Joukkokäsittelyn työmallit Heikki Ovaskainen Metsätehon tuloskalvosarja 8a/2014
Esityksen sisältö Taustaa Uusien joukkokäsittelyn työmallien kuvaus Aineisto ja menetelmät Tulokset - ajanmenekki ja tuottavuus - työtekniset piirteet Pohdinta 2
Taustaa 3
Tutkimuksen tavoite ja taustaa Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia ja kehittää työmallit joukkokäsittelyyn harvesterityöhön. Joukkokäsittelyn työmallit ovat tarkoitettu: tuomaan tehokkaat työskentelyperiaatteet poistettavien puiden käsittelyyn hakkuukoneen puomin työskentelysektorissa parantamaan pieniläpimittaisten puiden korjuun tuottavuutta -> parantaa tehokkuutta koko biomassan toimitusketjussa. tuomaan systemaattiset ja yhdenmukaiset työmallit hakkuukonetyön koulutukseen -> antaa opiskelijoille ohjeet joukkokäsittelyyn. Kaksi kolmesta uudesta joukkokäsittelyn työmallista pohjautuu aikaisemmin tutkittuihin ja kehitettyihin yksin puin hakkuun työmalleihin sekä tunnettuihin hyviin periaatteisiin joukkokäsittelyssä. Kolmas työmalli perustuu hakkuukäytävien avaamiseen hakkuukoneen ympärille. 4
Tausta joukkokäsittelyn työmalleille aikaisemmat yksinpuin hakkuun työmallit harvennukselle www.metsateho.fi Sektorityömalli: 3 2 1 8 4 2 1 4 7 3 69 56 9 11 10 5 - Työ etenee sektorilta toiselle systemaattisessa järjestyksessä 1 -> 5. - Ensin ajoura (1) ja sen sivualueet ajourasta hakataan. - Sitten vasen (tai oikea) etusektori 2 (tai 4) hakataan. Jos poistettava puu sijaitsee alle kuusi metriä puomin jalustasta, niin se prosessoidaan ajouran toisella puolella. Muussa tapauksessa puu prosessoidaan käsiteltävällä sektorilla. - Sivusektoreilla 3 (tai 5) samat rungon siirtämissäännöt ovat voimassa kuin etusektoreillakin. - Ajouran toinen puoli käsitellään samojen sääntöjen vallitessa kuin toinenkin puoli. 5
Tausta joukkokäsittelyn työmalleille aikaisemmat yksinpuin hakkuun työmallit harvennukselle www.metsateho.fi Sivulle päin kaadon työmalli: 1 2 1 4 3 5 6 7 2 3 - Työ etenee sektorilta toiselle systemaattisessa järjestyksessä 1 -> 3. - Ensin ajoura (1) ja sen sivualueet ajourasta hakataan. - Sitten vasen (tai oikea) sivusektori (2 tai 3) hakataan. Jos poistettava puu sijaitsee alle kuusi metriä puomin jalustasta, niin se prosessoidaan ajouran toisella puolella. Muussa tapauksessa puu prosessoidaan sektorilla. - Puut kaadetaan pääasiassa sivulle päin suhteessa ajouran kulkusuuntaan nähden. - Poikittain hakkuun työmallin toimintaperiaate on lähellä sektorityömallin toimintaperiaatetta ilman etusektoreita. Siirtymismatka työpisteiden välillä on lyhyempi poikittain hakkuun työmallissa kuin sektorityömallissa. 6
Tausta joukkokäsittelyn työmalleille aikaisemmat yksinpuin hakkuun työmallit harvennukselle www.metsateho.fi Yksityiskohtaiset kuvaukset yksin puin hakkuun työmalleille löytyvät osoitteesta http://www.metsateho.fi/puuhuoltoopas/koneellinen_puunkorjuu/etusivu_koneellinen_puunkorjuu tai Kokkarinen J. (ed.) 2012. Koneellinen puunkorjuu hallitusti hyvään tulokseen. Metsäteho. 107 p. 7
Hyviä periaatteita joukkokäsittelyyn Tehokkaita työperiaatteita yhden taakan käsittelyyn: kerää 2 5 puuta kerralla, ei liian isoja taakkoja kerää samaa kokoa ja puulajia olevia puita prosessoi suuret, oksaiset ja lengot puut yksitellen kerää hyvälaatuiset puut ensin ja huonommat viimeisenä kouraan Tehokkaita työperiaatteita yhdistettynä työskentelysektoriin: Valitse puut, jotka sijaitsevat lähekkäin, ryhmissä tai rivissä. Näin minimoit liiketyömäärää. Vältä ylimääräistä rungon siirtoa ajouran yli. Source: http://www.metsateho.fi/files/metsateho/joukkokasittely/version_1.wmv 8
Uusien joukkokäsittelyn työmallin kuvaukset 9
