Siinä missä perinteiset saanto-optimointimallit keskittyvät usein yksittäisen tukin optimaaliseen asetteeseen, Sitepro-hankkeessa kehitetty simulaatiomalli tarkastelee sahaa kokonaisvaltaisena prosessijärjestelmänä. Malli on toteutettu AnyLogic-ohjelmistolla hyödyntäen tapahtuma- ja agenttipohjaista simulointia. Teollisuudessa tyypillisen yksittäistuotannon simulointi keskittyy usein esimerkiksi konekapasiteettiin, asetusaikoihin, aikataulutukseen tai yksittäisten tuotteiden valmistuksen reititykseen, jotka pitkälti määrittävät tuotantokyvykkyyttä. Sahateollisuus on kuitenkin luonteeltaan prosessituotantoa, jossa samalla tuotantoprosessilla valmistetaan suuri määrä tuotteita verrattain pienellä määrällä tuotevariaatioita. Tällöin materiaalivirran hallinnalla ja tuotantoprosessin optimoinnilla on suuri vaikutus lopputulokseen, koska pienetkin muutokset kertautuvat suuressa tuotantovolyymissa.

Tämän simulaation avulla voidaan testata erilaisia skenaarioita prosessituotannossa, ja nähdä niiden vaikutuksia tuotantoon ja kokonaisarvosaantoon. Skenaariot muodostetaan muuttamalla keskeisiä prosessiparametrejä sekä raaka-aineen ja materiaalinkäytön ominaisuuksia. Case-esimerkkinä tässä tapauksessa on sahateollisuus, mutta samalla periaatteella voidaan simuloida myös muuta prosessituotantoa.

Julkaisuun liittyvä AnyLogic-malli on saatavilla julkaisun lopussa olevasta linkistä.

Lähtötiedot

Simulaation käyttämät tiedot jakautuvat kahteen osaan: käytettävissä olevaan raaka-ainemassaan ja tuotevariaatioiden ominaisuuksiin. Raaka-ainemassa kuvastaa käytännössä sahalle jalostettavaksi tulevaa tukkikasaa. Tässä tapauksessa raaka-ainemassa on suunnitelma määrästä ja laadusta, minkälaista tukkiraaka-ainetta sahalle on tulossa ja kuinka paljon. Simulaatiossa ei ole rajoitetta kuinka pitkän aikajakson raaka-ainemassaa simuloidaan, mutta tässä tapauksessa käsiteltiin noin kuukauden ajanjaksoa.

Raaka-ainemassassa laatua kuvastetaan tukkiluokalla eli tuotekoodilla, joka on kiinteästi linkitetty tukkien halkaisijoihin, keskipituuksiin ja määrään. Tuotevariaatioiden ominaisuudet ovat tukkiluokkakohtaisia, ja näitä ominaisuuksia ovat saha- ja sivutuotteiden osuudet, tuore- ja kuivatuotannon määrä sahatuotteista sekä montako sahetta kunkin tukkiluokan tukista tulee.

Lähtötiedot tuodaan simulaatioon kahtena Excel-taulukkona. Tuotavat Excel-taulukot sisältävät kuvan 1. mukaiset tiedot. Käytännössä raaka-ainemassa taulukko määrittää simulaatiossa ajettavan tuotantovolyymin, ja toinen taulukko määrittää tuotevariaatioiden ominaisuudet eli minkälaisia tuotteita annetusta volyymista tehdään. Excel-taulukoiden tietoja voi muokata, ja esimerkiksi raaka-ainemassan datan voi ottaa esimerkiksi toiminnanohjausjärjestelmästä. Lisäksi tuotevariaatioiden ominaisuuksia voidaan muokata myös suoraan simulaation aloitusnäkymässä, joka mahdollistaa erilaisten skenaarioiden tarkastelun ja vertailun.

