Leimikoiden apteerausvaihtoehtojen optimointi esitutkimus. Vesa Imponen. Metsätehon raportti 48 24.2.1998



Samankaltaiset tiedostot
Jussi Lemmetty Vesa Imponen

Erilaisia tuotteita valmistavien tehtaiden ja metsien

RUNKOPANKIN KÄYTTÖSOVELLUKSET

Katkonnanohjaus evoluutiolaskennan keinoin

hinnoitteluun ja puukauppaan

KORJUU- JA KULJETUSYRITYSTEN KANNATTAVUUS

Tukkijakauman ohjaus. Tuomo Vuorenpää Anna Aaltonen Vesa Imponen Eero Lukkarinen

ARVO ohjelmisto. Tausta

Puuraaka-aineen hinnoittelumenetelmät

METSATEHO ~ METSÄTEOLLISUUS 12/1994 PUUNKORJUUN KUSTANNUSTEN JAKAMINEN PUUTAVARALAJEILLE. Jari Terävä. Teppo Oijala

Kehittynyt katkonnan ohjaus ja ennakkosuunnittelutiedon tarkkuus Metsätehon tuloskalvosarja 6/2015

ARVO ohjelmisto. Tausta

Puutavaran mittauksen visio 2020

Runkohinnoittelun käytettävyys? Puumarkkinatyöryhmä, tiistaina Jukka Malinen Metla / Joensuu

Katkonta - ensimmäinen jalostuspäätös vai raaka-aineen hinnan määritystä?

Metsätiedon lähteitä ja soveltamismahdollisuuksia

Männyn laaturajojen integrointi runkokäyrän ennustamisessa. Laura Koskela Tampereen yliopisto

Tukkiröntgendata sahapuun ohjauksessa

Voidaanko laatu huomioida männyn katkonnassa? Jori Uusitalo Joensuun yliopisto

ARVO-ohjelmisto pienpuun hankinnan tukena

Kaukokuljetustilasto 2005

KUUSEN OMINAISUUSPOTENTIAALI

RUNKOPANKKI JA K-MSN MENETELMÄ PUUSTOTIETOJEN JA PÖLKKYJAKAUMAN ENNUSTAMISESSA

Korjuutilasto Arto Kariniemi. Tuloskalvosarja. Tuloskalvosarja Puunkorjuun tilastot 1. Metsäteho Oy

METSÄKONEIDEN MONIKÄYTTÖISYYS

Tukkiröntgendata sahapuun ohjauksessa

ENERGIAN JA KÄYTTÖAINEIDEN KULUTUKSEN SEKÄ PÄÄSTÖJEN LASKENTAMENETELMÄ Projektiryhmä

Eero Lukkarinen Jari Marjomaa

Tuotelähtöinen puunhankinta, sahaus ja markkinointi. Vesa Imponen Jaakko Lehto Olavi Pennanen Tuomo Vuorenpää

Tilastolliset mallit hakkuukoneen katkonnan ohjauksessa. Tapio Nummi Tampereen yliopisto

Leimikon arvosaanto ja puukaupan tehostaminen. Jukka Malinen, Harri Kilpeläinen, Tapio Wall & Erkki Verkasalo

Yritysesittely. Metsäteho Oy 2018

Pinomittaus ajoneuvossa Ositettu kehysotantamittaus

Puukaupan uudet tuulet - rungonosahinnoittelu. Jori Uusitalo Metla

Runkopankki puunhankinnan ohjauksen välineenä

PUUNJALOSTUS, PUUTAVARALAJIT, MITTA JA LAATUVAATIMUKSET OSIO 6

Puunkorjuun kustannukset ja olosuhteet sekä puutavaran kaukokuljetuksen kustannukset ja puutavaralajeittaiset. vuonna 1996.

PUUTAVARAN LAJITTELU KORJUUN YHTEYDESSÄ

Energiapuun kosteuden määrittäminen metsäkuljetuksen yhteydessä

Puuston ennakkotiedon hankintamenetelmät. Tapio Räsänen Eero Lukkarinen

StanForD-XML. Juha-Antti Sorsa, Tapio Räsänen, Vesa Imponen

PURO Puuraaka-aineen määrän ja laadun optimointi metsänkasvatuksessa ja teollisuuden prosesseissa. Annikki Mäkelä HY Metsäekologian laitos

Energiatehokkuutta parantavien materiaalien tutkimus. Antti Karttunen Nuorten Akatemiaklubi

