Tarkkuuselektroniikkatuotteen elinkaariarviointi tuotesuunnittelun tueksi

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia tarkkuuselektroniikkatuotteen ympäristönäkökohtia elinkaariarvioinnin avulla. Työn osana tehtiin elinkaariarviointi (LCA) kahdelle tarkkuuselektroniikkatuotteelle. LCA:ssa keskityttiin elinkaaren kehdosta-asiakkaalle-vaiheisiin. Työn tavoitteena oli tuottaa määrällistä ja laadullista tietoa valittujen tuotteiden ympäristövaikutuksista. Selvitys tehtiin yrityksen tuotesuunnittelun tueksi. LCA:n inventaarioanalyysiin kerättiin prosessikohtaista tietoa selvityksen aikana. Myös kaupallista LCA-ohjelmaa ja sen tarjoamia tietopankkeja hyödynnettiin elinkaariarvioinnin toteuttamisessa. Teoriaosassa esitellään LCA-menetelmä. Lisäksi tarkastellaan elinkaariarviointiin liittyviä tuotekohtaisia ympäristökysymyksiä. Työssä eritellään myös yleisesti tarkkuuselektroniikkatuotteen eri osien elinkaareen vaiheita ja niihin liittyviä ympäristönäkökohtia. Kokeellisessa osassa kuvataan kahdelle tuotteelle tehtyä LCA-tapaustutkimusta. Elinkaariarvioinnin inventaariotiedon lähteet kuvataan. Inventaarioanalyysin ja vaikutusarvioinnin avulla tuodaan esille tuotteiden ympäristökuormaan merkittävimmin vaikuttavat prosessit ja elinkaaren vaiheet. Lisäksi tarkastellaan miten tapaustuotteiden ympäristökuormaa voitaisiin pienentää kahden esimerkin avulla. Lopuksi annetaan suosituksia jatkotoimenpiteistä tuotesuunnitteluun ja tiedonkeruuseen.

Real-Time Simulation of Mobile and Industrial Machines Using the Multibody Simulation Approach

This thesis introduces a real-time simulation environment based on the multibody simulation approach. The environment consists of components that are used in conventional product development, including computer aided drawing, visualization, dynamic simulation and finite element software architecture, data transfer and haptics. These components are combined to perform as a coupled system on one platform. The environment is used to simulate mobile and industrial machines at different stages of a product life time. Consequently, the demands of the simulated scenarios vary. In this thesis, a real-time simulation environment based on the multibody approach is used to study a reel mechanism of a paper machine and a gantry crane. These case systems are used to demonstrate the usability of the real-time simulation environment for fault detection purposes and in the context of a training simulator. In order to describe the dynamical performance of a mobile or industrial machine, the nonlinear equations of motion must be defined. In this thesis, the dynamical behaviour of machines is modelled using the multibody simulation approach. A multibody system may consist of rigid and flexible bodies which are joined using kinematic joint constraints while force components are used to describe the actuators. The strength of multibody dynamics relies upon its ability to describe nonlinearities arising from wearing of the components, friction, large rotations or contact forces in a systematic manner. For this reason, the interfaces between subsystems such as mechanics, hydraulics and control systems of the mechatronic machine can be defined and analyzed in a straightforward manner.

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.

