The Present State and a Development Plan of Cost Accounting in Batch Production of Wind Turbine Gears

The aim of this master’s thesis was to document the present state and to create a development plan for Moventas Wind’s cost accounting. The current cost accounting system was evaluated and most fundamental problems were chosen as areas of focus in development work. The development plan includes both short- and long-term development proposals for problems identified. This report presents two alternative models for product costing. Benchmarking of cost accounting practices and modern cost accounting theories were used in development of cost accounting. It was found that the current cost accounting system functions quite well and the adjustments in unit cost rate calculation have only a minor influence on costs of goods sold. An OEE-based standard cycle concept was also developed and it was found that the implementation of this new system is worthwhile in the long-term.

Modulaarisen paisunta-astian kehittäminen compact -sarjan teollisuusvaihteeseen

Tämä insinöörityö tehtiin SEW Industrial Gears Oy:lle, joka valmistaa hammasvaihteita teollisuuden eri sovellutuksiin. Työn tavoitteena oli kehittää modulaarinen paisuntaastiasarja compact -sarjan teollisuusvaihteeseen. Työn alkuvaiheessa käytössä oli kahdenlaisia paisunta-astioita: kosteissa oloissa käytettävä suljettu astiamalli ja kuiviin olosuhteisiin soveltuva malli. Koska käytössä oleva suljettu astiamalli oli kallis ja kuivien olosuhteiden mallin käyttö oli rajoitettu, oli uudelle modulaariselle paisunta-astialle selkeä tarve. Uuden astiamallin tuli olla yhteensopiva vaihteen yleisimpien varusteiden ja asennusasentojen kanssa. Lisäksi tavoitteena oli puolittaa uuden konseptin hinta vanhaan verrattuna ja paikata vanhoissa konstruktioissa olleita puutteita. Työ aloitettiin analysoimalla olemassa olevat paisunta-astiatyypit, minkä jälkeen paisuntaastialle ideoitiin uusia ominaisuuksia. Toisessa vaiheessa perehdyttiin modulaariseen järjestelmään sekä öljynpaisunnan teoriaan teollisuusvaihteessa. Viimeisessä vaiheessa tehtiin konseptin varsinainen suunnittelutyö, valittiin astian valmistustapa ja materiaali sekä optimoitiin hinta. Uudesta mallista valmistettiin myös prototyyppi, jotta suunniteltua tuotetta päästiin kokeilemaan myös käytännössä. Näin voitiin varmistaa tuotteen toimivuus. Suunnittelutyön tuloksena saatiin uuden paisunta-astiasarjan piirustukset tarvittavista osista ja kokoonpanoista sekä komponenttistandardi ja myyntiä tukevaa materiaalia. Käytännön osuus antoi tietoa laskelmien oikeellisuudesta sekä öljyn täyttöön ja paisuntaan liittyvistä asioista.

Mekatronisen portaattomasti säädettävän ajoneuvotehonsiirtokoneiston suunnittelu ja simulointi

Työn tarkoituksena on tutkia tehonsiirron ratkaisuja, jotka mahdollistavat jatkuvanopeus ja -momentinsäädön. Työ on rajattu käsittämään kahta eri planeettavaihdetuotetta. Tutkimuksen kohteena ovat valittujen vaihdetuotteiden planeettapyörästöjen eri kytkentämahdollisuudet ja niiden vaikutus toisiinsa. Vaihteiden teknistä toteutusta ja toimivuutta tarkastellaan fyysisten testien, simuloinnin sekä analyyttisen laskennan avulla. Apuna työssä on käytetty Dymola simulointiohjelmaa, jossa kinemaattisten kuvakeliitäntöjen avulla on rakennettu virtuaalimalli tarkastellusta tuotteesta ja sen toiminnasta. Tietokoneen avulla luotua dynaamista simulointimallia on muokattu tutkimuksen edistyessä differentiaalisesti jatkuvasäätöisen momentinmuuntimen aikaan saamiseksi. Tuotteissa on käytetty aurinkopyörällisiä ja aurinkopyörättömiä planeettapyörästöjä. Ensimmäisessä tutkittavassa tuotteessa on kolme planeettapyörästöä ja toisessa kaksi. Teholähteeksi käy polttomoottori tai sähkömoottori. Välitys- ja pyörimissuhteiden muuntoon vaikuttaa planeettavaihteistoon kytketty sähkömoottori, jonka toimintaa voidaan ohjata erikseen. Työssä on selvitetty, millaisia kulmanopeuksia ja momentteja eri ajanhetkellä ja eri pisteissä simulointimallia esiintyy.Lisäksi selvitetään vaihteistojen portaattoman välityssuhteen muuntomahdollisuudet. Tarkoituksena on saada realistista informaatiota tutkittavien laitteiden toiminnasta. Johtavana ajatuksena on modernien menetelmien käyttäminen uusien innovaatioiden toimivuuden ja äärikohtien tutkimiseksi.

