Silloitushitsauksen robotisointi

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia ja selvittää kuormakoneen takarunkorakenteen silloitushitsauksen robotisointia. Työ päätettiin rajata koskemaan vain tiettyä moduulia takarungosta. Työssä kartoitettiin tarvittava laitteisto, selvitettiin runkomoduulin silloitusajat sekä arvioitiin investoinnin kannattavuutta. Silloituksen suorittavan järjestelmän vaatimuksena oli, että sen tulee asettaa osat paikoilleen hitsauskiinnittimeen ja tehdä tarvittavat silloitushitsaukset automaattisesti. Sopivaksi laitteistoksi osoittautui taloudellisuuden ja toiminnallisuuden näkökulmasta yhdestä kappaleenkäsittely- sekä hitsausrobotista muodostuva järjestelmä. Kappaleenkäsittelijän ohjauksessa käytetään konenäköä sekä osien paikannuksessa että laadunvarmistuksessa. Robotit liikkuvat yhteisellä lineaariradalla, jonka rinnalla on kappaleenkäsittelylaitteistoja hitsauskiinnittimineen. Robotisoinnin käyttöönotolla yhden takarungon moduulien kokoonpanoon ja silloitukseen käytettävä aika pienenee alle puoleen manuaaliseen työhön verrattuna. Näin saavutetaan merkittäviä kustannussäästöjä. Lisäksi hitsauskiinnittimet voivat olla verrattain yksinkertaisia manuaalityöhön verrattuna, jolloin myös säästetään työkaluinvestoinneissa. Robotisointiprojektin jatkotoimenpiteitä ovat laajamittaiset tuotantosimulaatiot layoutin, laitteiston sekä työkiertojen tarkaksi määrittämiseksi. Lisäksi itse tuotetta on muokattava paremmin robottisilloitukseen sopivaksi.

Seuraajasuunnitteluprosessi ja sen toimivuus KONE Oyj:n New Equipment Business -liiketoimintayksikössä

Tämä tutkimus käsittelee seuraajasuunnitteluprosessia ja sen toimivuutta. Tutkimus on tapaustutkimus, jossa tutkittava ilmiö eli seuraajasuunnittelu ja kohteena oleva tapaus eli organisaatio KONE Oyj:n yksi liiketoimintayksikkö New Equipment Business, NEB voidaan erottaa toisistaan. Tutkimuksen kohteena on seuraajasuunnitteluprosessin toimivuus tapausorganisaatiossa. Tutkimuksen tarkoituksena on hankkia tietoa ja ymmärtää prosessin toteutumista sekä löytää jo käytössä olevat parhaimmat käytännöt sekä merkittävimmät kehitysalueet. Tutkimuksen lähestymistapa on kvalitatiivinen. Seuraajasuunnitteluprosessin toimivuutta tutkittiin tekemällä teemahaastatteluja tutkimuksen kohteena olevan organisaation eri funktioiden henkilöstöpäälliköiden ja yksiköiden johtajien kanssa. Haastattelujen lisäksi tutkimuksessa käytettiin tausta-aineistona yrityksen sisäisiä arkistointitietoja ja materiaalia. Työn tuloksena saatiin selville, miten seuraajasuunnitteluprosessi toteutuu kohdeorganisaatiossa. Tutkimuksen tulosten perusteella näyttää siltä, että panostamalla talenttien kehitystoimenpiteisiin sekä lisäämällä henkilöiden liikkuvuutta yli organisaatiorajojen voidaan kehittää seuraajasuunnitteluprosessia vastaamaan tulevaisuuden haasteisiin.

