Ohutlevytuotteen valmistuskustannusten määrittely suunnitteluvaiheessa

Diplomityössä kehitetään ABB Oy Drives:lle menetelmää, jolla voidaan ennustaa ohutlevyosien ja niistä koostuvien kokoonpanojen hintaa ilman tarkkaa valmistuksellista geometriatietoa. Työ on osa Tekesin rahoittamaa Piirre 2.0 -projektia. Työn teoriaosa määrittelee lyhyesti ohutlevytuotteet ja niiden valmistusmenetelmät. Laajemmassa teoriatarkastelussa ovat erilaiset ohutlevytuotteiden valmistuskustannusten ennustamismenetelmät regressioanalyysin käyttöön painottuen. Käytännön osiossa määritetään Finn-Power LP6 -levytyökeskuksen suorituskyky ja muodostetaan työaikalaskuri kerättyyn tietoon perustuen. Lisäksi muodostetaan regressioanalyysit kahden eri alihankkijan valmistamien ohutlevytuotteiden pohjalta. Regressiotekniikoiden avulla etsitään kustannuksiin voimakkaasti vaikuttavat parametrit ja muodostetaan laskukaava valmistuskustannusten ennustamiseen. Lopuksi vertaillaan teorian ja käytännön osien yhteensopivuutta ja etsitään syitä havaittuihin eroihin. Tutkimustulosten hyödyntämismahdollisuuksien ohella esitetään myös eräitä jatkokehitysehdotuksia.

A modified nominal stress method for fatigue assessment of steel plates with thermally cut edges

Thermal cutting methods, are commonly used in the manufacture of metal parts. Thermal cutting processes separate materials by using heat. The process can be done with or without a stream of cutting oxygen. Common processes are Oxygen, plasma and laser cutting. It depends on the application and material which cutting method is used. Numerically-controlled thermal cutting is a cost-effective way of prefabricating components. One design aim is to minimize the number of work steps in order to increase competitiveness. This has resulted in the holes and openings in plate parts manufactured today being made using thermal cutting methods. This is a problem from the fatigue life perspective because there is local detail in the as-welded state that causes a rise in stress in a local area of the plate. In a case where the static utilization of a net section is full used, the calculated linear local stresses and stress ranges are often over 2 times the material yield strength. The shakedown criteria are exceeded. Fatigue life assessment of flame-cut details is commonly based on the nominal stress method. For welded details, design standards and instructions provide more accurate and flexible methods, e.g. a hot-spot method, but these methods are not universally applied to flame cut edges. Some of the fatigue tests of flame cut edges in the laboratory indicated that fatigue life estimations based on the standard nominal stress method can give quite a conservative fatigue life estimate in cases where a high notch factor was present. This is an undesirable phenomenon and it limits the potential for minimizing structure size and total costs. A new calculation method is introduced to improve the accuracy of the theoretical fatigue life prediction method of a flame cut edge with a high stress concentration factor. Simple equations were derived by using laboratory fatigue test results, which are published in this work. The proposed method is called the modified FAT method (FATmod). The method takes into account the residual stress state, surface quality, material strength class and true stress ratio in the critical place.

Tuotannonohjauksen kehittäminen levytuotetehtaassa

Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää ohutlevytuotteita valmistavan yrityksen tuotannonohjauksen nykytila ja kehitystä vaativat kohteet sekä laatia kehitysehdotuksia. Yrityksessävalmisteltiin samaan aikaan tutkimuksen aikana huomattavia tuotannonohjaukseen liittyviä kehitystoimia. Tutkimus käsitteli toiminnanohjaukseen sisältyviä aiheita, kuten tuotannonohjausta, tuotannon ohjattavuutta, varastoja ja organisaation kehittämistä. Tutkimustulokset osoittivat, että yrityksen on otettava käyttöön jatkuvan kehittämisen kulttuuri ja panostettava erityisesti suomalaiselle ohutlevyalalle tärkeisiin asioihin lukuisien

