Repeatability in automatic sorting of curved Norway spruce saw logs

Abstract

Adaptive MCMC methods with applications in environmental and geophysical models

This work presents new, efficient Markov chain Monte Carlo (MCMC) simulation methods for statistical analysis in various modelling applications. When using MCMC methods, the model is simulated repeatedly to explore the probability distribution describing the uncertainties in model parameters and predictions. In adaptive MCMC methods based on the Metropolis-Hastings algorithm, the proposal distribution needed by the algorithm learns from the target distribution as the simulation proceeds. Adaptive MCMC methods have been subject of intensive research lately, as they open a way for essentially easier use of the methodology. The lack of user-friendly computer programs has been a main obstacle for wider acceptance of the methods. This work provides two new adaptive MCMC methods: DRAM and AARJ. The DRAM method has been built especially to work in high dimensional and non-linear problems. The AARJ method is an extension to DRAM for model selection problems, where the mathematical formulation of the model is uncertain and we want simultaneously to fit several different models to the same observations. The methods were developed while keeping in mind the needs of modelling applications typical in environmental sciences. The development work has been pursued while working with several application projects. The applications presented in this work are: a winter time oxygen concentration model for Lake Tuusulanjärvi and adaptive control of the aerator; a nutrition model for Lake Pyhäjärvi and lake management planning; validation of the algorithms of the GOMOS ozone remote sensing instrument on board the Envisat satellite of European Space Agency and the study of the effects of aerosol model selection on the GOMOS algorithm.

Inversion and assimilation methods with applications in geophysical remote sensing

Stratospheric ozone can be measured accurately using a limb scatter remote sensing technique at the UV-visible spectral region of solar light. The advantages of this technique includes a good vertical resolution and a good daytime coverage of the measurements. In addition to ozone, UV-visible limb scatter measurements contain information about NO2, NO3, OClO, BrO and aerosols. There are currently several satellite instruments continuously scanning the atmosphere and measuring the UVvisible region of the spectrum, e.g., the Optical Spectrograph and Infrared Imager System (OSIRIS) launched on the Odin satellite in February 2001, and the Scanning Imaging Absorption SpectroMeter for Atmospheric CartograpHY (SCIAMACHY) launched on Envisat in March 2002. Envisat also carries the Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars (GOMOS) instrument, which also measures limb-scattered sunlight under bright limb occultation conditions. These conditions occur during daytime occultation measurements. The global coverage of the satellite measurements is far better than any other ozone measurement technique, but still the measurements are sparse in the spatial domain. Measurements are also repeated relatively rarely over a certain area, and the composition of the Earth’s atmosphere changes dynamically. Assimilation methods are therefore needed in order to combine the information of the measurements with the atmospheric model. In recent years, the focus of assimilation algorithm research has turned towards filtering methods. The traditional Extended Kalman filter (EKF) method takes into account not only the uncertainty of the measurements, but also the uncertainty of the evolution model of the system. However, the computational cost of full blown EKF increases rapidly as the number of the model parameters increases. Therefore the EKF method cannot be applied directly to the stratospheric ozone assimilation problem. The work in this thesis is devoted to the development of inversion methods for satellite instruments and the development of assimilation methods used with atmospheric models.

Visualization of communication system testing logs

During the past decades testing has matured from ad-hoc activity into being an integral part of the development process. The benefits of testing are obvious for modern communication systems, which operate in heterogeneous environments amongst devices from various manufacturers. The increased demand for testing also creates demand for tools and technologies that support and automate testing activities. This thesis discusses applicability of visualization techniques in the result analysis part of the testing process. Particularly, the primary focus of this work is visualization of test execution logs produced by a TTCN-3 test system. TTCN-3 is an internationally standardized test specification and implementation language. The TTCN-3 standard suite includes specification of a test logging interface and a graphical presentation format, but no immediate relationship between them. This thesis presents a technique for mapping the log events to the graphical presentation format along with a concrete implementation, which is integrated with the Eclipse Platform and the OpenTTCN Tester toolchain. Results of this work indicate that for majority of the log events, a visual representation may be derived from the TTCN-3 standard suite. The remaining events were analysed and three categories relevant in either log analysis or implementation of the visualization tool were identified: events indicating insertion of something into the incoming queue of a port, events indicating a mismatch and events describing the control flow during the execution. Applicability of the results is limited into the domain of TTCN-3, but the developed mapping and the implementation may be utilized with any TTCN-3 tool that is able to produce the execution log in the standardized XML format.