Hydrometallurgical recovery of valuable metals from secondary raw materials

Wastes and side streams in the mining industry and different anthropogenic wastes often contain valuable metals in such concentrations their recovery may be economically viable. These raw materials are collectively called secondary raw materials. The recovery of metals from these materials is also environmentally favorable, since many of the metals, for example heavy metals, are hazardous to the environment. This has been noticed in legislative bodies, and strict regulations for handling both mining and anthropogenic wastes have been developed, mainly in the last decade. In the mining and metallurgy industry, important secondary raw materials include, for example, steelmaking dusts (recoverable metals e.g. Zn and Mo), zinc plant residues (Ag, Au, Ga, Ge, In) and waste slurry from Bayer process alumina production (Ga, REE, Ti, V). From anthropogenic wastes, waste electrical and electronic equipment (WEEE), among them LCD screens and fluorescent lamps, are clearly the most important from a metals recovery point of view. Metals that are commonly recovered from WEEE include, for example, Ag, Au, Cu, Pd and Pt. In LCD screens indium, and in fluorescent lamps, REEs, are possible target metals. Hydrometallurgical processing routes are highly suitable for the treatment of complex and/or low grade raw materials, as secondary raw materials often are. These solid or liquid raw materials often contain large amounts of base metals, for example. Thus, in order to recover valuable metals, with small concentrations, highly selective separation methods, such as hydrometallurgical routes, are needed. In addition, hydrometallurgical processes are also seen as more environmental friendly, and they have lower energy consumption, when compared to pyrometallurgical processes. In this thesis, solvent extraction and ion exchange are the most important hydrometallurgical separation methods studied. Solvent extraction is a mainstream unit operation in the metallurgical industry for all kinds of metals, but for ion exchange, practical applications are not as widespread. However, ion exchange is known to be particularly suitable for dilute feed solutions and complex separation tasks, which makes it a viable option, especially for processing secondary raw materials. Recovering valuable metals was studied with five different raw materials, which included liquid and solid side streams from metallurgical industries and WEEE. Recovery of high purity (99.7%) In, from LCD screens, was achieved by leaching with H2SO4, extracting In and Sn to D2EHPA, and selectively stripping In to HCl. In was also concentrated in the solvent extraction stage from 44 mg/L to 6.5 g/L. Ge was recovered as a side product from two different base metal process liquors with Nmethylglucamine functional chelating ion exchange resin (IRA-743). Based on equilibrium and dynamic modeling, a mechanism for this moderately complex adsorption process was suggested. Eu and Y were leached with high yields (91 and 83%) by 2 M H2SO4 from a fluorescent lamp precipitate of waste treatment plant. The waste also contained significant amounts of other REEs such as Gd and Tb, but these were not leached with common mineral acids in ambient conditions. Zn was selectively leached over Fe from steelmaking dusts with a controlled acidic leaching method, in which the pH did not go below, but was held close as possible to, 3. Mo was also present in the other studied dust, and was leached with pure water more effectively than with the acidic methods. Good yield and selectivity in the solvent extraction of Zn was achieved by D2EHPA. However, Fe needs to be eliminated in advance, either by the controlled leaching method or, for example, by precipitation. 100% Pure Mo/Cr product was achieved with quaternary ammonium salt (Aliquat 336) directly from the water leachate, without pH adjustment (pH 13.7). A Mo/Cr mixture was also obtained from H2SO4 leachates with hydroxyoxime LIX 84-I and trioctylamine (TOA), but the purities were 70% at most. However with Aliquat 336, again an over 99% pure mixture was obtained. High selectivity for Mo over Cr was not achieved with any of the studied reagents. Ag-NaCl solution was purified from divalent impurity metals by aminomethylphosphonium functional Lewatit TP-260 ion exchange resin. A novel preconditioning method, named controlled partial neutralization, with conjugate bases of weak organic acids, was used to control the pH in the column to avoid capacity losses or precipitations. Counter-current SMB was shown to be a better process configuration than either batch column operation or the cross-current operation conventionally used in the metallurgical industry. The raw materials used in this thesis were also evaluated from an economic point of view, and the precipitate from a waste fluorescent lamp treatment process was clearly shown to be the most promising.

Computational studies for the design of process equipment with complex geometries

