Tukki- ja parruoptimoinnintoimivuuden kehittäminen

Diplomityön tutkimusfunktio käsittelee toimeksiantajan, Stora Enso Timber Oy Ltd Kotkan sahan, sahalinjan optimointikokonaisuuden relevanttia ongelmakenttää. Tutkimuksen alussa profiloivan sahalinjan tukinpyörityksen, pelkan sivuttaissiirron tai sivulautaoptimoinnin toimivuudesta ei ollut varmuutta. Työn painopistealue on sivulautaoptimointi, jonka toimivuus tutkimuksen alussa on hyvin kyseenalaista tuotantoajossa. Työn tavoitteet kiteytyvät paremman raaka-aineen käyttösuhteen saavuttamiselle, jolloin pitkän aikajänteen kannattavuus on realistisempaa saavuttaa. Kotkan sahalinjan optimointijärjestelmässä on kokonaisuudessaan saavutettu tuotantoajoon hyväksyttävä taso. Tukinpyörityksen tarkkuudessa saavutettiin asetettu tavoite, eli 90 % pyöritystuloksista menee virheikkunaan ± 10° , sekä virheen keskiarvon itseisarvo jasen ympärillä olevan hajonnan summa on maksimissaan 10° . Pelkan sivuttaissiirto todettiin tutkimuksessa sekundääriseksi optimointijärjestelmäksi. Ohjaus perustuu tukkimittarin mittaamaan dataan, jolloin tukinpyörityksen hajonta aiheuttaa epätarkkuutta pelkan suuntauksessa. Pelkan sivuttaisiirron käyttäminen vaatii lisämittauksia, jolloin voidaan varmistua pelkan suuntauksen optimoinnin toimivuudesta. Sivulautaoptimoinnin toimivuuden kehittämisessä saavutettiin se taso, missä todellista kehitystyötä voidaan tehdä. Koeajoissa ja optimointiohjelman tarkastamisessa havaittiin periaatteellisia virheitä, jotka korjattiin. Toimivan sivulautaoptimoinnin myötä on mahdollista hallita paremmin tuotannonohjaus, jolloin tuotanto voidaan etenkin sivulautojen osalta kohdentaa paremmin vastaamaan kysyntää sekä asete-erän hyvää käyttösuhdetta. Raaka-aineen käyttösuhde on parantunut. Yksittäisten asetevertailujen sekä esimerkkilaskelmien perusteella tuottopotentiaali tukinpyörityksen ja sivulautaoptimoinnin osalta on 0,6...1,5 MEUR Välillinen tuottopotentiaali on suurempi, koska tuotantoprosessi sahauksen osalta on erittäin joustava markkinoiden tarpeen muutoksille. Sahalinjalla on mahdollista tuottaa helposti laajalla tukkisumalla laajaa tuotematriisia, jossa sivulautaoptimoinnilla on avainrooli. Tuotannonsuunnittelufunktiota tulee kehittää vastaamaan mahdollisuuksiin,joita sivulautaoptimointi tarjoaa. Tuotematriisi ja sitä vastaavat asetteet lankeavalla tukkisumalla tulee rakentaa uudestaan niiltä osin, joihin sivulautaoptimointi antaa variaatiomahdollisuuksia.

Tukin asemointi sahausta varten

Diplomityössä tutkittiin tukinpyörityksen yleisimpiä ongelmia. Tutkimus selvitti tukinpyörityksen ongelmien syitä, sekä määritti kahden tukinpyörityslaitteiston takuuarvot. Tutkimuksen kohteena oli myös prosessiparametrien muutoksen vaikutus pyöritystarkkuuteen. Tukin pyöritysvirheen ja saannon yhteyttä tutkittiin teorian perusteella. Tukin onnistuneessa asemoinnissa sahaukseen täytyy hallita tukinpyöritys sekä -suuntaus. Tukin virheellinen asemointi heikentää saantoa. Raaka-ainekustannukset ovat suurimmat yksittäiset kustannukset sahoilla, siksi tukin virheellinen asemointi heikentää sahan taloudellista tulosta voimakkaasti. Työn tuloksista käy ilmi, ettei tukinpyörityksen onnistuminen riipu ainoastaan mekaanisista ratkaisuista, järjestelmän kaikkien komponenttien on toimittava moitteettomasti. Mekaniikka ei toteuta pyörityskäskyjä oikein, jos käskyt ovat epätarkkoja. Tukinpyörityksen tarkkuuden mittaukseen on kiinnitetty huomiota vasta äskettäin. Tunnusluvut, jotka kuvaavat tukinpyöritystarkkuutta ovat vakiintumassa yleiseen käyttöön. Työn tulosten perusteella voidaan tukinpyörityslaitteistojen myynti perustaa tutkimustiedolle.

