Tulevaisuuden Saha seminaari
SisuPUUN tavoitteet27.05.2009Jouko Silen
Lähtökohtana projektissa: 20042005 vuosien tappiolliset tulokset Sahateollisuuden kehitysvaihtoehdot
1. Keskittyminen perustuotantoon– kustannustehokkuus– tuotannon joustavuus ja palvelukyky– lankeavuuden hallinta ja erikoistuotteet
2. Perustuotantoon integroidut jalostuskonseptit– arvoketjun kustannustehokkuus– arvoketjun laadullinen kyvykkyys– uudet teknologiat lankeavuuden hallitsemiseksi– ”konseptisahaus”
Ø lankeavasta tuotantomallista homogeenisen jalostustuotteenmassavalmistukseen
3. Uudet liiketoimintakonseptit ja niiden integrointi puuteollisuuteen– esim. bioenergia
SisuPUU, miksi?
Lisäarvoa asiakkaalle
Sahateollisuuden arvoketjussa tapahtuneita muutosdrivereita ja trendejä• Lopputuotevalmistajien siirtyminen komponenttien valmistajasta
ostajaksi esimerkkinä ikkunakomponentit koettuna 1990luvun alun vertikaalisen integroitumisen riskit
• Jalostustuotannon mittakaavan ja kustannustehokkuuden kehittyminen– vain kilpailukykyiset ja kehittyvät materiaalit säilyttävät
markkinaosuutensa– esimerkkinä liimapalkit, jotka teknologiahypyn myötä ovat kyenneet
puolittamaan valmistuskustannuksensa kymmenessä vuodessa
• Jalostustuotannon polarisaatio– lähelle raakaainetta tai lähelle kulutusta
• Uudet mittausteknologiat hyötykäyttöön? (tukki Xray vuodelta 1991)
• Simuloinnit räätälöityjen prosessien kehittämisessä
SisuPUU, miksi?
• Kehittää uusia tietointensiivisiä tuotantojärjestelmiä• Prosessi ja raakaainetiedon systemaattinen käsittely
– puun epähomogeenisuus jalostusprosesseissa hallintaan• Asiakas ja täsmätuotteiden (mm komponentit) valmistus
– hallitusti ja asiakkaalle lisäarvoa tuottaen– kannattavasti ja joustavasti
• Tuotantolinjojen itseohjautuvuus ja oppivuus• Tuotannon läpimenoajan lyhentäminen
SisuPUU
Tutkimushankkeen keskeisinä tavoitteina olivat
SisuPUU yritysosapuolet
• Heinolan Sahakoneet• John Deere• Koskisen Oy• Metsäliitto• Mikropuu• Savcor Forest• Stora Enso Timber• WSAB
SisuPUU
Työskentelymetodi tutkimuksessa
SisuPUU
Tutkimus
Teknologiankehittäjät
Teknologianhyödyntäjät
•Platform
•Aiheiden keruu teollisuudesta•Tutkimuskysymysten laadinta yhteistyössä
•täsmennykset•Tulosten esittely johtoryhmälle
•kommentointi•soveltaminen
•Tavoitteena yhteinen oppiminen
Itseoppivat ja joustavat tuotantojärjestelmätpuutuoteteollisuudessa (SisuPUU)
TutkimusmenetelmätArto Usenius
Tulevaisuuden Saha seminaari27. toukokuuta 2009 VTT, Espoo
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
2Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Visio
Puutuoteteollisuuden tuotanto ja jalostusjärjestelmät ovatICT:n tukemia, integroituneita ja koko jalostusketjun kattavia.Ne mahdollistavat myös täsmätuotteiden nopean, energiatehokkaan valmistuksen ilman lankeavia tuotteita hyvälläarvo ja tilavuussaannolla. Tuotantojärjestelmät tulevatkestävää kehitystä.