This study combines several projects related to the flows in vessels with complex shapes representing different chemical apparata. Three major cases were studied. The first one is a two-phase plate reactor with a complex structure of intersecting micro channels engraved on one plate which is covered by another plain plate. The second case is a tubular microreactor, consisting of two subcases. The first subcase is a multi-channel two-component commercial micromixer (slit interdigital) used to mix two liquid reagents before they enter the reactor. The second subcase is a micro-tube, where the distribution of the heat generated by the reaction was studied. The third case is a conventionally packed column. However, flow, reactions or mass transfer were not modeled. Instead, the research focused on how to describe mathematically the realistic geometry of the column packing, which is rather random and can not be created using conventional computeraided design or engineering (CAD/CAE) methods. Several modeling approaches were used to describe the performance of the processes in the considered vessels. Computational fluid dynamics (CFD) was used to describe the details of the flow in the plate microreactor and micromixer. A space-averaged mass transfer model based on Fick’s law was used to describe the exchange of the species through the gas-liquid interface in the microreactor. This model utilized data, namely the values of the interfacial area, obtained by the corresponding CFD model. A common heat transfer model was used to find the heat distribution in the micro-tube. To generate the column packing, an additional multibody dynamic model was implemented. Auxiliary simulation was carried out to determine the position and orientation of every packing element in the column. This data was then exported into a CAD system to generate desirable geometry, which could further be used for CFD simulations. The results demonstrated that the CFD model of the microreactor could predict the flow pattern well enough and agreed with experiments. The mass transfer model allowed to estimate the mass transfer coefficient. Modeling for the second case showed that the flow in the micromixer and the heat transfer in the tube could be excluded from the larger model which describes the chemical kinetics in the reactor. Results of the third case demonstrated that the auxiliary simulation could successfully generate complex random packing not only for the column but also for other similar cases.

Railways, Airports and Sea Container Operators as Publicly Listed Companies – Financial Performance and Shareholder Value Creation Perspective

Logistics infrastructure and transportation services have been the liability of countries and governments for decades, or these have been under strict regulation policies. One of the first branches opened for competition in EU as well as in other continents, has been air transports (operators, like passenger and freight) and road transports. These have resulted on lower costs, better connectivity and in most of the cases higher service quality. However, quite large amount of other logistics related activities are still directly (or indirectly) under governmental influence, e.g. railway infrastructure, road infrastructure, railway operations, airports, and sea ports. Due to the globalization, governmental influence is not that necessary in this sector, since transportation needs have increased with much more significant phase as compared to economic growth. Also freight transportation needs do not correlate with passenger side, due to the reason that only small number of areas in the world have specialized in the production of particular goods. Therefore, in number of cases public-private partnership, or even privately owned companies operating in these sub-branches have been identified as beneficial for countries, customers and further economic growth. The objective of this research work is to shed more light on these kinds of experiments, especially in the relatively unknown sub-branches of logistics like railways, airports and sea container transports. In this research work we have selected companies having public listed status in some stock exchange, and have needed amount of financial scale to be considered as serious company rather than start-up phase venture. Our research results show that railways and airports usually need high fixed investments, but have showed in the last five years generally good financial performance, both in terms of profitability and cash flow. In contrary to common belief of prosperity in globally growing container transports, sea vessel operators of containers have not shown that impressive financial performance. Generally margins in this business are thin, and profitability has been sacrificed in front of high growth – this also concerns cash flow performance, which has been lower too. However, as we examine these three logistics sub-branches through shareholder value development angle during time period of 2002-2007, we were surprised to find out that all of these three have outperformed general stock market indexes in this period. More surprising is the result that financially a bit less performing sea container transportation sector shows highest shareholder value gain in the examination period. Thus, it should be remembered that provided analysis shows only limited picture, since e.g. dividends were not taken into consideration in this research work. Therefore, e.g. US railway operators have disadvantage to other in the analysis, since they have been able to provide dividends for shareholders in long period of time. Based on this research work we argue that investment on transportation/logistics sector seems to be safe alternative, which yields with relatively low risk high gain. Although global economy would face smaller growth period, this sector seems to provide opportunities in more demanding situation as well.

Promoting Cleantech in Emerging Markets: Business Model for Waste Pre-treatment Equipment in China

Waste incineration is becoming increasingly widespread method of waste disposal in China. Incineration plants mostly use grate and circular fluidized bed (CFB) technology. Waste combustion in cement production is also beginning to gradually increase. However, Chinese waste composition is causing problems for the energy utilization. Mechanical waste pre-treatment optimizes the combustion process and facilitates the energy recovery. The objective of this study is to identify how Western waste pre-treatment manufacturer could operate in Chinese markets. Chinese waste management industry is reviewed via PESTEL analysis. The current state and future predictions of grate and CFB incineration as well as cement manufacturing are monitored. Grate combustion, which requires lesser waste pre-treatment, is becoming more common at the expense of CFB incineration in China. The most promising future for waste treatment is in cement production industry. Waste treatment equipment manufacturer should try to create pilot projects with biggest cement producers with a view of growing co-operation in the future.