Puunkorjuun tulevaisuus. Aluejohtaja Jori Uusitalo

Metsästä voimalaitokseen: Energiapuunlogistiikka ja tiedonhallinta Lahti

Kehittyvästä metsätiedosta lisätehoa puuhuoltoon. Jarmo Hämäläinen Metsäteho Oy

Harjoitus 4: Matlab - Optimization Toolbox

Yritysesittely. Metsäteho Oy 2015

Leimikon puutavaralajikertymän ja myyntiarvon vaihtelu erilaisilla katkontaohjeilla

Luento 1: Optimointimallin muodostaminen; optimointitehtävien luokittelu

Kantokäsittelyliuoksen kulutus juurikäävän torjunnassa

Uudistuvat puutuotearvoketjut ja puunhankintaratkaisut, PUU

Uusiutuvan energian velvoite Suomessa (RES direktiivi)

Luento 1: Optimointimallin muodostaminen; optimointitehtävien luokittelu

TTY Porin laitoksen optimointipalvelut yrityksille

tehostamisvaraa? WOODVALUE hankkeen tuloksia Heikki Korpunen Hämeenlinna

Moipu 400ES ensiharvennusmännikön integroidussa hakkuussa. Kalle Kärhä, Metsäteho Oy Arto Mutikainen, TTS tutkimus

Puukarttajärjestelmä hakkuun tehostamisessa. Timo Melkas Mikko Miettinen Jarmo Hämäläinen Kalle Einola

KAUKOKULJETUSTILASTO 2004

Forest Big Data, uuden sukupolven metsävara7etojärjestelmät Tapio Räsänen Metsäteho Oy

Apteeraustulosten vertaileminen

Runkopankin käyttösovellukset

Puunhankinnan tuotelähtöisyyden tavoitteena on

ENERGIAPUUKOHTEEN TUNNISTAMINEN JA OHJAAMINEN MARKKINOILLE

Metsikkötason optimointimallit metsänkasvatuksen taloudellisessa tutkimuksessa ja metsänkäsittelypäätösten tukena

Hakkuutähteen paalauksen tuottavuus

Hakkuukone metsätiedon lähteenä

Uudistuva puuhankinta ja yrittäjyys

Korjuuyritykset

Kehittyvä puun mallinnus ja laskenta

Selvitys hakkuukoneen tiedonsiirtostandardista. Anna Aaltonen Eero Lukkarinen Jari Marjomaa Tuomo Vuorenpää

Hämeenlinna Jari Lindblad Jukka Antikainen

Hakkuutyön tuottavuus kaivukonealustaisella hakkuukoneella ja Naarva EF28 hakkuulaitteella

Biotuotetehtaan mahdollistama puunhankinnan lisäys ja sen haasteet Olli Laitinen, Metsä Group

Vaihtoehtoisia malleja puuston kokojakauman muodostamiseen

Puun arvoketjujen laskenta kehittyy - CASE: Sahauskustannusten laskenta

Puuhuollon kustannukset Suomessa ja Ruotsissa

Kuljetusyritykset

MENETELMÄ YLITIHEIDEN NUORTEN METSIEN HARVENNUKSEEN

KORJAUSVELAN LASKENTAMALLI KÄYTTÖÖN

Puustotiedon hankinta hakkuukoneella

Laskennallinen menetelmä puun biomassan ja oksien kokojakauman määrittämiseen laserkeilausdatasta

KATSAUS PUUENERGIAN TULEVAISUUTEEN LAPISSA

Käsikirjoitus Arto Kariniemi Metsäteho Oy Juha Rajamäki Metsäteho Oy

Kuvioton metsäsuunnittelu Paikkatietomarkkinat, Helsinki Tero Heinonen

Parempaa äänenvaimennusta simuloinnilla ja optimoinnilla

Puunkorjuu ja kaukokuljetus vuonna Metsätehon tuloskalvosarja 8a/2018 Markus Strandström Metsäteho Oy

Korjuun ohjauksen tietotarvekartoitus

SIMO käytössä. UPM-Kymmene Oyj Janne Uuttera

Algoritmi I kuvioiden ja niille johtavien ajourien erottelu. Metsätehon tuloskalvosarja 7a/2018 LIITE 1 Timo Melkas Kirsi Riekki Metsäteho Oy

Hakkuukoneen katkontatarkkuuden parantaminen

MONIMUOTOISUUDEN MITTAAMISEN JA SEURANNAN TOTEUTTAMISMAHDOLLISUUDET

Alemman tieverkon merkitys puuhuollolle ja toimenpidetarpeet

Hakkuukonemittaus puustotietojen tuotannossa aineiston esikäsittely ja kuviorajan muodostaminen

Jakaumamallit MELA2009:ssä. MELA käyttäjäpäivä Kari Härkönen

Tehoa vai tuhoa energiapuun korjuubusinekseen joukkokäsittelyllä ja integroidulla korjuulla?

