Runkoverstaan tuotannon läpimenoajan sekä valmistusystävällisyyden kehittäminen

Diplomityö tehtiin kansainväliseen maanalaisia kaivoskoneita toimittavaan yritykseen. Diplomityön tavoitteena oli kartoittaa runkojen läpimenoaikaa robottihitsauksen ja koneistuksen osalta Normet Oy:n hitsaamon tuotannossa. Diplomityön teoriaosassa on esitelty tuotantojärjestelmiä, tuotantotekniikan kehittämisen osa-alueita, valmistusystävällisyyttä, tuotannonohjausta sekä tuotannon mittareita tuottavuuden kehittämisen näkökulmasta. Diplomityön kokeellisessa osassa tehtiin nykyisten tuotantoprosessien tarkat aikaseurannat. Ensisijaisesti koneistuksen kehittämisellä tavoiteltiin asetus- ja sivuaikojen minimointia sekä tuottavampaa lastuamista. Näin ollen uusien työkalujen sekä koneistusinnovaatioiden löytäminen oli avainasemassa kehitystyössä. Robotisoinnin kehittämisessä tärkeintä on tehokkaampien hitsausprosessien hyödyntäminen, laatutekijöiden analysointi sekä robottiystävällisten konstruktioiden käyttöönotto. Case-esimerkissä näitä menetelmiä pyritään esittämään Normetin volyymituote NT100-rungossa.

Tukkivannesahojen teräpyörien bombeerauslaitteen kehittäminen

Diplomityössä kehitettiin kannettava työstölaite, jolla voidaan bombeerata tukkivannesahojen suuret teräpyörät omilla laakereillaan paikoillaan sahalinjoissa. Teräpyörät kuluvat käytössä, jolloin ne joudutaan työstämään uudelleen muotoonsa useita kertoja vuodessa. Nykyisin pyörien kehäpinnat hiotaan haluttuun muotoon lähes sadan vuoden ikäiseen keksintöön perustuvalla menetelmällä. Menetelmän suurimpina ongelmina ovat saavutettavan bombeerausmuodon heikko tarkkuus, työstötapahtuman hitaus ja puutteellinen työturvallisuus. Kehitetyn bombeerauslaitteen ja -menetelmän avulla parannetaan kaikkia kolmea merkittävää puutetta. Työssä kartoitettiin kattavasti erilaisia mahdollisia työstömenetelmiä, joita voitaisiin käyttää teräpyörien bombeeraukseen. Parhaaksi vaihtoehdoksi osoittautui sorvaus, jonka avulla teräpyörien kehäpinnat saadaan työstettyä tarkasti, nopeasti ja varmasti käyttämällä tavallisia sorvin työkaluja ja uutta ehdotettua kannettavaa sorvia.

Monitoimityöstökeskuksen kokonaistehokkuuden parantaminen kokonaisvaltaisella tuottavalla kunnossapidolla

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutustua kokonaisvaltaisen tuottavan kunnossapidon teoriaan ja soveltaa sitä Abloy Oy Joensuun tehtaalla pilottikohteeksi valittuun koneeseen. Pilottikohteeksi oli valittu uusi Sveitsiläinen Hydromat-monitoimityöstökeskus, jonka kokonaistehokkuutta (OEE) pyrittiin parantamaan kokonaisvaltaisella tuottavalla kunnossapidolla (TPM). Työn kirjallisuusosuudessa tarkastellaan teoriatietoja, jotka liittyvät yleisesti kunnossapitoon ja tarkemmin TPM-toimintaan. Lisäksi käsitellään kunnossapidon mittareita ja tietojärjestelmiä. Työn empiirisessä osassa selvitetään, kuinka TPM-toiminta otettiin käyttöön Hydromat-monitoimityöstökeskuksen osalta. Eniten resursseja käytettiin koneen asetusaikojen lyhentämiseen. Lisäksi koneen käyttäjien itsenäiseen kunnossapitoon siirtyminen kuului työn sisältöön. Työssä on selvitetty myös uuden tuotannon seurantataulun käyttöönotto. Seurantataulusta nähdään useita tuotantotietoja kuten kokonaistehokkuus. Työn merkittävimmät tulokset osoittavat, että asetusajat ovat tällä hekellä hyvin pitkiä tavoitteisiin nähden. Asetusaikojen lyhentyminen halutulle tasolle vaatii koneen käyttäjien pitkän oppimisprosessin sekä optimaaliset toimintaolosuhteet. Lisäksi havaittiin, että uuden toimintamallin esitteleminen ja sen käyttöönotto valmistavassa teollisuudessa on vaativa prosessi.

