HARVESTOROVÉ TECHNOLOGIE V LESNÍCH POROSTECH III.

Prof. Dr. Adolf Schlaghamerský - Fachbereich Forstwirtschaft Göttingen

V současné době nabízejí téměř všichni výrobci harvestorů počítačem řízené měřicí a vyhodnocovací systémy, které vypočítávají zpracované objemy vyrobených sortimentů podle druhů dřeviny, tloušťkové třídy a kvality. Tyto údaje jsou zaznamenány v přehledném výtisku o výrobě dříví počítačem zadávací firmy. Po ukončení těžebního úkolu jsou všechny potřebné údaje uloženy na disketě nebo na paměťové kartě v kabině řidiče harvestoru. Disketa a karta slouží k dalšímu zpracování pomocí osobního počítače (PC), nebo pomocí EDV (elektronické zpracování dat) u podnikatele či zadávací firmy. Měřicí a řídicí (MŘ) systém slouží ke kontrole vyrobeného množství dříví harvestorem s naměřeným množstvím dříví u spotřebitele.

Měřicí a řídicí systémy se složitými elektronickými počítači byly zavedeny u harvestorů až v devadesátých letech a dnes představují jednu ze složitých a nákladných součástí stroje. Po určitém vývoji se na trhu prosadily systémy Ponssee-Opti, Timberjack 3000, Valmet VMM 1100, a další. Jako příklad k vysvětlení funkce MŘ systému jsme zvolili systém Timberjack 3000.

POPIS MĚŘICÍHO A ŘÍDICÍHO SYSTÉMU TIMBERJACK 3000

MŘ systém je dělený a skládá se ze čtyř počítačových modulů, vzájemně digitálně spojených (CAN).

Tyto moduly obsahují:

- modul s udáním dat u řidiče,

- dálkově ovládaný modul v kabině řidiče,

- modul harvestorového agregátu (hlavice),

- modul hlavního počítače, který vyhodnocuje data.

Počítačový systém v kabině řídí podávání kmene pomocí válců v hlavici harvestoru a zkracování kmene na výřezy, přičemž je tlak válců a odvětvovacích nožů automaticky nastavován (viz. obr. 1).

Kabinový MŘ systém umožňuje následující řízení zpracování kmene:

- manuální,

- poloautomatické,

- automatické.

Například měření délky a průměru výřezu může být podle uvážení řidiče - ruční, nebo podle programu, kde se přihlíží ke kvalitě, účelu a ceně výřezu - poloautomatické, či plně automatické.

MĚŘENÍ DÉLEK KMENE A JEHO ZKRACOVÁNÍ

a) Měření délek a zkracování kmene je manuální - obsluhou systému.

b) Zkracování kmene podle programu v závislosti na kvalitě dříví poloautomaticky, či automaticky.

c) Zkracování kmene podle ceny sortimentů - automaticky.

d) Zkracování kmene podle připravené tabulky - poloautomaticky, či automaticky.

K měření délek při výrobě výřezů se užívá ozubeného kolečka, které je umístěno na vnitřní části hlavice harvestoru a je přitlačováno na povrch kmene. Ostré hroty měřicího kolečka se přitom opírají o povrchovou část kmene. Při posunu kmene se kolečko otáčí a tím předává impuls na počítač.

MĚŘENÍ TLOUŠŤKY KMENE A SORTIMENTU

Průměr kmene a výřezu je měřen pomocí senzorů umístěných v úchytných ramenech odvětvovacích nožů v hlavici harvestoru. Průměr kmene je měřen po sekcích 10 cm dlouhých a je výsledkem 11 měření (každý jeden cm u některých systémů 0,5 cm pro impuls). Každé měření sestává z průměru dvou měřených tloušťkových hodnot (viz obr. 2). Zjišťovat tloušťky kmene tímto způsobem může jen počítač. Přesné zjištění tlouštěk kmene, zvláště v jeho horní části (na čepu), má velký vliv na cenovou relaci sortimentu. MŘ systém vypočítává z délek a průměru nejen objem bez kůry, ale také s kůrou. V neposlední řadě vypočítává i tvar kmene.