Puukurottajan puomin väsymistarkastelu

Tämän diplomityön tarkoituksena on tarkastella puukurottajan puomin väsymiskestävyyttä Hot-spot –menetelmää hyödyntäen. Työn väsymisanalyysi perustuu oletukseen, että työkiertojen jännityshistoria pysyy samanlaisena koko kestoiän. Työssä määritetään puomin kriittiset kohdat väsymiskestävyyden suhteen ja puomin väsymiseen vaikuttavia tekijöitä. Puomirakenteen FE-analyysin suorittamisessa käytettiin Femap NX Nastran –ohjelmistoa.

Kuorimon automaatiojärjestelmän optimointi

Työn tavoitteena oli pienentää kuorinnassa syntyviä puuhäviöitä ja parantaa linjan käytettävyyttä nykyaikaisella puunkuorimolla. Tavoitteet toteutettiin automaatiojärjestelmään tehdyillä muutoksilla. Rumpukuorintaprosessi on säilynyt pitkään samanlaisena. Viime vuosina on markkinoille tullut uusia älykkäitä mittalaitteita ja optimointiin kykeneviä säätöjärjestelmiä. Uudenlaisella automaatiotekniikalla on mahdollista mitata kuorintatulosta ja kuorinnassa syntyneitä puuhäviöitä reaaliaikaisesti. Laaduntarkkailun lisäksi tietoja hyödynnetään kuorintaprosessin automaattisessa ohjauksessa. Optimaalisen kuorintatuloksen saavuttaminen edellyttää virheetöntä automaation toimintaa ja tarkkaa viritystä säädöiltä. Työssä perehdyttiin kuorimon perusautomaatioon ja ylemmän tason säädön toimintaan. Prosessinohjauksessa havaitut ongelmakohdat korjattiin. Lopputuloksena saatiin vakiokuorintatehon malli, joka pienentää puuhäviöitä ja parantaa linjaston käytettävyyttä. Saaduilla tuloksilla on merkittävä taloudellinen arvo, ja menetelmät ovat hyödynnettävissä myös toisilla rumpukuorimoilla.

IRTOPALATERÄN KEHITTÄMINEN SÄRMÄ- JA PROFILOINTIHAKETUKSEEN

Diplomityön tarkoituksena on kehittää irtopalaterä sahahakkeen valmistukseen. Tutkimuksessa perehdytään lastun irtoamisen perusteisiin ja lastun kulkeutumiseen ulos terältä. Tutkimuksessa keskeisenä osana ovat laboratoriokokeet joissa suurnopeuskameralla kuvaamalla selvitetään lastun kulkeutuminen. Saatujen tulosten perusteella muodostetaan terän toimivuuden kannalta keskeiset suunnitteluperusteet. Tutkimuksen kirjallisessa osuudessa selvitetään lastun muodostuminen ja siihen vaikuttavat tekijät.