Mechanical Design of Hydraulic Vise

The general task of clamping devise is to connect the parts to the machining centers so that the work piece could be fixed on its position during the whole machining process. Additionally, the work piece should be clamped easily and rapidly by the machine users. The purpose of this Master’s thesis project was to develop a product design and find out the dimensioning of a hydraulic vise system for Astex Engineering OY, which was taking care of the general principles of product design and development during the design process. Throughout the process, the needs of manufacturing and assembling were taken into consideration for the machinability and minimization of the cost of manufacturing. The most critical component of the clamping devise was modeled by FEM for the issue of strength requirements. This 3D model was created with Solidworks and FEM-analysis was done with Cosmos software. As the result of this design work, a prototype of the hydraulic vise was manufactured for Astex Engineering OY and the practical test.

DFM(A)- aspects for an sma connector design

In this research, manufacturability analysis is made for an SMA connector. Analysis and aspects of applying virtual prototyping for an SMA connector design and manufacturing are also investigated. Special questionnaires for the component and machining are made in order to enable necessary information to ensure DFM(A) –aspects of products. The aspects of easy manufacturing for machining the SMA connector are collected. Material selection is discussed, and manufacturing stages of prototype manufacturing are presented. The main focus of this research is on prototype manufacturing, but also aspects considering volume production are discussed. A special purpose SMA connector is designed for printed circuit board edge mounting.

DFM/DFMA(A) – analysis and aspects of applying systematic engineering for a microwave testfixture design

In this paper, manufacturability analysis and collection of design aspects is made for a microwave test-fixture. Aspects of applying systematic design for a microwave test-fixture design and manufacturing are also analysed. Special questionnaires for the component and machining are made in order to enable necessary information to ensure DFM(A) – aspects of the component. The aspects of easy manufacturing for machining the microwave test-fixture are collected. Material selection is discussed and manufacturing stages of prototype manufacturing are presented.

Rouhintasorvauksen säätöjärjestelmä

Tässä työssä kuvataan menetelmä, jonka avulla on mahdollista sorvausprosessista mitattujen signaalien perusteella muokata lastuamisprosessin parametreja siten, että prosessissa mahdollisesti esiintyvät ongelmatilanteet korjataan. Työ on tehty osana Feedchip-tutkimushanketta ja tukeutuu tutkimushankkeessa aiemmin tehtyyn työhön vaadittavien korjaustoimenpiteiden, signaaleja mittaavien antureiden instrumentoinnin sekä alustavan ongelmatilanteiden ominaispiirteiden signaaleista tunnistuksen osalta. Tämä työ keskittyy esittelemään toiminnot, joiden avulla aiemmat tulokset voidaan koota yhteen kokonaisuuteen. Järjestelmän toiminta edellyttää sen osien toiminnan korkean tason koordinointia. Lisäksi määritellään päättelyjärjestelmä, joka kykenee mitatuista arvoista tunnistettujen ongelmatilanteiden esiintymisasteiden perusteella määrittämään tarvittavat toimenpiteet ongelmatilanteiden poistamiseksi. Kandidaatintyön rinnalla toteutetaan ohjelmisto Lappeenrannan teknillisen yliopiston konepajatekniikan laboratorion sorvausjärjestelmän yhteyteen rakennetun prototyyppilaitteiston ohjaamiseksi.

Runkopalkkien valmistuksen kehittäminen

Diplomityössä kehitetään runkopalkkien valmistusta Juhani Haavisto Oy:ssä. Palkkien valmistusta käsitellään hitsauksen ja koneistuksen osalta. Työn alussa perehdytään hitsauksen mekanisointiin, hitsattavuuteen, lastuttavuuteen sekä hitsaus- ja koneistuskiinnittimiin teorian osalta. Tämän jälkeen esitellään valmistettava tuote. Kokeellisessa osassa esitetään runkopalkkien valmistusvaiheet ennen ja jälkeen kehityksen. Esille tulevat niin hitsauksen kuin koneistuksenkin valmistusvaiheet. Tutkimuksessa selvisi, että uudet hitsaus- ja koneistuskiinnittimet pienentävät työaikoja mm. mahdollistamalla laajemman mekanisoidun hitsauksen ja pienentämällä kappaleen kääntöihin ja vaihtoon kuluvaa aikaa. Lopuksi pohditaan mahdollisia jatkokehityssuunnitelmia, jotka koskevat uuden hitsauskuljettimen ja uusien lisäaineiden käyttöä.