Nosturivaihteiden kunnonvalvontajärjestelmän kehittäminen värähtelymittauksia käyttäen

Työssä selvitettiin värähtelymittauksien käyttömahdollisuuksia nosturivaihteiden ennakoivassa kunnonvalvonnassa. Työ on painottunut lähinnä värähtelymittausten mittaus- ja analyysiteknisten näkökohtien tarkasteluun ja toimii niiltä osin al-kuselvityksenä värähtelymittauspohjaisen kunnonvalvontajärjestelmän luomiselle. Kirjallisuuden mukaan yleisimpiä ja käyttökelpoisimpia värähtelyanalyysejä vaihteistojen kunnonvalvonnassa ovat spektri-, kepstri-, ja demodulointitekniik-kaan perustuvat analyysit, joita kokeiltiin vauriokokeilla. Työssä käsitellään myös iskusysäysmenetelmää ja aikatason tunnuslukuja. Vauriokokeilla saatiin tietoa hammasvaurioiden havaitsemisesta värähtelymittauksilla, mutta laakerivaurioista kaivataan sen sijaan vielä lisää tietoa. Hammasvaurioiden tarkastelussa spektri-analyysin ohella PeakVue -analyysi osoittautui tehokkaaksi, kun siinä käytettiin sopivaa suodatusaluetta. Lisäksi työhön on koottu kokemuksia nosturivaihteiden käytännön värähtelymittauksista ja annettu ohjeita niiden suorittamisesta. Työn tulokset osoittavat, että värähtelymittauspohjaisella kunnonvalvontajärjes-telmällä voidaan parantaa nostovaihteiden ennakoivaa kunnonvalvontaa. Nosto-vaihteiden värähtelymittauksia kannattaa siis ehdottomasti jatkaa ja kunnonval-vontajärjestelmää edelleen kehittää. Siirtovaihteiden valvonta värähtelymittauksilla on sen sijaan hankalaa niiden epävakaan kuormitustilan vuoksi.

Toimittajavalinta strategiselle komponentille akselistotehtaassa

Diplomityön tavoitteena oli löytää uusi kaarevahampaisten kartiopyörien toimittaja tulevaisuuden tuoteperheelle Sisu Akselit Oy:ssä. Kirjallisuustutkimuksen osuudessa perehdyttiin toimittajanvalintaprosessin eri osa-alueisiin. Käsiteltäviä alueita olivat mm. markkinatekijät, toimittajasuhteen ominaisuudet ja valintaprosessin työvaiheet sekä muutamat prosessin työkalut. Soveltavan osan alussa muodostettiin malli valintaprosessin läpiviemiseksi. Malli koostuu viidestä vaiheesta, joista ensimmäiset neljä toteutettiin diplomityön puitteista. Ensimmäinen vaihe sisältää yrityksen sisäisen analyysin, toinen toimittajamarkkinoiden tutkimuksen yrityksen ulkopuolella, kolmas hankinnan strategiavaihtoehtojen määrittämisen ja neljäs valintojen tekemisen. Viidennessä vaiheessa sovitaan toimituksen yksityiskohdista ja aloitetaan toimitukset. Työn tuloksena saatiin määritettyä toimittajasuhdestrategia Sisu Akselit Oy:n kaarevahampaisten kartiopyörien hankinnalle uudella tuoteperheellä. Valittuun suhdestrategiaan rajattiin suuresta joukosta kolme parhaiten sopivaa potentiaalista toimittajaa. Markkinoilla olevien valmistajien toiminnan tehokkuudessa havaittiin suuria eroja. Näin valintojen tuloksena arvioidaan saavutettavan kustannussäästöjä nykytilaan verrattuna. Työn sivutuotteena syntyi strategisen komponentin toimittajavalintamalli, jota voitaneen yrityksessä soveltaa jatkossakin.

