Dissertationes Forestales

Olli-Jussi Korpinen. (2021). Spatial forest biomass supply chain analysis in Finland. https://doi.org/10.14214/df.323

Avainsanat: optimointi; simulointi; elinkaariarviointi; logistiikka; kuljetus; paikkatietojärjestelmät

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Metsäbiomassan hankinnalla on tärkeä asema erilaisten puupohjaisten tuotteiden arvoketjuissa, ja myös sen ympäristövaikutukset ovat usein merkittäviä. Biomassan toimitusketjujen suorituskykyä voidaan arvioida eri yhteyksissä erilaisilla metodologisilla menettelytavoilla, joissa arvioinnin kohde joko on tai ei ole sidottu maantieteelliseen sijaintiin. Tämän väitöskirjan tarkoituksena oli selvittää, millaista paikkatietoa tarvitaan ja on saatavilla tapauskohtaisiin metsäbiomassojen toimitusketjujen analyyseihin Suomessa, ja millainen on sopiva spatiaalisen tarkkuuden taso eri tarkastelutapoja ja menetelmiä käytettäessä. Työ koostuu viidestä osajulkaisusta, joista yhdessä tarkastellaan eri maantieteellisissä ympäristöissä eri puolilla maailmaa tehtyjä tutkimusalan tapaustutkimuksia. Loput neljä osajulkaisua ovat spatiaalisia tapaustutkimuksia metsäbiomassan toimitusjärjestelmistä Suomessa. Näistä kolme keskittyy biomassaan energiantuotannon raaka-aineena ja yksi uuteen kuitupuun kuljetuskonseptiin. Yhdessä tutkimuksessa paikkatietojärjestelmää käytettiin pääasiallisena tutkimusvälineenä, kun taas kolmessa tutkimuksessa paikkatietojärjestelmän tehtävänä oli tuottaa spatiaalisesti analysoitua tietoa toimitusketjujen elinkaariarvioinnin ja agenttipohjaisen simuloinnin lähtötiedoiksi. Tärkein johtopäätös on, että suomalaisia metsäbiomassan toimitusjärjestelmiä mallinnettaessa riittää spatiaalinen tarkkuus 1 km ja 10 km väliltä, jolloin jokainen toimitusketjun lähtöpiste edustaa noin 1–100 km² kokoista aluetta. Lopullinen tarkkuus olisi määritettävä tapaustutkimuksen rakenne, toimitusjärjestelmän monimutkaisuuteen johtavat tekijät ja tutkimusalueen maantieteellinen laajuus huomioiden. Suomessa toimitusketjujen tutkimuksessa tarvittavaa korkealaatuista ja tarkkaa paikkatietoa on moneen muuhun maahan verrattuna hyvin saatavilla. Paikkatietopohjaista tutkimusta voitaisiin edelleen parantaa lisäämällä paikkatietomalleihin dynaamisia ominaisuuksia ja stokastisuutta, koska raaka-aineen kysynnän ja tarjonnan ajallinen vaihtelu tulee todennäköisesti lisääntymään tulevaisuudessa.

Korpinen, University of Eastern Finland, Faculty of Science and Forestry, School of Forest Sciences Sähköposti: olli-jussi.korpinen@lut.fi

Robert Prinz. (2019). Improving performance and energy efficiency of biomass supply through machine alteration and organisational redesign. https://doi.org/10.14214/df.276

Avainsanat: simulointi; metsäbiomassa; hakkuri; hakeauto; biomassan tuotantoketju; työtutkimus