Harhakomponentit kuvioittaisen arvioinnin puuston tilavuuden laskenta ketjussa

Optimoinnin sovellukset

Forest Big Data Visio tulevaisuuden metsätiedosta

Metsäpalveluyrittämisen edellytysten kehittäminen

Transkriptio:

Leimikoiden apteerausvaihtoehtojen optimointi esitutkimus Vesa Imponen Metsätehon raportti 48 24.2.1998 Konsortiohanke: A.Ahlström Osakeyhtiö, Aureskoski Oy, Enso Oy, Koskitukki Oy, Kuhmo Oy, Metsähallitus, Metsäliitto Osuuskunta, Pölkky Oy, UPM-Kymmene Oy, Vapo Timber Oy, Visuvesi Oy Suomen Puututkimus Oy ja sen osakkaat Osoite: PL 367 (Tekniikantie 12) 02151 Espoo Puhelin: (09) 4354 2022 Telekopio: (09) 466 695 Asiasanat: apteeraus, allokointi Metsäteho Oy Helsinki 1998

SISÄLLYS Sivu ALKUSANAT... 4 TIIVISTELMÄ... 5 1 JOHDANTO... 6 2 AIEMMAT TUTKIMUKSET... 6 3 LASKENNALLISTEN KOKEIDEN TULOKSET... 8 4 TARKASTELU... 13 5 JATKOTUTKIMUKSEN TAVOITTEET JA LÄHTÖKOHDAT... 14 VIITEKIRJALLISUUS LIITE A 2 2

ALKUSANAT Tämä tutkimus on tehty osana Tuotelähtöinen puunhankinta -projektia, jonka omistajina ovat Suomen Puututkimus Oy ja Metsäteho Oy osakkaineen. TEKES on rahoittanut projektia Puun mekaanisen jalostuksen teknologiaohjelmasta. Projektia on johtanut yhteinen johtoryhmä. Tutkimukset on toteutettu seitsemässä eri osaprojektissa. Aineistojen hankinta on ollut pääosin yhteinen. Tuotelähtöisessä puunhankinnassa korostuvat teollisuuden asiakaslähtöisyys sekä integroituneen teollisuuden puuraaka-aineen tarkempi prosessiohjaus kannattavuuden mukaan. Tuotelähtöinen puunhankinta -projektissa on kehitetty hakkuukoneryhmän ja varannon ohjauksen toimintamalleja. Leimikoiden ja runkojen apteerausvaihtoehtojen valinta ja hallinta on puunhankinnan tuloksen kannalta ratkaisevaa. Esimerkiksi Ruotsissa tällä alueella on tehty runsaasti tutkimus- ja kehittämistyötä 1980 -luvun alusta lähtien. Suomessa Puun mekaanisen jalostuksen teknologiaohjelma mahdollisti riittävien tutkimusresurssien kohdistamisen apteeraustutkimukseen. Tässä osaprojektissa selvitettiin leimikon apteerausvaihtojen ja hakkuujärjestyksen optimointiperiaatteita. Metsätehossa Vesa Imponen vastasi hankkeesta, ja apulaisprofessori Sampo Ruuth osallistui laskentamenetelmien kehittämiseen ja testaukseen. Tutkimuksessa otettiin lähtökohdaksi Mikael Näsberg:in väitöskirjatyö Mathematical programming models for optimal log bucking. Näsberg on johtavia apteerausasiantuntijoita Ruotsissa, ja hän on osallistunut tällä alalla mm. Skogforsk:in hankkeisiin. Helsingissä 24.2.1998 Vesa Imponen 3 3