Levyrakenteistentuotteiden hitsauksen automatisointi

Työn teoriaosassa esitellään automatisodun hitsauksen etuja ja vaatimuksia. Teoriaosuuden edetessä keskitytään erityisesti robotisoituun MIG/MAG -hitsaukseen sekä teknisestä että taloudellisesta näkökulmasta katsottuna. Työn kokeelliseen osaan osallistui kaksi metallialan yritystä Pohjois-Karjalan alueelta. Ensimmäisessä yrityksessä kartoitettiin nykyisestä tuotannosta robottihitsattavia tuotteita. Tarkasteluun valituille tuotteille määriteltiin sopiva hitsausrobottijärjestelmä. Yrityksen tuotannolle oli ominaista asiakasohjautuva tuotanto, suhteellisen pienet sarjat ja tuotteet, joissa oli vähän hitsattavaa. Toisessa yrityksessä eräästä tuoteperheestä otettiin yksi tuote. Tuotteen avulla tutkittiin tuoteperheen hitsauksen automatisoinnin mahdollisuuksia ja sen aiheuttamia ongelmia. Suurimmat ongelmat tuotteen hitsauksen automatisoituessa ovat liitosten luoksepäästävyys, muodonmuutokset hitsauksen aikana ja erilaisten käytettävien materiaalien runsaus. Ensimmäisessä yrityksessä hitsattavien materiaalien paksuudet ovat pääosin kolme millimetriä tai sen alle. Toisessa yrityksessä hitsattavien materiaalin paksuudet ovat pääsääntöisesti yli kolme millimetriä. Työn kokeellisessa osassa vertaillaan ohuiden ja paksujen levyrakenteisten tuotteidenhitsauksen automatisoinnin yhteneväisyyksiä ja eroja teorian- ja käytännön osuuksien valossa.

Toimintasuunnitelman laatiminen ohutlevytuotteita ja hitsauskokoonpanoja valmistavalle yritykselle

Tämän diplomityön tavoitteena oli luoda ohutlevytuotteita ja hitsauskokoonpanoja valmistavalle yritykselle kokonaisvaltainen toimintasuunnitelma ja esitellä erilaisia tuotantomalleja case-esimerkkien avulla. Työn aikana kartoitettiin yrityksennykytilannetta ja ongelmakohtia, pohdittiin nykyistä konekantaa ja löytyneitä pullonkauloja. Lisäksi suunniteltiin korjaustoimenpiteitä ja mitä tulisi tehdä, kun tulevaisuudessa yrityksen liikevaihto tulee kasvamaan ja yritystä tullaan laajentamaan. Pääpaino oli myös laskelmilla, joissa selvitettiinmahdollisten investointien tuntihintaa. Tuntihinnan avulla laadittiin taulukoita, joiden avulla ulosmyyntihinta on helppo määrittää. Tuntihinta kytkettiin sijoitetulle pääomalle haluttuun tuottoprosenttiin.

Ohutlevytuotteenvalmistusteknisten piirteiden tunnistaminen ja käyttö suunnittelun apuna

Suunnittelu- ja valmistustoiminnot ovat eriytymässä myös ohutlevyteollisuudessa. Kilpailukyvyn parantamiseksi, valmistusta siirretään alihankkijoille maihin, jossa työvoima on halpaa ja suuret markkinat lähellä, tuotekehityksen ja suunnittelun jäädessä Suomeen tai muualle Länsi-Eurooppaan. Tällöin vanhan lokaalin toimintamallin synergiaedut eivät ole enää mahdollisia ja tuotteen valmistettavuuden arviointi, laadunhallinta ja komponenttien yhteensopivuuden varmistaminen on erittäin haasteellista. Tässä tutkimuksessa etsittiin uuden toimintamallin tuomiin haasteisiin vastauksia piirrepohjaisesta mallintamisesta. Tavoitteen mukaisesti, tutkimuksessa tunnistettiin ohutlevytuotteen valmistusteknilliset piirteet ja luotiin niiden mukainen piirrekaavio. Piirteiden tunnistus vaati tutkimustyötä sekä nykyaikaisten suunnittelumetodien että valmistusmenetelmien ja ohutlevymateriaalien parissa. Lisäksitarkasteltiin, millaisia vaikutuksia piirteillä on tuotteen valmistettavuuteen ja miten nämä tulee huomioida tuotteen suunnittelussa.

