logga
Vid maskinutveckling är det viktigt att tidigt identifiera framkomliga vägar till exempel genom simulering. Skogforsk har tagit fram ett simuleringsverktyg för utvecklingen av planteringsmaskiner.

Kunskapsbehov 

Skogforsk har under senaste år genomfört ett antal projekt med syftet att effektivisera skogsföryngringen genom automatisering, och fler liknande projekt är inplanerade kommande år. Behovet av att automatisera skogsvårdsarbetet drivs av en växande utmaning med att hitta arbetskraft.

Iterativt simuleringsverktyg hjälper oss att göra rätt från början

Datorsimuleringar kommer framöver att ha en alltmer viktig roll som ett utvecklings- och beslutstöd. I utvecklingen av nya tekniska system är det viktigt att tidigt bygga kunskap om det tänkta systemet för att därigenom bättre kunna fokusera utvecklingsarbete på de mest framkomliga vägarna. Det är viktigt att tidigt undvika återvändsgränder och eliminera feltänk. Tack vare ekonomiskt stöd från Vinnova har Skogforsk kunnat utveckla ett nytt iterativt simuleringsverktyg för att analysera konceptuella planteringsmaskiners funktionalitet, skogsvårdsresultat och skonsamhet för marken. Utöver själva planteringsmaskinen omfattar simuleringsverktyget även arbetsförhållanden.

Läs fördjupning

Arbetsförhållanden

Hinder, i form av stenar, rötter och stubbar, är den främsta anledning till att dagens mekaniserade trädplanteringsmaskiner inte storskaligt har slagit igenom. Utan tvivel kommer dessa hinder vara den största utmaningen även för framtida autonoma planteringsmaskiner. Därför var det viktigt att inkludera sådana hinder i simuleringsverktyget. Skogforsk har utvecklat en metod för att skapa testmiljöer med anpassningsbara hinder av olika typer, storlekar och frekvenser för att kunna efterlikna olika skogliga miljötyper och arbetsförhållanden.

Maskininställningar och antaganden

Justerbar aggregatstorlek omfattar i första hand fläckens yta, men även fläckens djup kan justeras. Aggregatstorleken påverkar skonsamheten för marken på två olika sätt. Ju större aggregatet är, desto större är risken att ett hinder träffas under markberedning. Och när aggregatet träffar ett hinder under markberedningen en större markyta kommer att påverkas i onödan utan att någon planta blir planterad.

För att simulera olika maskingenerationer kan maskinens detekteringsförmåga justeras. Grundantaget i den refererade studier (se mer nedan) har varit att en autonom planteringsmaskin kan detektera och undvika endast hinder som befinner sig ovanför markytan. Men förhoppningar finns att framtida autonoma planteringsmaskiner också kan detektera hinder under markytan.

Enligt skogsvårdslagen är minsta avstånd som godtas mellan huvudplantor 0,6 meter. Simuleringsverktyget möjliggör dock användaren att fritt välja minimiavstånd mellan planterade plantor för att studera hur det påverkar planteringsresultatet, markstörningen och prestationen. Minimiavstånd är ett sätt att indirekt styra planttätheter (antal plantor/ha). Det är dock viktigt att förstå att man inte kan direkt ställa in antal plantor per hektar eftersom planttätheten inte enbart beror på angivet minimiavstånd utan att även övriga maskininställningar, antaganden, samt arbetsförhållanden spelar in.

Utfallet av en iterativ process

Simuleringsresultat inkluderar naturligtvis alla traditionella nyckeltal såsom plantor/hektar, tidsåtgång, osv. Simuleringsverktyget koordinatsätter dessutom lyckade planteringsförsök (dvs. planterade plantor) samt misslyckade markberedning- och planteringsförsök. Därigenom har man fullständig kontroll på spatial plantfördelning inklusive eventuella noll-ytor (oplanterade ytor) och gruppställdhet. Misslyckade plantering- och markberedningsförsök är ett viktigt nyckeltal för skonsam föryngring.

Var och en (t.ex. enskilda markägare, maskintillverkare) har sina egna preferenser och förutsättningar. Därför är det viktigt att maskininställningar justeras utifrån dessa preferenser. Tycker man exempelvis att planttätheten är för låg, kan miniavståndet mellan planterade plantor minskas liksom aggregatstorleken. Detta innebär dock att risken för att plantorna gruppställs ökar. Minskat aggregatstorlek kan minska plantöverlevnaden bland annat genom en ökad risk för snytbaggeskador. Utfallet kan också bli det motsatta. Framför allt i mindre steniga marker kan det vara ekonomiskt motiverat att öka miniavståndet mellan planterade plantor för att inte plantera onödigt många plantor per hektar. I praktiken handlar det oftast om att hitta en kompromiss där man måste balansera mellan:

  • Önskat antal planterade plantor per hektar
  • Godtagbar gruppställdhet
  • Acceptabelt antal misslyckade markberedningsförsök och störd markyta per hektar, dvs. negativ markpåverkan 
  • Planteringspunkternas egenskaper samt uppskattad plantöverlevnad, dvs. fläckens yta och djup.

Maskininställningarna i modellen justeras och simuleringen körs om tills man når godkänt utfall. Det är också möjligt att ett godkänt utfall inte nås, till exempel för att en markägare har orealistiska förväntningar på planteringsmaskinen givet dennes aktuella hinderdetektionsförmåga. Det kan också bero på kvarstående utvecklingsarbete på maskinen för att den exempelvis ska kunna identifiera stenar under markytan. Ej godkända utfall kan också tyda på att man måste välja mindre steniga marker.

Sammanfattningsvis

Simuleringsverktyget är interaktivt. Detta innebär att användaren kan designa en tänkt planteringsmaskin samt välja en miljö (hygge) där maskinen ska utvärderas. Man kan testa hur olika maskininställningar samt tillgång till olika information påverkar planteringsutfallet och vid behov kan inställningarnas ändras och simuleringen köra om för att på så vis bygga kunskap.

Fortsatt utveckling av simuleringsverktyget

Grundtanken har varit att simuleringsverktyget ska vara generiskt byggt och lätt att anpassa och modifiera beroende på vilket studiespecifikt syfte som är aktuellt. Exempelvis så har endast riktad markberedning och plantering simulerats hittills, men verktyget möjliggör, med relativt litet modifikationer, även simuleringar av kontinuerligt framryckande planteringsmaskiner. För tillfället är planteringsmaskinen utrustad med en kombinationsarm vilken både markbereder och planterar. Framöver skulle man kunna studera hur maskinen fungerar om man konceptuellt designar om den, tex utrustar den med två markberedningsarmar och en planteringsarm.

Nr 28-2023    Publicerad 2023-05-11 14:37

Kommentarer
Det finns ännu inga kommentarer på denna sida. Var först med att ge en kommmenter.
Kommentera
Skicka in
Kommentarer granskas innan publicering
Tack för din kommentar!
Vi granskar och publicerar din kommentar så snart som möjligt.
Tyvärr lyckades vi inte spara din kommentar.