Hitsaustuotannon kehittäminen ja valmistusystävällinen suunnittelu

Työssä tarkastellaan hitsauksen tuotekehityksen suunnittelun toteuttamista ja hitsauksen kehittämistä konepajalla. Yritykset tietävät omat valmistustekniset ongelmansa, mutta kehittämisen aloittaminen on monesti hankalaa tai sitä ei edes aloiteta. Pienimmillä yrityksillä ei usein ole mahdollisuuksia eikä osaamista uusien tuotantomenetelmien ja tuotteiden kehittämiseen. Työssä annetaan neuvoja miten alentaa kehittämistyön aloituskynnystä ja auttaa suunnittelutehtävän jäsentelyssä. Tuotteen suunnittelu on vaativa tehtävä, koska siinä lyödään lukkoon tuotteen toimivuus ja suurin osa kustannuksista. Suunnittelijoiden on tiedettävä eri valmistusmenetelmistä ja valmistusystävällisestä suunnittelusta, jotta he voisivat huomioida valmistettavuus- ja kokoonpanonäkökohdat. Hyvässä hitsatussa tuotteessa on mahdollisimman vähän hitsiä, käytetty modulointia ja standardointia sekä käytetty hitsausta korvaavia menetelmiä. Työssä on esitelty valmistusystävälliseen suunnitteluun kehitelty "Design For Welding" -malli, jossa käydään läpi hitsatun rakenteen erityispiirteet suunnittelun kannalta. Valmistusystävällisen suunnittelun tarkoituksena on vähentää tilauskohtaista suunnittelua, hitsausta, hitsauksen jälkeistä käsittelyä ja koneistusta.

Ecodesign-direktiivi ja sen vaikutukset Suomessa

Direktiivi 2005/32/EY energiaa käyttävien tuotteiden ekologiselle suunnittelulle asetettavien vaatimusten puitteista annettiin 6.7.2005. Direktiivin puitteissa Euroopan komissio tulee antamaan tuoteryhmäkohtaisia asetuksia, joissa määritellään tuoteryhmäkohtaisesti ympäristövaatimukset. Direktiivin tarkoituksena on integroida ymparistönakokohdat ja elinkaariajattelu tuotesuunnitteluvaiheessa. Tällä direktiivillä pyritään parantamaan ympäristösuojelun tasoa ja tuotteiden energiatehokkuutta. Tämän diplomityön tarkoituksena on esitellä Ecodesign direktiiviä ja selvittää sen puitteissa annettujen asetusten vaikutusta Suomessa. Työssä tutkitaan hehkulamppujen maahantuonnin kieltävän asetuksen vaikutuksia kotitalouksiin, ympäristöön ja sähkömarkkinoihin. Lisaksi työssä on tutkittu sähkömoottoreita koskevan asetuksen vaikutuksia Suomen teollisuudessa. Lopuksi työssä arvioidaan Suomen ilmasto ja energiapolitiikan tavoitteiden ja velvoitteiden tuomien toimenpiteiden vaikutuksia. Työssä esitetään esimerkkitarkasteluja siitä, millaisia saastoja sähkönkulutukseen voitaisiin saavuttaa eri tuoteryhmissä direktiivin pohjalta annetuilla asetuksilla. Tarkasteluun valitut tuoteryhmät olivat kotitalouksien valaistus ja sähkömoottorit.

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.

Governmental Measures to Enhance the Finnish Innovation System to Respond to the Challenge of Mitigating Climate Change

Climate innovations, that cover both technological applications and process and service innovations, play a key role in climate change mitigation. The purpose of this study was to examine how the Finnish innovation system could be enhanced with governmental measures so that the diffusion of climate innovations could be speeded up. During the study, it became evident that the governmental measures need to support the whole innovation chain, which comprises of research, development, demonstration and deployment. Only this can lead to the successful birth and diffusion of low carbon innovations. The study found that the strengths of the Finnish innovation system are research and development, and the current national innovation policies strongly support these activities. However, these have been emphasised at the expense of the demonstration and deployment. Consequently, the biggest bottlenecks in the Finnish innovation landscape are the lack of pilot and demonstration projects and slow commercialisation, thus the high price of the innovation. To meet with the challenge, the government should firstly promote strict greenhouse gas emission reduction targets. This would boost up the innovation activities, which would also lower the prices of the innovations. To speed up the commercialisation process, measures that stimulate the domestic market, such as feed-in-tariffs and public procurements, are needed. Special attention should also be paid to the measures that could shift the traditional closed innovation chain towards open innovation. This means that the product development should involve experts from several fields such as the user and marketing experts to speed up the commercialisation. In addition, efficient innovation co-operation between both private and public sector is essential. Finally, as the domestic resources are not adequate for producing all the innovations needed, the domestic innovation activities should be focused on a few sectors, and at the same time promote efficient import policies.

