Pyörösahakoneen adaptiivinen teräohjaus

Diplomityössä tarkastellaan pyörösahalinjan adaptiivista teräohjausta. Työllä on kaksi tavoitetta. Lisätä mittausjärjestelmään sahatavaroiden keskiarvon mittaamisen lisäksi keskihajonnan mittaus ja selvittää mittausjärjestelmään sekä sahalinjan ohjausjärjestelmään tarvittavat muutokset niiden välisen automaattisen tiedonsiirron toteuttamiseksi. Sahatavaroiden paksuudet selvitetään optisen mittausjärjestelmän avulla. Sahatavaroille on määrätty tuoremitta. Suunniteltu järjestelmä käyttää hyväkseen keskihajontaa tarvittavan sahausvaran laskemiseen sahatavaroille. Sahausvara tarvitaan raaka-aineen ja sahakoneiden sahatavarapaksuuteen aiheuttaman vaihtelun vuoksi. Tuoremitan tulee ilmaista sahatavaran pienintä tarvittavaa paksuutta, jotta se on kuivauksen jälkeen asiakasmitassa. Mittausjärjestelmä määrittää sahausvaran reaaliaikaisen tarpeen mukaan. Sahausvara lisätään minimituoremitan päälle ja sitä ohjataan sahauksessa tapahtuvien muutosten perusteella. Adaptiivinen teräohjaus tarvitsee mittausjärjestelmän ja sahalinjan ohjausjärjestelmän välistä tiedonsiirtoa. Diplomityössä on selvitetty kahden laitevalmistajan järjestelmiin tarvittavat muutokset, jotta ne pystyvät adaptiiviseen teräohjaukseen ilman sahuria välittämässä terien siirtoarvoja. Muutosten jälkeen automaattinen tiedonsiirto onnistuu järjestelmien välillä. Sahalaitos, jossa järjestelmät ovat käytössä, ei ole tehnyt päätöstä järjestelmien tiedonsiirron automatisoinnista.

On-line –jatkojalostuksen integrointi mäntysahan tuotantoprosessiin

Diplomityön tavoitteena oli selvittää erilaisia jatkojalostusmahdollisuuksia, joilla voidaan nostaa suuren mäntysahan tuotteiston arvoa. Lisäksi tuli tarkastella jalostuksen integrointia sahan tuotantoprosessiin. Työn taustalla on toisaalta puutuotemarkkinoiden muuttuminen ja toisaalta raaka-aineen laadullinen huononeminen. Molemmat seikat vaikuttavat negatiivisesti perinteisen mäntysahan kannattavuuteen .Jatkojalostuksen integroinnilla sahatavaraprosessiin saavutetaan säästöjä tuotantokustannuksissa, kun tarkastellaan koko prosessia tukista jatkojalosteeksi. Myös raaka-aineen tuottavuutta voidaan nostaa integraation avulla. Jatkojalostus voidaan integroida sahatavaraprosessiin raaka-aineen valikoinnilla sahatavaraprosessin eri osissa, on-line –jalostuksella sekä taloudellisesti. Sahatavaraprosessissa tapahtuva raaka-aineen valikointi voidaan suorittaa tukeista ja sahatavarasta. Valikointikriteerinä voi olla puun ominaisuudet, sahatavaran mitat ja laatu. Valikointiin voidaan nykyteknologiasta hyödyntää röntgentekniikkaa sekä konenäköä. On-line –jalostus tarkoittaa kiinteästi sahatavaraprosessiin liittyvää jalostusta, jolloin ns. turhia prosessivaiheita jää pois ja syntyy säästöjä. On-line –jalostuksen edellytys on raaka-aineen jonkin asteinen valikointi, esim. pituus. Taloudellisesti integroitu jalostus tarkoittaa, että jalostuslaitoksella pyritään nollatulokseen ja jalostuksen lisäarvo palautetaan sahan toimittamaan raaka-aineen hintaan. Tällainen toiminta yhtiön sisällä poistaa turhaa keskustelua raaka-aineen siirtohinnoista ja siten vapauttaa osaltaan resursseja tuottavampaan toimintaan. Erilaisten jatkojalostusmuotojen ja puun ominaisuuksien hyödyntämisen seulonnan perusteella löytyi yksi jalostusmuoto, jolla voidaan kohottaa mäntysahan tuotteiston arvoa. Työn tuloksena syntyi investointiehdotus aihiotankotuotannosta ikkunateollisuuden tarpeisiin. Raaka-aineen hyödynnettäviä ominaisuuksia ovat männyn sydänpuun luonnollinen kestävyys sekä keskimääräinen oksaväli. Valikointi tehdään välitukeista, joiden sahaamisen kannattavuus on männyn rungon osista heikoin. Aihiotankoprosessissa hyödynnetään konenäköä ja sormijatkostekniikkaa. Jatkojalostuksen integrointi sahatavaraprosessiin toteutetaan rakentamalla on-line –jalostuslaitos sekä soveltamalla röntgentekniikkaa raaka-aineen valinnassa.