Ohutlevy-yrityksen mekaanisen valmistuksen tehostaminen

Diplomityön tavoitteena on tehostaa ohutlevytuotteita valmistavan yrityksen toimintaa ja parantaa tuotannon ohjattavuutta. Tuotannon tehostamisessa keskitytään minimoimaan asetusajat, pienentämään eräkokoja ja investoimaan valmistusta helpottaviin työkoneisiin tai -laitteisiin. Tuotannon ohjattavuutta kehitetään helpottamalla visuaalista seurantaa, layout-muutoksilla ja FiFo-ohjauksen käyttöönotolla. Kaikilla kehitystoimenpiteillä pyritään lyhentämään tuotannon läpimenoaikaa ja vähentämään keskeneräisen tuotannon määrää. Tavoitteena on luoda pohja Lean-valmistukselle. Kehitystoimenpiteet keskitetään useimmiten pullonkauloiksi muodostuville osastoille. Kapeikkojen avaamisessa hyödynnetään CIM-projektin mukaisesti tehtäviä investointeja. Uudella robottisärmäysyksiköllä mahdollistetaan litistäminen ja särmääminen yhdellä asetuksella. Kokoonpano-osaston sijaintia muutettiin ja osaston layoutista tehtiin linjamainen. Tuotannonohjauksen kehittämiseksi luotiin yksinkertainen kolmen askeleen kehitysmalli.

Optinen kolmiulotteinen mittaus ohutlevytuotteiden laadunvalvonnassa

Ohutlevyteollisuuden markkinatilanne on muuttunut, kun tuotantomäärät ovat kasvaneet, laatuvaatimukset tiukentuneet ja markkinat globalisoituneet. Konenäön avulla on mahdollista tehostaa laadunvalvontaa, jolloin virheet voidaan havaita nopeammin ja siten säästää tuotantokustannuksissa. Muotoiltujen ohutlevyosien tarkastamiseksi tarvitaan kolmiulotteisia mittausmenetelmiä, joilla pystytään varsin nopeasti ja tarkasti analysoimaan kappaleita. Erityisesti fotogrammetriaan perustuvaa rakenteista valoa on sovellettu erilaisissa mittalaitteissa, ja menetelmä on myös varsin joustava sekä edullinen käyttää. Fotogrammetriaan ja rakenteiseen valoon perustuvista mittalaitteista valittiin arvioitavaksi Mapvision 4D. Testeissä tutkittiin laitteen tarkkuutta, nopeutta ja soveltuvuutta teollisuusympäristöön sekä erityisesti taivutuskulmien, reikien halkaisijoidenja etäisyyksien mittaamista. Sovittamalla mitattu data CAD-malliin pystytään kappaleen mitoitus tarkastamaan vaaditulla 0,1 millimetrin tarkkuudella. Testitulosten perusteella voidaan todeta sekä mittalaitteen että mittausmenetelmän soveltuvan ohutlevykappaleiden laadunvalvontaan, kunhan reunojen määrityksessä esiintyvä säännöllinen epätarkkuus otetaan huomioon.

Development of Paperboard Forming Tools with a Focus on Intelligent Manufacturing

Tämä diplomityö käsittelee kartonginmuovaukseen käytettävien puristintyökalujen kehittämistä. Työntavoitteina oli kehittää työkalutekniikan suunnittelua ja valmistusta edullisemmaksi, nopeammaksi ja työkaluja toiminnoiltaan tehokkaammiksi. Työn tuli sisältää myös ohjeet työkalujen suunnittelemiseksi ja valmistamiseksi jatkoa ajatellen. Työn aikana selvitettiin mahdollisia työkalurakennevaihtoehtoja, valmistusmateriaaleja sekä niiden käsittelymenetelmiä ja lastuamista sekä sen tarjoamia mahdollisuuksia valmistusmenetelmänä. Työkalupari suunniteltiin modulaariseksi siten, että uusia työkaluja varten vain osa komponenteista täytyy valmistaa uudelleen, samalla työkalun osien lukumäärää pienennettiin merkittävästi. Valmistusmateriaaliksi valittiin hyvin lastuttava työkaluteräs ja sen koneistaminen tapahtui vaakakaraisessa koneistuskeskuksessa. Työn loppuvaiheessa työkalukokonaisuudelle tehtiin kustannuslaskelma jaoteltuna eri työvaiheille sekä komponenteittain. Työkalu asennettiin puristimeen ja sille suoritettiin käyttötestaus. Työn aikana karttuneen kokemuksen sekä koekäytön perusteella tehtiin jatkokehitysehdotuksia.

