Kaakkois-Suomen metsäklusterin innovatiiviset kehittämisprosessit

Avoin globaali liiketoimintaympäristö tuo jatkuvasti uusia haasteita metsäteollisuudelle ja sitä kautta koko metsäklusterille, ja kilpailussa menestyminen edellyttää proaktiivista lähestymistapaa. Diplomityön tarkoituksena on kartoittaa metsäklusterin tulevaisuudennäkymiä sekä esittää näkemyksiä ja ajatuksia siitä, miten Kaakkois-Suomen osaamiskeskus (Koske) voisi jatkossa omalta osaltaan edesauttaa Kaakkois-Suomen metsäklusterin edellytyksiä menestyä globaalissa kilpailussa. Työssä on hyödynnetty skenaariomenetelmää, jonka tuloksena syntyi metsäklusterin skenaarionelikenttä. Tutkimus toi esille myös näkemyksiä siitä, mitä skenaarionelikentän skenaarioista Kaakkois-Suomessa tulisi lähteä aktiivisesti tavoittelemaan, ja millaisia toimenpiteitä tämä edellyttää. Kun perinteiset kilpailuedun lähteet murentuvat, ja tuotanto sekä kysyntä siirtyvät yhä enemmän nouseville talousalueille, on toimintatavoissa tapahduttava merkittäviä muutoksia. Tavoiteltava skenaario mahdollistaa pääsyn uusille kasvumarkkinoille innovatiivisuuden ja asiakaslähtöisyyden kautta sekä edellyttää tehokkaamman metsäklusteria tukevan innovaatioketjun rakentamista, eli panostusta alueelliseen innovaatioympäristöön. Mallissa tuetaan pienten, innovatiivisten, yritysten alkutaivalta tarjoamalla niille tukea, osaamista ja rahoitusta. Innovaatioympäristön kehittäminen voisi tapahtua laajan alueellisen ohjelman avulla. Kuitenkin myös pienemmillä kehityshankkeilla on tärkeä merkitys päämäärien saavuttamisessa.

Hakkuriteholähteen säädön suunnittelu

Diplomityö on tehty osana ETX-tutkimushanketta: 'Volyymiteholähteen suunnittelumetodien kehitys ja optimointi DFM-viitekehyksessä'. Työssä suunnitellaan hakkuriteholähteelle säätäjä. Tähän suunnittelun sektoriin syventyminen on teollisuudessa jäänyt monesti vähälle. Säätö on tavallisesti ajan puutteen ja apuvälineiden käytön osaamattomuuden tai puuttumisen takia suunniteltu kokeilemalla. Työssä muodostetaan jännitemuotoisesti säädetylle hakkurille piensignaalimallilla linearisoidut siirtofunktiot, joiden perusteella voidaan tarkastella hakkurin stabiilisuutta takaisinkytketyssä säätösilmukassa. Stabiiliustarkastelu tehdään taajuustasossa käyttäen Bode-kuvaajia. Näiden kuvaajien perusteella viritetään järjestelmään säätäjä. Säätäjän toimintaa aikatasossa tarkastellaan simuloimalla ja reaalisen laitteen toimimista laboratorioprototyypin avulla. Tulosten perusteella voidaan todeta, että jännitemuotoisella säädöllä flyback-hakkuri saadaan nopeaksi epäjatkuvalla käämivirralla. Mikäli halutaan hakkurin toimivan jatkuvalla käämivirralla, on syytä käyttää muita säätömenetelmiä, esimerkiksi huippuvirtasäätöä.