Harvennuslehtikuusen (Larix sibirica) saatavuus ja soveltuvuus parkettiteollisuuden tarpeisiin

Diplomityön tavoitteena oli selvittää Suomessa olevat lehtikuusivarannot sekä niiden ikäjakauma. Lisäksi pyrittiin testaamaan erityyppisten laatuluokitteluohjeiden soveltumista harvennuslehtikuusesta tehdylle sahatavaralle. Viimeisenä tavoitteena oli siperianlehtikuusen fysiologisten ominaisuuksien tutkiminen etenkin uuteaineiden osalta. Näiden päämäärien yhteinen tavoite oli kehittää lehtikuusen käyttöä parkettiteollisuudessa. Lehtikuusialueiden kartoitus tehtiin kirjallisuustutkimuksena. Empiirisen osion tutkimustulokset perustuivat koesahauksiin, joissa sahattiin 315 lehtikuusipölliä, joiden latvaläpimitta vaihteli 80 - 280 mm. Pöllit olivat kolmesta eri-ikäisestä leimikosta, mutta niillä oli sama kasvupaikkatyyppi. Ennen sahausprosessia nämä pöllit mitattiin ja laadutettiin. Sahausprosessi suoritettiin läpisahauksena asetteen ollessa 25 ja 50 mm. Särmäämättömät saheet mitattiin tuoreina ja laadutus suoritettiin tilastollisin menetelmin, koska käytettiin kolmea erityyppistä laadutusohjetta. Lehtikuusen ominaisuuksien tutkiminen perustui harvennushakkuista saatuihin näytekiekkoihin, josta mitattiin sydänpuuosuus, tiheys, kosteus ja uuteainepitoisuudet. Lisäksi mittaus suoritettiin erikseen pinta- ja sydänpuulle.Tuloksista havaittiin, että tukkilaatuluokat sopivat vain isoille lehtikuusitukeille, mutta sahatavaranohjeistukset antoivat kohtuullisia lajittelujakaumia. Fysiologisista ominaisuuksista selvisi lineaarisen regressioanalyysin avulla, että pintapuun uuteainemäärät korreloivat keskimääräisen kuivatuoretiheyden kanssa. Sydänpuumittausten tulokset olivat korkeammalla tasolla kuin mitä kirjallisuudesta selvisi. Lisäksi havaittiin lehtikuusen tiheyden kasvavan 20-40 vuoden välillä merkittävästi, kun mittauspiste on tyvessä.

