S Leimikon puuston optimaalinen hyö-dyntäminen – tulevaisuutta vai nyky-päivää

249

Tieteen tori Folia Forestalia 1995(3)

Folia Forestalia

tieteen tori

MMK Olli-Pekka Ahonen työskentelee Enso-Gutzeit Oy:n met- säosastolla Imatralla.

Olli-Pekka Ahonen

Leimikon puuston optimaalinen hyö- dyntäminen – tulevaisuutta vai nyky- päivää

jalostuskapasiteetin rajoittamista saatetaan tulevai- suudessa ajautua ainakin hetkelliseen raaka-aine- pulaan eli näillä näkymillä raaka-aineesta on tulos- sa jälleen kerran niukkuusartikkeli.

Samanaikaisesti metsä- ja puuteollisuuden met- säosastojen tavoitteissa on siirrytty entistä enem- män kustannusten minimoinnista tuottojen maksi- mointiin. Edistyksellisimmissä metsäteollisuusyri- tyksissä puhutaan puunjalostusprosessista, jossa prosessiksi käsitetään koko ketju puuntuottamises- ta loppukäyttäjään asti, eikä käsitellä pelkästään tuotantolaitosten sisäisiä prosesseja. Taustaltaan täl- lainen kokonaisuuden hallinnan ja ymmärtämisen tavoite pohjautuu maailman laajuisen kilpailun ki- ristymiseen. Eräänä keinona tavoitteen saavuttami- seksi käsitetään mm. laadukkaan ja kustannuste- hokkaan toiminnan merkityksen kasvaminen. Toi- sena keinona katsotaan olevan nykyaikaisen tieto- tekniikan ja uusien matemaattisten mallien avulla tapahtuva käytettävissä olevan raaka-aineen tehok- kaampi ja tarkempi hyödyntäminen.

Uudet prosessinohjausvälineet

Puunkorjuussa koneellistamisen vallankumouksen jälkeen ollaan siirtymässä kohti tietoyhteiskuntaa ja tiedon valtaväyliä. Hakkuukoneiden ensimmäi- nen sukupolvi automatisoi puutavaranvalmistuk- sen, toinen sukupolvi osasi kuutioida rungot ja nyt käyttöön tuleva kolmas sukupolvi integroidaan kiin- Nykyisin leimikon puuston hyödyntämi-

sessä, niin metsäomistajalla kuin puun ostajallakin, tuntuu olevan sama käsitys oikeasta apteerauksesta. Tällöin korjuu- kohteen puuston on katsottu olevan ap- teerattu parhaalla mahdollisella tavalla, kun rungon tukkiosa on pystytty käyttä- mään kokonaan saha- ja vaneriteollisuu- den sekä kuituosa paperi- ja selluteolli- suuden raaka-aineeksi. Kuitenkin nykyi- sen tietotekniikan ja tietotaidon aikaan on syytä kysyä, voidaanko perinteiset suulliset ohjeet sekä erilaiset käsitykset ja puheet leimikon puuston parhaasta mahdollisesta käytöstä korvata lasken- nallisilla, tavoitteista johdetuilla malleil- la.

Raaka-aineesta jälleen niukkuusartikkeli

S

Samoin yhteiskunnan taholta asetetaan uusia ra- joitteita puuntuotannolliselle toiminnalle suojelu- toimenpiteiden ja metsätalouskäyttöä rajoittavien ohjeiden kautta. Ilman raaka-aineen lisätuontia tai

250

Folia Forestalia 1995(3) Tieteen tori

teästi metsäteollisuuden tuotanto- ja logistiikkajär- jestelmiin.

Hakkuukoneiden yhdistämisessä puunjalostuspro- sessiin on ollut keskeisenä apuna uusien matemaat- tisten ja teknisten apuvälineiden käyttöön ottami- nen niin metsäosastoilla kuin metsä- ja puuteolli- suudessa. Teknisistä ratkaisuista mainittakoon sekä tietojenkäsittelykapasiteetin että radioliikenneverk- kojen kustannusten aleneminen ja samanaikaisesti tapahtunut kapasiteetin kasvaminen. Matemaatti- sen mallintamisen puolella on kehitetty uusia tai sovellettu vanhoja menettelyjä. On laadittu adaptii- visia runkomuodon ennustamismenettelyjä, yksit- täisen rungon pölkytyksen optimointialgoritmeja ja korjuukohteen pölkkyjen laatu- , pituus- ja läpi- mittajakauman ohjausmenetelmiä. Hallinnollisella puolella on laadittu hakkuukoneen tiedonsiirtostan- dardi. Standardi mahdollistaa eri hakkuukonemerk- kien ohjaamisen yhdellä ainoalla ohjelmistolla ja samalla se takaa samanlaisen tietosisällön kaikille sitä käyttäville organisaatioille.