The demand-supply balancing process in supply chain management - case mining & metals industry equipment

The aim of this thesis is to search how to match the demand and supply effectively in industrial and project-oriented business environment. The demand-supply balancing process is searched through three different phases: the demand planning and forecasting, synchronization of demand and supply and measurement of the results. The thesis contains a single case study that has been implemented in a company called Outotec. In the case study the demand is planned and forecasted with qualitative (judgmental) forecasting method. The quantitative forecasting methods are searched further to support the demand forecast and long term planning. The sales and operations planning process is used in the synchronization of the demand and supply. The demand forecast is applied in the management of a supply chain of critical unit of elemental analyzer. Different meters on operational and strategic level are proposed for the measurement of performance.

Prosessilaitteen teräsrakenteen optimointi

Diplomityön tarkoituksena oli optimoida puukentän nosturin teräsrakenteiden kustannuksia ja selvittää halvemman valmistusmaan vaikutus nosturin kokonaiskustannukseen. Tavoitteena oli saada 15 % kokonaiskustannussäästö. Työn alussa perehdytään optimoitavan nosturin rakenteeseen ja mahdollisiin rakenteen optimoitaviin osiin. Teräsrakenteen optimointi alkoi kustannusrakenteen tarkalla selvittämisellä. Näin saatiin kuva nosturin kokonaiskustannuksesta ja mahdollisista säästökohteista. Uusien ideoiden kehittämisessä käytettiin hyväksi osatoimintojen pisteytystä ja ideamatriisia. Ideamatriisin lopputuloksena uudet rakenteet tarkastettiin nosturin kuormituksien suhteen ja valittiin kustannusten kannalta paras ratkaisu. Teräsrakenteeseen tehtiin muutoksia myös merirahdin konttien asettamien rajaehtojen mukaan. Kiinassa valmistettavalle teräsrakenteelle tehtiin rahtisuunnitelma, jossa selvitettiin optimaalinen rahtimuoto ja tarvittavien konttien lukumäärä. Tarjouskilpailun avulla saatiin halvin kuljetushinta valmistavalta tehtaalta työmaalle. Lopuksi nosturin optimoidun teräsrakenteen kustannuksia verrattiin työn alussa selvitettyyn kustannusrakenteeseen. Työn lopputuloksena päästiin 12 % potentiaaliseen kustannussäästöön, joka jäi kolme prosenttiyksikköä kustannussäästötavoitteesta.

Merikonttien testilaitteiston suunnittelu

Merikonttien käyttöön rahtiliikenteessä liittyy niiden fyysisen kunnon säännöllinen tarkastaminen. Konttien tarkastaminen nykyisillä tavoilla on koettu vievän liikaa aikaa ja rahaa. Ratkaisuna tähän konttien tarkastaminen pyritään mekanisoimaan kehittämällä testilaitteisto, jolla kontin voi tarkastaa nopeasti ja edullisesti. Tässä diplomityössä perehdytään kyseiseltä laitteistolta vaadittaviin mekaanisiin ominaisuuksiin ja laitteiston suunnitteluun. Työn alussa selvitetään laitteistolta vaadittavat mekaaniset ominaisuudet. Tämän jälkeen siirrytään ideoimaan mahdollisia ratkaisuja vaadittavien ominaisuuksien toteuttamiseksi. Valittujen ideoiden pohjalta suunnitellaan testilaitteisto ja tehdään siitä valmistuspiirustukset. Työssä suoritetaan myös koemittaukset jo olemassa oleville testilaitteistojen prototyypeille ja arvioidaan näiden suorituskykyä.