Foodstuffs and medicines as legal categories in the EU and China. Functional foods as a borderline case

The thesis discusses the regulation of foodstuffs and medicines, and particularly the regulation of functional foods. Legal systems investigated are the EU and China. Both are members of the WTO and Codex Alimentarius, which binds European and Chinese rules together. The study uses three Chinese berries as case examples of how product development faces regulation in practice. The berries have traditional uses as herbal medicines. Europe and China have similar nutrition problems to be resolved, such as obesity, cardiovascular disease, and diabetes. The three berries might be suitable raw materials for functional foods. Consumer products with health-enhancing functions, such as lowering blood pressure, might legally be classifi ed either as foodstuffs or medicines. The classifi cation will depend on functions and presentation of the product. In our opinion, food and medicine regulation should come closer together so the classifi cation issue would no longer be an issue. Safety of both foodstuffs and medicines is strictly regulated. With medicines, safety is a more relative concept, where benefi ts of the product are compared to side-effects in thorough scientifi c tests and trials. Foods, on the other hand, are not allowed to have side-effects. Hygiene rules and rules on the use of chemicals apply. In China, food safety is currently at focus as China has had several severe food scandals. Newly developed foods are called novel foods, and are specifi cally regulated. The current European novel food regulation from 1997 treats traditional third country products as novel. The Chinese regulation of 2007 also defi nes novel foods as something unfamiliar to a Chinese consumer. The concepts of novel food thus serve a protectionist purpose. As regards marketing, foods are allowed to bear health claims, whereas medicines bear medicinal claims. The separation is legally strict: foods are not to be presented as having medicinal functions. European nutrition and health claim regulation exists since 2006. China also has its regulation on health foods, listing the permitted claims and how to substantiate them. Health claims are allowed only on health foods. The European rules on medicines include separate categories for herbal medicines, traditional herbal medicines, and homeopathic medicines, where there are differing requirements for scientifi c substantiation. The scientifi c and political grounds for the separate categories provoke criticism. At surface, the Chinese legal system seems similar to the European one. To facilitate trade, China has enacted modern laws. Laws are needed as the country moves from planned economy to market economy: ‘rule of law’ needs to replace ‘rule of man’. Instead of being citizens, Chinese people long were subordinates to the Emperor. Confucius himself advised to avoid confl ict. Still, Chinese people do not and cannot always trust the legal system, as laws are enforced in an inconsistent manner, and courts are weak. In China, there have been problems with confl icting national and local laws. In Europe, the competence of the EU vs. the competence of the Member States is still not resolved, even though the European Commission often states that free trade requires harmonisation. Food and medicine regulation is created by international organisations, food and medicine control agencies, standards agencies, companies and their organisations. Regulation can be divided in ‘hard law’ and ‘soft law’. One might claim that hard law is in crisis, as soft law is gaining importance. If law is out of fashion, regulation certainly isn’t. In the future, ‘law’ might mean a process where rules and incentives are created by states, NGOs, companies, consumers, and other stakeholders. ‘Law’ might thus refer to a constant negotiation between public and private actors. Legal principles such as transparency, equal treatment, and the right to be heard would still be important.

Production Cycle Optimization: Defining the Market Potential for a New Planning Tool

An optimization tool has been developed to help companies to optimize their production cycles and thus improve their overall supply chain management processes. The application combines the functionality that traditional APS (Advanced Planning System) and ARP (Automatic Replenishment Program) systems provide into one optimization run. A qualitative study was organized to investigate opportunities to expand the product’s market base. Twelve personal interviews were conducted and the results were collected in industry specific production planning analyses. Five process industries were analyzed to identify the product’s suitability to each industry sector and the most important product development areas. Based on the research the paper and the plastic film industries remain the most potential industry sectors at this point. To be successful in other industry sectors some product enhancements would be required, including capabilities to optimize multiple sequential and parallel production cycles, handle sequencing of complex finishing operations and to include master planning capabilities to support overall supply chain optimization. In product sales and marketing processes the key to success is to find and reach the people who are involved directly with the problems that the optimization tool can help to solve.

