Prosessilaitosten asennusjärjestyksen simulointi 3D-malleilla

Työn tavoitteena on haihduttamon asennusjärjestyksen havainnollistaminen 3D animaatiota hyväksikäyttäen, sekä sen hyödyntäminen niin myynti- kuin asennusneuvotteluissa. Kirjallinen osio perustuu tehtyyn 3D-animaatioon, joka onjaettu kolmeen pääalueeseen. Ensimmäisessä vaiheessa kerrotaan lyhyesti Andritz Oy:n liiketoiminnasta sekä selvitetään haihduttamoprosessin toimintaperiaatteet. Toinen alue käsittää toimintaprojektin, jossa tuotettu 3D-animaatio linkitetään sen käyttöympäristöön. Kolmannessa alueessa käydään läpi 3D-animaation tekoon liittyvät asiat. Lopuksi ennen yhteenvetoa käydään vielä läpi käyttäjien kommentit tehdystä animaatiosta.

Logistics Development in Finnish and Swedish Companies with Respect of Russia and Four Asian Countries: Traffic Flow and Warehousing Analysis from Current Situation and Likely Development Trends

On selvää, että tänä päivänä maailmankaupan painopiste on hiljalleen siirtymässä Aasiaan ja varsinkin Kiina on ollut huomion keskipisteessä. Erityisesti valmistavien yritysten perspektiivistä muutos on ollut merkittävä ja tämä tosiasia kasvattaa yrityksissä paineita luoda kustannustehokkaita toimitusketjuratkaisuja,joiden vasteaika on mahdollisimman lyhyt. Samaan aikaan kun tarkastellaan kuljetusvirtoja, huomattaan että maanosien välillä on suuri epätasapaino. Tämä on enimmäkseen seurausta suurten globaalisti toimivien yritysten toimitusketjustrategioista. Useimmat näistä toimijoista optimoivat verkostonsa turvautumalla 'paikalliseen hankintaan', jotta he voisivat paremmin hallita toimitusketjujaan ja saada näitä reagointiherkimmiksi. Valmistusyksiköillä onkin monesti Euroopassa pakko käyttää kalliita raaka-aineita ja puolivalmisteita. Kriittisiksi tekijöiksi osoittautuvat kuljetus- ja varastointikustannukset sekä näiden seurauksena hukka-aika, joka aiheutuu viivästyksistä. Voidakseen saavuttaa optimiratkaisun, on tehtävä päätös miten tuotteet varastoidaan: keskitetysti tai hajautetusti ja integroida tämä valinta sopivien kuljetusmuotojen kanssa. Aasiasta Pohjois-Eurooppaan on halpaa käyttää merikuljetusta, mutta operaatio kestää hyvin pitkään - joissain tapauksessa jopa kahdeksan viikkoa. Toisaalta lentokuljetus on sekä kallis että rajoittaa siirrettävien tuotteiden eräkokoa.On olemassa kolmaskin vaihtoehto, josta voisi olla ratkaisuksi: rautatiekuljetus on halvempi kuin lentokuljetus ja vasteajat ovat lyhyemmät kuin merikuljetuksissa. Tässä tutkimuksessa tilannetta selvitetään kyselyllä, joka suunnattiin Suomessa ja Ruotsissa toimiville yrityksille. Tuloksien perusteella teemme johtopäätökset siitä, mitkä kuljetusmuotojen markkinaosuudet tulevat olemaan tulevaisuudessa sekä luomme kuvan kuljetusvirroista Euroopan, Venäjän, Etelä-Korea, Intian, Kiinan ja Japanin välillä. Samalla on tarkoitus ennakoida sitä, miten tarkastelun kohteena olevat yritykset aikovat kehittää kuljetuksiaan ja varastointiaan tulevien vuosien aikana. Tulosten perusteella näyttää siltä, että seuraavan viiden vuoden kuluessa kuljetuskustannukset eivät merkittävissä määrin tule muuttuman ja meri- sekä kumipyöräkuljetukset pysyvät suosituimpina vaihtoehtoina.Kuitenkin lentokuljetusten osuus laskee hiukan, kun taas rautatiekuljetusten painotus kasvaa. Tulokset paljastavat, että Kiinassa ja Venäjällä kuljetettava konttimäärä kasvaa; Intiassa tulos on saman suuntainen, joskaan ei niin voimakas. Analyysimme mukaan kuljetusvirtoihin liittyvä epätasapaino säilyy Venäjän kuljetusten suhteen: yritykset jatkavat tulevaisuudessakin vientiperusteista strategiaansa. Varastoinnin puolella tunnistamme pienemmän muutoksen, jonka mukaan pienikokoisten varastojen määrät todennäköisesti vähenevät tulevaisuudessa ja kiinnostus isoja varastoja kohtaan lisääntyy. Tässä kohtaa on mainittava, että suomalaisilla yrityksillä on enemmän varastoja Keski- ja Itä-Euroopassa verrattuna ruotsalaisiin toimijoihin, jotka keskittyvät selkeämmin Länsi-Euroopan maihin. Varastoja yrityksillä on molemmissa tapaukissa paljolti kotimaassaan. Valitessaan varastojensa sijoituskohteita yritykset painottavat seuraavia kriteereitä: alhaiset jakelukustannukset, kokoamispaikan/valmistustehtaan läheisyys, saapuvan logistiikan integroitavuus ja saatavilla olevat logistiikkapalvelut. Tutkimuksemme lopussa päädymme siihen, että varastojen sijoituspaikat eivät muutu satamien rakenteen ja liikenneyhteyksien takia kovinkaan nopeasti.