Customer Expectations and Organizational Buying Behavior in the Flexible Packaging Markets

Tämä työ on tehty yhteistyössä kansainvälisen metsäteollisuusyrityksen Stora Enson kanssa. Työ on osa Stora Enson strategiaa kehitettäessä uusia ja innovatiivisia pakkausmateriaaleja ja ratkaisuja joustopakkausmarkkinoille. Työn päätavoitteina oli selvittää, millaisia odotuksia tuotemerkkienomistajilla ja jatkojalostajilla on joustopakkauksista ja kuinka pakkausten ostopäätökset syntyvät monitahoisessa liikeympäristössä. Työn teoreettinen viitekehys jaettiin kahteen osaan. Asiakasodotuksia lähestyttiin tutkimalla eri palvelu- ja tuotelaadun ulottuvuuksia, ja teollisuuden ostokäyttäytymistä tutkittiin organisaatioiden ostokäyttämistä kuvaavien mallien avulla. Työn empiirisessä osuudessa käytettiin laadullista tutkimusmenetelmää käsittäen asiakashaastatteluja lähinnä Yhdysvalloissa. Haastateltavat yritykset koostuivat maailman johtavista kuluttajatuotteita valmistavista yrityksistä sekä jatkojalostajista. Tutkimustulosten mukaan odotukset pakkauksista liittyvät lähinnä tuotteen suojaamiseen sekä myynnin edistämiseen. Pääodotuksina on myös saada mahdollisimman edullisia papereita, mahdollisimman hyvillä barrier- ja paino-ominaisuuksilla. Tutkimustulokset osoittavat myös, että paperiyhtiöt ovat epäonnistuneet tekemään itseään tunnetuksi teollisuudelle ja heidän odotetaan olevan tulevaisuudessa aggressiivisempia ja innovatiivisempia. Tuotemerkkienomistajat ostavat pakkaukset ja pakkausmateriaalit normaalisti mieluiten jatkojalostajiensa kautta, mutta silti he toivovat yhteistyötä paperintoimittajien kanssa kunhan vain myös jatkojalostajat sisällytetään toimintaan mukaan.

Toimitusketjun kehittäminen logistiikkaintegraattorin avulla

Globaalissa taloudessa yritysten rakenteet ovat kehittyneet yhteistyöverkostoiksi, joissa yritykset pyrkivät keskittymään ydinosaamiseensa ja tuottamaan muut toiminnot yhteistyökumppaneilla. Nykyisin yhä suurempi osa myös logistisista toiminnoista tuotetaan kolmansilla osapuolilla. Logistiikan piirissä saavutettavat synergiaedut ovat suuret ja monet yritykset niitä ovat myös jo saavuttaneet. Menestyksekkäät esimerkit ulkoistamisista ja toisaalta kehittyvän tietotekniikan tuomat uudet toimintamahdollisuudet johtavat ulkoistamisen, 3PL toiminnan, entistäkin suurempaan suosioon. Ongelmaksi on yrityksille muodostunut yhteistyökumppaneiden suuri määrä. Kun ydinosaamisalueen ulkopuolisia tehtäviä on jaettu useille eri yritykselle, tulee yhteistyöverkoston hallinnasta haasteellinen tehtävä, ja siihen vaaditaan kalliita tietojärjestelmiä. Kustannusten säästö saattoi kuitenkin olla ulkoistaneen yrityksen motiivi! Kaiken lisäksi toimitusketjun hallinnan periaatteiden mukaisesti tiukka toimitusketjun sisäinen koordinointi on välttämättömyys arvoprosessin tehokkuuudelle. Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää 4PL toimintamallin logiikka, sekä kuinka sitä voidaan käyttää ratkaisemaan 3PL toiminnan ongelmakohtia. Case osuudessa esitellään kahden haastateluin selvitetyn logistiikkaintegraattorin toiminta ja tarkastellaan niiden toiminnan pohjalta teoreettista mallia. Tutkimuksen toisena päätavoitteena on selvittää toimitusketjun hallinnan periaatteet kehitettäessä toimitusketjua sekä tutkia 4PL toimintamallia näiden teorioiden valossa. Tutkielmassa esitetään toimitusketjun hallinnan integraatiofilosofian mukaiset periaatteet, jossa integroidaan toimitusketjun 8 avainprosessia. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että joint venture yrityksenä perustettavan logistiikkaintegraattorin käyttö toimitusketjussa voi parantaa ennenkaikkea koordinointiongelmia, pienentää logistisia kustannuksia, sekä tehokkaasti vähentää niitä ongelmia, joita kolmannen osapuolen palveluntarjoajien käyttö yritykselle aiheuttaa. Tutkimuksessa esitetään myös kuinka logistiikkaintegraattorin toimintaperiaatteita voidaan laajentaa arvoketjuintegraattoriksi ja kuinka se voi auttaa toimitusketjun avainprosessien integroinnissa, synergiaetujen hyödyntämisessä ja koko toimitusketjun tehokkaassa hallinnassa.