Sahan kustannustenjakomalli toimintolaskentaa apuna käyttäen

Työn tavoitteena oli rakentaa sahan kustannuksille laskentamalli, jolla kustannukset voidaan kohdistaa markkinasegmenteille. Työssä käytettiin toimintolaskentaa, joka kohdistaa kustannuksia tarkemmin, kuin perinteiset kustannuslaskentamenetelmät. Toimintolaskenta on kaksivaiheinen menetelmä, jossa ensin resurssit kohdistetaan käytön mukaan toiminnoille ja näiltä edelleen laskentakohteille toimintojen kulutuksen mukaan. Suuri osa mallin rakentamisajasta kului toimintojen määrittelyyn, analysointiin, tiedonhakuun ja laskentainformaation keräämiseen. Rakennettua kustannustenjakomallia voidaan käyttää apuna esim. segmentti-, asete- tai tuotekohtaista kannattavuutta laskettaessa. Kustannustenjakomalli kohdistaa sahan kustannukset kolmelle eri kustannusobjektille. Nämä objektit ovat tuote, segmentti ja tehdas. Tehdastason kustannukset kohdistetaan ainoastaan tuotteiden tehdashintojen määrittämisessä. Nämä kustannukset eivät vaikuta mitenkään tuotteen tai markkinasegmentin kannattavuuteen. Laskentamallin rakenne riippuu mallin käyttötarkoituksesta. Kustannustenjakomallia kokeiltiin kolmelle erilaiselle sahaukselle. Mallissa tarkasteltiin normaalikokoisen tukin, Japanin sahatavaran (lyhyt tukki) ja pienen tukin sahauksia sekä näiden aiheuttamia kustannuksia. Toimintolaskenta soveltuu hyvin sahan kustannusten kohdistamiseen. Koska sahan tuotanto on prosessimaista, niin toimintoja on vähän. Vaikka segmenttitason palvelutoimintojen osuus kustannuksista onkin pieni, niin toimintolaskenta toimii usein todellisena silmien avaajana, kun toimintoja ja niiden kustannuksia analysoidaan.

Tuoreen sahatavaran mittavaihtelujen vaikutus sahauksen kannattavuuteen

Työn tavoitteena oli esittää tuoreen sahatavaran mittahajonnan merkitys sahaukselle. Lisäksi tutkittiin eri vuodenaikojen vaikutusta märkämitan hajontaan. Tutkimuksessa selvitettiin myös sahatavaran kuivauksen aikaisen kutistuman suuruutta ja hajontaa eri tilanteissa. Tutkimuksessa suoritettiin mittauksia kolmella eri sahalla n. 12 kk:n ajan. Näin saatiin tietoa eri vuodenaikojen vaikutuksesta märkämittojen hajontaan, ja sitä kautta sahauksen kannattavuuteen. Kuivauksen vaikutusta tuoremittojen ohjaukseen tutkittiin mittaamalla useita eri koe-eriä ennen ja jälkeen kuivauksen. Mittaustietojen avulla pystytään määrittämään todellinen tarvittava märkämitta, ja vältetään turhaa ylimittaa sahauksessa Tutkimus osoitti vuodenaikojen selvän merkityksen sahaushajontaan. Kuivauksen vaikutuksesta kappaleiden hajontaan saatiin tutkimuspohjaista, tarkkaa tietoa. Myös todellisesta kuivauskutistuman suuruudesta saatiin selkeä käsitys, joka helpottaa märkämitan, ja siten myös asiakkaalle menevän, todellisen sahatavaramitan määrittelyä.

Sahan lämmöntuotannon ohjaus

Sahalaitoksilla käytetään lämpöenergiaa sahatavaran kuivauksessa. Lämpö tuotetaan pääasiassa polttamalla sivutuotteita, kuten kuorta ja purua. Hyvän kuivauslaadun saavuttamiseksi kuivausilman lämpötilan ja kosteuden on oltava oikean suuruiset. Epäsuotuisat kuivausolosuhteet hidastavat kuivumista tai aiheuttavat kuivausvikoja. Työssä käsiteltävänä sahalla lämpö tuotetaan kahdella sivutuotteita polttavalla kuorikattilalla sekä tarvittaessa raskasöljykattilalla. Raskasöljykattilalla tuotetaan myös kuivaamojen kostutushöyry. Automatiikkaa kehittämällä lämmöntuotanto saatiin reagoimaan paremmin vaihtelevaan lämmöntarpeeseen. Hyvin toimivan lämmöntuo¬tantojärjestelmän ansiosta kuivausolosuhteet ovat säilyneet entistä vakaampina. Matalapaineista höyryä johdetaan osaan sahan kuivaamoista. Höyrytys parantaa kuivauslaatua ja mahdollistaa nopeamman kuivauksen. Kuivaamot höyrytetään kuormanvaihdon jälkeen, jotta ilmankosteus nousee nopeasti tavoitetasolle. Lämmitys-vaiheen jälkeen höyrykostutusta ei tulisi käyttää ennen seuraavaa kuormanvaihtoa. Kehittämällä kuivaamoautomatiikkaa höyryn käyttö saatiin aikaisempaa kustannustehokkaammaksi. Muutoksien avulla polttoainekustannukset ovat pienentyneet.