Tukkisuman ohjaaminen

Korjuukohdetasolla leimikon tukkisuman latvalä- pimittojen ja pölkyn pituuksien ohjaamiseen on olemassa kaksi eri päätapaa; puhdas arvoapteeera- us sekä jakauma-apteeraus eri variaatioineen. Ar- voapteerauksessa korjuukohteelle määritetään etu- käteen katkonnan perusteeksi laaduittaiset pölkyn pituus- ja latvaläpimittakohtaiset arvomatriisit, jot- ka on perustuvat tuontantolaitosten ilmoittamiin nettojalostusarvoihin tai niiden muunnoksiin. Ar- voapteerauksessa korjuukohteen käsittelyn aikana matriisiin ei tehdä muutoksia, kun taas jakauma- apteerausmenettelyissä pohjalla olevaa arvomatrii- sia muutetaan tarvittaessa.

Jakauma-apteeraus on toteutettu Suomessa kah- della eri tavalla, mukautuvan arvotaulukon tai lä- hioptimaalimenettelyn kautta. Mukautuvan arvo- taulukon avulla pölkytystä ohjataan kohti ennalta asetettua laatu-, pituus- ja latvaläpimittajakaumaa muuttamalla arvomatriisin arvoja sen mukaan, kuin- ka kaukana asetetusta tavoitteesta kukin erilaatui- nen, pituinen ja läpimittainen pölkkyluokka on.

Lähioptimaalimenettelyssä yksittäiselle rungolle muodostetaan erilaisia pölkytysvaihtoehtoja. Pöl-

kytysvaihtoehtojen suurin sallittu lukumäärää on yleensä rajoitettu ja samanaikaisesti muistissa säi- lytettävien eri vaihtoehtojen suurin sallittu arvon alenema on rajattu verrattuna suurimman pölkytys- arvon tuottavaan katkaisuvaihtoehtoon. Yleensä ra- jana on maksimissaan 100 katkaisuvaihtoehtoa ja 3

%:n arvon alenema.

Hakkuukoneapteerauksen perusvälineistö

Yksittäisen rungon läpimittaan ja pituuteen perus- tuvien katkaisukohtien määrittämiseen löytyy lu- kuisia optimointialgoritmeja. Nykyisin hakkuuko- neissa käytössä olevat kahden tai kolmen pölkyn liukuvat optimointirutiinit. Tavoitteena kaikilla eri hakkuukonevalmistajilla on siirtyä koko runkoa käsitteleviin optimointialgoritmeihin, jolloin pääs- tään irti osaoptimeista ja saavutetaan kokonaisopti- moinnin hyödyt. Dynaaminen optimointi on var- teen otettava vaihtoehto, kun algoritmiltä vaadi- taan nopeutta, ja lisäksi sen vaatima tietokoneen muistitila on hyvin pieni verrattuna esim. kaikkien pölkytysvaihtoehtojen laskentaan.

Korjuukohteen puuston ohjaaminen kohti ennal- ta asetettua tavoitetta on periaatteessa hyvin yksin- kertaista, jos käytettävissä ovat puuston pituus- ja läpimittatiedot ennen kuin yhtäkään katkaisua on suoritettu kyseisessä leimikossa. Hakkuukoneiden kohdalla yksittäisen rungon läpimittoja kuvaavan runkokäyrän ennustaminen on koko apteerauksen ohjauksen tärkein osaa. Mikäli se ei toimi, eivät arvoapteeraus- ja jakaumaohjausmenetelmätkään voi toimia kunnolla, koska tällöin ne perustuvat virheelliseen tai puutteelliseen lähtötietoon.

Runkokäyrien ennustamiseen on laadittu useita eri menettelyjä, joista suurin osa on peräisin Ruotsis- ta. Esimerkkinä mainittakoon seuraavan pölkyn kapenemisen ennustaminen edellisen pölkyn loppu- osan kapenemisen perusteella eli nk. kapenemisap- teeraus. Kuitenkin myös Suomessa on viimevuosi- na laadittu kaksi uutta menettelyä, joilla kummal- lakin päästään kohtuullisen hyviin tuloksiin läpimit- tojen ennustamisen kohdalla. Toinen menettelyistä perustuu suhteelliseen puunmuototeoriaan ja line- aariseen regressioon sekä pituuskäyrämalleihin, toi- nen taas perustuu jatkuvien aineistojen, nk. kasvu- käyrien, tilastolliseen analysointiin ja sekamallei-

251

Tieteen tori Folia Forestalia 1995(3)

Hakkuukoneella käsitellään tukkipuuta yhdessä vuodessa jopa 10 miljoonan markan arvosta. Yhden prosentin parannus apteerauksessa ja sen ohjauksessa merkitsee tällöin 100 000 mk:aa.

hin. Kummassakin menettelyssä leimikosta kerätään otostiedosto, johon kootaan puulajeittain rajoitettu määrä jo valmistettuja runkoja. Otostiedostot ovat lisäksi liukuvia, jolloin perusotosmäärän kertymi- sen jälkeen aina vanhin havainto korvataan uudella havainnolla. Samoin kumpikin menettely korjaa käsittelyssä olevan puun runkokäyräennustetta tar- vittaessa, mikäli ennustetut ja mitatut läpimittaha- vainnot poikkeavat liikaa toisistaan. Eroina näiden menetelmien välillä on runkokäyräennusteen las- kentamenettely, erilaiset perusotoskoot ja erilainen tapa suorittaa runkokäyräennusteen korjauksia.

