Supply chain costs of a small board lot: sheet cutting and logistics

Succeeding in small board lot (0-20 tons) deliveries, is not always prosperous and failures as well as extra costs compared to standard costs arise. Failure deliveries from converting plants to customer locations tie a lot of unwanted and unexpected costs. Extra costs are handled as quality costs and more precise, internal failure costs. These costs revolve from unsuccessful truck payloads, redundant warehousing or unfavorable routing as examples. Quality costs are becoming more and more important factor in company’s financial decision making. Actual, realized truck payload correlates with the extra costs occurring, so filling the truck payload all get-out well is a key to lower the extra costs. Case company in this study is Corporation A, business segment Boards. Boards have outsourced half of their converting in order to gain better customer service via flexibility, lead time reductions and logistics efficiency improvements. Examination period of the study is first two quarters of year 2008 and deliveries examined are from converters to the customer locations. In Corporation A’s case, the total loss in failure deliveries is hundreds of thousands of Euros during the examination period. So, the logistics goal of getting the right product to the right place and right time for the least cost, does not completely realize.

Measuring and improving production efficiency of paint filling and packing line

Tutkittu yritys on suomalainen maaleja ja lakkoja kansainvälisesti valmistava ja myyvä toimija. Yrityksessä otettiin vuonna 2010 käyttöön uudet tuotannon ja toimitusketjun tavoitteet ja suunnitelmat ja tämä tutkimus on osa tuota kokonaisvaltaista kehittämissuuntaa. Tutkimuksessa käsitellään tuotannon ja kunnossapidon tehokkuuden parantamis- ja mittaustyökalu OEE:tä ja tuotevaihtoaikojen pienentämiseen tarkoitettua SMED -työkalua. Työn teoriaosuus perustuu lähinnä akateemisiin julkaisuihin, mutta myös haastatteluihin, kirjoihin, internet sivuihin ja yhteen vuosikertomukseen. Empiriaosuudessa OEE:n käyttöönoton ongelmia ja onnistumista tutkittiin toistettavalla käyttäjäkyselyllä. OEE:n potentiaalia ja käyttöönottoa tutkittiin myös tarkastelemalla tuotanto- ja käytettävyysdataa, jota oli kerätty tuotantolinjalta. SMED:iä tutkittiin siihen perustuvan tietokoneohjelman avulla. SMED:iä tutkittiin teoreettisella tasolla, eikä sitä implementoitu vielä käytäntöön. Tutkimustuloksien mukaan OEE ja SMED sopivat hyvin esimerkkiyritykselle ja niissä on paljon potentiaalia. OEE ei ainoastaan paljasta käytettävyyshäviöiden määrää, mutta myös niiden rakenteen. OEE -tulosten avulla yritys voi suunnata rajalliset tuotannon ja kunnossapidon parantamisen resurssit oikeisiin paikkoihin. Työssä käsiteltävä tuotantolinja ei tuottanut mitään 56 % kaikesta suunnitellusta tuotantoajasta huhtikuussa 2016. Linjan pysähdyksistä ajallisesti 44 % johtui vaihto-, aloitus- tai lopetustöistä. Tuloksista voidaan päätellä, että käytettävyyshäviöt ovat vakava ongelma yrityksen tuotannontehokkuudessa ja vaihtotöiden vähentäminen on tärkeä kehityskohde. Vaihtoaikaa voitaisiin vähentää ~15 % yksinkertaisilla ja halvoilla SMED:illä löydetyillä muutoksilla työjärjestyksessä ja työkaluissa. Parannus olisi vielä suurempi kattavimmilla muutoksilla. SMED:in suurin potentiaali ei välttämättä ole vaihtoaikojen lyhentämisessä vaan niiden standardisoinnissa.