Sahalaitosprojektien kustannussuunnittelu

Tämän diplomityön tarkoituksena on tutkia teoriatasolla projektien kustannussuunnittelua ja ottaa käyttöön case-yrityksen tarpeisiin sopivat menetelmät ja apuvälineet sahalaitosprojektien kustannussuunnitteluun, -seurantaan ja -hallintaan. Diplomityön rakenne jakaantuu kahteen pääosaan: teoriatutkimukseen ja teoriatutkimuksen soveltamiseen kohdeyrityksessä. Teoriaosuudessa käytetty tutkimusmenetelmä on kvalitatiivinen eli laadullinen tutkimus. Käytännön osuudessa käytetään tutkimustyyppinä tapaustutkimusta eli case-tutkimusta. Case-yritys on sahalaitoksia- ja laitteita valmistava PK-kokoluokan yritys. Työn lopputuloksena yritykselle valittiin teoriatutkimuksen pohjalta sopivat menetelmät sahalaitosprojektien kustannussuunnitteluun, -seurantaan ja –hallintaan. Lisäksi yritykselle kehitettiin projektilaskennan helpottamiseksi kustannuslaskentajärjestelmä, joka sisältää mm. työajanseurantajärjestelmän ja projektilaskentajärjestelmän. Työajanseurantajärjestelmän avulla yrityksen tuotannon henkilökunnan työpanosta pystytään seuraamaan projekti- ja työpakettikohtaisesti. Projektilaskentajärjestelmän avulla taas projektit voidaan budjetoida niin ajallisesti kuin taloudellisesti, ja projektien etenemistä tavoitteisiin verrattuna voidaan seurata erilaisin menetelmin. Järjestelmän avulla saadaan myös tarvittavaa informaatiota ajallisesti pitkien projektien osatuloutukseen.

Tukin mittaus ja optimointi sahalinjassa

Tukin mittaus ennen sahausta ja sahausasetteen optimointi on kehittynyt paljon viimeisen 10 vuoden aikana. Sahauksen kannattavuuden huonontuessa raaka-aineen tehokas hyödyntäminen on muodostunut tärkeäksi osaksi prosessia. Mittalaitteiden tekniikan kehityttyä on ollut mahdollista mitata tukin muoto ja halkaisijat eri kohdista entistä tarkemmin. Sahausasetteen optimoinnilla pyritään raaka-aineen mahdollisimman tehokkaaseen käyttöön eli saamaan mahdollisimman hyvä saanto jokaisesta yksittäisestä sahatusta tukista. Mittaustarkkuus on suoraan kytköksissä sahausasetteen optimointi tuloksen onnistumiseen. Yleisesti tukin mittaus ennen sahausta ja sahausasetteen optimointi tulevat samalta toimittajalta. Työssä tarkasteltiin kahden eri toimittajan tukkimittareita sekä optimoinnin onnistumista sen perusteella. Käytössä oli lasikuituinen mallitukki, jota mitattiin kummankin toimittajan mittareilla. Näin voitiin suoraan vertailla mittauksen ja optimoinnin onnistumista ja verrata sitä optimaalisiin tuloksiin. Työssä käytettiin kandidaatintyössä luomaani toimintamallia tukkimittarin tarkkuuden toteamiseksi. Mittaus- ja optimointivirheistä pystyttiin laskemaan, kuinka paljon tappiota sahalaitokselle aiheutui verrattuna optimaaliseen mittaus- ja optimointitulokseen. Jo pienetkin virheet optimoinnissa ja mittauksessa vaikuttavat sahauksen kannattavuuteen, kun tarkastellaan sahalaitosta jossa sahataan 8000 – 10 000 tukkia yhden työvuoron aikana. Tulosten perusteella mittarit mittaavat hieman virheellisesti, ja kummankin mittarin mittausten perusteella saatiin eri sahausasete optimointitulokseksi. Mittavirheen takia voitiin todeta, että parantamalla mittaustarkkuutta voidaan sahauksen kannattavuutta parantaa.