Calculation analysis of energy saving tools for fan and pump applications

This thesis analyses the calculation of FanSave and PumpSave energy saving tools calculation. With these programs energy consumption of variable speed drive control for fans and pumps can be compared to other control methods. With FanSave centrifugal and axial fans can be examined and PumpSave deals with centrifugal pumps. By means of these programs also suitable frequency converter can be chosen from the ABB collection. Programs need as initial values information about the appliances like amount of flow and efficiencies. Operation time is important factor when calculating the annual energy consumption and information about it are the length and profile. Basic theory related to fans and pumps is introduced without more precise instructions for dimensioning. FanSave and PumpSave contain various methods for flow control. These control methods are introduced in the thesis based on their operational principles and suitability. Also squirrel cage motor and frequency converter are introduced because of their close involvement to fans and pumps. Second part of the thesis contains comparison between results of FanSave’s and PumpSave’s calculation and performance curve based calculation. Also laboratory tests were made with centrifugal and axial fan and also with centrifugal pump. With the results from this thesis the calculation of these programs can be adjusted to be more accurate and also some new features can be added.

PGW-linjan käyttövarmuuden ja kunnossapidon tehokuuden parantaminen kiinteällä kunnonvalvonnalla

Tämän diplomityön lähtökohtana on tutkia kiinteän kunnonvalvonnan ja ehkäisevän kunnossapidon edellytyksiä ja mahdollisuuksia Anjalan Paperitehtaan painehiomossa. Työn tavoitteena on kunnossapidon kustannustehokkuuden parantaminen ja häiriöaikojen vähentäminen ja sitä kautta koko tuotantoprosessin tuottavuuden nostaminen. Työn alussa tarkastellaan tämänhetkisiä prosessilaitteiston häiriötekijöitä ja kunnossapidon vaikutusmahdollisuuksia häiriöiden korjaukseen ja kustannuksiin. Tarkastelun perusteella päädyttiin painehiomossa ehkäisevän kunnossapidon määrän nostamiseen ja kiinteän kunnonvalvontajärjestelmän käyttöönottoon H4-linjalla. Jatkuvatoimisen kunnonvalvonnan edut tutkimuksen ja teorian perusteella ovat laitteiden käyttövarmuuden olennainen paraneminen ja kunnossapitokustannusten aleneminen. Työn kokeellisen osan perusteella kunnossapitokustannukset alenivat noin 24 % ja käytettävyyden tehostumisen johdosta laitehäiriöt alenivat 50 %:lla. Tulokset saatiin aikaan toteuttamalla suunnitellut ehkäisevät huollot kriittisille laitteille. Kiinteä kunnonvalvonta antoi kunnossapidolle tiedon laitteiden oikea-aikaisesta huoltovälistä. Investoinnin hyödyt saatiin täysmääräisesti käyttöön jo laitteiston ensimmäisen käyttövuoden aikana. Henkilöstön osaamiskapasiteetin nosto tulee vielä lisäämään edellä mainittuja hyötyjä.