Cardan Gear Mechanism versus Slider-Crank Mechanism in Pumps and Engines

In machine design we always want to save space, save energy and produce as much power as possible. We can often reduce accelerations, inertial loads and energy consumption by changing construction. In this study the old cardan gear mechanism (hypocycloid mechanism) has been compared with the conventional slider-crank mechanism in air pumps and four-stroke engines. Comprehensive Newtonian dynamics has been derived for the both mechanisms. First the slidercrank and the cardan gear machines have been studied as lossless systems. Then the friction losses have been added to the calculations. The calculation results show that the cardan gear machines can be more efficient than the slider-crank machines. The smooth running, low mass inertia, high pressures and small frictional power losses make the cardan gear machines clearly better than the slider-crank machines. The dynamic tooth loads of the original cardan gear construction do not rise very high when the tooth clearances are kept tight. On the other hand the half-size crank length causes high bearing forces in the cardan gear machines. The friction losses of the cardan gear machines are generally quite small. The mechanical efficiencies are much higher in the cardan gear machines than in the slider-crank machines in normal use. Crankshaft torques and power needs are smaller in the cardan gear air pumps than in the equal slider-crank air pumps. The mean crankshaft torque and the mean output power are higher in the cardan gear four-stroke engines than in the slider-crank four-stroke engines in normal use. The cardan gear mechanism is at its best, when we want to build a pump or an engine with a long connecting rod (≈ 5⋅crank length) and a thin piston (≈ 1.5⋅crank length) rotating at high angular velocity and intermittently high angular acceleration. The cardan gear machines can be designed also as slide constructions without gears. Suitable applications of the cardan gear machines are three-cylinder half-radial engines for motorcycles, sixcylinder radial engines for airplanes and six-cylinder double half-radial engines for sport cars. The applied equations of Newtonian dynamics, comparative calculations, calculation results (tables, curves and surface plots) and recommendations presented in this study hold novelty value and are unpublished before. They have been made and written by the author first time in this study.

Kolmen vapausasteen akseliston ohjaaminen mikroprosessorilla

Diplomityön tavoitteena on tehdä lasertyöasemalle liikkuva kolmen vapausasteen akselisto liikuttamaan laser-laitteiston skanneripäätä. Liikkeen tarkkuus ja tarkka toistettavuus ovat tärkeitä. Moottoreiden liikkeen nopeus sekä kiihdytys- ja jarrutusparametrien täytyy olla määriteltävissä jokaiselle moottorille erikseen. Kolmen vapausasteen akselisto muodostetaan käyttäen kolmea askelmoottoria ja lineaarivaihteistoa. Akselisto liikkuu vaaka-, pysty-, ja syvyyssuunnassa. Työssä kehitetään C-kielinen ohjelma käytettävälle prosessorille ja suunnitellaan ohjainkortti lopullista prototyyppiä varten. Moottoreiden ohjaus ja hallinta toteutetaan AT91S256-prosessorilla, jota ohjataan tietokoneen avulla RS-232 -väylää käyttäen. Vaatimuksena on myös mahdollisuus ohjata askelmoottorin sijasta servomoottoreita samalla ohjelmalla. Tietokoneen käyttöliittymä suunnitellaan erikseen.