TIIVISTELMÄ Puuraaka-aineen tehokas kohdistaminen tuotantolaitoksille ja tuotteisiin on ratkaisevaa metsäteollisuuden logistiikassa. Kuljetuksen ohjaus on jo keskitettyä, ja hakkuukoneapteerauksen, tietoliikenteen ja -järjestelmien kehittyminen mahdollistavat myös korjuun kokonaisemman ja samalla yksityiskohtaisemman hallinnan. Uudet toimintamallit perustuvat osaltaan myös aiempaa laajempaan optimointimatematiikan hyödyntämiseen. Tässä esitutkimusluonteisessa osaprojektissa selvitettiin käytettävissä olevien matemaattisten ratkaisutapojen soveltuvuutta leimikoiden korjuuohjelman ja apteerausvaihtoehtojen hallintaan. Hankkeessa selvitettiin laskennallisilla kokeilla ns. Column generation -tyyppisen lähestymistavan toimivuutta tukkijakauman ohjauksessa. Laskentayksiköinä olivat runkoluokat ja niistä koostuva runkolukusarja. Lisäksi esitettiin matemaattisessa muodossa lineaarista ohjelmointia soveltavan mallin yhtälörakenne. Saman tyyppinen laskentamenetelmä on käytössä metsäteollisuudessa paperirullien tilausten mukaisessa leikkaamisessa (trimmauksessa) asiakaskohtaisiin leveyksiin. Tehtyjen kokeiden ja teoreettisen tutkimuksen pohjalta näyttäisi mahdolliselta kehittää keskitetty korjuukohteiden apteerausvaihtoehtojen ja korjuuohjelman hallintasovellus, joka voitaisiin kytkeä yksittäisten hakkuukoneiden katkonnan ohjaukseen. Eteneminen edellyttäisi kuitenkin jatkoselvityksiä ja laajempia testauksia suuremmalla leimikkojoukolla. 4 4

1 JOHDANTO Puunkäyttö on monipuolistunut, ja leimikoiden apteerausvaihtoehtojen valinta koetaan yleisesti merkittäväksi ongelmaksi. Varsinkin kuusella on useita eri käyttövaihtoehtoja, joiden painotus vaihtelee suhdanteiden mukaan. Samalla tukkipuun jakauma pitäisi kyetä ennustamaan ja hallitsemaan. Korjattavissa pystyvaranto vastaa keskimäärin 2 4 kuukauden puunkäyttöä. Vaikka olosuhderajoitteet ja kauppaehdot vähentävät valittavissa olevia vaihtoehtoja, käytännössä korjuuohjelmia mukautetaan ottaen huomioon tehtaiden markkina- ja puuntarvetilanteet. Kausittaisia hankintasuunnitelmia suunnitelmia ei voida tuote- ja markkinalähtöisessä hankintatoiminnassa jäykistää, vaan jatkuva muutosten tarve on lähtökohtana. Kuljetukset on pitkälti optimoitu pelkästään kustannuksia minimoiden. Kun raaka-aineen ominaisuudet ja arvo otetaan huomioon, kuljetuskustannusoptimista kannattaa poiketa merkittävästikin (Lemmetty ja Imponen 1998). Hankintaorganisaatioissa korjuun suunnittelu on edelleen verraten hajautettua. Korjuuohjelman laatimiseen ja hakkuukoneapteerauksen ohjaukseen tarvitaan keskitetympää otetta, parempia välineitä sekä kattavia puustotietoja. Käytännössä koneyrittäjät ja hakkuukoneiden kuljettajat ovat usein tehneet tavaralajien valintaan ja apteeraukseen liittyviä päätöksiä, jotka eivät välttämättä osu aina toiminnan kokonaisuuden kannalta kohdalleen. Leimikoista korjattavien tavaralajien ja toimituspaikkojen valinta sekä tukkijakauman tehdaskohtainen hallinta edellyttävät, että korjuukohteista on käytettävissä katkontavaihtoehtojen tarkasteluun soveltuvat ominaisuustiedot. Nykyistä systemaattisempi ja keskitetympi korjuun ohjaus edellyttää lisäksi, optimointialgoritmien ja tietojärjestelmien kehittämistä. Tämän esitutkimusluonteisen projektin tavoitteena oli selvittää käytettävissä olevien matemaattisten ratkaistutapojen soveltuvuutta leimikoiden apteerausvaihtoehtojen ja korjuuohjelman hallintaan. Ongelma on haasteellinen, ja tämä tehtävä toteutettiin vaiheittain Tuotelähtöinen puunhankinta projektin johtoryhmän ohjauksessa. 5 5