Tietoturvainformaation ja -tapahtumien hallinta PCI DSS -standardissa

Työn keskeisimpänä tavoitteena on tutkia SIEM-järjestelmien (Security Information and Event Management) käyttömahdollisuuksia PCI DSS -standardissa (Payment Card IndustryData Security Standard) lähtökohtaisesti ratkaisutoimittajan näkökulmasta. Työ on tehty Cygate Oy:ssä. SIEM on uusi tietoturvan ratkaisualue, jonka käyttöönottoa vauhdittavat erilaiset viralliset sääntelyt kuten luottokorttiyhtiöiden asettama PCI DSS -standardi. SIEM-järjestelmien avulla organisaatiot pystyvät keräämään valmistajariippumattomasti verkon systeemikomponenteista tapahtumatietoja, joiden avulla pystytään näkemään keskitetysti, mitä verkossa on tapahtunut. SIEM:ssa käsitellään sekä historiapohjaisia että reaaliaikaisia tapahtumia ja se toimii organisaatioiden keskitettynä tietoturvaprosessia tukevana hallintatyökaluna. PCI DSS -standardi on hyvin yksityiskohtainen ja sen vaatimusten täyttäminen ei ole yksinkertaista. Vaatimuksenmukaisuutta ei saavuteta hetkessä, vaan siihen liittyvä projekti voi kestää viikoista kuukausiin. Standardin yksi haasteellisimmista asioista on keskitetty lokien hallinta. Maksukorttitietoja käsittelevien ja välittävien organisaatioiden on kerättävä kaikki audit-lokit eri järjestelmistä, jotta maksukorttitietojen käyttöä pystytään luottamuksellisesti seuraamaan. Standardin mukaan organisaatioiden tulee käyttää myös tunkeutumisen ja haavoittuvuuksien havainnointijärjestelmiä mahdollisten tietomurtojen havaitsemiseksi ja estämiseksi. SIEM-järjestelmän avulla saadaan täytettyä PCI DSS -standardin vaativimpia lokien hallintaan liittyviä vaatimuksia ja se tuo samallamonia yksityiskohtaisia parannuksia tukemaan muita standardin vaatimuskohtia. Siitä voi olla hyötyä mm. tunkeutumisen ja haavoittuvuuksien havainnoinnissa. SIEM-järjestelmän hyödyntäminen standardin apuna on kuitenkin erittäin haasteellista. Käyttöönotto vaatii tarkkaa etukäteissuunnittelua ja kokonaisuuksien ymmärtämistä niin ratkaisutoimittajan kuin ratkaisun käyttöönottajan puolelta.

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.