ULOŽENÍ A DIGITÁLNÍ PŘENOS DAT

Z hlavice stroje se naměřené hodnoty digitálně přenášejí na MŘ systém v kabině řidiče a zde se automaticky ukládají během zpracování kmene. Ke znázornění a přenosu dat v kabině řidiče se používá:

- obrazovka (displej),

- tiskárna,

- diskety či paměťové karty,

- modem,

- řídicí páky s klávesnicemi (viz obr. 3).

Obrazovka je umístěna před řidičem a její osvětlení se nastavuje podle světelných poměrů v kabině řidiče. Výrazná čísla udávají délky a průměry výřezů. Další symboly na obrazovce jsou vysvětleny na obr. 4. Řidič harvestoru může v každém okamžiku zjistit na obrazovce nutné údaje o délkách, průměrech, objemu, počtu sortimentů, druhu dřeviny a stavu stroje. Programy pro MŘ systém jsou psány v sedmi jazycích a jsou pokud možno přizpůsobeny na různé druhy třídění výřezů v té či oné zemi (např. německé programy pro třídění HKS). Způsoby přenášení dat na osobní počítač uživatele ukazuje obr. 5.

Provozně informační údaje

MŘ systém ve spojení s vibračním tachografem zaznamenává automaticky začátek a konec provozu, přestávky, opravy, provozní hodiny stroje, strojní čas, čas směny, atd. O poruše stroje je řidič informován signálem na obrazovce. Zde se také ukazují pokyny k odstranění poruch nebo jak poruchu nalézt.

OPTIMALIZAČNÍ PROCES PŘI VÝROBĚ SORTIMENTŮ

Použitá harvestorová technologie nedovoluje, aby celý kmen prošel hlavicí a teprve potom byla vypočtena volba variant sortimentů. Při zpracování kmenů pracuje počítač v kabině řidiče na principu postupné sortimentace, přičemž jen část kmene se změří a pro následující část se vypočítá pravděpodobný tvar kmene. Podle Berkmanna (1997) lze optimalizační proces zpracování kmene rozdělit na čtyři pochody:

1. Potom, co se strom odřízne, stiskne řidič tlačítko k označení druhu dřeviny a přítlačné válce jej začnou podávat. Řidič musí dále stisknout tlačítko, označující kvalitu kmene, pokud se odlišuje od předem nastavené standardní kvality. Současně se předávají na hlavní počítač první údaje o tvaru kmene. Na základě informací o druhu dřeviny a kvalitě kmene počítač zvolí cenový přehled sortimentů odpovídající zpracovanému kmeni.

2. Po změření první části kmene (VLP) před výpočtem pravděpodobného tvaru kmene vypočítá počítač v kabině během podávání kmene tvar další části kmene (VKL - viz obr. 6). Ze součtu délek VLP a délky, pro kterou se tvar kmene počítá (VKL), vzejde základní výpočetní délka kmene (BGL). Délka VLP obnáší asi 2 - 3 m a délka VKL asi 11 - 15 m. Tyto délky jsou na začátku zpracování sortimentu uloženy do paměti počítače v kabině řidiče.

3. Pro délku (BGL) vypočítá počítač na základě cenového přehledu optimální kombinaci výřezů při nastavené délce prvního výřezu.

4. Potom se podávání kmene při vypočtené délce zastaví a dojde k jeho přeříznutí. Odhadnutý průměr se srovná se skutečným. Jestliže leží rozdíl těchto průměrů v dané toleranci, je dán povel k přeříznutí kmene. Při překročení tolerance jsou pochody 3 a 4 opakovány. Po každém řezu se znovu měří délka VLP a tvar kmene spolu s novou sortimentací. Tento pochod se opakuje tak dlouho, až počítač zjistí, že z vrcholové části kmene již nelze vyrobit i ten nejslabší sortiment. Na konci zpracování kmene nejsou informace o tvaru (výtvarnice) vymazány, ale jsou použity pro vypracování celkového pravděpodobného tvaru kmene v porostu. Na základě této pravděpodobné výtvarnice se může počítač optimálně sám opravovat ve svých výpočtech.