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Väitöskirjassa esitetään yhteenveto neljästä tapaustutkimuksesta, joissa keskityttiin metsähakkeen toimitusketjun uudelleenmuotoiluun erityisesti terminaaliratkaisujen osalta ja toimitusketjun suorituskyvyn parantamiseen koneiden parannetun teknologian ja säädön avulla. Työn tavoitteena oli analysoida ja parantaa metsähakkeen toimitusketjun polttoainetaloutta ja energiatehokkuutta muuttamalla harvesterin asetuksia, tutkia uuden innovaation, hybridihakkurin, suorituskykyä ja kehittää vaihtoehtoisia tapoja hyödyntää syöttöterminaaleja hakkeen toimitusketjussa. Työssä käytettiin kahta tutkimusmenetelmää: työntutkimusta ja diskreettiä tapahtumasimulointia (DES). Työntutkimus keskittyi yksittäisten koneiden suorituskyvyn ja niiden muutosten tutkimiseen, DES-menetelmää käytettiin metsähakkeen koko tuotantoketjun organisointivaihtoehtojen tutkimiseen. Tutkimuksen tuloksena saatiin seuraavat havainnot ja päätelmät: 1) yksioteharvesterin asetuksilla on tilastollisesti merkittävä vaikutus polttoainetalouteen; 2) hybridihakkuri parantaa haketuksen energiatehokkuutta, vaikka analysoidun prototyypin tuottavuus olikin alhaisempi kuin perinteisten hakkureiden; 3) syöttöterminaalit metsähakkeen toimitusketjussa tehostavat koneiden käyttöastetta ja mahdollistavat toimitusten tehostamisen erityisesti korkean kysynnän talvikuukausina ja siten alentavat tukipolttoaineiden tarvetta ja 4) erilaisilla hakkuri- ja kuorma-autoyhdistelmillä voidaan parantaa kustannuskilpailukykyä. Nykyisen metsähakkeen toimitusketjun suorituskykyä ja energiatehokkuutta voidaan parantaa integroidulla lähestymistavalla, jossa huomioidaan fysikaalisen tason, teknologisen tason, yritystason ja teollisuustason energiatehokkuuksia.

Prinz, Natural Resources Institute Finland (Luke), Production systems Sähköposti: robert.prinz@luke.fi

Kari Väätäinen. (2018). Developing forest chips supply chains by redesigning supply operations and logistics. https://doi.org/10.14214/df.250

Avainsanat: metsähake; toimitusketju; diskreetti tapahtumapohjainen simulointi; logistiikka; terminaali; hakkuri; hakeauto; vesitiekuljetus

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää tehokkaita metsähakkeen toimitusketjuja tienvarsivarastolta käyttöpaikalle. Tutkimusmenetelmänä käytettiin diskreettiä tapahtumapohjaista simulointia. Neljässä tutkimustapauksessa voitiin osoittaa seuraavat tulokset. 1) Voimalaitoksen polttoaineen vastaanottojärjestelmän uudelleenjärjestelyt sekä metsähake- ja turverekkojen saapumisen aikataulutus vähensi jonotusaikoja voimalaitoksella merkittävästi. 2) Metsäenergian tienvarsivarastojen tehokas sijainti- ja laatutiedon hyödyntäminen varastojen oikea-aikaisessa valinnassa toimituksiin lisäsi toimitettavan metsähakkeen energiasisältöä ja pienentää toimituskustannuksia. 3) Syöttöterminaalin käyttö osana metsähakkeen toimituksia käyttöpaikalle lisäsi hakkureiden ja hakeautojen käyttöastetta ja jakoi työmäärää tasaisemmin vuoden ympäri. 4) Metsähakkeen sisävesikuljetukset proomuilla tarjosi kilpailukykyisiä kuljetusratkaisuja pitkillä kuljetusetäisyyksillä, jos metsähakkeen käyttöpaikat sijaitsivat vesitiekuljetusreittien lähellä.