1. Joukkokäsittely sektorityömallissa (=Sec) Perustuu sektorityömallin toimintaperiaatteeseen. Tavoitteena on kerätä yhdeltä sektorilta kaikki poistettavat puut yhdellä kertaa kouraan ja prosessoida ne. Sektori sektorilta etenevä työmalli aloittaen ajouran hakkuulla. Viisi hakkuusektoria koneen ympärillä. Kuuden metrin sääntö nipun siirrossa ajouran yli. 10
2. Joukkokäsittely sivulle päin kaadon työmallissa (=Side) Perustuu aikaisempaan sivulle päin kaadon työmalliin, jossa puut kaadetaan sivulle päin noin 90 asteen kulmassa suhteessa ajouran kulkusuuntaan nähden. Tavoitteena on kerätä yhdeltä sektorilta kaikki poistettavat puut yhdellä kertaa kouraan ja prosessoida ne. Sektori sektorilta etenevä työmalli aloittaen ajouran hakkuulla. Kolme sektoria hakkuukoneen ympärillä. Kuuden metrin sääntö runkojen siirrossa ajouran yli. 11
3. Robusti joukkokäsittelytyömalli (=Rob) Perustuu sektorityömalliin sisältäen robustin menetelmän poistettavien puiden valintaan. Hakkuukäytäviä avataan koneen eteen ja sivuille, tyypillisesti 5 käytävää, kuten sektorityömallissa. Kaikki puut poistetaan käytäviltä ilman poistettavien puiden valintaa. Hyödynnetään kuuden metrin sääntöä nipun siirrossa ajouran yli. Yhteen taakkaan pyritään keräämään yhdeltä käytävältä kaikki poistettavat rungot. 12
Aineisto ja menetelmät 13
Aineisto ja menetelmät Työmalleja tutkittiin Mäntän lähellä ensiharvennusleimikolla lokakuussa 2013. Kolme hakkuukoneen kuljettajaa hakkasi tutkimuksen eri työmalleilla vähintään 250 runkoa sisältäneet koealat. Hakkuukone oli John Deere 1170 E varustettuna 414 -hakkuulaitteella ja joukkokäsittelykäpälillä. 14
Leimikko-olosuhteet hakkuukoealoilla www.metsateho.fi Kuljettaja/koeala 1 Sec 1 Side 1 Rob 2 Sec 2 Side 2 Rob 3 Sec 3 Side 3 Rob Lpm, cm - ennen hakkuuta 8,8 11,5 14,0 8,9 12,7 11,7 8,8 14,4 12,5 - hakkuun jälkeen 12,7 13,0 15,4 11,2 16,2 11,9 10,2 13,4 13,1 Puulajisuhteet, % - Mänty 32,1 79,2 95,8 27,3 85,7 81,0 40,0 84,0 100,0 - Kuusi 8,9 20,8 4,2 40,0 14,3 16,7 40,0 16,0 - Koivu 58,9 32,7 2,4 20,0 Korjattujen puiden keskimääräinen lpm, cm 9,0 11,8 12,3 9,0 11,9 11,6 10,3 12,3 12,0 Korjattuja puita yhteensä 516 293 254 295 260 256 327 265 262 Nippujen lkm, kpl 251 192 172 162 179 181 197 190 192 Keskimääräinen nipun koko, runkoa 2,1 1,5 1,5 1,8 1,5 1,4 1,7 1,4 1,4 Korjattu puumäärä, kg 24 812 21 463 23 042 14 878 18 187 20 449 18 490 20 298 23 493 Korjattu puumäärä, m 3 27,1 23,5 25,1 16,2 19,9 22,4 20,2 22,2 25,7 Keskimääräinen rungon koko, litraa 52,6 80,2 99,0 55,1 76,6 87,4 61,7 83,8 98,2 15
Tulokset Ajanmenekki ja tuottavuus 16
Ajanmenekki työvaiheissa Keskimääräisiä työvaiheajanmenekkejä 60,0 50,0 40,0 Sykiliaika, s 30,0 20,0 10,0 0,0 Sek Sivu Käy Sek Sivu Käy Sek Sivu Käy 1 1 1 2 2 2 3 3 3 Apuaika Hakkuulaitteentuontieteen Hakkuulaitteenvientipuuntyvelle Kaatosiirto Keräily Prosessointi Työpistesiirtyminen Työsyklin keskimääräiset ajat eivät huomioi rungon koon vaikutusta hakkuukoealla tai yhteen nippuun kerättyjen runkojen lukumäärää. 17
Tuottavuus, m 3 /h 0 16 14 Robusti menetelmä Tuottavuus, m3/h 0 12 10 8 6 4 2 0 6 7 8 9 10 11 12 13 Lpm, cm 1 Sec 1 Side 1 Rob 2 Sec 2 Side 2 Rob 3 Sec 3 Side 3 Rob Mitatut tehotuntituottavuudet jokaiselle kuljettajalle koealoittain. Robusti työmalli oli kaikkein tuottavin kaikilla kuljettajilla ollen noin 13 % tuottavampi kuin muut työmallit. 18
Tulokset Työteknisiä piirteitä 19