Aloittavan koivunjalostusyrityksen toiminnan kuvaus ja sen kehittäminen

Työn tavoitteena oli löytää koivua jalostavan saha-aihiolaitoksen tuotannon keskeisimmät ongelma-alueet ja kehityskohteet. Työssä selvitettiin laajasti koivunjalostukseen liittyvää problematiikkaa kirjallisuuden ja oman havainnoinnin avulla. Koivuraaka-aineen käytön lisäämiselle on olemassa hyvät mahdollisuudet. Suurimmat ongelmat koivu-raaka-aineen käytössä ovat tukkien saatavuus ja laatu, jotka aiheuttavat suuria ongelmia koivua jalostavalle teollisuudelle. Osaprojektina työssä pyrittiin löytämään kohdeyritykselle jokapäiväiseen käyttöön soveltuvat tuottavuuden tunnusluvut. Työssä käsiteltävät tunnusluvut valittiin yrityksen omistajan asettamien tavoitteiden pohjalta. Erilaisia tuottavuuden tunnuslukuja voidaan laskea kirjallisuuden perusteella runsaasti, mutta kohtuullisen tunnuslukumaaran hallinta on pk-yrityksessa resurssien sanelema valinta. Pk-yrityksille valmistetut taloushallinto-ohjelmat antavat hyvät perustyökalut raportointiin ja niistä saatava informaatio on helposti muutettavissa tunnusluvuiksi

Kokorunkoaseman kautta tehtyjen tilauserien analysointi ja ohjaus sahateollisuudessa

Tutkimuksessa analysoitiin erään sahateollisuusyrityksen sahatavarakauppoja, joihin katkottiin tukkeja yrityksen kokorunkoasemalla. Tavoite oli kaksijakoinen: ensinnäkin analysoida runkoaseman toimintaa ja laskea katkonnan kokonais-, sekä kuutiokohtaisia kustannuksia eri runkomäärillä. Toiseksi pyrittiin luomaan tilauseräkohtainen kustannuslaskentamalli sellaisille sahatavarakaupoille, joihin kuuluu pituusehtoja. Kustannuslaskentamallissa sovellettiin lähinnä toimintolaskennan tapaa siltä osin, kuin sitä voitiin divergoivaan valmistusprosessiin soveltaa. Teoreettisen tutkimuksen pääpaino on hinnoittelussa, koska laskentamallin tarkoitus on avustaa myyntiä hintapäätöksiä tehdessä. Hinnoittelusta käsitellään eri hinnoittelustrategiat, -menetelmät, sekä mitä yrityksen tulee ottaa huomioon hinnoittelussa sellaisissa tilanteissa, kun markkinatilanteet vaihtelevat. Teoriaosuudessa käsitellään myös erilaisia kustannuslaskentatapoja, joista pääpaino annetaan toimintolaskennalle. Lopuksi on analysoitu laskentamallista saatavia hyötyjä, sekä sitä mihin sitä voidaan parhaiten käyttää. Vastaavasti arvioitiin millaisia puutteita laskentamallista löytyy, mitä kehittämisen kohteita siinä voisi olla.

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.

Järeiden puutuotteiden erikoiskuivaus

Tutkimuksessa selvitettiin kuumakuivauksen vaikutusta hirsiraaka-aineen ominaisuuksiin, käyttökelpoisia kuivauskaavoja sekä lämpötilatasoja. Kokeissa kuivattiin kuorittuja pyöreitä mäntytukkeja 130-180° C:n maksimilämpötilassa, sekä pelkaksi sahattuja hirsiaihioita 115-140° C:n maksimilämpötilassa. Kuivauksissa pyrittiin mahdollisimman lyhyeen aikaan laadun siitä kuitenkaan kärsimättä. Laadussa kiinnitettiin erityisesti huomiota sisä- ja pintahalkeamiin sekä värimuutoksiin. Korkeita lämpötiloja käytettäessä kuivausaika oli huomattavasti nopeampi kuin lämminilmakuivauksessa. Koekuivaukset kestivät 1-4 vuorokautta, kun vastaavaa puutavaraan lämminilmakuivaus kestää 7-20 vuorokautta. Korkeimmilla lämpötiloilla suoritetuissa kokeissa koekappaleisiin muodostui paljon pieniä halkeamia kun taas alhaisemmilla lämpötiloilla halkeamien kappalemäärä väheni, mutta lähes joka kappaleessa oli vähintään yksi suuri (yli 5 mm leveä) halkeama. Sisähalkeamien määrä oli pyöreillä tukeilla suoritetuissa kokeissa kohtuullisen pieni. Pelkaksi sahatuilla aihioilla sitä vastoin sisähalkeamien määrä oli huomattavasti suurempi. Vain 100 mm x 175 mm aihioilla onnistuttiin yhdessä kuivauksessa pitämään sisähalkeaminen pienenä. Kuumakuivaus aiheuttaa väistämättä värimuutoksia puuhun. Mitä korkeammilla lämpötiloilla ja pidemmillä kaavoilla kuivataan sitä enemmän väri tummenee. Värin vaikutus lopputuotteessa riippuu kuitenkin käyttökohteesta ja asiakkaan mieltymyksistä. Tutkimuksen perusteella varsinkin pyöreiden tukkien kuumakuivaus näyttää onnistuvan laadul-lisesti hyvin ja huomattavasti lämminilmakuivausta nopeammin. Pelkaksi sahattujen hirsiaihioiden kuivauksessa prosessin hallinta havaittiin vaikeaksi ja toimivien kaavojen kehittäminen vaatii jatkotutkimuksia.