Creating carbon footprint calculating tool for plastic packaging products

The environmental challenges of plastic packaging industry have increased remarkably along with climate change debate. The interest to study carbon footprints of packaging has increased in packaging industry to find out the real climate change impacts of packaging. In this thesis the greenhouse gas discharges of plastic packaging during their life cycle is examined. The carbon footprint is calculated for food packaging manufactured from plastic laminate. The structure of the laminate is low density polyethylene (PE-LD) and oriented polypropylene (OPP), which have been joined together with laminating adhesive. The purpose is to find out the possibilities to create a carbon footprint calculating tool for plastic packaging and its usability in a plastic packaging manufacturing company. As a carbon footprint calculating method PAS 2050 standard has been used. In the calculations direct and indirect greenhouse gas discharges as well as avoided discharges are considered. Avoided discharges are born for example in packaging waste utilization as energy. The results of the calculations have been used to create a simple calculating tool to be used for similar laminate structures. Although the utilization of the calculating tool is limited to one manufacturing plant because the primary activity data is dependent of geographical location and for example the discharges of used energy in the plant. The results give an approximation of the climate change potential caused by the laminate. It is although noticed that calculations do not include all environmental impacts of plastic packaging´s life cycle.

Tuotanto- ja pakkausmateriaalien varastojen nykytila ja kehittäminen lääkeannostelijoita valmistavassa tehtaassa

Diplomityön tarkoituksena oli selvittää lääkeannostelijoita valmistavan tehtaan materiaalivarastojen nykytila. Varaston nykytila-analyysi jaettiin pääoma- ja operatiivisen tehokkuuden arviointiin. Työssä haluttiin kartoittaa toimenpide-ehdotuksia varastonohjauksen tehostamiseksi. Diplomityön tarkoituksena oli myös lisätä avainhenkilöiden ymmärrystä koskien varastojen pidon vaikutuksia yrityksen liiketoimintaan. Varastojen nykytila voitiin kiteyttää suureen pääoman sitoutumiseen, hitaisiin kiertoaikoihin sekä tehokkaan työskentelyn kannalta liian pieniin ja ahtaisiin varastoihin. Kustannuksia ei ole otettu kokonaisuudessaan huomioon tilattaessa ja varastoitaessa materiaalia. Varaston hitaita kiertonopeuksia ei ole tunnistettu vaikuttajina yrityksen tulokseen ja kannattavuuteen. Jotta varastonohjaus- ja hankintaprosesseja voitaisiin tehostaa, pitäisi ostotoimintoihin tehdä muutoksia. Tilausrytmiä ja –määriä täytyisi harkita uudelleen, jotta voitaisiin vähentää varastoihin sitoutuvan pääoman määrää. Informaationvirtaa tehtaalla sekä organisaatiorajojen yli pitäisi parantaa, jotta voitaisiin vähentää kysynnän heilahteluja sekä siihen varautumista. Varmuusvarastojen pidosta saatavien korvausten olisi katettava koko materiaalin kiertoajan aikana syntyvät varastoinnin kustannukset.