Väätäinen, University of Eastern Finland, School of Forest Sciences Sähköposti: kari.vaatainen@luke.fi

Nopparat Manavakun. (2014). Harvesting operations in eucalyptus plantations in Thailand. https://doi.org/10.14214/df.177

Avainsanat: simulointi; tuottavuus; Eukalyptus; korjuumenetelmät; ajankäyttötutkimus

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Korjuumenetelmät eukalyptusplantaaseilla Thaimaassa Thaimaalaiselle puunhuollolle eukalyptuksen saatavuus on muodostunut hiljattain tärkeäksi, erityisesti selluloosateollisuudelle. Raaka-aineen tarve nousee jatkuvasti, mutta korjuu menetelmät pohjautuvat edelleen vanhanaikaisiin, työvoimavaltaisiin korjuumenetelmiin. Tämä menetelmä pohjautuu paikalliseen osaamiseen ja eikä vaadi suurta taloudellista panostusta, jolloin myös tuloksena on suhteellisen alhainen tuotannon aste. Tämän tutkimuksen tavoitteena on esitellä vaihtoehtoja korjuumenetelmien suhteen thaimaalaisissa olosuhteissa ja lisäksi myös parantaa työntekijöiden hyvinvointia. Tutkimuksessa on vertailtu olemassa olevan puunkorjuun menetelmää vaihtoehtoisiin menetelmiin ja etsiä parannuksia puunkorjuuseen Thaimaassa. Tutkimustulosten mukaan työvoimavaltaisella menetelmällä on varsin alhainen tuottoaste verrattuna osittain koneellistettuun tai täysin koneellistettuun tekniikkaan, mitkä ovat käytössä muualla maailmassa. Simuloinnin tulokset osoittavat, että työjärjestyksen uudelleen organisoinnin avulla on mahdollista parantaa tuottavuutta merkittävästi. Jatkotutkimusten tulisi keskittyä parantamaan osittaista koneellistumista, kuten maataloustraktoreiden, juontotraktoreiden tai joukkokäsittelyn käyttöä. Kouluttaminen ja harjoittelun järjestäminen ovat myös tärkeitä toimenpiteitä nostamaan työn tuottavuutta kuin myös turvallisuutta.

Manavakun, University of Helsinki, Department of Forest Sciences Sähköposti: nopparat.manavakun@helsinki.fi

Soili Kojola. (2009). Kohti hyvää suometsien hoitoa – harvennusten ja kunnostusojitusten vaikutus ojitusaluemänniköiden puuntuotokseen ja metsänkasvatuksen taloustulokseen. https://doi.org/10.14214/df.83

Avainsanat: simulointi; <em>Pinus sylvestris</em>; kasvu ja tuotos; ojitetut turvemaat; suometsätalous

