Cost information in engineering design -Potentials and limitations of activity-based costing

The purpose of this thesis is to analyse activity-based costing (ABC) and possible modified versions ofit in engineering design context. The design engineers need cost information attheir decision-making level and the cost information should also have a strong future orientation. These demands are high because traditional management accounting has concentrated on the direct actual costs of the products. However, cost accounting has progressed as ABC was introduced late 1980s and adopted widely bycompanies in the 1990s. The ABC has been a success, but it has gained also criticism. In some cases the ambitious ABC systems have become too complex to build,use and update. This study can be called an action-oriented case study with some normative features. In this thesis theoretical concepts are assessed and allowed to unfold gradually through interaction with data from three cases. The theoretical starting points are ABC and theory of engineering design process (chapter2). Concepts and research results from these theoretical approaches are summarized in two hypotheses (chapter 2.3). The hypotheses are analysed with two cases (chapter 3). After the two case analyses, the ABC part is extended to cover alsoother modern cost accounting methods, e.g. process costing and feature costing (chapter 4.1). The ideas from this second theoretical part are operationalized with the third case (chapter 4.2). The knowledge from the theory and three cases is summarized in the created framework (chapter 4.3). With the created frameworkit is possible to analyse ABC and its modifications in the engineering design context. The framework collects the factors that guide the choice of the costing method to be used in engineering design. It also illuminates the contents of various ABC-related costing methods. However, the framework needs to be further tested. On the basis of the three cases it can be said that ABC should be used cautiously when formulating cost information for engineering design. It is suitable when the manufacturing can be considered simple, or when the design engineers are not cost conscious, and in the beginning of the design process when doing adaptive or variant design. If the design engineers need cost information for the embodiment or detailed design, or if manufacturing can be considered complex, or when design engineers are cost conscious, the ABC has to be always evaluated critically.

Welding time models for cost calculations in the early stages of the design process

It is generally accepted that between 70 and 80% of manufacturing costs can be attributed to design. Nevertheless, it is difficult for the designer to estimate manufacturing costs accurately, especially when alternative constructions are compared at the conceptual design phase, because of the lack of cost information and appropriate tools. In general, previous reports concerning optimisation of a welded structure have used the mass of the product as the basis for the cost comparison. However, it can easily be shown using a simple example that the use of product mass as the sole manufacturing cost estimator is unsatisfactory. This study describes a method of formulating welding time models for cost calculation, and presents the results of the models for particular sections, based on typical costs in Finland. This was achieved by collecting information concerning welded products from different companies. The data included 71 different welded assemblies taken from the mechanical engineering and construction industries. The welded assemblies contained in total 1 589 welded parts, 4 257 separate welds, and a total welded length of 3 188 metres. The data were modelled for statistical calculations, and models of welding time were derived by using linear regression analysis. Themodels were tested by using appropriate statistical methods, and were found to be accurate. General welding time models have been developed, valid for welding in Finland, as well as specific, more accurate models for particular companies. The models are presented in such a form that they can be used easily by a designer, enabling the cost calculation to be automated.

Spray coating technique asa surface treatment for woodcontaining paper grades

The objective of this work was to introduce the emerging non-contacting spray coating process and compare it to the existing coating techniques. Particular emphasis was given to the details of the spraying process of paper coating colour and the base paper requirements set by the new coating method. Spraying technology itself is nothing new, but the atomisation process of paper coating colour is quite unknown to the paper industry. The differences between the rheology of painting and coating colours make it very difficult to utilise the existing information from spray painting research. Based on the trials, some basic conclusion can be made:The results of this study suggest that the Brookfield viscosity of spray coating colour should be as low as possible, presently a 50 mPas level is regarded as an optimum. For the paper quality and coater runnability, the solids level should be as high as possible. However, the graininess of coated paper surface and the nozzle wear limits the maximum solids level to 60 % at the moment. Most likelydue to the low solids and low viscosity of the coating colour the low shear Brookfield viscosity correlates very well with the paper and spray fan qualities. High shear viscosity is also important, but yet less significant than the low shear viscosity. Droplet size should be minimized and besides keeping the brrokfield viscosity low that can be helped by using a surfactant or dispersing agent in the coating colour formula. Increasing the spraying pressure in the nozzle can also reduce the droplet size. The small droplet size also improves the coating coverage, since there is hardly any levelling taking place after the impact with the base paper. Because of the lack of shear forces after the application, the pigment particles do not orientate along the paper surface. Therefore the study indicates that based on the present know-how, no quality improvements can be obtained by the use of platy type of pigments. The other disadvantage of them is the rapid deterioration of the nozzle lifetime. Further research in both coating colour rheology and nozzle design may change this in the future, but so far only round shape pigments, like typically calcium carbonate is, can be used with spray coating. The low water retention characteristics of spray coating, enhanced by the low solids and low viscosity, challenge the base paper absorption properties.Filler level has to be low not to increase the number of small pores, which have a great influence on the absorption properties of the base paper. Hydrophobic sizing reduces this absorption and prevents binder migration efficiently. High surface roughness and especially poor formation of the base paper deteriorate thespray coated paper properties. However, pre-calendering of the base paper does not contribute anything to the finished paper quality, at least at the coating colour solids level below 60 %. When targeting a standard offset LWC grade, spraycoating produces similar quality to film coating, but yet blade coating being on a slightly better level. However, because of the savings in both investment and production costs, spray coating may have an excellent future ahead. The porousnature of the spray coated surface offers an optimum substrate for the coldset printing industry to utilise the potential of high quality papers in their business.

