Optimoinnilla tukea paperinvalmistusprosessin suunnitteluun
Aino Ropponen tutki väitöstyössään paperinvalmistusprosessin suunnittelua optimoinnin keinoin. Hän esittelee menetelmän, joka auttaa löytämään kompromissin paperikoneen kustannusten ja toimintakyvyn välille. Ratkaisu säästää investointikustannuksia ja parantaa koneen toimintaa sen elinkaaren aikana.Metsäteollisuus on ollut Suomen talouden tukipilari vuosikymmenten ajan. Viimeisten kymmenen vuoden aikana teollisuus on kohdannut suuria vaikeuksia, paperitehtaita on suljettu ja ihmisiä irtisanottu. Paperiteollisuuden investointikustannukset ovat suuret. Uusia tuotantotapoja ja innovaatioita tarvitaan, jotta investointikustannuksia saataisiin pienennettyä ja suomalaisen paperiteollisuuden kilpailukyky säilytettyä.
Paperia valmistetaan puukuiduista, vedestä ja kemikaaleista. Prosessi on monimutkainen, ja siihen liittyy paljon häiriöitä ja satunnaisuutta. Merkittävimmät häiriöt paperikoneella aiheutuvat paperirainan ennakoimattomista katkoista. Ne aiheuttavat taloudellisia tappioita, koska katkojen aikana koko tuotanto hylätään eli siitä tulee hylkyä. Sekä hylky että prosessista lähtevä vesi otetaan talteen ja varastoidaan säiliöihin uudelleenkäyttöä varten. Katkon aikana hylkysäiliö täyttyy nopeasti, kun taas vesisäiliöt tyhjentyvät. Virtausten ohjaaminen säiliöiden välillä on keskeinen ongelma paperinvalmistuksessa. Mitä isompia säiliöt ovat, sitä helpompaa prosessin käyttäminen on, mutta toisaalta investointikustannukset kasvavat.
Paperin ominaisuuksia säädetään muun muassa kemikaalien ja puulajien muutoksilla. Esimerkiksi paperin vaaleutta voidaan lisätä valkaisuaineilla ja lujuutta parantaa sellun osuutta kasvattamalla. Päätökset tehdään mittalaitteilta saatavan informaation perusteella. Mittaukset ovat aina epävarmoja, mutta mitä vähemmän mittauksissa on epävarmuutta, sitä hyödyllisempää on niistä saatava informaatio ja sitä paremmin prosessia voidaan ohjata.
–Prosessin suunnitteluvaiheessa mittalaitteen tarkkuus on merkittävä valintaperuste. Käytännössä se on kompromissi laitteen investointikustannuksen ja informaation hyödyllisyyden välillä, diplomi-insinööri Aino Ropponen sanoo.
Väitöstyössään hän sovelsi optimointimenetelmiä paperinvalmistusprosessin suunnitteluun. Tuloksena on kuusivaiheinen menetelmä, joka kuvailee teollisuusprosessin suunnittelun vaiheet johdonmukaisesti. Esimerkkeinä hän käytti prosessin säiliöiden tilavuuden sekä mittalaitteen tarkkuuden valinnan optimointia.
–Molemmissa esimerkeissä suunnittelun haasteena ovat toisaalta prosessiin liittyvät häiriöt ja epävarmuudet, toisaalta useat ristiriitaiset tavoitteet. Päämääränä on löytää kompromissi prosessin pitkän ajan toimintakyvyn ja investointikustannusten välille, Ropponen toteaa.
Väitöstyössään hän arvioi paperinvalmistusprosessin pitkän ajan toimintakykyä simuloimalla prosessia tietokonemallin avulla.
Väitöstilaisuus perjantaina 25.1.
Diplomi-insinööri Aino Ropposen systeemitekniikan alaan kuuluva väitöskirja ”Design Optimization of Highly Uncertain Processes: Applications to Papermaking System” tarkastetaan Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) teknisten tieteiden tiedekunnassa perjantaina 25.1.2013 kello 12 alkaen Festian Pienessä salissa (Korkeakoulunkatu 8, Tampere). Vastaväittäjinä toimivat professori Angeles Blanco (Universidad Complutense de Madrid) ja professori Sirkka-Liisa Jämsä-Jounela (Aalto-yliopisto). Tilaisuutta valvoo professori Risto Ritala TTY:n systeemitekniikan laitokselta.
Aino Ropponen (31) on kotoisin Joensuusta ja työskentelee tutkijana TTY:n systeemitekniikan laitoksella.
Lisätietoja: Aino Ropponen, puh. 050 543 1922, aino.ropponen@tut.fi.