Model for managing non-core ideas to new companies, products and services in a Finnish forest company

Suomalainen metsäteollisuus on muutoksen partaalla. Uutisissa on nähty miten metsäyrityksen sulkevat tehtaita ja paperikoneita. Suomalaisessa metsäteollisuudessa keskitytään tällä hetkellä lähinnä kulujen alentamiseen ja tuottavuuden parantamiseen. Edellytyssille, että suomalainen metsäteollisuus pysyy kilpailukykyisenä, ovat kuitenkinuudet innovaatiot ja toimialojen välinen yhteistyö. Työn tavoitteena oli luoda toimintamalli UPM-Kymmene Oyj:lle, minkä avulla ydinliiketoimintaan kuulumattomat tuote- ja palveluideat saataisiin hyödynnettyä. Aihe on erittäin ajankohtainen, mikäli halutaan pitää tuotanto jatkossakin Suomessa. Luotumalli painottaa pk-sektorin roolia ja potentiaalia kehittää UPM-Kymmeneltä peräisin olevia ja heidän ydinliiketointaan kuulumattomista tuote ja palveluideoistauusia yrityksiä, tuotteita ja palveluita. Malli edustaa uudenlaista ajattelutapaa ja sen käyttöönotto vaatii perinteisen yrityskulttuurin uudistamista UPM-Kymmenessä.

Novel Robot Solutions for Carrying out Field Joint Welding and Machining in the Assembly of the Vacuum Vessel of ITER

It is necessary to use highly specialized robots in ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) both in the manufacturing and maintenance of the reactor due to a demanding environment. The sectors of the ITER vacuum vessel (VV) require more stringent tolerances than normally expected for the size of the structure involved. VV consists of nine sectors that are to be welded together. The vacuum vessel has a toroidal chamber structure. The task of the designed robot is to carry the welding apparatus along a path with a stringent tolerance during the assembly operation. In addition to the initial vacuum vessel assembly, after a limited running period, sectors need to be replaced for repair. Mechanisms with closed-loop kinematic chains are used in the design of robots in this work. One version is a purely parallel manipulator and another is a hybrid manipulator where the parallel and serial structures are combined. Traditional industrial robots that generally have the links actuated in series are inherently not very rigid and have poor dynamic performance in high speed and high dynamic loading conditions. Compared with open chain manipulators, parallel manipulators have high stiffness, high accuracy and a high force/torque capacity in a reduced workspace. Parallel manipulators have a mechanical architecture where all of the links are connected to the base and to the end-effector of the robot. The purpose of this thesis is to develop special parallel robots for the assembly, machining and repairing of the VV of the ITER. The process of the assembly and machining of the vacuum vessel needs a special robot. By studying the structure of the vacuum vessel, two novel parallel robots were designed and built; they have six and ten degrees of freedom driven by hydraulic cylinders and electrical servo motors. Kinematic models for the proposed robots were defined and two prototypes built. Experiments for machine cutting and laser welding with the 6-DOF robot were carried out. It was demonstrated that the parallel robots are capable of holding all necessary machining tools and welding end-effectors in all positions accurately and stably inside the vacuum vessel sector. The kinematic models appeared to be complex especially in the case of the 10-DOF robot because of its redundant structure. Multibody dynamics simulations were carried out, ensuring sufficient stiffness during the robot motion. The entire design and testing processes of the robots appeared to be complex tasks due to the high specialization of the manufacturing technology needed in the ITER reactor, while the results demonstrate the applicability of the proposed solutions quite well. The results offer not only devices but also a methodology for the assembly and repair of ITER by means of parallel robots.