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
3Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
LÄHTÖARVOT
SUUNNITTELUPROSESSI FEED BACK
SUUNNITELMA
PARAMETRIARVOT
KONEPROSESSI TULOS
INHIMILLINENTYÖ
OLOSUHTEET
VERTAILU
TA
LT
IOIN
TI
Itseoppiva
järjestelmä
perustuu
feedback
tiedon
luontiin ja
käyttöön
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
4Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Tulevaisuuden Tulos Tehdään Tiedolla
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
5Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Perusperiaatteita
•Hallitaan koko jalostus ja toimitusketju metsästä lopulliselleloppukäyttäjälle saakka vaikka toimitaankin vain osassaketjua
•jalostetummat sahatavaratuotteet, jotka tuottavat selväälisäarvoa asiakkaalle; bioenergia
•tiedetään mahdollisimman aikaisessa vaiheessa mitäpuuraakaaineesta, leimikosta, rungosta tai tukista tehdään
•kerätään, taltioidaan ja prosessoidaan systemaattisesti uuttadataa ja informaatiota, muunnetaan se tiedoksi ja käytetäänhyväksi liiketoiminnan ja prosessien ohjauksessa
•muutetaan joustavasti päätöksiä, jos ne johtavatkokonaisuuden kannalta parempaan lopputulokseen
•panostetaan palveluun
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
6Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Value yieldsimulation
Productionplanning
Productionscheduling
WOODCIM
Lumberrequestanalysis
Val
ue m
atri
xfo
r ha
rves
ting
Opt
imiz
atio
n of
buck
ing
Optimization oflog classes
Jalostusketjujen mallinnusja optimointi
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
7Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Virtuaalitukkien generointiröntgenmittauksilla ja läpisahausmenetelmällä
Y
Z
X
Value yieldsimulation
Productionplanning
Productionscheduling
WOODCIM
Lumberrequestanalysis
Val
ue m
atri
xfo
r ha
rves
ting
Opt
imiz
atio
n of
buck
ing
Optimization oflog classes
1245 3
25 mm Retro
RetroStem
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
8Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Yksisuuntainen röntgenmittaus + tukkikuljetin + tukinpyörittäminen karoilla mahdollistaa useamman suunnan
mittauksen ja tarkan tukin ominaisuuksien määrittämisen
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
9Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Virtuaalitukki tuotettuna mittauksen tuloksena
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
10Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Sound
Dead
DsD t
L t
Ls
Z
X
Parameters describing knots•Knot length, diameter and volume (soundand dead)
•Position in stem: insertion and compassangle
Parameters describing log andheartwood geometry
• 24 radius describing log andheartwood crosssection for each 50mm of stem height
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
11Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Log crosssections
3D stem
3D crosscut logs
Log crosssections
3D stem
3D crosscut logs
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
12Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
13Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99 106 113 120 127 134 141 148 155 162 169 176 183 190 197 204 211 218 225 232 239 246 253
Kaikki luokat. Laudat:1225. Sydäntavarat 226259.
Osu
us (%
) kap
pale
ista
.
Tukkien ja tuotekertymän simulointimalli
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
14Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Sahalinjanvirtuaalimalli
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
15Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Tutkimuksen fokusointi
Joustavuuden määrittely sahateollisuuden näkökulmastaItseoppivuuden määrittely sahateollisuuden näkökulmasta
SisuPUU:ssa mukana olevien yritysten edustajien haastattelutja tulosten analysointi tutkimuksen painopisteiden määrittämiseksi
Nykyisissä prosesseissa tapahtuvien•"virheiden" ja "puutteiden" tunnistaminen•niiden vaikutusten analysointi•parantamismahdollisuuksien selvittäminen•parantamisen seurausvaikutusten ennakointi
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
16Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Mallinnusmenetelmät ja ohjelmistot
Simulointi ja optimointimallit, joilla voidaan tarkastellaerilaisten sahauksen tuotantojärjestelmien materiaali jatuottovirtoja rungoista lopputuotteiksi
•WoodCIM ohjelmiston kehitys tukkien lajittelun osalta•InnoSIM ohjelmiston kehitys erityisesti erikoissahatavaran ja
komponenttituotteiden valmistuksen ja lajittelun simuloimiseksi•CompSIM uusi simulointiohjelmisto komponenttituotteiden