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Tutkimuksessa tarkasteltiin ojitettujen mäntyvaltaisten suometsien metsänkasvatuksen tuloksen muodostumista. Simulointilaskelmien avulla selvitettiin kunnostusojitusten sekä ajoitukseltaan ja voimakkuudeltaan erilaisten harvennusten vaikutuksia puuston kehitykseen, kasvatusajan kokonaistuotokseen sekä metsänkasvatuksen taloudelliseen tulokseen. Kasvupaikan, ilmastoalueen ja puuston metsänhoidollisen tilan suhteen erilaisille metsille määritettiin kasvatusketjut, jotka tuottivat parhaat tulokset joko puuntuotoksen tai metsänkasvatuksen taloudellisen kannattavuuden näkökulmasta. Metsänkasvatuksen tulokseen vaikuttavia osatekijöitä, kuten ensiharvennuksen ajoitusta, tarkasteltiin harvennuskokeiden avulla. Päätehakkuuseen saakka ulottuvissa tarkasteluissa tutkittiin alueittain ja kasvupaikoittain edustavia inventointiaineistoihin perustuvia puustoja. Puustojen kehitysennusteet tuotettiin MOTTI-simulaattorilla, joka mahdollisti pitkän aikavälin metsikkökohtaisen tarkastelun ojitusaluemetsien kasvumallien avulla. Mallit kuvaavat puuston luontaisen dynamiikan lisäksi myös toimenpiteiden vaikutuksia puuston määrän ja rakenteen kehitykseen. Kasvatusketjujen tuotoksia vertailtiin keskimääräisen vuotuisen käyttöpuun kasvun avulla ja toimenpiteiden taloudellista kannattavuutta nettotulojen nykyarvon avulla. Metsänhoidon keinoin ja valitsemalla kullekin kohteelle sopivimmat toimenpiteet voitiin oleellisesti parantaa metsänkasvatuksen tulosta. Kunnostusojitukset tuottivat pienehkön lisäyksen keskimääräiseen vuotuiseen kasvuun. Kun kasvatusaikana tehtiin kunnostusojituksen lisäksi harvennus, oli tulos selkeästi parempi kuin kasvatusketjussa, johon ei sisältynyt kumpaakaan toimenpidettä. Pääsääntöisesti kunnostusojitus toteutetaan harvennusten yhteydessä, mutta pohjoisilla tai karuilla kasvupaikoilla se olisi joskus tarpeen jo ennen harvennusta. Taloustuloksessa harvennustulojen merkitys oli keskeinen. Harvennusten voimistaminen ja kohtuullinen viivästäminen lisäsivät yleensä kasvatusketjun kannattavuutta. Riittävän ensiharvennuskertymän saavuttamiseksi oli tärkeää välttää liian aikaisia hakkuita. Kuitenkin metsänhoidolliselta tilaltaan heikon nuoren metsän ensiharvennus, joka sinällään saattoi jäädä heikkotuottoiseksi, oli usein hyödyllinen koko kasvatusketjun taloustuloksen kannalta. Parhaita taloustuloksia tuottaviin kasvatusketjuihin sisältyi yleensä voimakkaampia harvennuksia ja vähemmän harvennus- ja kunnostusojituskertoja kuin tuotoksen näkökulmasta parhaisiin kasvatusketjuihin. Tulosten mukaan ojitettujen soiden mäntyvaltaisissa metsissä on tuotospotentiaalia, joka mahdollistaa metsätalouden kannattavan harjoittamisen haasteellisista olosuhteista ja verraten pitkistä kasvatusajoista huolimatta. Hoidon puute heikentää kuitenkin metsien potentiaalin hyödyntämistä. Tutkimuksen tuloksista voidaan johtaa entistä tarkempia toimenpidesuosituksia kasvupaikan ja maantieteellisen sijainnin suhteen erilaisille ojitusalueiden metsille.

Kojola, Helsingin yliopisto, Metsäekologian laitos Sähköposti: soili.kojola@metla.fi

Mart-Jan Schelhaas. (2008). Impacts of natural disturbances on the development of European forest resources: application of model approaches from tree and stand levels to large-scale scenarios. https://doi.org/10.14214/df.56

Avainsanat: abiottinen tuho; bioottinen tuho; tuulituho; kaarnakuoriainen; simulointimalli