Logging residues from regeneration fellings for biofuel production - a GIS-based availability and supply cost analysis

Finland has large forest fuel resources. However, the use of forest fuels for energy production has been low, except for small-scale use in heating. According to national action plans and programs related to wood energy promotion, the utilization of such resources will be multiplied over the next few years. The most significant part of this growth will be based on the utilization of forest fuels, produced from logging residues of regeneration fellings, in industrial and municipal power and heating plants. Availability of logging residues was analyzed by means of resource and demand approaches in order to identify the most suitable regions with focus on increasing the forest fuel usage. The analysis included availability and supply cost comparisons between power plant sites and resource allocation in a least cost manner, and between a predefined power plant structure under demand and supply constraints. Spatial analysis of worksite factors and regional geographies were carried out using the GIS-model environment via geoprocessing and cartographic modeling tools. According to the results of analyses, the cost competitiveness of forest fuel supply should be improved in order to achieve the designed objectives in the near future. Availability and supply costs of forest fuels varied spatially and were very sensitive to worksite factors and transport distances. According to the site-specific analysis the supply potential between differentlocations can be multifold. However, due to technical and economical reasons ofthe fuel supply and dense power plant infrastructure, the supply potential is limited at plant level. Therefore, the potential and supply cost calculations aredepending on site-specific matters, where regional characteristics of resourcesand infrastructure should be taken into consideration, for example by using a GIS-modeling approach constructed in this study.

Voimalaitosten investointi- ja energiantuotantokustannusten arviointi

Investointi- ja energiantuotantokustannusten arviointi ja määrittäminen projektin alkuvaiheessa on olennainen osa voimalaitoksen elinkaaritiedon hallintaa. Tällöin tehdään investointi- ja energiantuotantokustannusten vertailua voimalaitosten kesken, joiden perusteella käytettävä voimalaitoskonsepti valitaan kompromissina toisaalta taloudellisen ja toisaalta suorituskyvyiltään tehokkaan voimalaitoksen väliltä. Koska investointikustannukset vaikuttavat suuresti energiatuotantokustannuksiin, on investointikustannusten arvioimisella suuri rooli voimalaitoskonseptia valittaessa. Investointikustannusten arviointimenetelmien käyttö eri projektivaiheissa riippuu pitkälti käytettävästä toteutuneesta kustannustiedosta sekä siitä, mihin tarkkuustasoon on kunkin projektin vaiheessa tarkoituksenmukaista pyrkiä. Suuren kustannusdatan avulla päästään vähilläkin lähtötiedoilla hyvään kustannusarvion tarkkuuteen. Projektin alkuvaiheessa ei kuitenkaan kannata uhrata liikaa aikaa kustannusarvion laatimiseen, koska arvioinnin kustannus kasvaa tarkkuuden myötä. Tässä työssä pyrittiin löytämään riippuvuussuhteita voimalaitosten kustannusten ja suoritusarvojen välille. Havaittujen riippuvuussuhteiden perusteella määritettiin in-vestointi- ja sähköntuotantokustannukset noin 50:lle voimalaitokselle. Investointi-kustannukset jaettiin 23:een kustannuskomponenttiin koneiden ja laitteiden sekä ra-kennusteknisten töiden kustannusryhmiin. Lisäksi kokonaisinvestointiin sisältyy projektikustannukset, rakennusaikaiset korot ja varaus. Laskettujen voimalaitosten avulla muodostettiin oma laskentaohjelmisto investointi- ja energiantuotantokustan-nusten arviointiin sekä talletukseen. Ohjelmistolla pyritään yhdenmukaistamaan kustannusarvioiden laadintaa samalla vähentäen arvioissa esiintyvää inhimillisen virheen todennäköisyyttä.