Radio Frequency Measurement Method for Detecting Bearing Currents in Induction Motors

Induction motors are widely used in industry, and they are generally considered very reliable. They often have a critical role in industrial processes, and their failure can lead to significant losses as a result of shutdown times. Typical failures of induction motors can be classified into stator, rotor, and bearing failures. One of the reasons for a bearing damage and eventually a bearing failure is bearing currents. Bearing currents in induction motors can be divided into two main categories; classical bearing currents and inverter-induced bearing currents. A bearing damage caused by bearing currents results, for instance, from electrical discharges that take place through the lubricant film between the raceways of the inner and the outer ring and the rolling elements of a bearing. This phenomenon can be considered similar to the one of electrical discharge machining, where material is removed by a series of rapidly recurring electrical arcing discharges between an electrode and a workpiece. This thesis concentrates on bearing currents with a special reference to bearing current detection in induction motors. A bearing current detection method based on radio frequency impulse reception and detection is studied. The thesis describes how a motor can work as a “spark gap” transmitter and discusses a discharge in a bearing as a source of radio frequency impulse. It is shown that a discharge, occurring due to bearing currents, can be detected at a distance of several meters from the motor. The issues of interference, detection, and location techniques are discussed. The applicability of the method is shown with a series of measurements with a specially constructed test motor and an unmodified frequency-converter-driven motor. The radio frequency method studied provides a nonintrusive method to detect harmful bearing currents in the drive system. If bearing current mitigation techniques are applied, their effectiveness can be immediately verified with the proposed method. The method also gives a tool to estimate the harmfulness of the bearing currents by making it possible to detect and locate individual discharges inside the bearings of electric motors.

Valmistuskustannusten arviointi ja kustannustiedon käyttö valmistusystävällisyyteen tähtäävässä tuotekehityksessä

Työn tarkoituksena oli tutkia menetelmiä koneiden valmistuskustannusten arvioimiseksi ja hyödyntää kustannustietoa tuotekehitysprosessissa. Taloudellisen suunnittelun menetelmäksi valittiin DFMA -menetelmä. DFMA -menetelmä on suunnittelustrategia, jonka tarkoituksena on ottaa huomioon suunniteltavan tuotteen valmistuskustannukset ja valmistettavuus mahdollisimman aikaisessa tuotekehitysprosessin vaiheessa. Työn soveltavassa osassa käsiteltiin Rauten uutta puristinlinjaa, jolle arvioitiin valmistuskustannukset. Jatkokehitys kohdennettiin kustannusten painopistealueisiin kokoonpanossa ja valituille kokoonpanoille tehtiin muutoksia valmistuskustannusten pienentämiseksi. Kehitetyille kokoonpanoille arvioitiin uudet valmistuskustannukset ja puristimen mekaanisissa osissa saatiin valmistuskustannuksia pienennetyksi n. 22,6 %, joka oli n. 8,5 % koko puristinlinjan yhteenlasketuista kokonaiskustannuksista. Valmistuskustannusten arvioiminen koneen jokaista komponenttia kohden todettiin olevan liian työlästä. Arviointityön helpottamiseksi alettiin kehittää kustannusten arviointijärjestelmää, jonka avulla koneen muuttuvat materiaali- ja osto-osista aiheutuvat kustannukset saataisiin arvioiduksi. Materiaali ja osto-osien kustannukset aiheuttavat yleensä suurimman osan koko koneen valmistuskustannuksista, joten muista valmistusvaiheista kuten kokoonpanosta, koneistuksesta jne. aiheutuvat kustannukset voidaan arvioida karkeammin.