Jestliže není daná kombinace délka/průměr optimální, rozhoduje MŘ systém o druhém nejlepším řešení. Např. když je průměr kmene menší, než zadaný průměr, potom systém automaticky zkracuje o další možné délky, kde již hodnota výřezu odpovídá zadanému rozměru. V případě, že se strom nachází mimo zadané hodnoty, přizpůsobuje se systém automaticky na nižší kvalitu stromu. MŘ systém Timberjack 3000 respektuje na základě uložených “zkušeností” v paměti počítače různé druhy tvaru stromů, např. stromy na svazích, v údolích, apod. Po určité době nasazení harvestoru je možné odvodit i růstový proces porostu a tím přispět k upřesnění pravděpodobného tvaru (výtvarnice) kmene.

KALIBRACE MĚŘICÍHO A ŘÍDICÍHO SYSTÉMU

Podstatným činitelem MŘ systému, který umožňuje kontrolu přesnosti měření, je pravidelná kalibrace měřicího zařízení při použití elektronické svěrky. Kalibrací se rozumí nastavení měřicího zařízení harvestoru na základě ověřovacího měření tak, aby bylo dosaženo nejvyšší přesnosti. Vedoucí provozu je zodpovědný za provedení a pravidelnost kalibrace. Kalibruje se jak měření délek, tak průměru. Podle toho, jak se měřicí kolečko délek (viz obr. 7) zaboří do kůry stromu či jaká je nerovnost povrchu, se řídí počet měřících impulsů, což může vést k chybám při měření délek. Z toho důvodu se provádí kalibrace, přičemž je zjišťován počet daných impulsů na jeden metr délky. Ke kalibraci průměru kmene v systému Timberjack 3000 je k dispozici elektronická svěrka. Zde se nejprve naměřené hodnoty určitého počtu výřezů přenesou na svěrku. Hodnoty průměrů se na přesně definovaných bodech změří. Podle délky výřezů se bere v úvahu 2 - 5 hodnot průměrů. U jednoho stromu je počet hodnot 10 - 20. Závěrem se tato data přenesou na MŘ systém. Na základě rozdílu hodnot mezi systémem a ručním měřením se zkontroluje přesnost měření. Případná nepřesnost se kalibrací opraví. Podle provedených měření v SNR ukazovaly harvestory Timberjack, Valmet, Ponssee, Skogsjan přesnost, která se lišila od svěrkových hodnot jen o 4 mm, a to u 70 - 75 % počtu výřezů. Příklad kalibrace průměru ve vrcholu kmene je znázorněn na obr. 8. U průměru nad 200 mm je kalibrace špatně provedena (Forst und Technik, 1998). Cílem kalibrace zůstává odstranění systematických chyb měření. Dobrou kalibrací lze dosáhnout:

- snížení rizika velkého nadměrku. Každý centimetr nadměrku navíc znamená 0,20 až 0,25 % ztráty na hodnotě dřeva,

- přesné vytřídění sortimentu, zvláště u minimálních průměrů, kde různé sortimenty mohou zapříčinit velké rozdíly v cenách.

Další funkce měřicího a řídicího systému

Značení kmenů barvou. Při zkracování může být každý kmen podle účelu nebo sortimentu označen barvou, což umožňuje správné ukládání výřezů v porostu. Po pokácení stromu může být pařez postříkán prostředkem, který jej chrání před napadením houbami.

KONTROLA VYROBENÝCH SORTIMENTŮ A JEJICH OBJEMU

Při stanovení objemu výřezů znamená chyba v měření průměru výřezu dvojnásobek chyby při měření délky, tj. když je u výřezu s průměrem 20 cm chyba 1 cm (5 %), pak tato chyba obnáší u objemu již 10 % (Bergmann, 1997). Význam přesného měření průměru je tedy jednoznačný. Přesto zde způsobuje jak technika, tak i ostatní faktory často velký rozptyl měřených hodnot. Je tedy třeba dbát, aby kalibrace měřicího zařízení byla pravidelná a neopírala se jen o malý počet měření.

Rozdíly, které vznikají při měření objemu manuálním způsobem, měřením harvestorem a měřením u spotřebitele, jsou stále ještě v lesnické praxi diskutovány. Zvláště pak měření hrání sortimentů přímo v lese se stává předmětem výzkumu a mnoha doporučení pro výpočet objemu. Příklad výtisku MŘ systému (Timberjack 3000) za směnu je uveden v tabulce 1). K doplnění přehledu o počítačovém systému harvestoru slouží i schéma MŘ systému stroje Valmet VMM (obr. 9).