2 AIEMMAT TUTKIMUKSET Runkojen pölkytyksen optimointi on ollut operaatio- ja metsän tutkijoiden kiinnostuksen kohteena useiden vuosikymmenien ajan. Ongelman rakenne on sama kuin paperirullien leikkauksessa (trimmaus),jossa asiakaskohtaiset rullaleveydet pyritään valmistamaan paperikoneelta tulevasta rullasta siten, että hukka minimoituu (Gilmore ja Gomory 1961, 1963). Heidän esittämänsä ratkaisu perustui dynaamisen ja lineaarisen ohjelmoinnin yhdistämiseen column generation -menetelmän pohjalta. Tähän algoritmiin perustuvat sovellukset ovat olleet tuotantokäytössä paperiteollisuudessa. Näsberg väitöskirja (1985) käsitteli matemaattisen optimoinnin mallien soveltamista runkojen pölkytyksen optimoinnissa, ja raportti on erinomainen lähde myös tämän alueen aiempaan tutkimukseen perehdyttäessä. Näsbergin ratkaisussa runkojen katkontavaihtoehtoja tuotetaan dynaamisen ohjelmoinnin avulla ja tukkijakauman ohjaus perustuu lineaarisen tavoiteohjelmoinnin käyttöön (kuva 1). Runkojoulon tukkijakauman hallinta Lineaarinen ohjelmointi Uusien pökytysvaihtoehtojen tuottaminen Dynaaminen ohjelmointi Kuva 1. Tukkijakauman optimointi kaksivaiheisena toistuvalla laskentamenetelmällä. Hankkeessa toteutetun menetelmä kartoituksen perusteella päädyttiin kokeilemaan ja jatkamaan ongelmanratkaisumenetelmän kehittelyä nimenomaan Näsbergin tulosten pohjalta. Tukkijakaumaongelman käsittelyssä käytetyn iteratiivisen algoritmin vaiheet kuvataan tarkemmin liitteessä A. 6 6

3 LASKENNALLISTEN KOKEIDEN TULOKSET Tukkijakauman optimointialgoritmia testattiin Näsbergin (1985) väitöskirjassa kappaleessa 5.4.3 An Example s. 135 146 esitetyn esimerkin pohjalta. Lähtökohtana oli taulukossa 1 esitetty suhteellisen pieniin runkoihin painottunut kuusirunkolukusarja, ja tarkoituksena oli ensin toistaa esitetyt laskentatulokset. TAULUKKO 1. Apteerattava kuusirunkolukusarja. Runkoluokka Rinnankorkeus- Läpimittaluokka Cm Runkoja Kpl 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 81 56 55 38 38 26 25 17 17 11 11 7 7 4 4 3 Väitöskirjassa esitetyn runkoluokittaisen apteeraustuloksen perusteella voitiin Laasasenahon (1982) runkokäyrien avulla määrittää puiden pituus ja läpimitat annetuilla korkeuksilla. Näin kuvat kuvatut rungot eivät kuitenkaan olleet tarkalleen samanmuotoisia kuin lähderaportissa. Runkojen mittojen likimääräisen kuvaamisen onnistuttua, opinnäytetyön esimerkki laskettiin uudelleen menetelmän toimivuuden varmistamiseksi. Kuusitukkien tavoitejakauma oli vaihteluväleineen taulukon 2 mukainen. TAULUKKO 2. Kuusitukkien tavoitejakauma. Läpimitta- Luokat Cm Pituusluokat Dm >=34 >=40 >=46 >=52 Tukkikappalemäärän tavoitevaihteluväli >=12 110 130 60 75 45 60 50 65 >=16 40 50 15 25 45 55 20 30 7 >=20 0 10 0 5 15 25 0 10 >=24 0 5 0 5 5 10 0 5 >=28 0 5 0 5 0 5 0 5 7