Joustavan robotisoidun särmäyssolun käyttöönotto levytuotetahtaalla

Diplomityön ensimmäisenä tavoitteena on selvittää robotisoidun särmäyssolun tehokkaimmat käyttöalueet särmättävien kappaleiden muotojen ja laitteiston teknisten edellytysten perusteella. Toisena tavoitteena on tuoda esille robotisoidun särmäyssolun käyttöönottoon liittyviä ongelmia ja antaa käytännön ohjeita niiden ratkaisemiseksi. Tuloksia sovelletaan jatkossa kohdeyrityksen markkinoiman särmäyssolun tuotekehitykseen. Särmäyksen automatisoinnin pääpiirteitä tarkastellaan tutkimalla markkinoilla olevien robottisolujen toimintaperiaatteita ja ohjelmointitapoja. Työssä on myös esitetty kohdeyrityksen omat tavoitteet ja lähtökohdat särmäysmenetelmien kehittämiseen, joista tärkeimmät ovat integroitavuus joustavaan valmistusjärjestelmään ja solun kehittäminen myyntiartikkeliksi. Työssä esitellään robotisoidun särmäyssolun toimintaa kuvaamalla työkierron toiminnot pääpiirteissään. Samassa yhteydessä esitellään myös solun konekanta sekä koneiden välillä tapahtuva tiedon siirto. Erityisenä mielenkiinnon kohteena ovat olleet joustavan valmistusjärjestelmän soluohjaimen toiminnot ja särmäyssolun toimivuus FMS:n osana. Analyyttisessä osuudessa tutkitaan kappaleiden särmättävyyttä robotisoidussa tuotantoratkaisussa. Lähtökohdaksi on otettu särmäyspuristimen, robotin, lisälaitteiden ja kappaleen muotojen asettamat rajoitukset sekä toisaalta robotisoinnin tuomat uudet mahdollisuudet. Tulosten perusteella robotisointi soveltuu parhaiten painaville tai monimutkaisille kappaleille, joiden manuaalisärmäys vie paljon aikaa. Taloudellisia käyttöalueita kartoitettiin tutkimalla eräkokoon, ohjelmointiajan, kappaleajan ja särmien määrän vaikutusta valmistuskustannuksiin. Robotisoinnin on todettu kannattavan yrityksissä, joissa sarjat ovat usein toistuvia ja eräkoot yli 150 kappaleen suuruisia. Kappaleen muoto ja särmien määrä vaikuttaa monin tavoin kappaleaikaan ja siten myös valmistuskustannuksiin. Robotisoinnin kannattavuutta on näissä tapauksissa arvioitava aina tapauskohtaisesti työkierron vaatimien toimintojen perusteella.