Puunkäsittelykoneen simulointi ja mekaaniset häviöt

Diplomityö on osa Savonia-amk:n koneosaston TOVI-projektia, jossa metsä-konevalmistaja Ponsse Oyj on mukana. Työssä tutkittiin Ponsse Oyj:n metsäkoneen harvesteripäätä. Tavoitteena oli harvesteripään puun syöttöliikkeessä syntyvien mekaanisten häviöiden selvittäminen. Mekaanisilla häviöillä tarkoitamme karsintaterien kitkavoimia ja syöttörullien vierintävastusta.Edellisten lisäksi tavoitteena oli tutkia puun syöttöliikkeen simuloitavuutta monikappaledynamiikkaan perustuvalla simu-lointiohjelmistolla. Työ toteutettiin mittaamalla harvesteripään hydraulisten toimilaitteiden paineita, puun syötön aikana. Mittasimme myös puun ja harvesteripään välistä liikematkaa, nopeutta, kiihtyvyyttä, sekä puun paksuutta. Mittausten lisäksi harvesteripäästä rakennettiin simulointimalli. Mitattujen paineiden avulla laskettiin vastaavien toimilaitteiden synnyttämät voimat ja momentit. Simulointimallilla toistettiin mittaustapahtumat, käyttäen mittausten avulla laskettuja voimia ja momentteja. Mallin kitkakertoimien ja vierintävastusten avulla simuloidut ja mitatut liikematkat haettiin yhteneviksi. Toisin sanoen, simulointimalli verifioitiin todellisuutta vastaavaksi, jolloin simulointimallista voitiin lukea syntyneet häviöt.

Metsäsektorin kehityksen vaikutus raaka-ainetarpeeseen ja rakenteeseen

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää kuinka raakapuumarkkinat muodostuvat ja mitkä tekijät vaikuttavat raakapuun tarjontaan ja hankintaan. Lisäksi tarkastellaan onko tuontipuu korvaava vai täydentävä raaka-aine ja millainen rooli valtiovallalla on luodessaan yrityksille toimintaympäristöä. Työ on voimakkaasti teoreettispainotteinen. Teorian tarkoituksena on esittää se tieteellinen perusta, jolle raakapuumarkkinat sijoittuvat. Lisäksi on hyväksikäytetty aiemmin tehtyjä tutkimuksia, joiden tarkoituksena on valaista asiaa hieman käytännönläheisemmin. Työn tuloksena saadaan vastaukset tutkimuksen tavoitteisiin. Tulosten perusteella on ilmeistä, että keskeisin tarjontaan vaikuttava tekijä on puun hinta ja etenkin siihen liittyvät hintaodotukset. Kysyntään on puolestaan vaikuttanut teollisuuden kapasiteetin kehitys, tuotteiden menekki ja tuontipuun saatavuus. Tuotu koivukuitu on pikemminkin täydentänyt kuin korvannut kotimaan koivukuitua teollisuuden puun hankinnassa. Tuotu mäntykuitu toimii korvaavana tuotteena, mutta kuusikuidun kohdalla kotimaan hinnalla ei ole vaikutusta tuonnin määrään, ainoastaan tuontipuun omalla hinnalla näyttää olevan vaikutus tuontimäärään.