Joustava hitsausautomaatio piensarjatuotannossa

Kustannuspaineet, tuotteiden laatuvaatimukset ja lisääntyvässä määrin myös ammattitaitoisen työvoiman pula lisäävät robotisoinnin käyttötarvetta hitsauksessa. Tämä työ on tehty edellä mainituista lähtökohdista ja käsittelee robottihitsausjärjestelmän suunnitteluprojektia, joustavaa hitsausautomaatiota ja robotiikan soveltamista. Näkökohtana on Savonia-ammattikorkeakoulun sekä Pohjois-Savon alueen yritysten tutkimus-, kehitys- ja koulutustoiminnan tarpeet. Joustavuus on hitsausjärjestelmän päätavoite, jolla pyritään vastaamaan asiakasohjautuvan yksittäis- ja piensarjatuotannon haasteisiin. Ratkaisua yksittäis- ja piensarjatuotteiden kokonaistaloudelliseen hitsaukseen on haettu hitsausrobotin rinnalle lisätyllä apurobotilla, jonka päätehtävä on kappaleenkäsittely, mutta sitä voidaan käyttää myös mm. robotisoituun leikkauksen ja särmäykseen. Tavallisuudesta poikkeavaa järjestelmäratkaisua on perusteltu sillä, että ohjaus- ja ohjelmointitekniikan sekä kehittyneen anturoinnin myötä on robottien käytettävyys parantunut ja aiempaa haasteellisempien robottijärjestelmien toteuttaminen on tullut näin mahdolliseksi. Lisäksi virtuaalimallinnus, simulointi ja etäohjelmointi ovat työkaluja, joita voidaan käyttää mm. tuotannon laadun ja tehokkuuden parantamiseen. Työssä esitetty robottiaseman suunnittelu alkaa järjestelmän määrittelystä, vaatimuslistan laadinnasta sekä visioinnista ja päättyy kolmen järjestelmävaihtoehdon vertailuun. Esitetyillä järjestelmävaihtoehdoilla on haettu mahdollisuutta yhdistää yleensä erillisinä toteutettuja työvaiheita yhteiseen soluun. Tuotannon joustavuus on ollut tuotantokapasiteettia tärkeämpi laitteistokokoonpanon valintaperuste.

Teollisuuskylmälaitoksen tekniikka ja kustannukset

Työssä on tarkasteltu kompressori- ja absorptiokylmälaitoksien teknisiä ratkaisuja ja laitoksien investointi- ja käyttökustannuksia. Työssä on keskitytty laitoksiin, jotka tuottavat alle nolla Celsiusasteen lämpötiloja. Esimerkkitapauksessa on selvitetty panimon ja meijerin kylmälaitoksen tekniikka ja kustannukset. Tutkimus perustuu kirjallisuuteen, haastatteluihin ja mittaustuloksiin. Kirjallisuuden avulla on selvitetty kylmälaitoksien tekniikkaa ja kustannusten muodostumista. Haastattelujen avulla on kerätty tietoa esimerkkikohteen nykyisistä laitteista, tulevaisuuden kylmätarpeesta ja kohteeseen sopivista laiteratkaisuista. Mittaustietojen avulla on arvioitu kylmäenergian tarve. Työn avulla on saatu näkemys esimerkkikohteeseen sopivasta kylmälaitoksesta ja sen aiheuttamista kustannuksista. Näiden tietojen avulla voidaan selvittää mahdollisten kylmäasiakkaiden kiinnostus kylmäenergian ostamiseen. Hankkeen toteutuessa työtä voidaan käyttää pohjana laitoksen ja kylmätoiminnan suunnittelussa.