Jännitteen reunan hallinta taajuusmuuttajissa

Diplomityössä perehdyttiin taajuusmuuttajien toimintaan ja ohjaukseen. Lisäksi työssä tarkasteltiin vaihtosuuntaajan nopeiden transienttitilojen aiheuttamaa moottorin ylijännitettä. Moottorikaapelin heijastuksia käsiteltiin vertaamalla moottorikaapelia siirtolinjaan ja todennettiin ylijännitteen syyt. Ylijännitteen vähentämiseksi on kehitetty useita suodatusmenetelmiä. Työssä vertailtiin näitä menetelmiä ja kartoitettiin kaupallisia vaihtoehtoja. Taajuusmuuttajan ohjaus on tähän päivään asti tehty yleensä käyttäen mikroprosessoria sekä logiikkapiiriä. Tulevaisuudessa ohjaukseen käytetään todennäköisesti uudelleenohjelmoitavia FPGA-piirejä (Field Programmable Gate Array). FPGA-piirin etuihin kuuluu uudelleenohjelmoitavuus sekä ohjauksen keskittäminen yhdelle piirille.

Energiaa säästävä uusi viemäriveden pumppausteknologia

Pumppaaminen kuluttaa teollisuudessa huomattavan osan energiasta, joten siellä on myös merkittäviä säästömahdollisuuksia. Maailmanlaajuisesti pumppaus kuluttaa noin viidenneksen sähkömoottorien energiantarpeesta, ja tietyillä teollisuudentoimialoilla jopa yli 50%. Jätevedenpumppaus perustuu edelleenkin pääosin 50- ja 60- luvuilla kehitettyyn tekniikkaan, merkittäviä energiansäästöjä on mahdollista saavuttaa suhteellisen pienillä investoinneilla. Työn teoriaosassa käsitellään perusteet jätevedenkäsittelystä, ja viemäriputkiston rakenteesta. Pumppuja, sähkömoottoreita ja taajuusmuuttajia käsitellään laajemmin keskittyen niiden toimintaan ja toimintaa ohjaaviin teorioihin. Empiirisessä osassa tutkitaan uuden teknologian energiansäästöpotentiaalia erilaisilla mittauksilla, sekä mittausten pohjalta tehdyillä case-analyyseillä. Näitä analyysejä varten työn aikana kehiteltiin laskin, jolla voidaan arvioida energian kulutusta tunnetulle pumpulle, kun tiedetään haluttu toimintapiste. Työssä käsitelty uusi teknologia on mahdollisesti merkittävin uudistus viemäriveden pumppausteknologiaan taajuusmuuttajien käyttöönoton jälkeen. Teknologialla päästään eroon imukaivoista liki täysin, ja sitä kautta saadaan paremmin hallittua monia ongelmia kuten hajuhaittoja. Teknologian merkittävin hyöty on kuitenkin energiansäästö. Perinteisessä teknologiassa taajuusmuuttajat ovat olleet kannattavia, mikäli geodeettisen nostokorkeuden osuus on mahdollisimman pieni. Tyypillisessä uuden teknologian sovelluskohteissa geodeettinen nostokorkeus tulee yleensä olemaan pieni, joten uuden teknologian käyttöönoton kannattavuus on näissä kohteissa erityisen hyvä.

Palvelukonsernin Iiiketoimintayksikön suorituskyvyn mittaaminen

Kiristyvät markkinat ajavat yritykset tehostamaan toimintaansa. Suorituskyvyn mittaaminen on jo olennainen osa suomalaista yrityskulttuuria. Mittaamisen päätehtävä on tuottaa yritysjohdolle relevanttia informaatiota yrityksen tilasta ja auttaa valvomaan ja kehittämään toimintaa. Tämän tutkimuksen kohteena on palvelukonsernin Iiiketoimintayksikön suorituskyvyn mittaaminen. Tutkimuksen päätavoitteina on 1. valita palvelukonsernin liiketoimintayksikölle sopiva suorituskyvyn mittausjärjestelmä, 2. valita käytännöllinen implementointimalli sekä 3. laatia suorituskykymittaristo palvelukonsernin liiketoimintayksikölle. Tämä tutkimus jakautuu kahteen vaiheeseen. Ensimmäisessä vaiheessa tutkimuksen kohteena on suorituskyvyn teoria ja neljä erilaista mittausmenetelmää, joista valitaan yksi Iiiketoimintayksikön suorituskyvyn mittausjärjestelmäksi sekä syvempää tarkastelua varten. Tutkimuksen toisessa vaiheessa tutkitaan valitun mittausjärjestelmän ominaisuuksia strategisena johtamisjärjestelmänä sekä sen implementointimalleja. Toisen vaiheen keskeisin tutkimusosuus on suorituskykymittausjärjestelmän laadinta. Työn lopputuloksena syntyy palvelukonsernin Iiiketoimintayksikön suorituskyvyn mittausjärjestelmä sekä jatkotoimenpide-ehdotus Balanced Scorecardin laajentamiseksi Iiiketoimialan ohjausjärjestelmäksi.

