Tulevaisuuden Saha seminaari. SisuPUUN tavoitteet Jouko Silen

Transkriptio

1 Tulevaisuuden Saha seminaari SisuPUUN tavoitteet Jouko Silen

2 SisuPUU, miksi? Lähtökohtana projektissa: 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 Lisäarvoa asiakkaalle uudet teknologiat lankeavuuden hallitsemiseksi konseptisahaus lankeavasta tuotantomallista homogeenisen jalostustuotteen massavalmistukseen 3. Uudet liiketoimintakonseptit ja niiden integrointi puuteollisuuteen esim. bio energia

3 SisuPUU, miksi? Sahateollisuuden arvoketjussa tapahtuneita muutosdrivereita ja trendejä Lopputuotevalmistajien siirtyminen komponenttien valmistajasta ostajaksi esimerkkinä ikkunakomponentit koettuna 1990 luvun alun vertikaalisen integroitumisen riskit Jalostustuotannon mittakaavan ja kustannustehokkuuden kehittyminen vain kilpailukykyiset ja kehittyvät materiaalit säilyttävät markkinaosuutensa esimerkkinä liimapalkit, jotka teknologia hypyn myötä ovat kyenneet puolittamaan valmistuskustannuksensa kymmenessä vuodessa Jalostustuotannon polarisaatio lähelle raaka ainetta tai lähelle kulutusta Uudet mittausteknologiat hyötykäyttöön? (tukki X ray vuodelta 1991) Simuloinnit räätälöityjen prosessien kehittämisessä

4 SisuPUU Tutkimushankkeen keskeisinä tavoitteina olivat Kehittää uusia tietointensiivisiä tuotantojärjestelmiä Prosessi ja raaka ainetiedon 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

5 SisuPUU SisuPUU yritysosapuolet Heinolan Sahakoneet John Deere Koskisen Oy Metsäliitto Mikropuu Savcor Forest Stora Enso Timber WSAB

6 SisuPUU Työskentelymetodi tutkimuksessa Platform Tutkimus Teknologian kehittäjät Teknologian hyödyntäjät Aiheiden keruu teollisuudesta Tutkimuskysymysten laadinta yhteistyössä täsmennykset Tulosten esittely johtoryhmälle kommentointi soveltaminen Tavoitteena yhteinen oppiminen

7 Itseoppivat ja joustavat tuotantojärjestelmät puutuoteteollisuudessa (SisuPUU) Tutkimusmenetelmät Arto Usenius Tulevaisuuden Saha seminaari 27. toukokuuta 2009 VTT, Espoo

8 Visio Puutuoteteollisuuden tuotanto ja jalostus järjestelmät ovat ICT:n tukemia, integroituneita ja koko jalostusketjun kattavia. Ne mahdollistavat myös täsmätuotteiden nopean, energiatehokkaan valmistuksen ilman lankeavia tuotteita hyvällä arvo ja tilavuussaannolla. Tuotantojärjestelmät tulevat kestävää kehitystä. 2

9 Itseoppiva järjestelmä perustuu feed back tiedon luontiin ja käyttöön TALTIOINTI LÄHTÖARVOT SUUNNITTELUPROSESSI FEED BACK SUUNNITELMA PARAMETRI ARVOT INHIMILLINEN TYÖ KONE PROSESSI VERTAILU TULOS OLOSUHTEET 3

10 Tulevaisuuden Tulos Tehdään Tiedolla 4

11 Perusperiaatteita Hallitaan koko jalostus ja toimitusketju metsästä lopulliselle loppukäyttäjälle saakka vaikka toimitaankin vain osassa ketjua jalostetummat sahatavaratuotteet, jotka tuottavat selvää lisäarvoa asiakkaalle; bioenergia tiedetään mahdollisimman aikaisessa vaiheessa mitä puuraaka aineesta, leimikosta, rungosta tai tukista tehdään kerätään, taltioidaan ja prosessoidaan systemaattisesti uutta dataa ja informaatiota, muunnetaan se tiedoksi ja käytetään hyväksi liiketoiminnan ja prosessien ohjauksessa muutetaan joustavasti päätöksiä, jos ne johtavat kokonaisuuden kannalta parempaan lopputulokseen panostetaan palveluun 5

12 Jalostusketjujen mallinnus ja optimointi Value matrix for harvesting Lumber request analysis Value yield simulation Production planning WOODCIM Production scheduling Optimization of bucking Optimization of log classes 6