Vaihtelun vähentäminen kehäpyörien kovasorvauksen vaiheajoissa

Tämän työn tarkoituksena oli selvittää miksi kohdeyrityksen erään avainkomponentin, kehäpyörän, kovasorvauksen vaiheajoissa on niin paljon vaihtelua ja kuinka sitä saataisiin vähennettyä. Samalla pyrittiin lyhentämään keskimääräisiä vaiheaikoja. Tutkimus aloitettiin tuotannon nykytilan kartoituksella, jossa selvitettiin yrityksen toimintatapoja ja tuotannon tehokkuutta heikentäviä ongelmia. Tämän jälkeen aloitettiin varsinainen kehitysprojekti, joka perustui Lean-ajatteluun. Lean-ajattelu on tuotannon kehittämiseen tähtäävä filosofia, jossa pyritään tekemään enemmän vähemmällä, poistamalla tuotannosta kaikki ylimääräinen arvoa lisäämätön toiminta. Tuotantoon pyritään saamaan aikaiseksi tuotteiden jatkuva virtaus tuotantoa tahdistamalla. Erinomaisuutta tavoitellaan jatkuvalla parantamisella. Kohdeyrityksen tuotannon ongelmien tarkemmaksi selvittämiseksi toteutettiin erilaisia seurantoja, niin paikan päällä tuotannossa, kuin automaattista tiedonkeruuohjelmistoa hyväksi käyttäen. Seurantojen tuloksena selvisi, että pääsyyt tuotannon vaiheaikojen vaihteluun löytyvät teknisen järjestelmän sijaan ihmisten asenteista ja osaamisesta. Kun kehitystyön tuloksena toteutetaan muutoksia, kohdataan usein muutosvastarintaa. Tällöin tarvitaan tehokasta muutosjohtamista. Muutostyössä on tärkeä hallita tietoa sen jakamisen lisäksi myös sen keräämisessä. Muutoksiin johtavan tiedon tulee olla aina relevanttia ja faktapohjaista. Muutosjohtamisen tavoitteena on saada aikaiseksi tietoa luova organisaatio, joka kestää itsekritiikkiä ja jolla on poisoppimisen taito. Työsuoritusten parantamiseksi toteutettiin pilottihanke, jossa testattiin tässä työssä kehitettyä palautejärjestelmää. Palaute perustui automaattisen tiedonkeruuohjelmiston keräämään dataan. Samalla selvitettiin työtä hidastaneita ongelmia yhteistyössä työntekijöiden kanssa. Pilottihankkeen tulokset ovat lupaavia, sillä seurannassa olleen kehäpyörämallin viikoittaisten vaiheaikojen keskiarvo laski 32,6 % ja kehäpyörän puolikkaiden kovasorvauksen vaiheaikojen vaihtelut vähenivät 18,1 ja 26,8 %. Tämän tutkimuksen tulosten perusteella päivittäisten työmäärien tarkempaa seurantaa kannattaa jatkaa ja palautejärjestelmää kehittää edelleen.

Ruuvipurkaimen DFMA

Tämän työn tarkoituksena oli soveltaa valmistusystävällisen ja kokoonpanon huomioivan suunnittelun(DFMA) periaatteita ajavalle ruuvipurkaimelle valmistuskustannusten alentamiseksi. Työn teoriaosassa esitellään valmistusystävällisen suunnittelun periaatteita. Yhtä tarkemmin noudatettua DFMA-menetelmää esitellään hieman enemmän. Teoriassa käsitellään myös valmistuskustannusten laskentaa, lähinnä hitsauksen ja koneistuksen osalta. Ruuvipurkaimen rakenteeseen perehdyttiin tekemällä siitä 3D-malli. Purkaimen valmistuskustannukset selvitettiin ja kustannusten painopisteet määritettiin. Niiden pohjalta valittiin kohteet joihin paneuduttiin ja joihin sovellettiin DFMA:n periaatteita. Ruuvipurkaimen valmistettavuuden parantamisessa saavutettiin tavoite, 10 % kustannussäästö valmistuskustannuksissa. Valmistettavuutta saatiin paremmaksi DFMA-menetelmiä soveltaen ja sitä kautta tuli kustannussäästöjä. Ostokomponenttien toimittajakartoituksella saatiin myös kustannuksia karsittua. Käytetty DFMA-menetelmä hieman sovellettuna oli tälle tuotteelle toimiva vaihtoehto. Jatkamalla valmistusystävällistä suunnittelua kalleimmille osille, saataisiin enemmän kustannussäästöjä mihin tässä työssä päästiin.