Power line communication in motor cables of variable-speed electric drives − analysis and

Data transmission between an electric motor and a frequency converter is required in variablespeed electric drives because of sensors installed at the motor. Sensor information can be used for various useful applications to improve the system reliability and its properties. Traditionally, the communication medium is implemented by an additional cabling. However, the costs of the traditional method may be an obstacle to the wider application of data transmission between a motor and a frequency converter. In any case, a power cable is always installed between a motor and a frequency converter for power supply, and hence it may be applied as a communication medium for sensor level data. This thesis considers power line communication (PLC) in inverter-fed motor power cables. The motor cable is studied as a communication channel in the frequency band of 100 kHz−30 MHz. The communication channel and noise characteristics are described. All the individual components included in a variable-speed electric drive are presented in detail. A channel model is developed, and it is verified by measurements. A theoretical channel information capacity analysis is carried out to estimate the opportunities of a communication medium. Suitable communication and forward error correction (FEC) methods are suggested. A general method to implement a broadband and Ethernet-based communication medium between a motor and a frequency converter is proposed. A coupling interface is also developed that allows to install the communication device safely to a three-phase inverter-fed motor power cable. Practical tests are carried out, and the results are analyzed. Possible applications for the proposed method are presented. A speed feedback motor control application is verified in detail by simulations and laboratory tests because of restrictions for the delay in the feedback loop caused by PLC. Other possible applications are discussed at a more general level.

Tehokerroinkorjatun hakkuriteholähteen toteutusvaihtoehdot

Hyötysuhteen merkitys tehoelektroniikan järjestelmissä kasvaa jatkuvasti kun käytössä olevien järjestelmien määrä lisääntyy ja toisaalta energian hinta kallistuu. Hyötysuhteen lisäksi verkkovirran käyrämuotovaatimukset asettavat omat haasteensa sähköverkkoon liitettävien tehoelektroniikkajärjestelmien suunnittelulle. Tässä työssä tutkitaan häviöiden syntyyn vaikuttavia tekijöitä hakkuriteholähteissä ja pyritään löytämään keinoja hyötysuhteen parantamiseksi. Työssä analysoidaan 300 W – 2 kW tehoalueelle soveltuvat, tehokerroinkorjattujen AC/DC-hakkuriteholähteiden topologiavaihtoehdot ja arvioidaan niiden soveltuvuutta tavanomaisen boost-topologian korvaajaksi. Tarkastelussa otetaan huomioon kustannukset, toimivuus sekä saavutettu hyötysuhteen parantuminen verrattuna perinteisellä topologialla toteutettuun teholähteeseen. Tarkasteltavat topologiat valitaan kirjallisuustutkimuksen perusteella. Valittujen topologioiden häviöt ja hyötysuhde selvitetään analyyttisin menetelmin sekä simuloimalla. Käytännön testausta varten suunnitellaan ja rakennetaan prototyyppi valitusta topologiasta.