Apteerauksessa käytetyt tukkidimensiokohtaiset lähtöarvot olivat ruotsalaisen 1980 -luvun hintalistojen mukaiset (Näsberg 1985 s.23). Lineerista ohjelmointia käytettiin column generation -menetelmän mukaisesti. Aluksi kullekin runkoluokalle laskettiin yksi apteerausvaihtoehto tukkihintalistan läpimitta- ja pituusluokittaisten arvojen mukaisesti. Seuraavilla laskentakierroksilla lineaarisen optimointimallin tukkiluokkakohtaisten kappalemäärärajoiteyhtälöiden varjohinnat lisättiin runkoluokkien apteerauksessa käytettyihin perusarvoihin, jos toteutunut tukkiluokan kappalemäärä alitti tavoitteen. Jos tavoitemäärä oli ylittynyt varjohinta vähennettiin tukkiluokan perusarvosta. Myös tukkikappalemäärien ylitykset ja alitukset huomioon ottavat tukkiluokkakohtaiset sakkofunktiot vaikuttivat jakaumatavoitteen saavuttamiseen. Kullakin laskentakierroksella tuotettiin jokaiselle runkoluokalle dynaamisella optimoinnilla uusi katkontavaihtoehto, joka lisättiin lineaariseen optimointimalliin. Laskenta lopetettiin, kun tukkien summa-arvon määrittävä tavoitefunktio ei enää kasvanut. Lopullisessa ratkaisussa runkoluokat yleensä jakaantuivat useampien apteerausvaihtoehtojen kesken. Näsbergin esimerkin mukaisesti optimointimenetelmää kokeiltiin aluksi käyttäen laskentayksiköinä runkoluokkia. Taulukot 3 4 havainnollistavat tukkikappalemäärien hakeutumista tavoitteiden mukaiseksi kuuden column generation -laskentakierroksen aikana. Uusien katkontavaihtoehtojen luominen lopetettiin silloin, kun toteutunut tukkijakauma ei enää parantunut. TAULUKKO 3. Poikkeamat tavoitteeseen nähden ensimmäisen laskentakierroksen jälkeen. Laskentayksikkönä taulukon mukaiset runkoluokat. Läpimitta- Luokat Cm Pituusluokat Dm >=34 >=40 >=46 >=52 Tukkikappalemäärän poikeama tavoitteesta >=12 +68 +5 >=16 +4 >=20 +15 >=24 >=28 TAULUKKO 4. Kuusitukkien toteutunut jakauma kuudennen laskentakierroksen jälkeen. Laskentayksikkönä runkoluokat. Läpimitta- Luokat Cm Pituusluokat Dm >=34 >=40 >=46 >=52 Tukkikappalemäärän poikeama tavoitteesta >=12 +68 >=16 8 >=20 +13 >=24 +2 >=28 8

Runkoluokka tai runkokohtaisten katkontavaihtoehtojen optimointi tulee käytännössä kysymykseen vain saharunkomenetelmää sovellettaessa. Tällöinkin edellytyksenä olisi, että laskennan kohteena oleva runkojoukko olisi etukäteen mitattu ja laadutettu. Näsbergin esittämä menetelmä ei toimi tavaralajikorjuun yhteydessä. Käsiteltävien puiden mitoista ei ole täydellistä tietoa. Toisaalta runkokohtaisten katkontavaihtoehtojen optimointi edellyttäisi myös kokonaislukumuuttujien käyttöä, koska kukin runko voidaan pölkyttää vain yhdellä tavalla. Pystyvarannossa on samanaikaisesti miljoonia runkoja, ja hyvin suuret kokonaislukuongelmat eivät ole vielä käytännössä nykyisillä optimointimenetelmillä ja tietokoneilla ratkeavia. Tavaralajimenetelmää käytettäessä puun käyttöä voidaan optimoida ratkaisemalla pystyvarannossa olevien korjuukohteiden katkontavaihtoehdot ja puutavaran toimituspisteet ottaen huomioon varastoissa olevat puutavaramäärät ja tehtaiden tarpeet. Päätöksen teossa otetaan huomioon hankinnan kokonaistilanne ja valitut ratkaisut toteutetaan puutavaraerä- ja korjuukohdekohtaisesti, vaikka katkontaa lopulta ohjataankin hakkuuvaiheessa rungoittain. Leimikoiden ja korjuukohteiden katkontavaihtoehtojen muodostamisessa tarvitaan kuitenkin ennakkotietoja runkojen ominaisuuksista. Tutkittavan optimointimenetelmän soveltuvuus käytäntöön edellyttää leimikoiden käyttöä laskentayksiköinä. Tätä testattiin tulkitsemalla taulukon 1 runkolukusarja korjuukohteen puujoukoksi. Uudet katkontavaihtoehdot tuotettiin ja kuvattiin tässä tapauksessa koko runkolukusarjaa koskevina, ja kokonaisjakaumaa ohjaavassa lineaarisessa optimoinnissa päätösmuuttujat olivat myös leimikkokohtaisia. Taulukot 5 ja 6 havainnollistavat laskennan etenemistä, kun runkolukusarja on yksittäisten runkojen sijasta laskenta- ja päätöksentekoyksikkönä. TAULUKKO 5. Poikkeamat tavoitteeseen nähden ensimmäisen laskentakierroksen jälkeen. Laskentayksikkönä taulukon 1mukainen runkolukusarja. Läpimitta- Luokat Cm Pituusluokat Dm >=34 >=40 >=46 >=52 Tukkikappalemäärän poikeama tavoitteesta >=12 +68 >=16 +33 >=20 +26 >=24 +6 >=28 9 9