Feasibility of industrial implementation of laser cutting into paper making machine

Laser cutting implementation possibilities into paper making machine was studied as the main objective of the work. Laser cutting technology application was considered as a replacement tool for conventional cutting methods used in paper making machines for longitudinal cutting such as edge trimming at different paper making process and tambour roll slitting. Laser cutting of paper was tested in 70’s for the first time. Since then, laser cutting and processing has been applied for paper materials with different level of success in industry. Laser cutting can be employed for longitudinal cutting of paper web in machine direction. The most common conventional cutting methods include water jet cutting and rotating slitting blades applied in paper making machines. Cutting with CO2 laser fulfils basic requirements for cutting quality, applicability to material and cutting speeds in all locations where longitudinal cutting is needed. Literature review provided description of advantages, disadvantages and challenges of laser technology when it was applied for cutting of paper material with particular attention to cutting of moving paper web. Based on studied laser cutting capabilities and problem definition of conventional cutting technologies, preliminary selection of the most promising application area was carried out. Laser cutting (trimming) of paper web edges in wet end was estimated to be the most promising area where it can be implemented. This assumption was made on the basis of rate of web breaks occurrence. It was found that up to 64 % of total number of web breaks occurred in wet end, particularly in location of so called open draws where paper web was transferred unsupported by wire or felt. Distribution of web breaks in machine cross direction revealed that defects of paper web edge was the main reason of tearing initiation and consequent web break. The assumption was made that laser cutting was capable of improvement of laser cut edge tensile strength due to high cutting quality and sealing effect of the edge after laser cutting. Studies of laser ablation of cellulose supported this claim. Linear energy needed for cutting was calculated with regard to paper web properties in intended laser cutting location. Calculated linear cutting energy was verified with series of laser cutting. Practically obtained laser energy needed for cutting deviated from calculated values. This could be explained by difference in heat transfer via radiation in laser cutting and different absorption characteristics of dry and moist paper material. Laser cut samples (both dry and moist (dry matter content about 25-40%)) were tested for strength properties. It was shown that tensile strength and strain break of laser cut samples are similar to corresponding values of non-laser cut samples. Chosen method, however, did not address tensile strength of laser cut edge in particular. Thus, the assumption of improving strength properties with laser cutting was not fully proved. Laser cutting effect on possible pollution of mill broke (recycling of trimmed edge) was carried out. Laser cut samples (both dry and moist) were tested on the content of dirt particles. The tests revealed that accumulation of dust particles on the surface of moist samples can take place. This has to be taken into account to prevent contamination of pulp suspension when trim waste is recycled. Material loss due to evaporation during laser cutting and amount of solid residues after cutting were evaluated. Edge trimming with laser would result in 0.25 kg/h of solid residues and 2.5 kg/h of lost material due to evaporation. Schemes of laser cutting implementation and needed laser equipment were discussed. Generally, laser cutting system would require two laser sources (one laser source for each cutting zone), set of beam transfer and focusing optics and cutting heads. In order to increase reliability of system, it was suggested that each laser source would have double capacity. That would allow to perform cutting employing one laser source working at full capacity for both cutting zones. Laser technology is in required level at the moment and do not require additional development. Moreover, capacity of speed increase is high due to availability high power laser sources what can support the tendency of speed increase of paper making machines. Laser cutting system would require special roll to maintain cutting. The scheme of such roll was proposed as well as roll integration into paper making machine. Laser cutting can be done in location of central roll in press section, before so-called open draw where many web breaks occur, where it has potential to improve runability of a paper making machine. Economic performance of laser cutting was done as comparison of laser cutting system and water jet cutting working in the same conditions. It was revealed that laser cutting would still be about two times more expensive compared to water jet cutting. This is mainly due to high investment cost of laser equipment and poor energy efficiency of CO2 lasers. Another factor is that laser cutting causes material loss due to evaporation whereas water jet cutting almost does not cause material loss. Despite difficulties of laser cutting implementation in paper making machine, its implementation can be beneficial. The crucial role in that is possibility to improve cut edge strength properties and consequently reduce number of web breaks. Capacity of laser cutting to maintain cutting speeds which exceed current speeds of paper making machines what is another argument to consider laser cutting technology in design of new high speed paper making machines.