Trolley R&D project for a small portal log yard crane

This master’s thesis was done for Andritz Inc. Atlanta Georgia. The purpose of the thesis was to develop a new trolley for a small portal log yard crane. In the beginning of the thesis the basic principles of the systematic design processes have been described, along which the design work of the trolley has proceeded. The second literature part consists of the design and dimensioning of the welded steel structures under fatigue loading. The design work of the trolley consists of the engineering and the selection of the mechanical components and the design of the load carrying structure for the trolley. The realization of the steel structure of the trolley is based on the fatigue and static dimensioning. The fatigue dimensioning is grounded in the life expectations estimated for the trolley and the static dimensioning is based on the CMAA guidelines. The computer aided element method was utilized in the design of the steel structure. The effective notch method and the hot spot method were used in the fatigue calculations. The trolley structure was carried out by using the sheet metal parts in order to manufacture the structure as effective and low cost way as possible. The corner stone of the dimensioning of the trolley structure was the utilization of the open profiles made of welded or cold formed sheet metals, which provide better weldability, weld inspection, access for repairs and corrosion protection. As a last part of the thesis a new trolley traveling system was developed. The distribution of the wheel loads of the trolley bogies on the main girder was also studied, which led to an innovative suspension arrangement between the trolley leg and the bogie. The new bogie solution increases the service life of the main girder of the crane and improves the stability of the bogies. The outcome of the thesis is an excellent trolley structure from the weight and the service life point of view.

Long-term impacts of forest harvesting related soil disturbance on log product yields and economic potential in a New Zealand forest

Abstract

Description and implementation of cut calculation-method in a sawmill

Työn tavoitteena oli kuvata ja ottaa käyttöön sahauseräkohtaisen kannattavuuden laskentamenetelmä sahalle, sekä tehdä laskentamalli menetelmän tueksi. Sahauksen peruskäsitteiden jälkeen työssä on esitelty sahan tuotantoprosessi. Tuotantoprosessi on kuvattu kirjallisuuden ja asiantuntijoiden haastattelujen perusteella. Seuraavaksi kartoitettiin hyötyjä ja vaikutuksia, mitä laskentamenetelmältä odotetaan.. Kustannuslaskennan teoriaa selvitettiin kirjallisuuslähteitä käyttäen silmälläpitäen juuri tätä kehitettävää laskentamenetelmää. Lisäksi esiteltiin Uimaharjun sahalla käytettävät ja laskentaan liittyvät laskenta- ja tietojärjestelmät.Nykyisin sahalla ei ole minkäänlaista menetelmää sahauseräkohtaisen tuloksen laskemiseksi. Pienillä muutoksilla sahan tietojärjestelmään ja prosessikoneisiin voidaan sahauserä kuljettaa prosessin läpi niin, että jokaisessa prosessin vaiheessa sille saadaan kohdistettua tuotantotietoa. Eri vaiheista saatua tietoa käyttämällä saadaan tarkasti määritettyä tuotteet, joita sahauserä tuotti ja paljonko tuotantoresursseja tuottamiseen kului. Laskentamalliin syötetään tuotantotietoja ja kustannustietoa ja saadaan vastaukseksi sahauserän taloudellinen tulos.Toimenpide ehdotuksena esitetään lisätutkimusta tuotantotietojen automaattisesta keräämisestä manuaalisen työn ja virheiden poistamiseksi. Suhteellisen pienillä panoksilla voidaan jokaiselle sahauserälle kerätä tuotantotiedot täysin automaattisesti. Lisäksi kehittämäni laskentamallin tilalle tulisi hankkia sovellus, joka käyttäisi paremmin hyväksi nykyisiä tietojärjestelmiä ja poistaisi manuaalisen työvaiheen laskennassa.

Competence Development and Capacity Building of Sawmill Enterprises in Kenya – A Human Resources Development Approach

The Kenyan forestry and sawmilling industry have been subject to a changing environment since 1999 when the industrial forest plantations were closed down. This has lowered raw material supply and it has affected and reduced the sawmill operations and the viability of the sawmill enterprises. The capacity of the 276 registered sawmills is not sufficient to fulfill sawn timber demand in Kenya. This is because of the technological degradation and lack of a qualified labor force, which were caused because of non-existent sawmilling education and further training in Kenya. Lack of competent sawmill workers has led to low raw material recovery, under utilization of resources and loss of employment. The objective of the work was to suggest models, methods and approaches for the competence and capacity development of the Kenyan sawmilling industry, sawmills and their workers. A nationwide field survey, interviews, questionnaire and literature review was used for data collection to find out the sawmills’ competence development areas and to suggest models and methods for their capacity building. The sampling frame included 22 sawmills that represented 72,5% of all the registered sawmills in Kenya. The results confirmed that the sawmills’ technological level was backwards, productivity low, raw material recovery unacceptable and workers’ professional education low. The future challenges will be how to establish the sawmills’ capacity building and workers’ competence development. Sawmilling industry development requires various actions through new development models and approaches. Activities should be started for technological development and workers’ competence development. This requires re-starting of vocational training in sawmilling and the establishment of more effective co-operation between the sawmills and their stakeholder groups. In competence development the Enterprise Competence Management Model of Nurminen (2007) can be used, whereas the best training model and approach would be a practically oriented learning at work model in which the short courses, technical assistance and extension services would be the key functions.