Teollisuusvaihteen kokoonpanoprosessin laadun parantaminen

Paperikoneen telalle integroitujen mekaanisten käyttölaitteiden valmistuksen siirtoprojektin yhteydessä on raportoitu huomattavan paljon valmistuksen aikaisia poikkeamia. Poikkeamien juurisyyn hahmottamiseksi tehtiin kvantitatiivinen analyysi raportoiduista poikkeamista ja kvalitatiivinen analyysi kokoonpanon nykytilasta. Kokoonpanotyöstä suuri osa on tällä hetkellä arvoa jalostamatonta työtä. Tutkimuksessa havaittiin valmistusprosessissa kaikkia kokoonpanon poikkeamien perustyyppejä ja näitä poikkeamia olivat aiheuttaneet kaikki mahdolliset aiheuttajat. Etenkin hankittavien osien laatua tulisi käsitellä poikkeamien aiheuttamien kokonaiskustannusten kautta. Kokoonpanon tarvitsema tieto on olemassa täsmällisessä muodossa, mutta sen luoksepäästävyys on huono. Prosessin kuvauksella, hiljaisen tiedon kirjaamisella ja täsmällisen tiedon julkistamisella voidaan parantaa tuotannon laatua tuotetuntemuksen parantuessa. Käyttökohteen tunteminen parantaa vaatimusten ymmärtämistä. Tutkimuksessa havaittujen poikkeamien analysoinnin perusteella erityistä huomiota tulisi kiinnittää tarkastusvaiheiden olemassa oloon, sijoitukseen ja niiden laatuun. Suuri osa poikkeamista oli edennyt kokoonpanoon jonkin tarkastusvaiheen läpi. Tarkastusvaiheiden laatutason tulee parantua, jotta moninkertaisesta tarkastuksesta voidaan luopua.

Azimuth thrusterin rungon lujuustekninen tarkastelu

Työssä perehdyttiin azimuth potkurilaitteen rakenteelliseen kestävyyteen vaikuttaviin seikkoihin. Työn tavoitteena oli tutkia eri rakenneratkaisuja ja yksityiskohtia sekä niiden vaikutusta koko potkurilaitteen toimintaan. Potkurilaitteiden lujuustekninen tarkastelu sisälsi rakenteen eheyden tarkistuksen mekaanisten kuormitusten alla kuin myös värähtelykäyttäytymisen tutkimisen. Tarkastelun pääsääntöinen kohde oli potkurilaitteen alarunko, eli laivan ulkopuolelle jäävä osa. Diplomityö oli osa kahden uuden potkurilaitteen kehitysprojektia. Projektissa esiin tulleita rakennemuutoksia vertailtiin vanhoihin, jo toteutettuihin rakenneyksityiskohtiin. Lisäksi tutkittiin olemassa olevien rakenneratkaisujen hyödyntämistä uusissa laitteissa. Huomiota kiinnitettiin myös hitsien muotoiluun ja näiden mitoituskäytäntöihin. Rungon ehyyttä koskevat laskelman ovat hyvin pitkälti suoritettu elementtimenetelmää apuna käyttäen. Elementtimenetelmää varten luotiin useita malleja kattaen kokonaisia potkurilaittee runkoja kuin myös sen yksittäisiä osia. Elementtimenetelmän avulla saatuja tuloksia vertailtiin käytettävissä oleviin mittaustuloksiin. Työssä havaittiin potkurilaitteen rungon mitoittavaksi tekijäksi staattisessa tilanteessa muodostuvan voimansiirtolinja ja siinä sijaitsevien hammaspyörien siirtymät. Tämän seurauksena rungon taipumat ovat määräävämpiä geometrian kannalta kuin materiaalien sallitut jännitykset.

