusista ideoista. Uudet konstruktiovaihtoehdot suunniteltiin noudattamaan näytteenottoteoriaa ja sijoituspaikan asettamia vaatimuksia.

Metsähakkeen jalostusarvon nostaminen eri kuivausmenetelmillä

The thesis was made for Hyötypaperi Oy. To the business activity of the company belongs the recycling of materials and carry out for re-use and the manufacture of solid biofuels and solid recovered fuels. Hyötypaperi Oy delivers forest chips to its partner incineration plants by day and night though the year. The value of the forest chips is based on its percentage of dry material. It is important to dry forest chips well before its storage in piles and delivering to incineration plants. In the thesis was examed the increasing of the degree of refinement of forest chips by different drying methods. In the thesis was examined four different drying methods of the forest chips. The methods were field-, plate-, platform- and channel drying. In the channel drying was used a mechanical blower and the other drying methods were based on the weather conditions. By all drying methods were made test dryings during the summer 2007. In the thesis was examined also the economical profitableness of the field- and channel drying. The last examination in the thesis was measuring of the forest chips’s humidity by humidity measuring equipment of sawn timber during November 2007. The field drying on the surface of asphalt is the only method of drying, which is used by Hyötypaperi Oy in its own production. There do not exist earlier properly examined facts of any drying methods of forest chips, because the drying of forest chips is a new branch. By field- and platform drying achieved lower humidity of forest chips than by plate drying. The object by using the humidity measuring equipment was to be informed of the humidity of forest chips. At present the humidity will find out after 24 hours when the sample of humidity quantity has been dried in the oven. The Lappeenranta University of Technology had the humidity measuring equipment of sawn timber. The values of humidity measured by the equipment from the sample of forest chips were 2 – 9 percent lower than the real values of humidity specified by drying in oven.

Models in country scale carbon accounting of forest soils

Selective papers of the workshop on "Development of models and forest soil surveys for monitoring of soil carbon", Koli, Finland, April 5-9 2006.

Hitsaus- ja liimausmenetelmien mahdollisuudet puumuovikomposiittien liittämisessä

Diplomityössä tutkittiin puumuovikomposiittien liitettävyyttä hitsaamalla ja liimaamalla. Työn kirjallisessa osuudessa tutustuttiin aiheeseen liittyviin tutkimuksiin, jotta saatiin käsitys miten liittäminen voisi onnistua. Työn empiirisessä osuudessa tehtiin liitoskokeita valituilla materiaaleilla eri menetelmillä. Liitoksia tutkittiin sekä rikkovilla, että rikkomattomilla aineenkoestusmenetelmillä. Valitut materiaalit poikkesivat koostumuksellaan hieman toisistaan, joten tuloksista pystyttiin päättelemään, mitkä ominaisuudet vaikuttavat milläkin tavalla liitettävyyteen. Johtopäätöksinä tässä tutkimuksessa voidaan todeta, että komposiitit ovat sekä hitsattavissa, että liimattavissa, mutta materiaalin koostumus vaikuttaa merkittävästi siihen, millä tavoin kappaleet liittyvät toisiinsa. Pääasiassa kaikki materiaalit liittyivät kohtuullisella tavalla. Oikeanlaisten liittämisarvojen määrittäminen reseptikohtaisesti vaatii tarkempia tutkimuksia.

Metsäenergian käytön kasvun liiketoimintamahdollisuudet Kaakkois-Suomessa

Kaakkois-Suomessa (Kymenlaakson ja Etelä-Karjalan maakunnat) metsäenergian käytön kasvaessa on tullut tarve tarkastella käytön kasvua eri käyttäjien näkökulmasta sekä arvioida kasvaneen käytön luomia liiketoimintamahdollisuuksia alueen toimijoille. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää metsäenergian nykyinen käyttö ja käytön kasvumahdollisuudet alueella. Metsäenergian käytön kasvumahdollisuuksia voidaan arvioida nykyisen energian tuotantorakenteen sekä energian tarpeen perusteella. Näiden tietojen pohjalta voidaan arvioida metsäenergian riittävyyttä, käytön laajentamista ja laajentamisen yhteydessä syntyviä liiketoimintamahdollisuuksia alueen metsäenergian hankinnassa mukana oleville toimijoille ja energian tuotannon pk-yrittäjille (mm. energiayrittäjät ja -osuuskunnat). Hankkeen toteutuksen yhteydessä valmistellaan laajempaa hankekokonaisuutta uusiutuvien paikallisten energiamahdollisuuksien hyödyntämiseksi ja liiketoiminnan kehittämiseksi alueella. Tutkimusten tavoitteena on luoda hyvinvointia ja liiketoimintamahdollisuuksia alueelle. Etelä-Karjalan ja Kymenlaakson maakuntien osalta tutkimus sisälsi seuraavat osatehtävät: metsäenergian nykyisen käytön selvittäminen käyttökohteittain ja polttoainelajeittain (hakkuutähteet, kannot, pienpuu), metsäenergian potentiaalisten käyttökohteiden selvittäminen, metsäenergian kuntakohtaisen saatavuuden selvittäminen polttoainelajeittain, metsäenergian käytön suhde saatavuuteen, metsäenergian ympärille liittyvien liiketoimintamahdollisuuksien tunnistaminen ja kartoittaminen sekä tulosten raportointi. Tutkimuksen tuloksina saatiin Etelä-Karjalan ja Kymenlaakson maakuntien kuntakohtaiset taseet metsäenergian kysynnän ja tarjonnan määristä sekä alaan liittyvistä työllisyys- ja liiketoimintamahdollisuuksista. Tutkimuksen toteutuksessa on tehty tiiviisti yhteistyötä Kaakkois-Suomen metsäkeskuksen kanssa. Tutkimuksen seurantaryhmänä toimi Kaakkois-Suomen metsäenergianeuvottelukunta. Tutkimuksessa on luotu toimintamalli alueellisen ja paikallisen metsäenergian käytön ja saatavuuden tarkastelua varten. Toimintamallilla voidaan esittää paikalliset mahdollisuudet metsäenergian hyödyntämiseksi ja liiketoimintamahdollisuuksien arvioimiseksi.