Hierarchy and Expansiveness in Two-Dimensional Subshifts of Finite Type

Subshifts are sets of configurations over an infinite grid defined by a set of forbidden patterns. In this thesis, we study two-dimensional subshifts offinite type (2D SFTs), where the underlying grid is Z2 and the set of for-bidden patterns is finite. We are mainly interested in the interplay between the computational power of 2D SFTs and their geometry, examined through the concept of expansive subdynamics. 2D SFTs with expansive directions form an interesting and natural class of subshifts that lie between dimensions 1 and 2. An SFT that has only one non-expansive direction is called extremely expansive. We prove that in many aspects, extremely expansive 2D SFTs display the totality of behaviours of general 2D SFTs. For example, we construct an aperiodic extremely expansive 2D SFT and we prove that the emptiness problem is undecidable even when restricted to the class of extremely expansive 2D SFTs. We also prove that every Medvedev class contains an extremely expansive 2D SFT and we provide a characterization of the sets of directions that can be the set of non-expansive directions of a 2D SFT. Finally, we prove that for every computable sequence of 2D SFTs with an expansive direction, there exists a universal object that simulates all of the elements of the sequence. We use the so called hierarchical, self-simulating or fixed-point method for constructing 2D SFTs which has been previously used by Ga´cs, Durand, Romashchenko and Shen.

LM-vesiturbiinin tuotteistaminen

Tämän työn tarkoituksena on kehittää LM-vesiturbiini tuotantoon soveltuvaksi, käytöltään pitkäikäiseksi ja helposti huollettavaksi tuotesarjaksi. Työn ohjaavana runkona on käytetty VDI-Richtlinie 2221: 'Kehitystyön ja konstruoinnin yleinen kulku', mukaista järjestelmää. Lisäksi on käytetty valmistuksellista modulointia tuotteen osien suunnittelussa. Erityisesti on huomioitu tuotteen koko elinkaaren aikaiset kustannukset (LCC) ja sen vaatimukset mitoitukseen. LM-vesiturbiinistaon kehitetty kolmen erikokoisen laitteiston tuotesarja. Tuoteperheen yksittäisistä sylinteriryhmistä voidaan koota joustavasti erikokoisia ja -tehoisia energiantuotantoyksiköitä, jotka soveltuvat käyttöön hyvin pieniinkin virtauksiin ja putouskorkeuksiin. Piensarjatuotantoon hyvin soveltuvat materiaalit on valittu silmälläpitäen mahdollisimman edullista kokonaiskustannusta. Kiertomäntä laitteiston toiminnan kannalta tärkeimpänä ja siten vaativimpana osana on edellyttänyt laserhitsausta ja -leikkausta sekä koekappaleiden valmistusta, joiden perusteellalopulliseen rakenteeseen on päädytty. Mitoitus perustuu perinteisiin lujuuslaskentamenetelmiin, joiden avulla eri osien kestävyys käyttöolosuhteissa on pyrittysaamaan luotettavaksi vähintään 20 vuoden kestoiälle ja väsymiskestävyyteen käytön aikaisissa vaihtelevissa olosuhteissa. Kiertomäntä on ns. kevytrakenne koostuen ohutlevykennorakenteesta ja täytteenä olevasta kompound-materiaalista.

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.

