Novel Process Line Approach for Model-Based Optimization in Papermaking - Sensitivity and Uncertainty Analysis (Uusi prosessilinja lähestymistapa paperinvalmistuksen mallipohjaiseen optimointiin - herkkyys ja epävarmuusanalyysi), Kyo:n julkaisuja C 218

Madetoja Elina (FL) 22.11.2007\nLuonnontieteiden ja ympäristötieteiden tiedekunta\nTeknillinen fysiikka\nNovel Process Line Approach for Model-Based Optimization in Papermaking - Sensitivity and Uncertainty Analysis (Uusi prosessilinja lähestymistapa paperinvalmistuksen mallipohjaiseen optimointiin - herkkyys ja epävarmuusanalyysi)\n\nVastaväittäjä: Professori Risto Ritala, Tampereen teknillinen yliopisto\nKustos: Professori Jari Hämäläinen, Kuopion yliopisto\nAika ja paikka: Torstai 22.11.2007 klo 12, Canthia L2\n\nVäitöskirjan tiivistelmä:\n\nParempaa paperia optimoimalla\n\nTutkimuksessa kehitettiin paperinvalmistuksen mallinnusta ja optimointia. Työssä määriteltiin prosessilinjamallinnuksen periaatteet, joiden avulla voidaan kuvata paperinvalmistusprosessi alkaen paperimassasta aina valmiin paperin rullaamiseen asti. Prosessimallinnuksella tarkoitetaan erilaisten paperinvalmistusta kuvaavien mallien kytkemistä yhteen, ketjuttamista. Työssä optimoitiin paperinvalmistusprosessia käyttäen prosessimallia, toisin sanoen etsittiin sellaisia paperikoneen säätöarvoja, joilla saadaan parasta mahdollista paperia.\n\nPaperinvalmistus on prosessi, jossa lähes kokonaan vedestä koostuvasta paperimassasta tuotetaan paperia. Prosessin lopputuotteelle, paperille, asetetaan useita laatutavoitteita. Esimerkiksi kopiopaperissa ovat tärkeitä tulostuksessa ja kopioinnissa esiin tulevat paperin ominaisuudet, kuten sileys ja vaaleus. Paperityyppejä on hyvin erilaisia, esimerkiksi sanomalehti- ja talouspaperi, joista kummallakin on erilaisia, loppukäytön kannalta merkittäviä ominaisuuksia. Tämän lisäksi paperinvalmistuksessa merkittäviä ovat muun muassa useat tuotantomääriin ja raaka-ainekustannuksiin vaikuttavat tekijät.\n\nPaperin ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa esimerkiksi muuttamalla paperikoneen säätöjä. Kokeilemalla erilaisia säätöjä voidaan parantaa laatua sekä kasvattaa tuotantomääriä. Tällaista yrityksen ja oppimisen kautta syntyvää tietoa kertyy hitaasti ja testaus tulee hyvin kalliiksi. Sen sijaan voidaan käyttää tietokonetta, jolloin paperinvalmistusta jäljitellään simuloinnin avulla. Tätä varten tarvitaan matemaattinen malli, joka kuvaa paperinvalmistusprosessia. Koska paperinvalmistus on laaja ja moniosainen prosessi, sitä ei voida kuvata yhdellä mallilla, vaan useita malleja joudutaan kytkemään yhteen niin sanotuksi prosessilinjamalliksi. Paperinvalmistuksen simuloinnin lisäksi halutaan usein löytää sellaiset säädöt, joiden avulla voidaan valmistaa parasta mahdollista paperia. Tällöin mallit yhdistetään optimointiin.\n\nPaperinvalmistuksen mallinnus ja simulointi ovat työkaluja, joita hyödynnetään optimoinnissa. Optimoinnissa käytetään monitavoiteoptimoinnin menetelmiä, joiden avulla etsitään ratkaisuja, jotka ovat hyviä useiden tavoitteiden mielessä. Näin voidaan esimerkiksi optimoida valmistettavan paperin laatuominaisuuksia samanaikaisesti, kun maksimoidaan tuotantomäärä ja minimoidaan raaka-ainekustannuksia. Usein tavoitteet ovat ristiriitaisia ja ratkaisuna on kompromissi, jossa yksikään tavoite ei saavuta parasta mahdollista arvoaan, vaan jokainen tavoite saa riittävän hyvän arvon.\n\nVäitöskirjatyössä tarkasteltiin erityisesti useita optimointiin liittyviä tekijöitä. Ratkaisuprosessin tehokkuutta voidaan usein parantaa käyttämällä derivaattatietoon pohjautuvia optimointimenetelmiä. Työssä esitettiin uusi mallipohjainen derivointitekniikka, jota voidaan käyttää myös monimutkaisten ja usein ns. huonosti käyttäytyvien mallien derivointiin. Myös matemaattiseen mallinnukseen liittyvä epävarmuus voidaan huomioida työssä esitetyssä lähestymistavassa. Tämä mahdollistaa malleihin liittyvän luotettavuustiedon maksimoimisen optimoinnin aikana.\n\nTyössä esitettyä prosessimallinnusta ja optimointia havainnollistettiin useiden esimerkkien avulla. Esimerkkien tietokonesimulaatiot jäljittelivät paperinvalmistusta oikealla paperikoneella, jossa aluksi säädetään prosessi toimimaan riittävän luotettavasti. Tämän jälkeen etsitään sellaiset paperikoneen säätöarvot, joiden avulla saadaan parasta mahdollista paperia huonontamatta prosessin luotettavuutta.\n\nVäitöskirja on julkaistu sarjassa Kuopion yliopiston julkaisuja C. Luonnontieteet ja ympäristötieteet ISBN 978-951-27-0696-9. Sitä voi tilata yliopiston kirjaston julkaisumyynnistä sähköposti: yrjo.valtanen@uku.fi tai verkko-osoitteesta http://www.uku.fi/kirjasto/julkaisutoiminta/julkmyyn.shtml\n\nLisätietoja:\nElina Madetoja\nKuopion yliopisto, fysiikan laitos\npuh. (017) 16 2430\nsähköposti: elina.madetoja@uku.fi\n\nKuopion yliopisto\nViestintä\ntiedotus@uku.fi

ISBN-10:
978-951-27-0696-9
Kieli:
eng
Sivumäärä:
125 s.
Tekijät:
Madetoja Elina(diss)
Tuotekoodi 020332
22,00 €