Sahatavaran kuivauksen kehittäminen

Diplomityö tehtiin UPM-Kymmene puuteollisuuteen kuuluvalle Heinolan sahalle, joka valmistaa korkealaatuisia erikois- ja perussahatavaroita kotimaan ja ulkomaiden markkinoille. Sahatavarat kuivataan sahan lämminilmakuivaamoissa sahatavaroiden käyttötarkoitusta vaatimaan tasoon. Asiakkaiden vaatimusten kasvaessa on sahatavaran onnistunut kuivaus noussut erittäin tärkeäksi osaksi hyvää sahatavaratuotantoa. Diplomityön tavoitteena oli kehittää sahan kuivaustoimintaa. Kuivaustoimintaa kehitettiin ohjaamalla tavaravirtoja sopiviin kuivaamoihin kuivattavan sahatavaran ehdoilla, sekä kehittämällä uusia optimoituja kuivauskaavoja kamarikuivaamoille. Tämän lisäksi työssä selvitettiin sahan nykyinen kuivauskapasiteetti ja arvioitiin sen riittävyys nykyisiin ja tulevaisuuden tuotantomääriin. Lopuksi pohdittiin, miten ja millä keinoilla kuivauskapasiteettia voitaisiin jatkossa kehittää nykyistä suuremmaksi ilman mittavia investointeja. Kuivauskaavoja kehittämällä, sekä materiaalivirtoja ohjaamalla oikeisiin kuivaamoihin, pystyttiin kuivauskapasiteettia lisäämään selvästi aikaisemmasta tasosta. Kuivauskapasiteetin suuruus todettiin riittäväksi nykyisiin sahausmääriin verrattuna, mutta suunniteltuihin suurempiin sahausmääriin verrattuna, kapasiteetti ei ollut riittävän suuri. Kuitenkin, kehittämällä kuivaustoimintaa edelleen, voidaan kuivauskapasiteettia kasvattaa selvästi aikaisemmin lasketusta tasosta. Kuivauskaavojen optimoinnin apuvälineenä käytettiin LAATUKAMARI-simulointiohjelmaa, jonka todettiin soveltuvan hyvin kuivauskokeissa käytettyihin kamarikuivaamoihin. Simulointi on helpoin ja suositeltavin tapa kehittää kuivauskaavoja, varsinkin uusilla ja hyväkuntoisilla kamarikuivaamoilla. Samalla vältetään työläiden ja hitaiden kuivauskokeiden tekeminen. Hyvin tärkeää on käyttää simuloinnissa todellisia lähtöarvoja, oikean lopputuloksen aikaansaamiseksi.

Männyn kasvun ja puuaineen ominaisuuksien sekä saheiden laadun mallintaminen liittyen metsänhoitoon

Selostus väitöskirjasta: Modelling the growth and properties of stem and wood of Scots pine (Pinus sylvestris L.) as related to silvicultural management with implications for sawing yield and properties of sawn pieces. Dissertationes Forestales 65.

Russia’s WTO membership and its effects on global wood sourcing

The aim of the thesis was to find the effects of World Trade Organization and economic integration on the wood sourcing process from Russia to Finland and to the European Union. Also, the fo reign direct investments to Russian forest industry are studied within the WTO and Economic integration framework. Qualitative interviews were carried out as primary data (total of 5 interviews). Research studies and articles regarding the same subject were used as secondary data. Results show that companies may increase their volumes of imported timber from Russia due to the reduction of custom tariffs. Russian companies are becoming more productive, but there are still several problems with legislation, infrastructure, availability and harvesting profitability in some areas. These suggest that sourcing process may not be profitable in the future. The Russian forest industry sector will not gain significant foreign direct investments in the recent years because of the infrastructure and overall atmosphere of investments. Forest industry is not seen as profitable enough. The demand for cellulose and paper in Russia is not increasing fast enough and the cost inflation is cutting the profits made from producing in Russia.

Rigid body dynamics and Kalman filtering

X-ray computed log tomography has always been applied for qualitative reconstructions. In most cases, a series of consecutive slices of the timber are scanned to estimate the 3D image reconstruction of the entire log. However, the unexpected movement of the timber under study influences the quality of image reconstruction since the position and orientation of some scanned slices can be incorrectly estimated. In addition, the reconstruction time remains a significant challenge for practical applications. The present study investigates the possibility to employ modern physics engines for the problem of estimating the position of a moving rigid body and its scanned slices which are subject to X-ray computed tomography. The current work includes implementations of the extended Kalman filter and an algebraic reconstruction method for fan-bean computer tomography. In addition, modern techniques such as NVidia PhysX and CUDA are used in current study. As the result, it is numerically shown that it is possible to apply the extended Kalman filter together with a real-time physics engine, known as PhysX, in order to determine the position of a moving object. It is shown that the position of the rigid body can be determined based only on reconstructions of its slices. However, the simulation of the body movement sometimes is subject to an error during Kalman filter employment as PhysX is not always able to continue simulating the movement properly because of incorrect state estimation.