Tuulivoimakäytön verkkoliitynnät ja mittaukset

Tässä työssä tutkitaan muuttuvanopeuksisen tuulivoimakäytön verkkoliityntöjä, verkkomääräyksiä ja mittausmenetelmiä Euroopassa. Yleiset tuulivoimalaitoksen verkkomääräyksiin liittyvät asiat on selitetty standardisarjassa IEC 61000 ja mittauksiin liittyvät säännökset standardissa IEC 61400-21. Työssä selvitetään Euroopan yleiset verkkomääräykset ja vertaillaan niitä keskenään, sekä määritetään tärkeimmät mittaukset. Lisäksi esitellään eräs standardimittauksiin soveltuva mittalaite ja analysoidaan täystehomuokkaimen suorituskykyä tuulivoimapuistossa. Työssä havaittiin, että standardin mukaisten mittausten toteuttaminen ja analysointi on hyvin haastava prosessi. Verkkomääräysten eroavaisuudet aiheuttavat hankaluuksia tuulivoimalan valmistajan ja verkko-operaattorien välillä. Täten myös konvertterivalmistajan täytyy olla selvillä käytössä olevista verkkomääräyksistä ja standardeista.

Tuulivoimakäyttö sähköverkon vikatilanteissa

Tämä työ on tehty Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa, meneillään olevan tuulivoimalasimulaattorin kehitystyön yhteydessä. Työssä käydään läpi simulaattorissa käytettyjen generaattorisillan ja verkkosillan säätöperiaatteita, tehdään katsaus siirtoverkon jännitevikoihin sekä tuulivoimalan toimintaan näissä vikatilanteissa. Työn varsinainen tutkimuskohde on verkkosillan säädön toiminnan simuloiminen siirtoverkon jännitevioissa ja säädön parannusehdotukset.

Taajuusmuuttajaohjatun pumppukäytön simulointimallin kehittäminen ja testaus

Pumppukäytöt vastaavat noin neljänneksestä Euroopan sähkömoottoreissa kulutettavasta sähkötehosta. Energian kallistumisen vuoksi energian säästämisestä ja energiatehokkuudesta on tullut yhä tärkeämpää. Taajuusmuuttajat ovat tuoneet yksinkertaisen säätötavan, jolla suurimmassa osassa pumppukäyttöjä voidaan saada huomattavia energiasäästöjä. Koko energiansäästöpotentiaalin hyödyntämiseksi täytyy kuitenkin pumppujen toimintaa tarkkailla. Tarkkailu voidaan toteuttaa käyttämällä taajuusmuuttajan sisäisiä mittauksia pumpun toimintapisteen määrittämiseen. Tässä työssä muodostetaan kaksi simulointimallia, joilla voidaan tutkia pumppukäytön toimintapistettä ja energiatehokkuutta. Pumpattavan nesteen ominaisuuksien vaikutusta malleihin tutkitaan ja tapoja korjata virhettä selvitetään. Mallien tuottamia estimaatteja verrataan laboratorio ja pilot-kohteiden mittauksiin. Pilot-kohteiden avulla tutkitaan voidaanko simulointimalleja käyttää teollisuuden energiansäästöpotentiaalia omaavien pumppukäyttöjen havaitsemiseen.

Tehokerrointa korjaava skalaariohjaus puoliohjatussa ja kuusikytkintasasuuntaajassa

Verkon harmonisvirtoja rajoittavien standardien tiukentuessa joudutaan etenkin suuritehoisissa tehoelektronisissa laitteissa siirtymään aktiivisiin transistoriohjattuihin tasasuuntaajiin, jotka korjaavat tehokerrointa ja siten pienentävät verkkoon kytkeytyviä häiriövirtoja. Tässä diplomityössä esitellään yleisimpien kolmivaiheisten tasasuuntaajatopologioiden eroja ja vertaillaan puoliohjatun kolmikytkintopologian ja kuusikytkintopologian suorituskykyä tehokertoimen ja harmonissärön osalta, 16 kilowatin teholuokan taajuusmuuttajassa. Tasasuuntaajille tehtiin skalaariohjaukseen perustuva simulointimalli. Työn tavoitteena esitellään simulointitulokset harmonistason sekä tehokertoimen osalta. Työ liittyy Lappeenrannan teknillisen yliopiston sovelletun elektroniikan laboratorion ja Vacon Oyj:n yhteiseen hankkeeseen.