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Luonnontuhot vaikuttavat merkittävästi siihen, kuinka metsät tuottavat puuta ja muita palveluja. Tuhoja ja niiden vaikutusta metsävaroihin ei kuitenkaan ole aiemmin analysoitu koko Euroopan mittakaavassa. Tuhot jätetään myös monesti ottamatta huomioon, kun ennustetaan metsävarojen tulevaa kehitystä. Väitöskirjan tavoitteena on paikata näitä puutteita. Väitöskirjan osatutkimuksessa I tehdyn kirjallisuusanalyysin mukaan vuosina 1950 – 2000 tuhot hävittivät Euroopan puustoa keskimäärin 35 miljoonaa m3 vuodessa. Myrskyjen ja tuulituhojen osuus oli 53 %, metsäpalojen 18 %, kaarnakuoriaisten 8 % ja muiden bioottisten tuhonaiheuttajien osuus 8 %. Väitöskirjatyössä täydennettiin suuralueiden metsävarojen kehityksen ennustuksessa käytettävää skenaariomallia erityisellä tuhomoduulilla. Täydennetyllä mallilla tehtiin laskelmia Sveitsin ja Itävallan metsävarojen kehityksestä. Sveitsissä tuhojen sisällyttäminen laskelmiin vaikutti merkittävästi puuston kehitysennusteisiin sekä silloin, kun ilmaston oletettiin pysyvän ennallaan, että silloin kun ilmaston oletettiin lämpenevän (osatutkimus II). Itävallassa odotettavissa oleva ilmaston muutos kaksinkertaistaa kaarnakuoriaisten aiheuttamat tuhot vuosisadan loppuun mennessä (osatutkimus III). Puulajin vaihdolla kestävämpään lajiin avohakkuun jälkeen on vain pieni lieventävä vaikutus, sillä vanhat metsät ovat herkimpiä tuhoille. Väitöskirjassa kehitettiin myös tuulituhomoduuli, joka liitettiin metsikkösimulaattoriin, jossa simulointi perustuu yksittäisiin puihin. Malli ottaa huomioon naapuripuiden tarjoaman tuen ja suojan, mikä mahdollistaa tuhoriskin ennustuksen metsikön sekä yksittäisille puille että koko metsikölle (osatutkimuksen IV ja V). Täydennetyllä simulaattorilla analysoitiin metsänhoitomenetelmien vaikutusta tuulituhoihin. Kestävimpiä ovat käsittelymenetelmät, joissa puusto on tyvekästä, ts. pituuden ja läpimitan suhde (h/d) on pieni. Kestävään rakenteeseen päästään mm. kasvattamalla puustoa nuoresta iästä saakka harvahkona tai poistamalla eri-ikäismetsän harvennuksissa eniten solakoita puita. Väitöskirjassa pääteltiin, että tuhojen liittäminen eri maantieteellisiä mittakaavoja varten kehitettyihin ennustemalleihin parantaa merkittävästi mahdollisuuksia analysoida erilaisia skenaarioita ja niihin liittyviä riskejä. Mallit ja niillä tehtävät analyysit auttavat myös sopeutumaan tulevaan ilmaston muutokseen.

Schelhaas, University of Joensuu, Faculty of Forest Sciences Sähköposti: martjan.schelhaas@wur.nl

Veli-Pekka Kivinen. (2007). Design and testing of stand-specific bucking instructions for use on modern cut-to-length harvesters. https://doi.org/10.14214/df.37

Avainsanat: puunkorjuu; katkonnan optimointi; simulointi; sumea säätö; geneettiset algoritmit; yhteensopivuus