TAULUKKO 6. Kuusitukkien toteutunut jakauma kuudennen laskentakierroksen jälkeen. Laskentayksikkönä runkolukusarja. Läpimitta- Luokat Cm Pituusluokat Dm >=34 >=40 >=46 >=52 Tukkikappalemäärän poikeama tavoitteesta >=12 >=16 +3 >=20 +2 +5 >=24 +2 >=28 Korjuukohdekohtaisessa laskennassa tukkijakauma hakeutui yhtä nopeasti tavoitetta kohti kuin käytettäessä yksittäisiä runkoluokkia laskentayksiköinä. Lopputuloksessa leimikko (runkolukusarja) on jakautunut useamman apteerausvaihtoehdon kesken. Runkoluokka- tai runkolukusarjakohtainen katkontavaihtoehtojen tuottaminen johtivat tässä esimerkissä käytännön toiminnan kannalta samanarvoiseen tulokseen. Jos tämä on yleistettävissä, useamman tuotantolaitoksen tarpeet kattava leimikoiden allokointiongelma voidaan ratkaista verraten tehokkaasti korjuukohteita perusyksiköinä käyttäen. Liitteen A lopussa on esitetty matemaattisessa muodossa useamman tuotantolaitoksen ja korjuukohteen ongelman ratkaisuperiaate. 3 TARKASTELU Kun apteerausvaihtoehtojen laskentayksikkönä käytetään korjuukohdekohtaista runkolukusarjaa, ohjautuminen tavoitejakaumaan kohti näytti edelleen toimivan yhtä tehokkaasti kuin runkoluokkakohtaisessa laskennassa. Periaatteessa runkolukusarjan käyttö olisi voinut johtaa huonompaa lopputulokseen sen vuoksi, että runkolukusarjan runkoluokat jakautuivat samassa suhteessa eri katkontavaihtoehtojen kesken. Tässä esimerkissä näin ei kuitenkaan käynyt. Lisäksi myöskään laskentakierroksia ei tarvittu runkolukusarjakohtaisessa optimoinnissa enempää kuin runkoluokkia käytettäessä. Toisaalta tällä tuloksella ei ole sinänsä suurta merkitystä, koska tavaralajimenetelmää sovellettaessa ohjausratkaisut ja ennakkotieto koskevat aina leimikoita tai samalla kertaa korjattavia kohteita. Liitteessä A on esitetty tukkijakauman hallintaongelman rakenne ja muuttujat useamman tuotantolaitoksen ja leimikon tapauksessa. Se on kuitenkin vain esimerkki, joka on tarkoitettu havainnollistamaan jatkokehittämisen lähtökohtia. Useamman leimikon ongelman ratkaisusta on luettavissa mm. korjuukohdekohtaiset varjohinnat, jotka kuvastavat kunkin kohteen arvoa 10 kohdefunktion kannalta. Tätä tietoa voidaan hyödyntää suoraan leimikoiden korjuujärjestyksen määrittämisessä. 10