Energy Efficiency Consideration in Electric Vehicle Transmission

This study is a survey of benefits and drawbacks of embedding a variable gearbox instead of a single reduction gear in electric vehicle powertrain from efficiency point of view. Losses due to a pair of spur gears meshing with involute teeth are modeled on the base of Coulomb’s law and fluid mechanics. The model for a variable gearbox is fulfilled and further employed in a complete vehicle simulation. Simulation model run for a single reduction gear then the results are taken as benchmark for other types of commonly used transmissions. Comparing power consumption, which is obtained from simulation model, shows that the extra load imposed by variable transmission components will shade the benefits of efficient operation of electric motor. The other accomplishment of this study is a combination of modified formulas that led to a new methodology for power loss prediction in gear meshing which is compatible with modern design and manufacturing technology.

Maastotyökoneen ajomoottorin hybridisointiin soveltuvan napavaihteiston dynamiikan mallinnus.

Työn tavoitteena oli mallintaa maastotyökoneen ajomoottorin hybridisointiin soveltuvan napavaihteiston dynamiikka. Työ tehtiin osana Saimaan ammattikorkeakoulun tutkimusprojektia, jonka tarkoituksena oli ajomoottorin ja integroidun napavaihteiston kaupallistaminen maastotyökoneisiin. Maastotyökoneena simulointimallissa käytettiin tyypillistä maataloustraktoria, johon kytkettiin vielä peräkärry. Traktorin renkaiden napaan oli kytketty ajomoottorina toimiva sähkömoottori, jonka sisään simuloitu napavaihteisto oli integroitu. Napavaihteiston dynamiikan mallintamiseen käytettiin monikappaledynamiikan simulointiohjelmistoa (Adams). Ohjelmalle määritettiin napavaihteiston komponenttien parametrit, joista voitiin simuloida vaihteiston dynaaminen käyttäytyminen. Simuloidusta mallista saatiin kytkimiin kohdistuvat voimat kytkentätilanteessa sekä sähkömoottorin väännön suunnanvaihtotilanteessa eri akselin pituuksilla, eri kytkinten nopeuseroilla, eri traktorin painoilla ja eri kuormilla ajettaessa. Mallissa simuloitiin myös sähkömoottorin käyttäytyminen vaihteenvaihtotilanteessa eri pyörimisnopeuden säätimen kertoimilla. Työssä huomattiin, että akselin mitoituksella voitiin vaikuttaa vaihteistossa ilmeneviin voimiin kytkimen kytkentähetkellä. Myös kytkimen hammastuksessa olevalla hammasvälyksellä voitiin vaikuttaa kytkimiin kohdistuviin voimiin suunnanvaihtotilanteissa. Vaihteistoon kohdistuvista voimista voidaan jatkossa suunnitella kytkimen ja akselin profiili, jotta vaihteisto kestää siihen kohdistuvat voimat.

Teollisuusvaihteiden kunnossapitopalvelun arvoelementit

Tutkimusongelmana oli tiedon lisääminen teollisuusvaihteiden kunnossapitopal-veluiden asiakasarvon muodostumiseen liittyen. Työn tavoitteena oli arviointi-mallin rakentaminen asiakasarvon osatekijöiden selvittämiseksi sekä niiden tär-keysjärjestykseen saamiseksi. Tutkimusongelmaa lähestyttiin kolmesta teo-rianäkökulmasta: (1) Arvo-käsitteen ja arvoon läheisesti kytköksissä olevista suorituskyvyn osatekijöiden määrittelystä, (2) kunnossapidon merkityksestä ja roolista yrityksen liiketoiminnassa ja (3) asiakas-toimittaja –suhteen merkityk-sestä asiakasarvon muodostumisessa. Teorianäkökulmien pohjalta muodostettiin teollisuusvaihteiden kunnossapidon viitekehykseen sopiva arvohierarkia, jonka osatekijöiden, arvoelementtien, yhteisvaikutuksesta kunnossapitopalvelun asia-kasarvo syntyy. Työn empiriaosuudessa mallia testattiin käytännössä. Hierarkian arvoelementtien tärkeysjärjestyksen ja kaikille asiakkaille yhteisten arvoelementtien löytämiseksi käytettiin Analyyttisen hierarkiaprosessin (AHP) menetelmää osana asiakasryh-mähaastatteluita. Haastattelut toteutettiin täsmäryhmähaastatteluina ja haastatel-tavat ryhmät koostuivat haastatteluihin valittujen asiakkaiden kunnossapidon vastuuhenkilöistä. Tutkimustuloksina havaittiin, että asiakaskohtaiset arvoelementit ja niiden tärke-ysjärjestys saadaan mallin avulla esiin, mutta asiakaskohtaiset erot arvon muo-dostumisessa ovat suuria. Asiakasarvoon vaikuttavien taustatekijöiden, ainakin yhteistyösuhteen tason ja vaihdannan kohteena olevien palveluiden tason, havait-tiin selittävän osaltaan eroja asiakkaiden välillä. Lisäksi teollisen kunnossapidon toimintaympäristön dynaaminen luonne, jossa eri osatekijöiden keskinäiset riip-puvuussuhteet muuttuvat koko ajan, olisi kyettävä huomioimaan myös asia-kasarvon muodostumisen arvioinnissa.