13 Virtuaalitukkien generointi röntgenmittauksilla ja läpisahausmenetelmällä 25 mm R Y Z X RetroStem e t r o Value yield simulation Value matrix for harvesting Lumber request analysis Production planning WOODCIM Production scheduling Optimization of bucking Optimization of log classes 7

14 Yksisuuntainen röntgenmittaus + tukkikuljetin + tukin pyörittäminen karoilla mahdollistaa useamman suunnan mittauksen ja tarkan tukin ominaisuuksien määrittämisen 8

15 Virtuaalitukki tuotettuna mittauksen tuloksena 9

16 Z Parameters describing knots Sound D s Dead D t Knot length, diameter and volume (sound and dead) Position in stem: insertion and compass angle X L s L t Parameters describing log and heartwood geometry 24 radius describing log and heartwood cross section for each 50 mm of stem height 10

17 Log cross sections 3D cross cut logs 3D stem 11

18 12

19 3 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Tukkien ja tuotekertymän simulointimalli 2.5 Osuus (%) kappaleista Kaikki luokat. Laudat: Sydäntavarat

20 Sahalinjan virtuaalimalli 14

21 Tutkimuksen fokusointi Joustavuuden määrittely sahateollisuuden näkökulmasta Itseoppivuuden määrittely sahateollisuuden näkökulmasta SisuPUU:ssa mukana olevien yritysten edustajien haastattelut ja tulosten analysointi tutkimuksen painopisteiden määrittämiseksi Nykyisissä prosesseissa tapahtuvien "virheiden" ja "puutteiden" tunnistaminen niiden vaikutusten analysointi parantamismahdollisuuksien selvittäminen parantamisen seurausvaikutusten ennakointi 15

22 Mallinnusmenetelmät ja ohjelmistot Simulointi ja optimointimallit, joilla voidaan tarkastella erilaisten sahauksen tuotantojärjestelmien materiaali ja tuottovirtoja rungoista lopputuotteiksi WoodCIM ohjelmiston kehitys tukkien lajittelun osalta InnoSIM ohjelmiston kehitys erityisesti erikoissahatavaran ja komponenttituotteiden valmistuksen ja lajittelun simuloimiseksi CompSIM uusi simulointiohjelmisto komponenttituotteiden valmistami seksi sahatavarasta AccumSIM tuotekertymän simulointiohjelma lajitellun tukin ja lajittelemat toman tukin sahauksesta saatavien tuotemäärien analysointiin FlowSIM Sahatavaran tuotantolinjojen materiaalivirtojen visuaalinen simulointimalli tuotannon pullonkaulojen ja koneiden kapasitettien määrittelyyn VisuLOG ohjelmisto tukin, asetteen ja sahauksessa saatavien sahatavaroiden graafiseen esittämiseen 16

23 Mallien lähtöarvotiedostot Puuraaka ainetiedostot, jotka on tuotettu SisuPUU:ssa Hakkuukoneen mittaamia runkotiedostoja Hakkuukoneen ohjausmatriiseja ja runkotiedostoja vastaavat tiedostot hakattujen tukkien ominaisuuksista tukin mittaustiedot yhdeltä sahalta tukin yksityiskohtaiset 3D mittaustiedot yksityiskohtaiset röntgenmittaustiedot, jotka mitattiin 15 asteen välein lenkojen virtuaalitukkien generoimiseksi 300 sahatavarakappaleen, jotka edustivat kuutta eri dimensio/laatu kombinaatiota, mittaukset virtuaalisaheiden konstruoimiseksi Sahatavaratuotteiden määrittely ja hinnoittelu Tuotantoprosessien parametriarvojen määrittely 17

24 Tutkimuksen fokusointi Joustavuuden määrittely sahateollisuuden näkökulmasta Itseoppivuuden määrittely sahateollisuuden näkökulmasta SisuPUU:ssa mukana olevien yritysten edustajien haastattelut ja tulosten analysointi tutkimuksen painopisteiden määrittämiseksi Nykyisissä prosesseissa tapahtuvien "virheiden" ja "puutteiden" tunnistaminen niiden vaikutusten analysointi parantamismahdollisuuksien selvittäminen parantamisen seurausvaikutusten ennakointi 18