Säiliöperheen tuotekehitysprojekti

Tässä kandidaatintyössä käsiteltiin polttoainesäiliöiden tuotekehitysprojektia. Työssä käytiin läpi erilaisia eristysvaihtoehtoja sekä niiden ominaisuuksia valmistuksessa. Lisäksi käsiteltiin luodinkestävyyttä, palosuojausta sekä mahdollisia muutoksia jakeluasemastandardiin.

Internet-palvelun tuotekehitys musiikkialalla

Tutkielman tarkoituksena on selvittää, kuinka internet-palvelu kehitetään. Palveluiden kehitysprosessia tutkitaan erityisesti palveluiden kehityksen prosessisyklimallin mukaan ja empiirisessä osiossa sovelletaan teoriaosiossa käytyjä asioita musiikkialan yritykseen. Tutkielman pääongelma on, kuinka musiikkialan internet-palvelu kehitetään. Työn analysointimenetelmä on kvalitatiivinen ja aineisto kerätään sähköpostitse teemahaastatteluina. Palveluiden prosessisykli soveltuu hyvin internet-palveluiden kehityksen kuvaamiseen internetin nopeatempoisen muutostahdin takia. Prosessisyklin vaiheisiin kuuluu suunnittelu-, analyysi-, kehitys- ja lanseerausvaiheet. Internetissä kuluttajien ottaminen mukaan kehitysprosessiin on oleellista. Yritysten tulee myös huomioida, että lanseerausprosessiin tulee varata riittävästi resursseja. Jatkossa tutkimuksissa kannattaa keskittyä erityisesti internetin tuomiin erityispiirteisiin palveluiden kehityksen kannalta.

Idea- ja innovaatioporfolion hallinta

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan idea- ja innovaatioportfolion hallintaa, portfoliojohtamista sekä näihin soveltuvia erilaisia menetelmiä yrityksen näkökulmasta. Tavoitteena on luoda yleiskatsaus yleisimpiin käytettyihin menetelmiin ja viitekehyksiin. Lähteinä työssä on käytetty sähköisiä tietokantoja ja alan kirjallisuutta. Käytetyimmät portfolion hallintamenetelmät voidaan jakaa neljään ryhmään: taloudelliset ja rahamääräiset mittarit, liiketoimintastrategiat, portfoliokartat tai kupla-diagrammit, scorecard:it eli pisteytystaulukot sekä tarkistuslistat. Idea- ja innovaatioportfolion hallinnan tavoitteena on luoda yrityksen kannalta mahdollisimman tehokas ja tuottava portfolio, joka on kuitenkin linjassa yrityksen strategian kanssa. Portfolion projekteille jaettavissa olevat resurssit ovat niukat, joten resurssien jakoon ja tehokkaaseen hyödyntämiseen tulee kiinnittää huomiota. Portfolion tasapainottamiseksi on hyvä tarkastella kehitys- ja tutkimusprojektien määrää, kokoa ja riskiä. Teknologiatiekartta on yrityksen strateginen työkalu, jolla se voi suunnata toimintaansa kohti sen visiota. Teknologiatiekartta koostuu yrityksen valitsemista markkinoista, niille suunnatuista tuotteista tai palveluista, sekä näiden vaatimista tuotekehitysprojekteista ja teknologioista. Projektien etenemistä voidaan tarkastella stage-gate -mallin avulla. Stage-gate jakaa projektin porteilla eri vaiheisiin. Jokaisen portin läpäistäkseen projektin tulee täyttää sille asetetut vaatimukset. Menetelmät eivät takaa menestystä, vaan yrityksen on valittava itselleen sopivat menetelmät siten, että ne tukevat portfoliojohtamista ja sopivat yhteen yrityskulttuurin kanssa. Pelkkä mittareihin tuijottaminen ei riitä, vaan niiden taakse on myös osattava katsoa ja huomioida yrityksen strategia.