valmistamiseksi sahatavarasta•AccumSIM tuotekertymän simulointiohjelma lajitellun tukin ja
lajittelemattoman tukin sahauksesta saatavien tuotemäärienanalysointiin
•FlowSIM Sahatavaran tuotantolinjojen materiaalivirtojenvisuaalinen simulointimalli tuotannon pullonkaulojen jakoneiden kapasitettien määrittelyyn
•VisuLOG ohjelmisto tukin, asetteen ja sahauksessa saataviensahatavaroiden graafiseen esittämiseen
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
17Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Mallien lähtöarvotiedostotPuuraakaainetiedostot, jotka on tuotettu SisuPUU:ssa
•Hakkuukoneen mittaamia runkotiedostoja•Hakkuukoneen ohjausmatriiseja ja runkotiedostoja vastaavat
tiedostot hakattujen tukkien ominaisuuksista•50 000 tukin mittaustiedot yhdeltä sahalta•1 000 tukin yksityiskohtaiset 3D mittaustiedot•yksityiskohtaiset röntgenmittaustiedot, jotka mitattiin 15 asteen
välein lenkojen virtuaalitukkien generoimiseksi•300 sahatavarakappaleen, jotka edustivat kuutta eri
dimensio/laatu kombinaatiota, mittaukset virtuaalisaheidenkonstruoimiseksi
Sahatavaratuotteiden määrittely ja hinnoitteluTuotantoprosessien parametriarvojen määrittely
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
18Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Tutkimuksen fokusointi
Joustavuuden määrittely sahateollisuuden näkökulmastaItseoppivuuden määrittely sahateollisuuden näkökulmasta
SisuPUU:ssa mukana olevien yritysten edustajien haastattelutja tulosten analysointi tutkimuksen painopisteiden määrittämiseksi
Nykyisissä prosesseissa tapahtuvien•"virheiden" ja "puutteiden" tunnistaminen•niiden vaikutusten analysointi•parantamismahdollisuuksien selvittäminen•parantamisen seurausvaikutusten ennakointi
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
19Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
VTT:n Mallinnusmenetelmät ja ohjelmistot
Simulointi ja optimointimallit, joilla voidaan tarkastellaerilaisten sahauksen tuotantojärjestelmien materiaali jatuottovirtoja rungoista lopputuotteiksi
•WoodCIM ohjelmiston kehitys tukkien lajittelun osalta•InnoSIM ohjelmiston kehitys erityisesti erikoissahatavaran ja
komponenttituotteiden valmistuksen ja lajittelun simuloimiseksi•CompSIM uusi simulointiohjelmisto komponenttituotteiden
valmistamiseksi sahatavarasta•AccumSIM tuotekertymän simulointiohjelma lajitellun tukin ja
lajittelemattoman tukin sahauksesta saatavien tuotemäärienanalysointiin
•FlowSIM Sahatavaran tuotantolinjojen materiaalivirtojenvisuaalinen simulointimalli tuotannon pullonkaulojen jakoneiden kapasitettien määrittelyyn
•VisuLOG ohjelmisto tukin, asetteen ja sahauksessa saataviensahatavaroiden graafiseen esittämiseen
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
20Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Mallien lähtöarvotiedostotPuuraakaainetiedostot, jotka on tuotettu SisuPUU:ssa
•Hakkuukoneen mittaamia runkotiedostoja•Hakkuukoneen ohjausmatriiseja ja runkotiedostoja vastaavat
tiedostot hakattujen tukkien ominaisuuksista•50 000 tukin mittaustiedot yhdeltä sahalta•1 000 tukin yksityiskohtaiset 3D mittaustiedot•yksityiskohtaiset röntgenmittaustiedot, jotka mitattiin 15 asteen
välein lenkojen virtuaalitukkien generoimiseksi•300 sahatavarakappaleen, jotka edustivat kuutta eri
dimensio/laatu kombinaatiota, mittaukset virtuaalisaheidenkonstruoimiseksi
Sahatavaratuotteiden määrittely ja hinnoitteluTuotantoprosessien parametriarvojen määrittely
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
21Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Tukkien mittaus
•Tukin geometrian tarkka mittaaminen•Tukin sisäisten vikojen oksien mittaus•Röntgenmittauksessa tarvittavien mittaussuuntien lukumäärä•Algoritmit oksien tunnistamiseksi•Tukin mittauksessa tapahtuvien virheiden vaikutusten analysointi
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
22Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Tukkien lajitteluTukkien lajittelun tarve ja vaikutuksetTukkien lajittelun filosofiat
•latvaläpimittaan ja pituuteen perustuva lajittelu• kartiokkuus ja lenkouskorjattu lajittelu
•laatulajittelu• tuotepohjainen lajittelu• asetepohjainen lajittelu• poimintalajittelu täysin vapaa ryhmittely• yhdistelmälajittelu
Tukkiluokkien lukumäärän optimointi•bulkkiluokat; täsmäluokat; value added tuotteiden tukkiluokat
Tukkiluokkien rajojen optimointi•mittausvirheiden vaikutukset•tukkien siirto luokasta toiseen
Tukkiluokkien lukumäärän vaikutus samanaikaiseen tuotekertymään