Mallin konfigurointi ja prosessi

Simulaatiomallin käyttäminen alkaa kuvan 2. mukaiselta aloitussivulta, jossa konfiguroidaan millä asetuksilla simulaatioajo suoritetaan.

Tukkiluokkakohtaisesti on tuotevariaatioiden ominaisuuksissa määritetty sivutuotteiden prosentuaalinen osuus, joka jakautuu kolmeen eri sivutuotteeseen eli kuoreen, hakkeeseen sekä puruun. Konfiguroinnissa tätä jakaumaa voidaan muuttaa, kuten myös sivutuotteiden rahallista arvoa. Hinnoista on muutettavissa myös raaka-aineen hankintahinta, sekä kuivaus- ja tuoretuotannon nettohinnat. Itse sahaprosessissa säädettäviä parametrejä on kolme, jotka ovat käytännössä prosessipisteiden (kuorinta, sahaus ja lajittelu) käsittelynopeuksia.

Näiden lisäksi simulaatioon on mahdollista sisällyttää useampia vaihtoehtoisia raaka-ainemassa taulukoita, jotka voidaan valita ”Data” kohdassa. Tämä antaa mahdollisuuden esimerkiksi tarkastella eripituisten aikajaksojen tuotantovolyymiä erittäin helposti. Raaka-ainemassan lisäksi konfigurointivaiheessa voidaan hakea simulaatio-ohjelman tietokantaan vietyjä tukkiluokkien eli tuotevariaatioiden ominaisuuksia ja muokata niitä.

Simulaatiomallin rakennettu prosessi esitetty kuvassa 3. ja se on varsin yksinkertainen ja suoraviivainen. Käytännössä prosessi sisältää prosessipisteiden lisäksi muutaman kuljettimen. Koska prosessi on varsin yksinkertainen ja pysyvä, eli todellisuudessakaan sahausprosessi ei juurikaan muutu, on simulaation ydintehtävä suuren tuotantovolyymin tuotevariaatioiden konfiguroinnissa, sekä sahalinjan tärkeimpien prosessiparametrien säätämisessä.

Simulaation tulokset

Simulaatioajon tuloksena kerätään laskennallinen tieto taloudellisesta, raaka-aineen tuotejakauman ja prosessipisteiden käyttöasteiden näkökulmasta.

Taloudellinen näkökulma perustuu käytännössä hyvin suoraviivaiseen laskentaan tuotantovolyymista ja konfiguroiduista hinnoista. Prosessipisteiden käyttöasteen laskennassa hyödynnetään Anylogicin omaa käyttöastelaskentaa, joka on aikapainotettu keskiarvo. Raaka-aineesta syntyvä tuotejakauma puolestaan muodostuu simuloitavan raaka-ainemassan, tuotevariaatioiden ominaisuuksien sekä konfiguroinnin kautta. Tärkeimmät tulokset tallennetaan myös listamuotoon (kuva 4.) omalle välilehdelle, josta eri ajojen tuloksia voi helposti vertailla

Simulaation keskeinen hyöty on mahdollisuus testata tuotannon muutoksia ilman riskiä todellisessa prosessissa. Esimerkiksi prosessipisteen nopeuden kasvattaminen 5–10 % voidaan arvioida etukäteen ja nähdä, poistaako muutos pullonkaulan vai siirtyykö se seuraavaan vaiheeseen. Tämä vähentää virheellisten päätösten ja turhien investointien riskiä.

Rahallinen vaikutus syntyy erityisesti pienistä, mutta laajasti kertautuvista parannuksista. Suurivolyymisessa prosessissa jo 1–3 % parannus materiaalisaannossa voi tarkoittaa kymmenien tai jopa satojen tuhansien eurojen lisäarvoa vuodessa, riippuen tuotannon mittakaavasta. Samoin käyttöasteen nosto esimerkiksi 70 %:sta 80 %:iin voi kasvattaa tuotantomäärää ilman uusia investointeja, mikä parantaa suoraan katetta.