Vibration analysis of a power take-off line

Gear rattle is a phenomenon that occurs when idling or lightly loaded gears collide due to engine’s torque fluctuations. This behaviour is related to vibration behaviour of the transmission system. Aim of this master’s thesis is to evaluate Adams and Adams/Machinery as a simulation tools for modelling the rattle e ect in a transmission system. A case study of tractor’s power take-o driveline, suspected to be prone to rattle, is performed in this work. Modelling methods used by Adams in this type of study are presented in the theory section while simulation model build with the software during this work is presented in the results. The Machinery toolbox is used to create gears and bearings while other model components are created with standard Adams tool set. Geometries and excitations are exported from other softwares. Results were obtained from multiple variations of a base model. These result sets and literature review suggest that Adams/Machinery may not be the most suitable tool for rattle analysis. While the system behaviour was partially captured, for accurate modelling user-written routines must be used which may be more easily performed with other tools. Further research about this topic is required.

3D-tulostettu tuuliturbiinin vaihteen pienoismalli

Työn aiheena on vaihteen pienoismallin suunnittelu ja toteutus 3d-tulostusta hyväksi käyttäen. Pienoismalli tehdään Moventas Gears Oy:n suunnittelemasta tuuliturbiinin vaihteesta. Vaihteen pienentämisestä johtuen malliin on suunniteltava uudet laakeripesät ja hammaspyörät. 3D-tulostuksen ja pienoismallin pienen koon ansiosta vaihdetta voidaan yksinkertaistaa suuresti ja näin vähentää tulostettavien osien määrää. Lisäksi työssä selvitetään, mitä ongelmia 3D-tulostus tuo valmistukseen ja suunnitteluun. Työn kirjallisessa osassa selvennetään planeettavaihteen toimintaa yleisesti sekä esitellään Exceed Series 3+ vaihdetta. Lisäksi kerrotaan 3D-tulostuksesta, sen periaatteesta, erilaisista tulostusmenetelmistä, tulostinlaitteesta ja mahdollisista ongelmista tulostuksessa. Kokeellinen osa koostuu pienoismallin suunnittelusta ja valmistuksesta. Valmistuksessa olleiden virheiden takia muutama osa jouduttiin tulostamaan uudelleen. Muutamia osia jouduttiin myös hieman jälkikäsittelemään tulostuksen jälkeen, jotta malli saatiin kasattua. Ongelmakohdaksi muodostui tulostimen ohjelmisto ja tulostustiedostot. Tulostusprosessi sujui kuitenkin hyvin. Lopputuloksena saatiin toimiva pienoismalli. 3D-tulostus toimii hyvin monimutkaisten kappaleiden tulostuksessa. Tulostuksen hinta nousi kuitenkin varsin korkeaksi. Tulostuslaitteistosta riippuen tulostuksen voisi mahdollisesti suorittaa myös halvemmallakin.