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
23Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Sahausprosessi
Sahausmenetelmien vertailu•Nelisahauksella saatava arvosaanto•Läpisahauksella saatava arvosaanto•Profilointisahauksella saatava arvosaanto•Komponenttisahauksella saatava arvosaanto
Sahauksen asetevalinta•symmetriset asetteet•epäsymmetriset asetteet•erikoisasetteet•tukkien ja asetteiden yhteensopivuus
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
24Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Sahausprosessi
Sahalinjan ominaisuuksien vaikutus arvosaantoon•Mittatarkkuus•Sahausrako•Saannon riippuvuus siitä kuinka etäältä tukin latvasta
pelkkahakkuri alkaa hakettaa
Sahauksen asetevalinta•symmetriset asetteet•epäsymmetriset asetteet•erikoisasetteet•tukkien ja asetteiden yhteensopivuus•samasta tukista sahattujen sydäntavarakappaleiden laatu
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
25Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Tukin pyörityksen ja pelkan suuntauksen optimointi
Tukin pyöritys•Tukin muotoon, erityisesti lenkouteen, perustuva pyöritys•Arvosaantoon perustuva tukin pyörityksen optimointi, jossa
otetaan huomioon sekä tukin geometria että sisäinenoksikkuus
•Tukin pyöritysvirheen taloudellinen merkitys nelisahauksessaja läpisahauksessa
•Tukin pyörityksen optimoinnin arvosaannon lisäyspotentiaali
Pelkan sahauksen optimointi•pelkan sahauksen asetevalinta•pelkan latvan ja tyven suuntaus•optimaalinen pelkan ohjaus jakosahakoneeseen
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
26Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Sahatavaran ja komponenttien särmäys ja katkonta
Särmäyksessä sahataan vain yksi kappale•saheen optimaalisen leveyden määrittäminen•saheen latvan ja tyven suuntaus
Särmäyksessä sahataan useita kappaleita•saheen optimaalisten leveyksien määrittäminen•saheen latvan ja tyven suuntaus
Saheiden katkonta•saheen optimaalisen pituuden määrittäminen•saheen optimaalisten komponenttipituuksien määrittäminen
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
27Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Komponenttien ja erikoissahatavaran valmistus
Komponentti on ominaisuuksiltaan tarkasti määritelty erikoissahatavaratuote, joka tuottaa merkittävää lisäarvoa asiakkaalle jaloppukäyttäjälle
Arvosaantolaskelmat•Komponenttien valmistus sahatavarasta•Komponenttien valmistus tukeista•Komponenttien valmistus rungoista•Sahausasetteet•Särmäyksen optimointi ja sahaavien terien lukumäärä•Tuotekoon ja sahausraon vaikutukset tilavuussaantoon
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
28Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Komponenttien ja erikoissahatavaran valmistus
Komponentti on ominaisuuksiltaan tarkasti määritelty erikoissahatavaratuote, joka tuottaa merkittävää lisäarvoa asiakkaalle jaloppukäyttäjälle
Arvosaantolaskelmat•Komponenttien valmistus sahatavarasta•Komponenttien valmistus tukeista•Komponenttien valmistus rungoista•Sahausasetteet•Särmäyksen optimointi ja sahaavien terien lukumäärä•Tuotekoon ja sahausraon vaikutukset tilavuussaantoon
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
29Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Sahatavaran ja komponenttien kuivaus
•Tulevaisuuden kuivausmenetelmät•Nopea kuivaus•Kuivausvirheiden välttäminen
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
30Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Informaatiojärjestelmät
Sahan informaatiovirrat•Olemassa olevan informaation kerääminen, taltiointi, hallinta,
prosessointi ja tehokas käyttö•Uuden tiedon generointi datasta ja sen tehokas käyttö•Kappaleiden merkintään perustuva ohjaus
•Merkintämenetelmät ja teknologiat, RFID•Merkintään perustuvat ohjausjärjestelmät•Merkinnän hyväksikäyttökonseptit•Merkinnästä saatava hyöty•Merkintäkokeet teollisuudessa
•Globaalit informaatiojärjestelmät
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
31Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Muita tutkimuskohteita
•Energian kulutus sahatavaran ja komponenttienvalmistuksessa
•Bioenergia osana sahan liiketoimintaa
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND
32Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus
Konsepteja valmistusjärjestelmiksi
•Komponenttien valmistuskonsepteja•Standardituotekonsepteja•Valmistuskonsepteja, joilla voidaan samanaikaisesti tuottaa
komponentteja ja bulkkisahatavaraa•Sahauskonsepti, jonka pääasiakas on liimapuutehdas