Data collection and criticality analysis for cost effective maintenance during the life cycle of a flue gas line

Työn tarkoituksena oli kerätä käyttövarmuustietoa savukaasulinjasta kahdelta suomalaiselta sellutehtaalta niiden käyttöönotosta aina tähän päivään asti. Käyttövarmuustieto koostuu luotettavuustiedoista sekä kunnossapitotiedoista. Kerätyn tiedon avulla on mahdollista kuvata tarkasti laitoksen käyttövarmuutta seuraavilla tunnusluvuilla: suunnittelemattomien häiriöiden lukumäärä ja korjausajat, laitteiden seisokkiaika, vikojen todennäköisyys ja korjaavan kunnossapidon kustannukset suhteessa savukaasulinjan korjaavan kunnossapidon kokonaiskustannuksiin. Käyttövarmuustiedon keräysmetodi on esitelty. Savukaasulinjan kriittisten laitteiden määrittelyyn käytetty metodi on yhdistelmä kyselytutkimuksesta ja muunnellusta vian vaikutus- ja kriittisyysanalyysistä. Laitteiden valitsemiskriteerit lopulliseen kriittisyysanalyysiin päätettiin käyttövarmuustietojen sekä kyselytutkimuksen perusteella. Kriittisten laitteiden määrittämisen tarkoitus on löytää savukaasulinjasta ne laitteet, joiden odottamaton vikaantuminen aiheuttaa vakavimmat seuraukset savukaasulinjan luotettavuuteen, tuotantoon, turvallisuuteen, päästöihin ja kustannuksiin. Tiedon avulla rajoitetut kunnossapidon resurssit voidaan suunnata oikein. Kriittisten laitteiden määrittämisen tuloksena todetaan, että kolme kriittisintä laitetta savukaasulinjassa ovat molemmille sellutehtaille yhteisesti: savukaasupuhaltimet, laahakuljettimet sekä ketjukuljettimet. Käyttövarmuustieto osoittaa, että laitteiden luotettavuus on tehdaskohtaista, mutta periaatteessa samat päälinjat voidaan nähdä suunnittelemattomien vikojen todennäköisyyttä esittävissä kuvissa. Kustannukset, jotka esitetään laitteen suunnittelemattomien kunnossapitokustannusten suhteena savukaasulinjan kokonaiskustannuksiin, noudattelevat hyvin pitkälle luotettavuuskäyrää, joka on laskettu laitteen seisokkiajan suhteena käyttötunteihin. Käyttövarmuustiedon keräys yhdistettynä kriittisten laitteiden määrittämiseen mahdollistavat ennakoivan kunnossapidon oikean kohdistamisen ja ajoittamisen laitteiston elinaikana siten, että luotettavuus- ja kustannustehokkuusvaatimukset saavutetaan.

The development of an information infrastructure for cost estimating in the automotive industry

Työn tavoitteena on luoda yleinen informaatioinfrastruktuuri autoteollisuuden valmistuskustannusten arviointiin. Nykyään tämä kustannusarviointi on laajassa käytössä oleva menetelmä. Se mahdollistaa tuotekustannusten hallitsemisen, mikä lisää autovalmistajien kilpailukykyä. Kustannusarvioinnissa tarvitaan laadukasta tietoa, mutta suoritetussa tutkimuksessa paljastui, että useat seikat haittaavat tätä arviointia. Erityisesti resurssien vähyys, tiedonhankinta ja tiedon luotettavuuden varmentaminen aiheuttavat ongelmia. Nämä seikat ovat johtaneet kokemusperäisen asiantuntemuksen laajaan käyttöön, minkä johdosta erityisesti kokemattomilla kustannusarvioijilla on vaikeuksia ymmärtää kustannusarvioiden tietovaatimuksia. Tämän johdosta tutkimus tuo esiin kokeneiden kustannusarvioijien käyttämiä tietoja ja tietolähteitä päämääränä lisätä kustannusarvioiden ymmärtämistä. Informaatioinfrastruktuuri, joka sisältää tarvittavan tiedon järkevien ja luotettavien kustannusarvioiden luontiin, perustuu tutkimuksen tuloksiin. Infrastruktuuri määrittelee tarvittavan kustannustiedon ja niiden mahdolliset tietolähteet. Lisäksi se selvittää miksi tieto on tarpeellista ja miten tiedon oikeellisuus pitäisi varmentaa. Infrastruktuuria käytetään yhdessä yleisen kustannusarvioprosessimallin kanssa. Tämä integrointi johtaa tarkempiin ja selkeämpiin kustannusarvioihin autoteollisuudessa.