Lisäksi simulaation avulla voidaan optimoida sivutuotteiden hyödyntämistä. Jos hakkeen tai purun arvoa saadaan nostettua esimerkiksi 5 €/m³ ja sivutuotetta syntyy tuhansia kuutioita vuodessa, vaikutus kokonaiskannattavuuteen on merkittävä. Simulaatio auttaa eri tiimin jäseniä näkemään, missä kohtaa prosessia tällaiset muutokset syntyvät ja miten niitä voidaan ohjata.

Yhteenveto

Tässä simulaatiomallissa korostui kohteen prosessityyppinen tuotanto, siihen vaikuttavat keskeiset muuttuvat tekijät sekä käytössä oleva tieto. Simulaatioita voi tehdä monella eri tarkkuustasolla tämän mallin ollessa vielä varsin karkealla tasolla, koska käsiteltävän kohteena oli tuotannon kokonaisvolyymi halutulla ajanjaksolla.

Sahateollisuus on Suomessa erittäin perinteinen toimiala, jossa aina ei ole täysin tarkkaa tietoa minkälaista raaka-ainetta on tulossa. Nykyään on kuitenkin paljon tiedonkeruuta jo hakkuuvaiheesta lähtien, mutta sahalaitoksen kokonaisuutta ajatellessa tulevan raaka-ainemassan laatutieto on arvaus, joka varmistuu lopullisesti vasta tukkimateriaalin lajittelussa. Tämän vuoksi syntyvien lopputuotteiden määrää ei voida kovin tarkkaan ennakolta määrittää, jolloin voi syntyä tilanteita, joissa tietyille lopputuotteille olisi markkinoilla kysyntää, mutta ei riittävää tuotantoa. Tässä tapauksessa laaditun kaltaisen simulaatiomallin avulla voidaan periaatteessa kääntää ohjausketju toisin päin: arvioidaan markkinoiden ja myyntiennusteiden perusteella minkälaisia lopputuotteita täytyisi valmistaa ja miten paljon. Tällä perusteella saadaan sitten määritettyä minkälaista raaka-ainemassaa tuotantoa varten täytyisi hankkia, jotta tuotanto olisi mahdollisimman tehokasta ja kannattavaa.

Laaditun simulaatiomallin periaatetta voidaan hyödyntää myös muunlaisessa tuotannossa, kunhan tuotanto on tyypiltään prosessimaista eli siinä käsitellään suuria volyymeja yhtenäisellä tuotantotavalla. Käytännössä tämän kaltaisessa simulaatiomallissa ei ole merkitystä käsitelläänkö raaka-aineena esimerkiksi puuta, metallia, marjoja vai nesteitä. Tärkeintä on mallintaa simulaatioon tarvittavat prosessipisteet, keskeiset muuttuvat tekijät ja parametrit sekä niiden väliset riippuvuudet. Simulaation tuloksiksi voidaan myös kerätä sitä tietoa, mikä kussakin prosessissa on merkitsevää. Myös integrointi muihin järjestelmiin on mahdollista, jolloin simulaatiomalli saa lähtötietonsa esimerkiksi toiminnanohjausjärjestelmästä tai muusta käytössä olevasta järjestelmästä.

Julkaisun ensimmäinen osa löytyy osoitteesta: https://www.savonia.fi/artikkelit-pro/sahateollisuuden-tuotantoprosessien-simulointi-sitepro-hankkeessa-osa-1/

Hankkeessa tuotettu AnyLogic-simulointimalli on katsottavissa alla olevasta linkistä:

https://cloud.anylogic.com/model/dc1a8e79-8cf1-4819-bf33-8498f5ef809f

---

Kirjoittajat

Ari Tanskanen, TKI-asiantuntija, Savonia-ammattikorkeakoulu

Henri Juntunen, TKI-asiantuntija, Savonia-ammattikorkeakoulu

---