Reducing Manufacturing Costs of the Screen Dryer’s Hot Section by Design

In this thesis, the purpose was to find the cost distribution of the screen dryer and the largest cost factors. The hot section of the screen dryer was revealed as the biggest cost factor, so composing new cost efficient solutions were directed to it. DFMA (Design for Manufacture and Assembly) was chosen to help the design process. DFMA is a product design strategy developed for taking manufacturing and assembly costs into account at the early stages of the design process. In the theory part of the thesis, other methods of economical design and tools needed for estimating manufacturing costs are introduced. In the empirical part, the hot section of the screen dryer was divided into sub-assemblies and their manufacturing costs were estimated. The design propositions were directed to the self-manufactured assemblies and parts. The new manufacturing costs were calculated for the developed propositions. Lastly, the most cost efficient solutions were summarized. The savings on the self-manufactured assemblies were about 40 %, which was about 13 % of the combined total costs of the hot section.

Modeling and developing a customer-oriented configuration process in a mass customization environment

In this thesis the main objective is to examine and model configuration system and related processes. When and where configuration information is created in product development process and how it is utilized in order-delivery process? These two processes are the essential part of the whole configuration system from the information point of view. Empirical part of the work was done as a constructive research inside a company that follows a mass customization approach. Data models and documentation are created for different development stages of the configuration system. A base data model already existed for new structures and relations between these structures. This model was used as the basis for the later data modeling work. Data models include different data structures, their key objects and attributes, and relations between. Representation of configuration rules for the to-be configuration system was defined as one of the key focus point. Further, it is examined how the customer needs and requirements information can be integrated into the product development process. Requirements hierarchy and classification system is presented. It is shown how individual requirement specifications can be connected for physical design structure via features by developing the existing base data model further.

Tuotteen käytönaikaisen asiakastarvetiedon hyödyntäminen tuotekehitysprojekteissa

Diplomityö on tehty osana Sinfonet-tutkimusprojektia, ja sen tavoitteena on laatia uusi toimintamalli asiakaslähtöisen tuotekehitystoiminnan tehostamiseksi. Toimintamallin vaatimuksena oli asiakastarvetiedon kerääminen koko tuotteen elinkaaren käyttövaiheen ajalta, ja rinnakkainen prosessi asiakastarpeiden analysointiin sekä hyödyntämiseen. Työssä yhdistetään asiakastarpeiden kartoittamiseen, analysointiin ja hyödyntämiseen käytettävät menetelmät yhdeksi systemaattiseksi kokonaisuudeksi, jota Laroxin henkilöstö voi tehokkaasti käyttää työssään. Menetelmä laatittiin teoriaosuudessa havaittujen viitekehysten ja Laroxin avainhenkilöiden kanssa suoritettujen haastattelujen pohjalta. On ehdottoman tärkeätä, että toimintamallin käyttö ja siitä saavutettavat hyödyt saadaan perusteltua yrityksen henkilöstölle. Toimintamallissa asiakastarpeiden kartoitusmenetelmiksi valittiin AVAIN-ryhmähaastattelu sekä puolistrukturoitu haastattelu, ja analysointimenetelmiksi tulkintataulukko sekä QFD (Quality Function Deployment). Tarpeiden dokumentointiin valittiin tietokannaksi Laroxin käytössä jo valmiiksi oleva wiki-pohjainen Live-järjestelmä. Uusi toimintamalli ja siinä mukana olevat prosessit kuvataan diplomityössä yksityiskohtaisesti tietovirtakaaviona.