Ohutlevyn taivuttaminen pienerätuotannossa

Tutkimuksessa on selvitetty ohutlevyn taivuttamismenetelmien tärkeimmät kustannustekijät ja menetelmien taloudelliset käyttöalueet. Vertailtavina menetelminä on käsinsärmäys, robotisoitu särmäys, taivutusautomaatti ja taivutuskone. Tulosta on sovellettu Hackman Metos Oy:n keittiölaitteiden tuotantoon. Tutkimusmenetelminä oli haastattelututkimus, kirjallisuustutkimus, työntutkimustulosten käyttö, ryhmäteknologian soveltaminen ja kokeellinen tutkimus. Särmäysrobotin tärkein kustannustekijä on ohjelmointiaika, mikä vaikuttaa ratkaisevasti sen soveltuvuuteen pienerätuotantoon. Nykyisten särmäyssolujen taloudellinen käyttöalue on tuhansien kappaleiden vuosivolyymi satojen kappaleiden eräkoolla. taivutusautomaatin ohjelmointi- ja asetusajat ovat erittäin lyhyet ja sen tärkein kustannustekijä on käyttöaste. Mikäli käyttöaste on korkea, taivutusautomaatti on kannattava pienerätuotannossa pienille vuosivolyymeille. Taivutusautomaatin käyttöönotossa tuotteiden suunnittelu on tärkeä tekijä, sillä särmättäväksi suunnitellut osat eivät välttämättä sovellu taivutusautomaatilla taivutettavaksi. Taivutuskoneen investointikustannus on alhaisempi kuin särmäyspuristimen, mutta sillä on paljon tuotteen valmistettavuuden liittyviä rajoituksia. Taivutuskone on kannattava investointi, mikäli tuotannossa on paljon levyjä, joiden taivutukset ovat samaan suuntaan ja ne vaativat kaksi särmääjää. Tutkimuksen perusteella Hackman Metso Oy:ssä teknis-taloudellisin taivutusmenetelmä on käsinsärmäys. Tuotannon kasvaessa taivutusautomaatti tulee olemaan särmäysrobottia edullisempi. Taivutuskoneella on niin paljon valmistettavuusrajoituksia, että se ei sovellu yrityksen tuotantoon.

Diodilaserin käytön edellytykset ohutlevyjen hitsauksessa

Diplomityössä tutkitaan diodilaserhitsausta mahdollisena teollisuuden menetelmänä ja menetelmän vaatimuksia hitsattaessa ohutlevyjä. Työssä tutkittavat materiaalit ovat kylmävalssattu teräs ja ruostumaton teräs sekä liitosmuotoina päittäis-, laippa- ja päällekkäisliitos. Materiaalivahvuudet ovat 0,50 mm:stä 1,50 mm:iin. Työn tavoitteena on määrittää näille kyseisille materiaaleille ja liitosmuodoille hitsausnopeus levynvahvuuden funktiona. Lisäksi käsitellään diodilaserin rakennetta, säteen muodostusta, säteen muokkaamista, säteen analysointia ja säteen turvallisuuteen liittyviä asioita. Suoritetaan vertailua käytössä oleviin muihin lasertyöstömenetelmiin konepajoissa ja tehdään arvio mahdollisen diodilaserinvestoinnin kannattavuudesta. Diodilaserhitsauskokeissa käytettiin Hämeen ammattikorkeakoulun Riihimäen yksikön 1 kW:n tehoista diodilaseria. Koekappaleet leikattiin suuntaisleikkurilla. Osalle hitsatuista kappaleista tehtiin poikittaiset vetokokeet ja mitattiin mikrokovuudet. Virheitä tutkittiin silmämääräisesti sekä radiografisella kuvauksella. Kaikille tutkituille liitoksille, materiaaleille ja vahvuuksille saatiin määriteltyä hitsausnopeudet. Tehtyjen testien perusteella suuntaisleikkurin käyttö on mahdollista. Lisäksi havaittiin suojakaasun käytön myötä, että kirkkaan sulan aiheuttama heijastavuuden kasvu edellyttää hitsausnopeuden pienentämistä.

Aihiovalmistustoiminnan kehittäminen ohutlevytuotetehtaassa

Työ käsittelee aihiovalmistustoiminnan kehittämistä ohutlevytuotetehtaassa. Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää aihiovalmistustiimin toiminnan edellytyksiä uudistuvan laitekannan tuomien mahdollisuuksien avulla muuttuvassa johtamiskulttuurissa. Kirjallisuusosassa tarkastellaan konepajatoiminnan tunnuslukuja ja ohutlevytekniikoiden teoriaa. Konepajatekniikan ohella käsitellään mm. johtamismenetelmien kehitystä yleisesti sekä erityisesti prosessijohtamista. Kokeellisessa osassa tarkastellaan eri raaka-ainevaihtoehtojen soveltuvuutta ohutlevytuotteille ja –rakenteille sekä materiaalikäytön kehittämisen kustannusvaikutuksia. Laiteinvestoinnin vaikutuksia tarkastellaan käytössä olevan konekapasiteetin hyödyntämisen kannalta. Aihiovalmistustoiminnan kehittämistä tarkastellaan kahden vuoden aikajänteellä, jona aikana kohdeyrityksessä ollaan implementoimassa prosessijohtamiseen perustuvaa prosessiorganisaatiomallia. Tutkimustuloksia tullaan hyödyntämään kohdeyrityksen operatiivisessa työskentelyssä.