Valmistavan tehtaan tuotannon tehostaminen reaaliaikaisen tiedon avulla

Teollinen toimintaympäristö on muuttunut globalisaation seurauksena. Sisäisten ja ulkoisten asiakkaiden vaatimukset ovat entistä haastavampia toimitusajan, laadun ja kustannusten suhteen. Yritysten on automatisoitava toimintoja, jotta voidaan saavuttaa kilpailuetua ja parantaa yrityksen tehokkuutta. Diplomityön tarkoitus on kirjallisuus- ja vertailututkimuksen yhteenvetona koostaa asiakasyrityksen tarpeisiin soveltuva toimintomalli reaaliaikaisen tiedon hyödyntä-miseen valmistavan tehtaan tuotannon tehostamisessa. Kirjallisuustutkimusten avulla pyritään analysoimaan valmistavan teollisuuden erityispiirteet toimintaympäristön osalta, kartoittamaan soveltuvin teknologia haastavaan toimintaympäristöön sekä löytää keinot kuinka reaaliaikaista tietoa hyödynnetään tuotannon tehokkuuden toteutumisessa. Vertailututkimuksessa analysoidaan kahta reaaliaikaista tietoa toiminnoissaan hyödyntävää yritystä, joiden tuloksia verrataan kirjallisuustutkimuksen aineistoon. Työn soveltavassa osuudessa luotiin toimintomalli asiakasyrityksen tarpeisiin, huomioiden tehtaan toiminnot kokonaisuutena. Toimintomallin avulla yritys pystyy toteuttamaan reaaliaikaisen tiedon keräämisen sekä hyödyntämisen yrityksen toi-minnoista. Toimintomallin toimivuus todettiin soveltamalla pilot-projekti asiakasyrityksen tuotantoon ja analysoitiin saavutettuja tuloksia haastattelujen sekä kvalitatiivisten tulosten perusteella. Työn tutkimukset osoittivat haasteet valmistavan teollisuuden toimintaympäristön ja automaatioteknologian soveltamisessa. Yritysten tulee suunnitteella toimintamallin kokonaisuus ja pohtia järjestelmän toimivuutta ongelmatilanteissa. Reaaliaikaisen tiedonkeruun soveltaminen onnistuneesti mahdollistaa hyötyjä monella tapaa. Merkittävimmät ovat tehokkuuden kehittyminen toimintojen nopeutumisena sekä resurssisäästöt toimintojen automatisoinnin johdosta. Reaaliaikaista tietoa voidaan hyödyntää myös suorituskyvyn johtamisessa mittariston avulla.

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.

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.

Mobiilitehdaskonseptin soveltaminen puutalotuotantoon

Tullit ja kuljetuskustannukset haittaavat suomalaisten puutuotteiden hintakilpailua Venäjällä, mikä on luonut tarpeen uudenlaisten toimintamallien kehittämiselle. Tutkimuksen hypoteesina on, että soveltamalla teorioita mobiilista tuotantojärjestelmästä puutalotuotantoon pystytään vastaamaan aluerakennustoiminnan ongelmiin ja saavuttamaan kustannusetuja. Tämän työn tavoitteena on antaa yritysjohdolle kuvaus siirrettävän talotehtaan tuotantokonseptista ja arvioida toiminnan kannattavuutta. Työn tulosten avulla pyritään vastaamaan kysymyksiin: millainen on siirrettävä puutalotehdas ja onko mobiilitehdaskonsepti puutalotuotannossa taloudellisesti kannattava. Tutkimusta tarkastellaan Venäjän liiketoiminta- ja Venäjän puurakentamiskontekstissa. Tutkimus on laadullinen tapaustutkimus, jossa käytettiin useiden menetelmien yhdistelmää. Tutkimusmenetelmät sisälsivät sekä teknisen suunnittelun että kannattavuuden arvioinnin menetelmiä. Työn tekninen osa perustui tehdassuunnittelun ja konseptin kehittämisen menetelmiin. Taloudellisessa tarkastelussa käytettiin tuloslaskelmaa sekä tuottoasteen ja takaisinmaksuajan menetelmiä. Eri tekijöiden vaikutusta kannattavuuteen arvioitiin herkkyysanalyysilla. Työssä esitellään mobiilin talotehtaan tehdassuunnitelma ja tuotantokonsepti sekä sivutaan logistista konseptia. Mobiiliin talotehtaaseen sovellettiin mobiilitehdaskonseptia ja verstastuotantomallia. Mobiili talotehdas koostuu kokoonpanolinjasta, jota täydennetään esivalmistusverstailla. Investoinnille laskettiin kannattavuutta kuvaavat tunnusluvut, joiden perusteella mobiilitehdas todettiin kannattamattomaksi ja riskialttiiksi. Kannattavuuden epävarmuutta analysoitiin herkkyysanalyysillä. Kannattavuuteen vaikuttavat merkittävästi muuttuvien kustannusten ja myyntihinnan muutokset. Työssä annetaan toimenpide-ehdotuksia siirrettävän talotuotannon konseptin kehittämiseen. Keskeiset jatkotutkimuskohteet liittyvät mobiilitehtaan elinkierron toimintojen ja osakonseptien kehittämiseen.

