2. September 2011
Kirjoittajat: Hannu Manner, Hannu Paulapuro
Companies: Electronics Associates, Metsäliitto, Pöyry, Rauma-Repola, Tampella, Tasman Pulp and Paper
People: Hannu Manner, Hannu Paulapuro, Heikki Sara, Jan Bergström, Juhani Korhonen, Lauri Saari, Mikko Nyyssölä, Niilo Ryti, Paul Talvio
8.9. Hiomon ohjaus AGMO
AGMO – Automatic Groundwood Mill Operator
1960-luvun loppuvuosina professori Niilo Rytiä oli ruvennut vaivaamaan ajatus hiomoprosessin hallinnan parantamisen tarpeesta. Ei ole jäänyt aikakirjoihin mistä kimmoke tuli, mutta luultavasti syitä oli useampia: Perinteinen hiomoprosessin ohjaus perustui oleelliselta osin subjektiiviseen havainnointiin, mihin systeemiajatteluun taipuvainen kaipasi kvantiteetteja ja rationaalisuutta. Hiokekapasiteettia rakennettiin tuohon aikaan kasvavassa määrin lisää ja Tampella varusti ne yhä suuremmilla moottoreilla. Jo ennestään hiomot olivat paperitehtaan suurin sähkön käyttäjä. Mekaaniseen massaan perustuvista paperilajeista näytti olevan hyvää vauhtia tulossa Suomen paperiteollisuuden syömähammas, niin kuin sitten kävikin. Muutenkin ajan ratas pyöri jo lopputuotteen laadun ja laadun tasaisuuden suhteen siihen suuntaan että entistä parempaan pitää pystyä. Hän oli luonnollisesti hyvin perillä vuosikymmenien mittaan tehdyn tutkimuksen tuloksista, tähän asiaan liittyen varsinkin Jan Bergströmin tutkimuksesta 1950-luvun puolivälissä. Käytännöllinen näkökulma hiomoprosessin ohjaamiseen kuitenkin puuttui aiemmista tutkimustuloksista.
Hionnassa puuta puristetaan sopivan karhean ns. hiomakiven liikkuvaa pintaa vasten veden läsnäollessa, jolloin puu kuituuntuu hiokkeeksi. Primäärisin hallintasuure on tavallisesti puuta puristava paine. Ajan mittaan hiomakiven pinnan rakeet kuluvat, pyöristyvät ja pintakuvio madaltuu. Siten hiomakiven pinnan tila muuttuu koko ajan, ei tosin kovin nopeasti, mutta aika ajoin pinta on käsiteltävä vaikutuskykyiseksi, ns. teroitettava. Rytin keskeinen ajatus oli että hiomakiven pinnan tilaa - vaikkakin sen fyysistä olemusta on niin vaikea kuvailla – voidaan kvantitatiivisesti kuvata laatuvaikutuksiensa ja hiomakoneen ohjauksen kannalta riittävän tarkasti yhdellä suureella. Ja että tuo tilasuure käyttäytyy säännöllisesti ja ennustettavasti, ja eikä ole mitä milloinkin. Sen nimi saa olla vaikka se perinnäinen ”terävyys”. Tosin jostain hänen aikaisemmasta havainnostaan lienee peräisin se ajatushaara että hän myöhemmin useampaan otteeseen puoliääneen mietti että tuo terävyys oikeastaan olisi kaksiparametrinen käsite, mutta että sitä parempi jos yksi riittää. Ryti testasi ajatuksiaan pistämällä teekkarit Lauri Saaren Ja Heikki Saran tekemään diplomityönsä aiheen tiimoilta. Tulokset vakuuttivat hänet niin että hän ehdotti Jaakko Pöyrylle tuotekehitysprojektin käynnistämistä, ja niin tapahtuikin. Automaatioalan tuote ei kovin hyvin sopinut neuvottelevan insinööritoimiston liiketoimintakuvaan, mistä myöhemmin kuului kentältä joitakin happamia huomautuksia. Jaakko Pöyry lieneekin jo enemmän ajatellut tulossa olevaa uutta osaamissubstanssia. Myöhemmin jossain vaiheessa tuote sai nimekseen AGMO – Automatic Groundwood Mill Operator.
Projekti käynnistyi vuoden 1971 alkajaisiksi ja tekemään palkattiin suoraan koulun penkiltä juuri valmistuneet diplomi-insinöörit Hannu Paulapuro ja Hannu Manner. Esimiehen ominaisuudessa heitä parhaansa mukaan paimensivat diplomi-insinöörit Paul Talvio ja Juhani Korhonen, monessa liemessä keitettyjä automaatioexperttejä kumpikin. Hiomotuntemusta projektin johdossa edusti vielä diplomi-insinööri Mikko Nyyssölä. Jo alkuvaiheesta lähtien kehityspartneriksi lähti silloisen Rauma-Repola Oy:n Rauman paperitehdas. Se tarjosi hyvät puitteet kenttätyölle. Hiomo oli uudehko, viimeisintä hiomotekniikkaa ja hyvässä kunnossa, ja verraten helppo täydentää lisäinstrumentein. Tutkimuksellinen vaihe prosessia koskevien mallien kehittämiseksi ja verifioimiseksi oli odotetusti suuritöinen ja todellisuudessa huomattavasti odotettuakin suuritöisempi, siitä huolimatta että mitään merkittäviä vastoinkäymisiä ei kohdattu. Tehdas ja Rauman silloinen tutkimuslaitos olivat koko ajan tiiviisti mukana työssä ja isolla työpanoksella.