25 VTT:n Mallinnusmenetelmät ja ohjelmistot Simulointi ja optimointimallit, joilla voidaan tarkastella erilaisten sahauksen tuotantojärjestelmien materiaali ja tuottovirtoja rungoista lopputuotteiksi WoodCIM ohjelmiston kehitys tukkien lajittelun osalta InnoSIM ohjelmiston kehitys erityisesti erikoissahatavaran ja komponenttituotteiden valmistuksen ja lajittelun simuloimiseksi CompSIM uusi simulointiohjelmisto komponenttituotteiden valmistami seksi sahatavarasta AccumSIM tuotekertymän simulointiohjelma lajitellun tukin ja lajittelemat toman tukin sahauksesta saatavien tuotemäärien analysointiin FlowSIM Sahatavaran tuotantolinjojen materiaalivirtojen visuaalinen simulointimalli tuotannon pullonkaulojen ja koneiden kapasitettien määrittelyyn VisuLOG ohjelmisto tukin, asetteen ja sahauksessa saatavien sahatavaroiden graafiseen esittämiseen 19

26 Mallien lähtöarvotiedostot Puuraaka ainetiedostot, jotka on tuotettu SisuPUU:ssa Hakkuukoneen mittaamia runkotiedostoja Hakkuukoneen ohjausmatriiseja ja runkotiedostoja vastaavat tiedostot hakattujen tukkien ominaisuuksista tukin mittaustiedot yhdeltä sahalta tukin yksityiskohtaiset 3D mittaustiedot yksityiskohtaiset röntgenmittaustiedot, jotka mitattiin 15 asteen välein lenkojen virtuaalitukkien generoimiseksi 300 sahatavarakappaleen, jotka edustivat kuutta eri dimensio/laatu kombinaatiota, mittaukset virtuaalisaheiden konstruoimiseksi Sahatavaratuotteiden määrittely ja hinnoittelu Tuotantoprosessien parametriarvojen määrittely 20

27 Tukkien mittaus Tukin geometrian tarkka mittaaminen Tukin sisäisten vikojen oksien mittaus Röntgenmittauksessa tarvittavien mittaussuuntien lukumäärä Algoritmit oksien tunnistamiseksi Tukin mittauksessa tapahtuvien virheiden vaikutusten analysointi 21

28 Tukkien lajittelu Tukkien lajittelun tarve ja vaikutukset Tukkien 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 22

29 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 23

30 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 24

31 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 sisäinen oksikkuus Tukin pyöritysvirheen taloudellinen merkitys nelisahauksessa ja läpisahauksessa Tukin pyörityksen optimoinnin arvosaannon lisäyspotentiaali Pelkan sahauksen optimointi pelkan sahauksen asetevalinta pelkan latvan ja tyven suuntaus optimaalinen pelkan ohjaus jakosahakoneeseen 25

32 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 26

33 Komponenttien ja erikoissahatavaran valmistus Komponentti on ominaisuuksiltaan tarkasti määritelty erikoissahatavaratuote, joka tuottaa merkittävää lisäarvoa asiakkaalle ja loppukäyttäjälle Arvosaantolaskelmat Komponenttien valmistus sahatavarasta Komponenttien valmistus tukeista Komponenttien valmistus rungoista Sahausasetteet Särmäyksen optimointi ja sahaavien terien lukumäärä Tuotekoon ja sahausraon vaikutukset tilavuussaantoon 27

34 Komponenttien ja erikoissahatavaran valmistus Komponentti on ominaisuuksiltaan tarkasti määritelty erikoissahatavaratuote, joka tuottaa merkittävää lisäarvoa asiakkaalle ja loppukäyttäjälle Arvosaantolaskelmat Komponenttien valmistus sahatavarasta Komponenttien valmistus tukeista Komponenttien valmistus rungoista Sahausasetteet Särmäyksen optimointi ja sahaavien terien lukumäärä Tuotekoon ja sahausraon vaikutukset tilavuussaantoon 28

35 Sahatavaran ja komponenttien kuivaus Tulevaisuuden kuivausmenetelmät Nopea kuivaus Kuivausvirheiden välttäminen 29

36 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 30

37 Muita tutkimuskohteita Energian kulutus sahatavaran ja komponenttien valmistuksessa Bioenergia osana sahan liiketoimintaa 31

38 Konsepteja valmistusjärjestelmiksi Komponenttien valmistuskonsepteja Standardituotekonsepteja Valmistuskonsepteja, joilla voidaan samanaikaisesti tuottaa komponentteja ja bulkkisahatavaraa Sahauskonsepti, jonka pääasiakas on liimapuutehdas 32