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.

SAHAUSTEKNOLOGIA TEOLLISILLA SAHALAITOKSILLA NYT JA TULEVAISUUDESSA

Diplomityössä on selvitetty teollisen sahaustekniikan nykytilaa ja sahausprosessissa käytettävien sahakoneiden teknistä kehitystä Pohjois- ja Keski-Euroopassa. Sahakonevalmistajia on tutkittu niiden tuottamien laitteiden kautta sekä yleisen saatavilla olevan taloudellisen ja tieteellisten tutkimusten tarjoaman informaation avulla. Tutkimuksessa mukana oleviin sahakoneisiin tutustuminen suoritettiin sahalaitosvierailuilla suomalaisilla sahalaitoksilla kevään 2002 aikana. Tieteellisten julkaisujen tietoja verrattiin samalla vallitsevaan tilanteeseen sahoilla. Samalla tehtyjen haastatteluiden avulla selvitettiin sahakoneisiin liittyvien investointien vaikuttimia. Haastatteluiden kohteena olivat sahateollisuuden tuotannosta ja teknisestä suunnittelusta sekä johtamisesta vastaavia henkilöitä erikokoisista sahateollisuusyrityksistä. Myös muutamat sahakonevalmistajien edustajat antoivat haastattelun omia laitteitaan koskien. Sahaustuotannon raaka-ainetilannetta tutkittiin tutkimusalueella maakohtaisesti. Sahaustekniikkana nelisahaus on vallitseva työstömuoto. Siinä käytettävät sahakoneet ovat pelkkahakkuri, joka hakettaa tukin sivut sivutuotehakkeeksi, profilointiyksiköt, jotka työstävät tukin tai pelkan pintaan sivutavarakappaleiden leveyden ennen tai jälkeen pyörösahayksiköitä, jotka erottavat sahatavarakappaleet toisistaan. Merkittävimmät oheislaitteet ovat tukin ja pelkan mittauslaitteet sekä tukinsyöttölaitteet, joiden perusteella puun käytön optimointi sahausprosessissa ja suuntaus sahakoneisiin tapahtuu. Mittatarkimmat ja tuotantonopeudeltaan nopeimmat pyörösahayksiköt ovat kaksiakselisia, profiloivia sahakoneita. Näillä ominaisuuksilla on suurin painoarvo myös sahojen investointisuunnittelussa nopean käyntiinajon lisäksi. Sahakoneiden kehitykseen vaikuttavia seikkoja ovat tulevaisuudessa tukkien koon pieneneminen istutusmetsien jalostuksen lisääntyessä ja suurten aarniometsien vähetessä. Terätekniikan kehitys on tuottaa edelleen ohuempia teriä teräohjaimin, luomalla teriin sisäisiä jännityksiä tai kehittämällä uusia terägeometrioita.