Ilmakuivaimen konstruktion modernisointi valmistustekniikan näkökul-masta

Diplomityössä tutkittiin päällystetyn paperin kuivatukseen käytettävän ilmakuivaimen rakennetta ja kustannuksia. Selvitysten perusteella modernisoinnin kohteeksi valittiin kuivaimen runko ja kääntöosa. Niiden modernisoinnissa huomioitiin nykyaikaisten valmistusmenetelmien mukanaan tuomia etuja ja mahdollisuuksia. Työn perusteella ehdotetaan nykyisen putkipalkkirakenteen korvaamista levyrakenteisella konstruktiolla. Tämä edellyttää särmäyksen tarkkaa hallintaa sekä laserleikkauksen hyväksikäyttöä levyosien valmistuksessa. Laser-leikkauksella vähennetään lisäksi leikkauksen jälkeisiä työvaiheita sekä mahdollistetaan osien vapaampi muotoilu. Uuden konstruktion myötä osien, nimikkeiden, hitsimetrien ja kustannusten määrät vähenevät sekä tuotantoketju ja kokoonpano yksinkertaistuvat. Lisäksi levyrakenteen ansiosta teollinen muotoilu kyetään ottamaan entistä paremmin huomioon tuotteen suunnittelussa. Jatkotoimenpiteenä levykonstruktiota kehitetään sekä sen mahdollisuuksia analysoidaan eri menetelmillä.

Harvennuslehtikuusen (Larix sibirica) saatavuus ja soveltuvuus parkettiteollisuuden tarpeisiin

Diplomityön tavoitteena oli selvittää Suomessa olevat lehtikuusivarannot sekä niiden ikäjakauma. Lisäksi pyrittiin testaamaan erityyppisten laatuluokitteluohjeiden soveltumista harvennuslehtikuusesta tehdylle sahatavaralle. Viimeisenä tavoitteena oli siperianlehtikuusen fysiologisten ominaisuuksien tutkiminen etenkin uuteaineiden osalta. Näiden päämäärien yhteinen tavoite oli kehittää lehtikuusen käyttöä parkettiteollisuudessa. Lehtikuusialueiden kartoitus tehtiin kirjallisuustutkimuksena. Empiirisen osion tutkimustulokset perustuivat koesahauksiin, joissa sahattiin 315 lehtikuusipölliä, joiden latvaläpimitta vaihteli 80 - 280 mm. Pöllit olivat kolmesta eri-ikäisestä leimikosta, mutta niillä oli sama kasvupaikkatyyppi. Ennen sahausprosessia nämä pöllit mitattiin ja laadutettiin. Sahausprosessi suoritettiin läpisahauksena asetteen ollessa 25 ja 50 mm. Särmäämättömät saheet mitattiin tuoreina ja laadutus suoritettiin tilastollisin menetelmin, koska käytettiin kolmea erityyppistä laadutusohjetta. Lehtikuusen ominaisuuksien tutkiminen perustui harvennushakkuista saatuihin näytekiekkoihin, josta mitattiin sydänpuuosuus, tiheys, kosteus ja uuteainepitoisuudet. Lisäksi mittaus suoritettiin erikseen pinta- ja sydänpuulle.Tuloksista havaittiin, että tukkilaatuluokat sopivat vain isoille lehtikuusitukeille, mutta sahatavaranohjeistukset antoivat kohtuullisia lajittelujakaumia. Fysiologisista ominaisuuksista selvisi lineaarisen regressioanalyysin avulla, että pintapuun uuteainemäärät korreloivat keskimääräisen kuivatuoretiheyden kanssa. Sydänpuumittausten tulokset olivat korkeammalla tasolla kuin mitä kirjallisuudesta selvisi. Lisäksi havaittiin lehtikuusen tiheyden kasvavan 20-40 vuoden välillä merkittävästi, kun mittauspiste on tyvessä.

Järjestelmä puun työstövoimien mittaamiseksi

Diplomityössä oli tavoitteena kehittää järjestelmää puun leikkuuvoimien mittaamiseksi. Puun leikkuuvoima, lastun muodostus, terien kuluminen ja työstöjälki ovat tekijöitä, jotka kiinnostavat puun työstön kanssa tekemisissä olevia tahoja. Luonnonmateriaalina puu on erittäin epähomogeenista, mikä vaikeuttaa luotettavien ja tarkkojen mittaustulosten saavuttamista. Mittauksia vaikeuttavia tekijöitä ovat muun muassa puun tiheysvaihtelut, poikkeamat syysuunnassa sekä oksat. Leikkuuvoimien mittaamisessa käytettiin lineaarihöylää. Höylän rakenteesta ja toimintaperiaatteesta sekä puumateriaalin luonteesta johtuen höyläykset tehtiin ainoastaan puun pituussuunnassa. Huomattavan osan työstä muodosti anturoinnilta tulevan mittaustiedon taltiointiin ja muokkaamiseen liittyvät kysymykset. Mittausjärjestelmän testaamisen ja tehtyjen koemittausten perusteella päädyttiin ehdottamaan muutamia muutoksia sekä itse höylään että mittausanturointiin.