Algorithmic Solutions for Combinatorial Problems in Resource Management of Manufacturing Environments

This thesis studies the use of heuristic algorithms in a number of combinatorial problems that occur in various resource constrained environments. Such problems occur, for example, in manufacturing, where a restricted number of resources (tools, machines, feeder slots) are needed to perform some operations. Many of these problems turn out to be computationally intractable, and heuristic algorithms are used to provide efficient, yet sub-optimal solutions. The main goal of the present study is to build upon existing methods to create new heuristics that provide improved solutions for some of these problems. All of these problems occur in practice, and one of the motivations of our study was the request for improvements from industrial sources. We approach three different resource constrained problems. The first is the tool switching and loading problem, and occurs especially in the assembly of printed circuit boards. This problem has to be solved when an efficient, yet small primary storage is used to access resources (tools) from a less efficient (but unlimited) secondary storage area. We study various forms of the problem and provide improved heuristics for its solution. Second, the nozzle assignment problem is concerned with selecting a suitable set of vacuum nozzles for the arms of a robotic assembly machine. It turns out that this is a specialized formulation of the MINMAX resource allocation formulation of the apportionment problem and it can be solved efficiently and optimally. We construct an exact algorithm specialized for the nozzle selection and provide a proof of its optimality. Third, the problem of feeder assignment and component tape construction occurs when electronic components are inserted and certain component types cause tape movement delays that can significantly impact the efficiency of printed circuit board assembly. Here, careful selection of component slots in the feeder improves the tape movement speed. We provide a formal proof that this problem is of the same complexity as the turnpike problem (a well studied geometric optimization problem), and provide a heuristic algorithm for this problem.

Logistiikkakeskuksen uuden sijainnin vaikutukset logistisiin prosesseihin

Diplomityössä tarkoituksena oli tutkia miten potkurilaitteita valmistavan yrityksen logistiikkakeskuksen siirtyminen kokoonpanotehtaan viereen vaikuttaisi yrityksen logistisiin prosesseihin. Tutkimuskohteena olevan yrityksen logistiikkakeskus muodostuu keskusvarastosta ja pakkaamosta. Nykytilanteen selvityksen pohjalta kartoitettiin logistiikkakeskuksen ja kokoonpanotehtaan väliset nykytilan logistiset prosessit, niissä esiintyvät ongelmat sekä vaiheiden vaatimat resurssit. Käsiteltävät prosessit koostuvat pääasiassa tulo- ja lähtölogistiikan toiminnoista sekä sisäisistä materiaalisiirroista. Tutkimuksen perusteella logistiikkakeskuksen uudella sijainnilla kohdeyrityksen on mahdollista tehostaa monia logistisia toimintojaan ja näin parantaa logistista kilpailukykyään. Lisäksi monia nykytoiminnoissa esiintyviä ongelmia ja niiden aiheuttamia lieveilmiötä on mahdollista poistaa sijainnin muutoksen myötä.

The transfer of 137Cs through the soil-plant-sheep food chain in different pasture ecosystems

Selostus: Radiocesiumin kulkeutuminen eri laidunekosysteemien maa-ruoho-lammas -ravintoketjussa