Naudanlanta biokaasulaitosraaka-aineena, käsittely ja logistiikka

Maatalouden lietelannasta saatavien ravinteiden talteenotto ja kierrätys ovat viime aikoina nousseet yhä tärkeämmäksi tavoitteeksi. Ravinteiden tehokas kierrätystapa saadaan ai-kaiseksi käsittelemällä lietelantaa. Lannan käsittelyketjuja on monenlaisia; tässä työssä naudan lannan käsittelyketju muodostuu separoinnista ja mädätyksestä. Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää naudan lannan mekaanisen separoinnin ja logistiikan kannattavuus märkämädätys- ja kuivamädätyskäsittelyketjussa. Käsittelyketju-jen kannattavuus tai kannattamattomuus on esitetty eri skenaarioissa muodostettujen kus-tannuslaskentojen perusteella. Skenaarioiden kustannuslaskelmat ovat toisiinsa verratta-vissa, jolloin ne voidaan asettaa niin ikään paremmuusjärjestykseen. Viides skenaario ei ole suoraan verrattavissa muihin skenaarioihin, koska siinä lannankäsittelyketjua on tar-kasteltu eri näkökulmasta, keskittämällä suurimmalle maatilalle. Mekaanisista separaattoreista tarkasteltiin työssä ruuvipuristinta, dekantterilinkoa ja ul-koistettua separointipalvelua. Lannan logistiikkakustannuksissa huomioitiin lannan kulje-tusta traktori- ja säiliöautolla tai traktorilla. Separoinnin kustannus liitettiin osaksi logis-tiikkakustannusta. Työn tuloksien perusteella voidaan todeta dekantterilingon separointi-kustannuksen olevan taloudellisesti kannattamattomin johtuen pienestä lantakapasiteetista ja separaattorin korkeasta investointihinnasta. Ravinteiden osalta linko osoittautui tehok-kaimmaksi menetelmäksi erottamaan ravinteet eri jakeisiin. Lannan käsittely separointipalvelulla oli edullisin skenaario, jonka vuosittaiseksi kustan-nukseksi saatiin säiliö- ja kuorma-autolla lantaa kuljetettaessa 58 700 € ja traktorilla kul-jetettaessa 60 400 €. Kallein lannan käsittely oli dekantterilingolla, jonka vuosittaiseksi kustannukseksi saatiin lantaa säiliö- ja kuorma-autolla kuljetettaessa 121 000 € ja trakto-rilla kuljetettaessa 123 300 €. Lannan separointi maatilalla osoittautui kannattavammaksi kuin käsittelemättömän lietteen kuljetus biokaasulaitokselle.

Biomassan käsittely voimalaitoksissa

Tässä diplomityössä tutkitaan biomassan esikäsittelyä suurissa voimalaitoksissa. Työssä keskitytään puusta saataviin polttoaineisiin. Biomassan esikäsittely on tärkeä osa voimalaitoksen toimintaa. Sillä pyritään saamaan puulle halutut ominaisuudet loppukäyttöä, kuten polttoa tai kaasutusta varten. Puubiomassan tärkeimpiä ominaisuuksia ovat kosteus, palakoko ja tasalaatuisuus. Työ on jaettu neljään osaan. Ensimmäisessä osassa tutkitaan kiinteän biomassan ominaisuuksia ja ongelmia. Toisessa osassa esitellään erilaisia voimalaitoksissa käytettäviä puubiomassoja ja niiden erityisominaisuuksia ja -vaatimuksia. Kolmannessa osassa esitellään biomassan käsittelyä voimalaitoksella. Käsittely jaotellaan vastaanottoon, esikäsittelyyn, varastointiin ja käsittelylaitteistoihin. Kolmannessa osassa tutkitaan myös käsittelyn erityisvaatimuksia ja esitellään esimerkkejä biomassan kokonaiskäsittelystä laitoksella. Työn neljäs osa paneutuu biomassan käsittelyn turvallisuus- ja ympäristöasioihin. Puubiomassan esikäsittely on suunniteltava käytettävien puulaatujen ja -määrien mukaan. Biomassan kosteuden ollessa korkea, on tutkittava onko kuivurien käyttö kannattavaa ja perusteltua. Jos voimalaitokselle tuleva puu on epätasalaatuista tai sisältää epäpuhtauksia, on käytettävä erilaisia puhdistus- ja murskainlaitteistoja. Biomassan käsittelyssä syntyy melua ja päästöjä. Ympäristö- ja terveyshaittojen ehkäisemiseksi käsittelylaitteistoihin on suunniteltava tarpeelliset suojat ja varojärjestelmät.

Biofuel handling, pretreatment and traffic use in China

This paper describes the development situation of biofuel in China and the research progress and application in transportation and aviation area, including several key technologies of biofuel production: biofuel pretreatment and handling. This paper is aiming to find the best storing, transmitting, feeding and pretreating methods of various materials, as well as a comparison among the advantages and disadvantages of different pretreatment methods, which is expected to reduce cost in production process and reach the maximized benefits. Meanwhile, a case study of one biomass fuel production factory in China is presented with evaluation and analysis on their technology application.