Pienpuun hyödyntäminen havuvanerin valmistuksessa

Tämän diplomityön tavoitteena on selvittää pienpuun käytön vaikutuksia Pellos 1 ja Pellos 2 -havuvaneritehtaiden kannattavuuteen. Työssä tutkitaan myös sitä, miten suuria määriä pienpuuta Pellos 1:llä on mahdollista hyödyntää, ja millaisilla keinoilla sekä investoinneilla pienpuun sorvausta voidaan tehostaa. Tutkimuksessa esitettävät laskelmat perustuvat Pekka Hyttisen vuonna 2000 valmistuneen diplomityön koeajojen tuloksiin. Pienpuulla tarkoitetaan tässä yhteydessä latvaläpimitaltaan 170–220 millimetriä paksua tukkia. Kannattavuuslaskelmien tuloksena esitetään Pellos 1:n ja Pellos 2:n tuotantokapasiteetin, hyötysuhteen, muuttuvien kustannusten ja myyntikatteen muuttuminen puun latvaläpimittaluokan funktiona. Lisäksi vertaillaan Pellos 1:n ja Pellos 2:n tunnuslukujen välisiä suhteita ja selvitetään, kummalla tehtaalla pienpuun käyttö vanerin valmistuksen raaka-aineena on järkevämpää. Diplomityön toinen tutkimusosa koskee Pellos 1:llä käsiteltävän pienpuun maksimimäärää sekä tehtaan katkaisu- ja sorviosaston toimintaa. Pellos 1:n suurimpaan mahdolliseen pienpuun käsittelymäärään vaikuttaa teknisten ja tuotannollisten rajoitusten lisäksi myös tukkijakauman rakenne sekä pienpuun käytön lisäämisestä aiheutuva puuraaka-aineen lisätarve. Pienpuun käyttö nostaa katkaisu- ja sorviosastolla käsiteltävää puun kappalemäärää, minkä seurauksena koneiden prosessointinopeus joutuu koetukselle. Tutkimuksen lopussa käsitellään modernisointikohteita, joilla sorvauksen saantoa pystyttäisiin parantamaan ja sorvien toimintaa nopeuttamaan.

Utilization of non-wood pulp in different fibers products

The correct utilization of non-wood raw material allows reducing tree cutting and reduces emissions of carbon dioxide from burning of non-wood plants on farmers fields. Also it allows increasing economical situation in regions that non-wood plants are grown and where they are converted into pulp and paper. Also it gives positive effect on population pressure of work by addition of working place. In the literature survey included an overview of the historical meaning of non-wood pulp on developing paper production and structure of non-wood pulps. Moreover, anatomical and chemical composition of straw, reed and bamboo were studied more detailed. Also, an overview of the utilization of non-wood pulp in papermaking was made. Especially tissue, tree-free and release papers were reviewed. In the experimental part the goal was to investigate suitability of non-wood pulp like wheat straw pulp and bamboo pulp for different fiber products. Finally release and tree-free paper products were selected for experimental studies. It was discovered that wheat straw, especially screened wheat straw, showed good results for release paper. Also utilization of wheat straw and bamboo pulp in tree-free paper showed good results and suitability of these non-wood pulps for tree-free paper production. Also it was noticed that addition of wheat straw pulp gave positive effect on initial wet strength for release and tree-free paper.