Tukkilajittelun röntgenmittauksen hyödyntäminen, tapaus Korkeakosken saha

Diplomityön tavoitteena oli selvittää työn toimeksiantajan UPM, Korkeakosken sahan röntgenmittauslaitteen oksaindeksilajitteluparametrille lukuarvo, jolla päästään A-tukkien osalta tavoiteltuun sydänsahatavaralaatujakaumaan eli saadaan siirrettyä VI- sydänsahatavaralaatu B-tukkien joukkoon. Lisäksi työssä tutkittiin sahan tukkilajittelun röntgenmittauslaitteen mittauksen toimivuutta ja sen tehokkaampaa hyödyntämistä. Korkeakosken sahan käyttämä röntgenmittauslaite on Bintec Oy:n kehittämä ja on tyypiltään Wood-X-4D. Laitteen mittaus perustuu tukin kuvaamiseen viipaleinaeli tomografiamittaukseen. Laite mittaa tukista useita ominaisuuksia ja antaa niiden perusteella lajitteluparametreille lukuarvoja. Lajitteluparametriarvojen muuttaminen vaikuttaa syntyvään sydänsahatavaralaatujakaumaan. Työ suoritettiin röntgenmittauslaitteella tekemällä tukeille toistomittauksia ja lajittelukokeita. Kokeissa käytettävät tukit olivat halkaisijaltaan 230 mm - tukkiluokasta. Tukkeja lajiteltiin eri tukkilaatulajitteluasetuksilla, jolloin seurattiin niistä sahattavia sahatavaralaatuja. Sahatavaralaatujen määrityksessä käytettiin sahaosastolla olevaa Finscan Oy:n kehittämää BoardMaster-NT-lajittelumittalaitetta. Tutkimus osoitti, että oksaindeksin pudottamisella, ei päästy työnantajan asettamaan sydänsahatavaran laatulajittelutavoitteeseen sallituissa oksaindeksirajoissa. Tavoitteen saavuttaminen olisi edellyttänyt oksaindeksin arvon pudottamista selkeästi alle asetetun 28 rajan. Tutkimustulokset osoittivat, että röntgenmittalaitteen lajitteluparametrien toiminnan varmuus vaihteli merkittävästi riippuen käytettävästä parametrista ja että laitteen mittaustarkkuus kärsi laitteen yleiseksi viaksi todetun detektorivian myötä. Täten tarkka laatulajittelu edellyttää röntgenmittalaitteen kaikkia neljää toimivaa detektoria. Tämä pystytään varmistamaanvaradetektorilla.

Improving Dynamic Characteristics of Open-loop Controlled Log Crane

The improvement of the dynamics of flexible manipulators like log cranes often requires advanced control methods. This thesis discusses the vibration problems in the cranes used in commercial forestry machines. Two control methods, adaptive filtering and semi-active damping, are presented. The adaptive filter uses a part of the lowest natural frequency of the crane as a filtering frequency. The payload estimation algorithm, filtering of control signal and algorithm for calculation of the lowest natural frequency of the crane are presented. The semi-active damping method is basedon pressure feedback. The pressure vibration, scaled with suitable gain, is added to the control signal of the valve of the lift cylinder to suppress vibrations. The adaptive filter cuts off high frequency impulses coming from the operatorand semi-active damping suppresses the crane?s oscillation, which is often caused by some external disturbance. In field tests performed on the crane, a correctly tuned (25 % tuning) adaptive filter reduced pressure vibration by 14-17 % and semi-active damping correspondingly by 21-43%. Applying of these methods require auxiliary transducers, installed in specific points in the crane, and electronically controlled directional control valves.