Levypyörien keskiöiden valmistuksen ja puristintyövaiheen kehittäminen

Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää levypyörien keskiöiden valmistuksen ja raskaiden puristintöiden kehittämisen vaihtoehdot. Työn teoriaosassa on esitelty levypyörien keskiöiden valmistuksessa käytettäviä meistoteknisiä menetelmiä ja puristintyövaiheen materiaalinkäsittelyn sekä työkalujen käsittelyn ja vaihdon kehittämisratkaisuja. Lisäksi on käsitelty teollisuusrobottien käyttöä puristintöiden kappaleenkäsittelyssä sekä puristintöiden työturvallisuutta. Tuotannon kehittämistarpeiden löytämiseksi työssä analysoitiin keskiötuotannon nykytilaa. Analyysiin perusteella tutkittiin vaihtoehtoisten valmistusmenetelmien käyttöä keskiöiden valmistuksessa sekä puristinosaston layoutin kehittämismahdollisuuksia. Lisäksi selvitettiin erilaisten työkalujen ja työkappaleiden käsittelyssä käytettävien järjestelmien soveltuvuutta raskailla epäkeskopuristimilla suoritettaviin levytöihin. Vaihtoehtoisten valmistusmenetelmien käytön kannattavuutta arvioitiin selvittämällä kappalekohtaiset valmistuskustannukset eri menetelmiä käytettäessä. Puristintöiden kehittämisvaihtoehtojen kannattavuutta selvitettiin alustavasti arvioimalla muutamien työkalujen ja työkappaleiden käsittelyratkaisujen vaatimien investointien suuruutta sekä investointien edellyttämiä tuottoja. Työssä selvitettiin levypyörien keskiöiden valmistuksen ja raskailla epäkeskopuristimilla suoritettavien levytöiden kehittämistarpeita ja kehittämisvaihtoehtoja. Tehdyn selvityksen ja työssä esitettyjen kehitysehdotusten perusteella voidaan tehdä kehityssuunnitelma levypyörien keskiöiden valmistuksen ja puristintyövaiheen kehittämiseksi havaittujen kehitystarpeiden mukaisesti.

Ohutlevyosien valmistuskustannukset ja kansainvälinen hankintastrategia

Työn tarkoituksena on kehittää hankinnan päätöksentekoa tukeva ohutlevyosien valmistuskustannusten laskentamenetelmä toimintolaskentaan pohjautuen. Laskentamenetelmä koostuu valmistukseen kuluvan ajan laskennassa käytettävistä funktioista sekä konetuntihinnoista. Hankintatoimen päätöksistä käsitellään toimittajanvalintaa, jossa yhtenä vaihtoehtona on hankkiminen Kiinasta. Toimittajanvalinnan kriteereitä ovat tällöin hankintahinnan lisäksi kuljetuskustannukset, laatu sekä toimitusvarmuus. Myös kansainvälisen hankinnan Kiinasta erityispiirteitä käsitellään. Hankkiminen Kiinasta koetaan vielä melko ongelmallisena etenkin laadun ja toimitusvarmuuden osalta. Erityisen huomioitavaa on, että hankintahintojen alhaisuus on osakohtaista. Suurin riski hankinnan kannattavuudelle aiheutuu valuuttakursseista. Osto-organisaation yhteistyötä alihankkijoiden sekä muiden osastojen kanssa parantamalla voidaan välttää hankittavien ohutlevyosien laatuongelmia. Suomalaisten alihankkijoiden kanssa kustannuslaskentamallia avoimeen hinnoitteluun soveltamalla hankintakustannuksia voidaan alentaa.