Ensimmäisiä ilon aiheita oli sen selviäminen että ajatus ”terävyys”-käsitteen kvantifioimisesta näytti hyvältä. Tämähän oli koko ohjaamisajatelman keskeinen ydin. Tällöin sellainen käsite kun koneen toimintapiste sai sisällön. Kun ajatellaan hiomakoneen teho-tuotantonopeus- koordinaatistoa, niin toimintapiste on piste siinä koordinaatistossa. Hallintasuureen avulla voidaan toimintapistettä ohjata terävyyden määrittämällä kuvaajalla pysyen. Koneyksiköiden rakenteiden erilaisuuksista johtuen lainalaisuus on kullekin hiomakoneelle yksilöllinen. Toimintapisteen osalta lainalaisuus on kuitenkin verraten vähän riippuva laiteparametreista. Laatuvaikutuksien osalta riippuvuus on paljon voimakkaampi. Se tarkoittaa että koneyksikkökohtaisesti tulee tietää mikä on laatuvaikutuksen suunta ja suuruus kun toimintapistettä siirretään. Tämä taas tarkoittaa jonkunmoista tutkimuksellista työtä jokaisen koneyksikön kohdalla.
Toinen keskeisistä ajatuksista lähti siitä että hiomossa aina on useita koneyksiköitä. Jos silloin jotakin konetta ei voida hiomakiven tilan vuoksi saattaa tuottamaan juuri halutunlaista tuotetta, niin muita koneita voidaan ohjata niin että kaikki yhdessä tuottavat halutunlaista tuotetta. Tultiin käsitteeseen hiomon integroitu ohjaus, so. vaikka jokainen koneyksikkö voi eräissä rajoissa poiketa laatutavoitteista, niin kokonaisuus pysyy tavoitellussa. Kapasiteettia käytetään silloin tarkoituksenmukaisimmin, näin ajateltiin.
Pilot-ohjausjärjestelmä toteutettiin Rauman tehtaan silloiselle prosessitietokoneelle. Tämä tapahtui vuonna 1973. Sittemmin hyötynäkökohtia pyrittiin evaluoimaan useita kertoja. Se vasta vaikeaa olikin. Uskottavinta mitä saatiin irti oli että hiokkeen laatuvaihtelu väheni noin puoleen. Siitäkin saattoi osa olla projektin aikana syntyneen oppimisen tulosta.
Pöyry-yhtiön alkuperäinen ajatus oli kehittää tuote jota voitaisiin markkinoida. Tämän vuoksi jatkotoimia varten etsittiin partneria, jolla olisi omaa prosessitietokoneteknologiaa havainnollisine käyttäjäliityntöineen. Sopivalta tällaiselta vaikutti kanadalainen Electronics Associates, jonka kanssa lähdettiin työstämään kokonaispakettia. Kyseisen yrityksen myöhemmin ilmenneiden ongelmien vuoksi tavoiteltua tuotepakettia ei saatu valmiiksi asti, ja Pöyry jatkoi sovellustyötä omalta pohjaltaan. Jo Rauman kehitysprojektin kuluessa kävi ilmeiseksi, että hiomon ohjaamisen paras sovellusmuoto olisi ns. ”operators quide”-tyyppinen systeemi. Silloin tietokone seuraa hiomakoneiden tilaa ja ennustamaansa massan laatua mittausten ja mallien avulla. Järjestelmä ehdottaa tämän pohjalta tavoitteiden mukaisia ohjaustoimenpiteitä ja toimeenpano on hiomon henkilökunnan tehtävänä.. Tällaisia järjestelmiä toteutettiin Pöyryn johdolla useassa hiomossa, ensimmäisenä silloisen Metsäliiton Selluloosa yhtiön Kirkniemen tehtaalla ja etäisimpänä Tasman Pulp and Paper Company Ltd–yhtiön Kaweraun tehtaalla. Tulokset olivat pääsääntöisesti positiivisia, joskin aina vaativat tehdaskohtaisten ajokäytäntöjen huomiointia.
Koko projektin henkilöresurssoinnista ja työpanoksista ei ole oikein tarkkaa käsitystä. Arvio on että hankkeeseen on merkittävällä työpanoksella osallistunut ainakin 30 henkeä. Tuo pitää silloin sisällään sekä kehittämisvaiheet että toimitusvaiheet, sekä johtamisen että tekemisen, sekä työpanokset Pöyryllä että tehtailla. Merkittävä osa työstä on ollut tarpeen silloisen tietotekniikan – kaikella kunnioituksella sen häikäisevää suorituskykyä kohtaan – kesyttämiseksi hyötykäyttöön.
Näin me tapahtuneen muistimme kesällä 2012
Hannu Manner, Professori emeritus
Hannu Paulapuro, Professori emeritus