Tässä hankkeessa testattiin column generation -optimointialgoritmin toimivuutta tukkijakauman ohjauksessa, ja tulokset osoittautuivat lupaaviksi. Saman peruslähestymistavan pohjalta näyttäsi olevan mahdollista kehittää puunhankinnan suunnitteluun ja ohjaukseen väline, joka optimoi samalla kertaa pystyvarannossa olevien leimikoiden korjuuohjelman ja katkontavaihtoehdot ottaen myös leimikoiden kuljetusetäisyydet huomioon. Samalla tuotetaan hakkukoneapteerausta varten leimikko- ja konekohtaiset katkontaohjeet, jotka voidaan välittää hakkuukoneen tietojärjestelmälle langatonta tiedonsiirtoa käyttäen. Leimikoiden puustotietojen tarkkuuden ja muodon merkitystä allokointiongelman ratkaisemissa ei selvitetty tässä hankkeessa. Hankinnan ja korjuun ohjauksessa kannalta ei kuitenkaan välttämättä tarvita kovin raskasta ennakkomittausta. Eräs vaihtoehto on kytkeä hakkuukoneiden keräämä leimikko- ja runkopankki oston tai leimikon suunnittelun yhteydessä tehtävään puustotunnusten arviointiin. Olennaista on erottaa korjuukohteet sillä tarkkuudella toisistaan, että leimikot voidaan sijoittaa tehtaiden tarpeista lähtien oikeassa järjestyksessä korjuusta vastaavien organisaatioyksiköiden korjuuohjelmaan. Jos puusto, tavaralajikertymät tai sahakohtaiset tukkijakaumat poikkeavat runsaasti ennakkoidusta, päätöksiä korjataan ja korjuuohjelmat sekä apteerausvaihtoehdot päivitetään esimerkiksi viikoittain. Myös tehtaiden tarpeet muuttuvat markkinatilanteen mukaan, jolloin leimikoiden korjuuohjelmat ja katkontavaihtoehdot tarvittaessa päivitetään. 4 JATKOTUTKIMUKSEN LÄHTÖKOHDAT JA TAVOITTEET Tuotelähtöinen puunhankintaprojektin yhtenä tavoitteena oli tutkia ja kehittää hakkuukoneryhmän puitteissa prosessinohjaustyyppistä tukkijakauman hallintaa. Tässä osaprojektissa asetettiin lähtökohdaksi toimintamalli, jossa ei nykytilanteen mukaisesti hankita korjuukohteita koskevia ennakkotietoja. Tulokset on kirjattu Metsäteho Oy:n raporttiin (Vuorenpää ym. 1998). Toisena vaihtoehtona oli selvittää vaihtoehtoisen, pystyvarantojen parempaan hallintaan perustuvan toimintamallin toteuttamisedellytyksiä. Varannon ohjaus edellyttäisi nykyistä tehokkaampia menetelmiä puustoa koskevien ominaisuustietojen tuottamisessa ja toisaalta tarvitaan uusia optimointimenetelmä, joilla korjuuohjelmaa ja katkontavaihtoehtoja voidaan hallita. Tässä raportissa on osoitettu, että lupaavia menetelmiä on tarjolla leimikoiden allokointiin. Puuston ominaisuudet 11 ja tehtaiden tarpeet nykyistä pitemmälle huomioon ottavan suunnittelu- ja ohjausjärjestelmän kehittäminen näyttäisi mahdolliselta. Jatkotutkimusta ja prototyyppisovellusten testausta tarvitaan 11

ennen kuin varsinaisten tuotantosovellusten kehittäminen voidaan aloitetaan. Myös puustoa kuvaavien ennakkotietojen hankintaongelma on samalla ratkaistava. Toteutettu tutkimustyö on ollut tällä alueella verraten teoreettista. Seuraavassa kehittämisvaiheessa on tärkeää selvittää hakkuukohde- ja katkontavaihtoehtovalinnan todelliset pelivarat sekä aiempaa systemaattisemman ja keskitetymmän lähestymistavan hyödyt. Korjuun ohjauksessa tarvitaan kohdekohtaista puustotietoja, joiden pohjalta voidaan laskea erilaisia katkontavaihtoehtoja pystyvarannossa oleville leimikoille. Kuusitavaralajit voidaan kuvata mittojen perusteella, mutta männyn osalta tarvitaan ennusteita myös laatuluokkien osuuksista. Toistaiseksi ennakkomittausta ei ole juurikaan viety käytäntöön. Tähän lienee vaikuttanut ennen kaikkea se, että tarkempia puustotietoja suunnittelussa ja ohjauksessa hyödyntävät tietojärjestelmiäkään ei ole ollut. Puuraaka-aineen käytön tehostaminen ja uuteen toimintamalliin siirtyminen edellyttää, että kaikki toisiinsa liittyvät hankinta- ja tuotantojärjestelmän osat olisivat yhtäaikaisesti käyttöön otettavissa. Tähän tarvitaan runsaasti systeemityötä, koska uusi järjestelmä koskettaisi puunhankinnan kaikkia vaiheita (kuva 2). Osa tästä työstä on toisaalta jo tehty kuljetuksen optimointijärjestelmiä uudistettaessa. Tehtaiden tarpeet kauden aikana Tukkiluokittaiset määrät Kuitupuu (m 3,tn) Tehdashinnat Varastot tavaralajeittain Pystyvaranto Runkojen ominaisuudet leimikoittain Kuljetusetäisyydet tehtaille Oston suuntaaminen Leimikoiden korjuuohjelman ja apteerausvaihtoehtojen optimointi Tukkiluokittaiset määrät Kuitupuu (m 3,tn) Tehdashinnat Varastot tavaralajeittain 12 Kuva 2. Leimikoiden korjuuohjelman ja apteerausvaihtoehtojen optimointijärjestelmä 12

13 13

14 14

15 15

16 16

17 17

18 18

19 19

20 20

21 21

22 22

23 23

24 24

25 25

26 26