Työtekniikka Tässä tutkimuksessa työtekniikka tarkoittaa kaatosuuntia, runkojen/nippujen siirtomatkoja, koneella siirtymistä ja nippujen prosessointipaikkoja suhteessa nipun keräyssektoriin. Eri työmallit sisältävät erilaisia työteknisiä piirteitä Erilaisissa leimikko-olosuhteissa eri työmallit ovat enemmän perusteltuja. Erot työteknisissä piirteissä voivat selittää ajanmenekki- ja tuottavuuseroja. Harvestereissa lisääntyneet erilaiset sensorit ja mittalaitteet mahdollistavat työteknisten piirteiden mittaamisen ja arvioinnin; esimerkiksi kulma-anturi puomin jalustassa. 20
Joukkokäsittelyprosentti 60 54,3 50 49,4 % 40 30 41,1 41,9 34,6 33,1 38,6 35,4 30,2 20 10 0 1 Sec 1 Side 1 Rob 2 Sec 2 Side 2 Rob 3 Sec 3 Side 3 Rob Kuljettaja ja työmalli Kuva esittää kuljettajien koealoilla käyttämän joukkokäsittelyn osuuden ts. niput, joissa on enemmän kuin yksi runko. 21
Prosessointipaikkojen osuudet Työmalli Sec Side Rob Kasan sijainti Kuljettaja Vasen Oikea Vasen Oikea Vasen Oikea 1 64,4 35,6 55,0 45,0 54,8 45,2 2 48,6 51,4 47,7 52,3 45,5 54,5 3 57,2 42,8 48,8 51,2 41,5 58,5 Ka. 56,7 43,3 50,5 49,5 47,3 52,7 Prosessointipaikkojen osuudet harvesterin sivuilla. Työmalli ei vaikuttanut prosessointipaikkojen jakaantumiseen. 22
Ajouran yli siirrettyjen runkojen/nippujen osuus Työmalli Kuljettaja Sec Side Rob 1 8,0 28,5 9,7 2 12,4 23,4 5,0 3 6,3 28,9 8,3 Ka. 8,9 26,9 7,7 Poikittain hakkuun työmallissa (Side) ajouran yli siirrettyjen runkojen osuus oli huomattavasti korkeampi kuin muissa työmalleissa. 23
Pohdinta 24
Havainnot Tuottavuus oli korkein robustissa työmallissa. Muissa työmalleissa tuottavuudet olivat samalla tasolla. Robustin työmallin koealoilla poistetut puut olivat lähes puhtaasti mäntyjä. Tämä selittää osaltaan korkeampaa tuottavuutta. Bergström ym. (2010) saavuttivat 16 % korkeamman tuottavuuden puomikäytävähakkuussa leimikossa, jossa runkojen keskiläpimitta oli 5,7 cm. Kokeessa kaikki hakkuukäytäviltä hakatut puut korjattiin bioenergiaksi. Homogeenisissä puusto-olosuhteissa 13 % tuottavuuden lisäys on mahdollinen, kun puulajien määrä ei lisää sektorilta korjattavien taakkojen lukumäärää. Hakkuukoneen kuljettajat pitivät robustia menetelmää hyvänä siinä mielessä, että se vähensi sektorilla tehtävää päätösten lukumäärää. Menetelmän huonona puolena oli jäävän puuston hieman ryhmittäinen tilajärjestys ja jäljelle ei jäänyt aina välttämättä laadultaan parhaita puita. 25
Spatiaalinen tilajärjestys robustissa työmallissa Robustissa työmallissa puiden tilajärjestys on hieman ryhmittynyt puut ovat ryppäissä verrattuna perinteiseen tasaista tilajärjestystä tavoittelevaan harventamiseen. 26
Pohdinta Korkeampi tuottavuus robustissa työmallissa -> vaihtoehtoiskustannus ryhmittyneelle tilajärjestykselle. Toisaalta, harvennuksen jälkeen jäävillä puilla on enemmän valoa ja kasvutilaa, joten harvennuksen ajatus toteutuu robustissa mallissa. Ryhmittynyt tilajärjestys voi johtaa toispuoleisiin latvuksiin ja lumituhoihin. Toisessa harvennuksessa puuryhmät harvennetaan ja harvennuksen jälkeinen tilajärjestys on samanlainen kuin kahden normaalin valikoivan harvennuksen jälkeen. 27
Kiitokset Tämä tutkimus oli osa FIBIC:n ja CLEEN:n yhteistä BESTtutkimusohjelmaa. Ohjelmaa rahoitti TEKES. Kiitokset myös John Deere Forestrylle, Jämsän ammattioppilaitokselle ja Valtimon metsäoppilaitokselle. 28
Kirjallisuutta Bergström, D., Bergsten, U. & Nordfjell, T. 2010. Comparison of boomcorridor thinning and thinning from below harvesting methods in young dense Scots pine stands. Silva Fennica 44(4): 669 679. Kokkarinen J. (ed.). 2012. Koneellinen puunkorjuu hallitusti hyvään tulokseen. Metsäteho. 107 p. Ovaskainen, H. 2012. Työmallit koneellisessa puunkorjuussa. Metsätehon raportti 221. 46 p. Ovaskainen, H., Uusitalo, J. & Sassi, T. 2006. Effect of edge trees on harvester positioning in thinning. Forest Science 52(6): 659 669. 29