Cost efficient extractive removal of birch pulp

Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää kustannustehokkaita keinoja uuteaineiden vähentämiseksi koivusulfaattimassasta. Uuteaineet voivat aiheuttaa ongelmia muodostaessaan saostumia prosessilaitteisiin. Saostumat aiheuttavat tukkeumia ja mittaushäiriöitä, mutta irrotessaan ne myös huonontavat sellun laatua. Lopputuotteeseen joutuessaan ne voivat lisäksi aiheuttaa haju- ja makuhaittoja, joilla on erityistä merkitystä esimerkiksi valmistettaessa elintarvikekartonkeja. Tämä työ tehtiin Stora Enson sellutehtaalla, Enocell Oy:llä, Uimaharjussa. Teoriaosassa käsiteltiin uuteaineiden koostumusta ja niiden aiheuttamia ongelmia sellu– ja paperitehtaissa. Lisäksi koottiin aikaisempien tehdaskokeiden fysikaalisia ja kemiallisia keinoja vähentää koivu-uutetta. Tarkastelualueina olivat puunkäsittely, keitto, pesemö ja valkaisu. Kokeellisessa osassa suoritettiin esikokeita laboratorio- ja tehdasmittakaavassa, jotta saavutettaisiin käytännöllistä tietoa itse lopuksi tehtävää tehdasmittakaavan koetta varten. Laboratoriokokeissa tutkittiin mm. keiton kappaluvun, lisäaineiden ja hartsisaippuan vaikutusta koivu-uutteeseen. Lisäksi suoritettiin myös happo- (A) ja peretikkahappovaiheen (Paa) laboratoriokokeet. Tehdasmittakaavassa tarkasteltiin mm. keiton kappaluvun, pesemön lämpötilan, A-vaiheen, valkaisun peroksidi- ja Paa-vaiheen vaikutusta koivu-uutteeseen. Uutteenpoistotehokkuutta eri menetelmien välillä vertailtiin niin määrällisesti kuin rahallisesti. Uutteenpoistotehokkuudella mitattuna vertailuvaihe oli tehokkain pesemön loppuvaiheessa ja valkaisun alkuvaiheessa. Pesemön loppuvaiheessa uutteenpoistoreduktiot olivat noin 30 % ja valkaisun alkuvaiheessa 40 %. Peroksidivaihe oli tehokkain käytettynä valkaisun loppuvaiheessa noin 40 % reduktiolla. Kustannustehokkuudella mitattuna tehokkaimmaksi osoittautui A-vaihe yhdessä peroksidivaiheen kanssa. Säästöt vertailujaksoon verrattuna olivat noin 0.3 €/ADt. Lisäksi kyseinen yhdistelmä osoittautui hyväksi keinoksi säilyttää uutetaso alle maksimirajan kuitulinja 2:lla, kun kuitulinjalla 1 tuotettiin samanaikaisesti armeeraussellua.

Suunnitelma lähiverkon toteuttamiseksi oppilaitoksessa

Lähiverkkojen tehtävänä on toimia alustana useille eri tekniikoille ja palveluille. Verkossa liikkuu dataliikenteen lisäksi myös puhetta ja kuvaa. Lähiverkko mahdollistaa oheislaitteiden, kuten tiedostopalvelimien ja tulostimien, jakamisen ja käyttämisen koko lähiverkon alueelta. Organisaation lähiverkkoja voidaan yhdistää teleoperaattoreiden toimesta joten on vaikeaa enää määritellä lähiverkkoa tarkasti. Työssä on käyty läpi Ethernet-tekniikan peruselementit ja verkkotopologiat. Selvitystyö kattaa koko Ethernetin kehityshistorian jaetun media väylästä nykyaikaiseen täysin kytkentäiseen Ethernettiin asti sekä sen eri kaapelointimahdollisuudet. Verkoissa liikennöintiin ja valvontaan tarvittavien protokollien ja palveluiden toiminta on esitelty, samoin kuin tyypillisempien verkon aktiivilaitteiden toiminta. Verkon nykytilan kartoituksen kautta lopputuloksena esitetään uuden verkon fyysinen rakenne sekä verkon toiminnan kannalta keskeisimmät palvelut. Verkon fyysinen rakenne perustuu yleiskaapelointistandardiin EN 50173-1. Verkossa tapahtuvan ja verkkoon kohdistuvan opetuksen erityispiirteistä ja ongelmista esitetään ratkaisut niin teknisistä kuin tietoturvallisuuden näkökohdista . Kustannusarviossa keskitytään verkon komponenttien hintoihin ja tehdään vertailu kahden eri kytkimen hinnoista ja ominaisuuksista. Johtopäätöksissä pohditaan verkonsuunnittelun uusia suuntia SAN-verkkojen näkökulmasta.