Tiivistelmä | Näytä lisätiedot | Artikkeli PDF-muodossa | Tekijä

Modernissa tavaralajimenetelmän hakkuukoneessa runkojen katkontaa eri puutavaralajien pölkyiksi ohjataan tavaralajeittaisten arvo- ja jakaumamatriisien avulla. Arvomatriisi, jota yleisesti kutsutaan myös hintalistaksi tai hintamatriisiksi, on kaksiulotteinen taulukko, jossa on määritelty tietynpituisen ja -läpimittaisen pölkyn arvo suhteessa muihin kyseisen puutavaralajin pölkkyjen pituus-läpimitta -yhdistelmiin. Jakaumamatriisi on tarvejakaumataulukko, joka kertoo pölkkyjen tavoiteosuuden kullekin pituuden ja läpimitan yhdistelmälle tai vaihtoehtoisesti eri pituuksien tavoiteosuudet kunkin latvaläpimittaluokan sisällä. Tutkimuksessa tarkastellaan kolmea hakkuukoneapteeraukseen liittyvää keskeistä kysymystä. (1) Johtaisivatko leimikkokohtaisesti säädetyt arvo- ja/tai jakaumamatriisit parempaan toteutuneen tukkijakauman ja tavoitetukkijkauman väliseen yhteensopivuuteen kuin vakiintunut käytäntö, jossa kaikki leimikot niiden ominaisuuksista riippumatta hakataan samoilla arvo- ja jakaumamatriiseilla? (2) Millä tavalla leimikko- ja tavaralajikohtaisia arvo- ja jakaumamatriiseja voidaan tuottaa? (3) Miten tavoitetukkijakauman ja toteutuneen tukkijakauman välistä yhteensopivuutta voidaan mitata ja millainen olisi ideaali yhteensopivuuden mittari? Leimikkokohtaisten arvo- ja jakaumamatriisien tuottamista ja toimivuutta tarkastellaan kolmella tasolla. Yksinkertaisimmalla tasolla tarkastellaan arvomatriisin säätämistä yhdelle tukkitavaralajille yhdessä leimikossa. Arvomatriisin säätö toteutettiin sumeana säätönä (sumea logiikka) sahan tavoitetukkijakauman ja leimikon puustotiedon perusteella. Toisessa vaiheessa tarkastellaan yhden tukkitavaralajin arvomatriisien samanaikaista säätöä useisiin leimikoihin. Arvomatriisien paralleeli säätö toteutettiin genettisellä algoritmilla. Kolmannella tasolla tarkastellaan kahden tukkitavaralajin kokonaistavoitejakaumien osittamista leimikkokohtaisiin tavoitejakaumiin. Leimikkokohtaiset tavoitetukkijakaumat muodostettiin geneettisellä algoritmilla. Leimikkokohtaisesti säädettyjen arvo- ja jakaumamatriisien suorituskykyä verrattiin ei-leimikkospesifisten referenssimatriisien suorituskykyyn 15 kuusivaltaisessa eteläsuomalaisessa päätehakkuuleimikossa. Vertailussa jokaisen leimikon kuusirungot katkottiin apteeraussimulaattorilla sekä leimikkokohtaisten arvo- ja jakaumamatriisien että referenssimatriisien ohjaamina. Referenssimatriiseina käytettiin kahden suomalaisen sahateollisuusyrityksen arvo- ja jakaumamatriiseja, joko sellaisenaan tai vähäisessä määrin muutettuna. Leimikkokohtaisia matriiseja oli kahta tyyppiä: todellisen, hakkuukoneen keräämän runkodatan ja estimoidun, leimikoiden ennakkomittausdatasta koostetun runkodatan perusteella tuotettuja. Tavoitetukkijakaumien ja toteutuneiden tukkijakaumien välisen yhteensopivuuden mittaamiseen tarkoitettuja mittareita evaluoitiin sekä teoreettisin että kokeellisin analyysein. Evaluoitavia mittareita oli neljä: (1) perinteinen jakauma-aste, (2) khi-toiseen testistatistiikkaan perustuva mittari, (3) Laspeyres’n määräindeksi ja (4) hintapainotettu jakauma-aste. Tutkimus vahvistaa, että tavoitetukkijakauman ja toteutuneen tukkijakauman välisen yhteensopivuuden maksimointi johtaa useimmissa tapauksissa suurempaan kuitupuukertymään ja pienempään tukkikertymään. Hintamatriisien etukäteissäätö näyttää parantavan tavoitetukkijakauman ja toteutuneen tukkijakauman välistä yhteensopivuutta leimikkotasolla, edellyttäen että säätöön käytettävä runkodata vastaa täysin leimikon todellista runkodataa. Kumulatiivisella tasolla hintamatriisien etukäteissäädöstä ei näyttäisi olevan hyötyä. Kokonaistavoitejakauman ositus leimikkokohtaisiin osatukkijakaumiin paransi kokonaistavoitejakauman ja kumulatiivisen toteutuneen tukkijakauman välistä yhteensopivuutta riippumatta leimikkokohtaisten tavoitejakaumien generointiin käytetyn runkodatan alkuperästä. Evaluoitujen neljän yhteensopivuusmittarin välillä ei havaittu merkittäviä suorituskykyeroja.

Kivinen, University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry Sähköposti: veli.kivinen@helsinki.fi

Artikkelit jotka sisältää sanan 'simulointi'

Kategoria : Articles