Liittymät tietojärjestelmiin

Uusien apteerauksenohjauksen välineiden laajem- man hyödyntämisen edellytys on yrityksen raaka-

puun käyttöpisteiden sekä metsäosaston ja hakkuu- koneiden tietojärjestelmien yhteen liittäminen sa- maan puunjalostusprosessiin. Tietojärjestelmien avulla on voitava laatia ennusteet tulevasta tukki- sumasta jopa puoleksi vuodeksi eteenpäin, samoin kuin on pystyttävä palauttamaan markkinoilta joh- dettu sahatuotteiden kysyntä takaisin metsään asti.

Raaka-aineen ja kysynnän yhteensovittaminen on iteratiivinen hakuprosessi, joka vaatii hyvät tiedot varastoista, varannoista ja ostomahdollisuuksista sekä markkinoiden kysynnästä ja oletetuista muu- toksista. Samoin raaka-aineen eri kauppamuodot ovat erilaisessa asemassa ennustetavuuden ja hal- littavuuden kannalta.

Erikoistuotteiden kysynnän kasvaminen ja tukki- suman pidemmän aikavälin ennustaminen on li- sännyt myös tietotarvetta pystypuustosta. Oikeiden raaka-aineiden etsimisen helpottamiseksi moniläh-

252

Folia Forestalia 1995(3) Tieteen tori

deinventoinin merkitys on kasvamassa. Samanai- kaisesti inventointitietojen tarkkuusvaatimukset ja kustannustehokkuuden odotukset ovat kasvussa.

Nykyisillä inventointi ja apteerauksen ohjausme- netelmillä puuston määrä pystytään selvittämään riittävän luotetavasti, mutta ongelmaksi on muo- dostumassa laatuominaisuuksien paikantaminen pystypuustosta ja apteerauksen ohjauksen kohdalla laadun ennustaminen. Hakkuukoneita on nykyisin mahdollista myös käyttää koepuiden ja koeleimi- koiden mittaamiseen. Tällöin mittaus kohdistuu kor- juun yhteydessä poistettaviin runkoihin ja jokai- seen yksittäiseen runkoon voidaan tarvittaessa liit- tää hakkuukoneen kuljettajan merkitsemä laatu- tai laaturajatieto.

Päätelmät

Leimikon puuston optimaalinen hyödyntäminen on vielä tulevaisuutta eikä nykypäivää. Uusia mene- telmiä on luotu ja niitä on otettu käyttöön, mutta niiden avulla saavutettavat todelliset hyödyt ovat vasta näkyvissä. Puunkorjuussa on odotettavissa teknologiahyppäys, joka perustuu metsäteollisuus- yritysten ja hakkuukoneiden tietojärjestelmien yh- teen nivomiseen. Kuitenkin tutkimusta ja tuoteke- hitystä tarvitaan erityisesti raaka-aineen laadullis- ten ominaisuuksien hallinnan kohdalla. Laadulliset ominaisuudet koskevat niin saha- ja vaneriteolli- suutta kuin paperi- ja selluteollisuutta.

Puunhankinta on ymmärrettävä osaksi kokonais- ketjua puunkasvatuksesta loppukäyttäjälle asti.

Puunjalostusprosessin hallinta edellyttää entistä tii- viimpää yhteistyötä eri sidosryhmien välillä. Voi- daan jopa sanoa, että 1900-luvun alussa yksi ihmi- nen pystyi hallitsemaan koko prosessin, nykyään prosessin hallitaan tarvitaan saumatonta yhteistyö- tä teollisuuden, myynnin, markkinoinnin, puunhan- kinnan, ympäristönsuojelun, viestinnän, ym. vas- taavien erikoisosaajien välillä.

Kirjallisuutta

Ahonen, O-P. 1994. Uusilla välineillä parempaan aptee- raustulokseen. Koneyrittäjä 6/1994. s. 45–47.

— 1994. Runkojen pölkytyksen käsitteistöä. Koneyrittäjä 6/1994. s. 47–48.

— & Lemmetty, J. 1995. Leimikon tukkijakauman ohja- uksen keinot. Metsätehon katsaus 5/1995. 6 s.

Marjomaa, J. & Lindroos, J. 1994. Hakkuukoneen tiedon- siirtostandardi. Metsätehon moniste 15.12.1994. 22 s. + liitteet.

Nummi, T. 1995. Estimation and prediction in growth curve models with applications. Acta Universitatis Tamperensis, Ser. A vol. 436. 114 s.

Näsberg, M. 1985. Mathematical programming models for optimal log bucking. Linköping Studies in Science and Techonology. Dissertation No. 132. Department of Mathematics, Linköping University, Sweden. 174 s.