Tuulivoimalan generaattorin roottorin valmistuksen ja valmistuskustannusten arviointi

Diplomityössä on käsitelty tuulivoimalan generaattorin roottorin valmistusta ja magneettien kiinnitystä. Työ on osa projektia, jonka tarkoituksena on ollut tuottaa kohdeyritykselle vaihtoehtoinen tuulivoimalan generaattorin roottorirakenne. Työhön on koottu projektissa käsitellyt asiat roottorin valmistustekniikan osalta. Työssä on selvitetty kustannuksien kannalta paras vaihtoehto roottorin valmistamiseksi sisältäen kuljetukset ja magneettien kokoonpanon. Valmistusmenetelminä on vertailtu hitsausta ja valamista. Magneettien osalta tarkasteltiin uuden vaihtoehtoisen kiinnitysmenetelmän tuomia säästöjä nykyiseen ratkaisuun verrattuna. Uusien roottorien kustannuksia on verrattu nykyiseen rakenteeseen. Tutkimusmenetelminä on käytetty projektiryhmän palavereja, haastatteluja ja kirjallisuusselvityksiä. Lopputuloksena kohdeyritykselle luotiin uusi roottorikonsepti, jossa yhdistyvät edullisempi roottorin valmistus ja magneettien kiinnitys. Roottorin valmistaminen valamalla osoittautui selvästi edullisemmaksi kuin hitsaaminen levyistä. Magneettien kiinnitystä yksinkertaistettiin käyttämällä seostettuja magneetteja ja magneettikehyksiä. Roottorin konstruktiomuutoksien avulla mahdollistettiin suurempi magneettien määrä, joka mahdollistaa suuremman tehontuoton.

Alumiinipainevalujen purseen- ja jäysteenpoiston kehitysmahdollisuudet

Valupurseiden ja jäysteiden poistaminen on osa alumiinipainevalujen tuotantoprosessia. Työssä on tutkittu käytössä olevien ja uusien menetelmien mahdollisuuksia taloudellisempaan tuotantoon. Purseiden ja jäysteiden poistamiseen käytettävien menetelmien lisäksi tutkimuskohteita ja ideoita on haettu muista metallien työstömenetelmistä. Valupurseiden ja jäysteiden määritelmiä, muodostumista ja luokittelua on esitelty laajasti. Menetelmien tutkimus on painottunut valupurseiden poistamiseen ja valun jälkeistä leikkaamista on tutkittu erityisesti sisäpuolisten muotojen työstämiseen käytettyjen pistintyökalujen kautta. Muotin ulostyöntötapin purseen poistaminen on ollut tärkeä asia menetelmien tutkimuksissa. Valupurseiden, leikkaus- ja koneistusjäysteiden poistamiseksi lastuavista työstömenetelmistä tutkittuja ovat koneistaminen koneistuskeskuksella, aventaminen, hiertopuhallus, suihkuhiertäminen, vesisuihkuleikkaus, ultraäänityöstö, harjaus, painehiertäminen, hiominen kohdistetuilla ja kohdistamattomilla menetelmillä. Myös terminen jäysteenpoistomenetelmä (TEM), kemiallinen työstö (ECM) ja laserleikkaus on otettu esiin tutkimuksessa. Työn tuloksena on näkemys tutkittujen menetelmien jatkokehitystarpeesta ja mahdollisuudesta soveltaa niitä sarjatuotantoon.

On the development of object functions and restrictions for shapes made with a turret punch press

This study presents the information required to describe the machine and device resources in the turret punch press environment which are needed for the development of the analysing method for automated production. The description of product and device resources and their interconnectedness is the starting point for method comparison the development of expenses, production planning and the performance of optimisation. The manufacturing method cannot be optimized unless the variables and their interdependence are known. Sheet metal parts in particular may then become remarkably complex, and their automatic manufacture may be difficult or, with some automatic equipment, even impossible if not know manufacturing properties. This thesis consists of three main elements, which constitute the triangulation. In the first phase of triangulation, the manufacture occuring on a turret punch press is examined in order to find the factors that affect the efficiency of production. In the second phase of triangulation, the manufacturability of products on turret punch presses is examined through a set of laboratory tests. The third phase oftriangulation involves an examination of five industry parts. The main key findings of this study are: all possible efficiency in high automation level machining cannot be achieved unless the raw materials used in production and the dependencies of the machine and tools are well known. Machine-specific manufacturability factors for turret punch presses were not taken into account in the industrial case samples. On the grounds of the performed tests and industrial case samples, the designer of a sheet metal product can directly influence the machining time, material loss, energy consumption and the number of tools required on a turret punch press by making decisions in the way presented in the hypothesis of thisstudy. The sheet metal parts to be produced can be optimised to bemanufactured on a turret punch press when the material to be used and the kinds of machine and tool options available are known. This provides in-depth knowledge of the machine and tool properties machine and tool-specifically. None of the optimisation starting points described here is a separate entity; instead, they are all connected to each other.