Suunnittelujärjestelmien hyödyntäminen kartonkitehtaan kunnossapidon laitossuunnittelussa

Tutkimus selvittää ajanmukaisien suunnittelujärjestelmien ominaisuuksia ja soveltuvuutta kartonkitehtaan kunnossapidon laitossuunnitteluun. Tutkimus on tehty keräämällä tietoja kirjallisista julkaisuista sekä tekemällä haastatteluja, empiirisiä kokeita ja kyselytutkimus. Saadut tutkimustulokset ovat suhteellisia ja niitä verrataan eräässä kartonkitehtaassa käytössä olevaan järjestelmään. Tutkimuksen tuloksina esitetään ajanmukaisien suunnittelujärjestelmien käytöllä saavutettavissa olevia hyötyjä ja käyttöön liittyviä ongelmia sekä näiden järjestelmien soveltuvuutta ja vertailukriteerejä laitoskäyttöön. Lisäksi käsitellään ajanmukaisiin järjestelmiin investoinnin kannattavuutta ja herkkyystekijöitä investointilaskelman (NPV) avulla. Tuloksena saatiin, etteivät tämänhetkiset suunnittelujärjestelmät sovi parhaalla mahdollisella tavalla yritysten suunnittelun ja tiedonhallinnan kokonaisuuteen. Keinona, jolla voidaan parantaa suunnittelujärjestelmien laitoskäyttöön sopivuutta, esitetään metsäteollisuuskonsernien välistä yhteistyötä.

Practical Solutions for Increased Safety in Paper Mill Operations

Tämä diplomityö käsittelee työterveys- ja työturvallisuushallinnan (TTT) sekä ympäristönsuojelun ongelmia ja riskejä, joita tehdasalueen toiminnanharjoittaja kohtaa ulkoistaessaan tehdastoimintojaan ja siirtyessään käyttämään 24 h ulkoisia kunnossapitopalveluja. Teoriaosa selventää ulkoistukseen liittyviä lainmukaisia määräyksiä ja vaatimuksia koskien terveyden, turvallisuuden ja ympäristöongelmien hallintaa sellu-, paperi- ja kartonkitehtaissa Euroopassa, Yhdysvalloissa ja Suomessa. TTT-toiminnan tason sekä ympäristönsuojelun tason mittaamisen ongelmat tuodaan esille. Olemassa olevia kansainvälisiä TTT-johtamisjärjestelmien ja ympäristöjärjestelmien standardeja, riskien hallintatyökaluja ja ohjelmia esitellään lyhyesti. Käytännön osa toteutettiin tapaustutkimuksena, jonka kohteena oli Äänekosken tehdaskombinaatti ja kemianteollisuuden laitos, Noviant CMC Oy. TTT-hallintatoimien ja ympäristönsuojelun ongelmia tutkitaan tehdastoimintoja ulkoistettaessa. Integroidun johtamisjärjestelmän auditointimenettelyt, ulkoistuksen kohdealueet, pk-yrityksien riskien hallinta ja ulkoisten työntekijöiden turvallisuuskoulutus ovat erityisen tarkastelun alla. Käyttäen hyväksi kerättyä TTT- ja ympäristöaineistoa, suunniteltiin malli ja sisältöehdotus uudelle internet-selain tyyppiselle työkalulle TTT- ja ympäristöasioiden hallinnan avuksi. Työkalu on tarkoitettu palvelemaan Noviant CMC Oy:n eri sidosryhmien tarpeita. Diplomityön käytännön osa muodostaa pohjan JP MILLSAFE - pilottiprojektille, joka käynnistettiin internet-selain tyyppisen turvallisuuspalvelusovelluksen kehittämiseksi palvelemaan Äänekosken tehdaskombinaatin eri sidosryhmien tarpeita.

Harmonization ofsignificant environmental aspects and their risk assessment in UPM paper and pulp mills

Työn tavoite onharmonisoida yhtenäiset rakenteet UPM:n paperi- ja sellutehtaiden merkittävilleympäristönäkökohdille sekä niiden ympäristöriskienhallintajärjestelmille. Näin saavutetaan yhteneväiset tavoitteet ja analysointikeinot yrityksen yksiköille. Harmonisointiprosessi on osa koko yrityksen ympäristöhallintajärjestelmän kehittämistä. Ja konsernin EMS -prosessi puolestaan konvergoi konsernin integroidun johtamisjärjestelmän kehitystä. Lisäksi työn tapaustutkimuksessa selvitettiin riskienhallintajärjestelmien integroitumispotentiaalia. Sen avulla saavutettaisiin paremmin suuren yrityksen synergia-etuja ja vuorovaikutteisuutta toimijoiden kesken, sekä parannettaisiin riskienhallintajärjestelmän mukautuvuutta ja käytettävyyttä. Työssä käsitellään kolmea esimerkkiä, joiden pohjalta tehdään esitys harmonisoiduille merkittäville ympäristönäkökohdille sekä riskienhallintajärjestelmien parametreille. Tutkimusongelmaa lähestytään haastattelujen, kirjallisuuden, yrityksen PWC:llä teettämän selvityksen sekä omien päätelmien avulla. Lisäksi työssä esitetään ympäristöhallintajärjestelmän tehokkuuden todentaminen ympäristösuorituskyvyn muuttujiin suhteutettuna. Pohjana jatkuvan kehityksen päämäärälle on organisaatio-oppiminen, niin yksittäisen työntekijän, tiimien kuin eri yksiköiden kesken. Se antaa sysäyksen aineettoman omaisuuden, kuten ympäristö-osaamisen, hyödyntämiseen parhaalla mahdollisella tavalla. Tärkeimpinä lopputuloksina työssä ovat ehdotukset harmonisoiduille merkittäville ympäristönäkökohdille sekä ympäristöriskienhallintajärjestelmän määritetyille komponenteille. Niitä ovat määritelmät ja skaalat riskien todennäköisyydelle, seurauksille sekä riskiluokille. Työn viimeisenä osana luodaan pohja tapaustutkimuksen avulla Rauman tehtaan jätevedenpuhdistamon kahden erilaisen riskienhallintajärjestelmän integroitumiselle.

Development of a Testing Method for Convertibility of Paperboard

Työssä tutkittiin muovattujen kartonkivuokien sekä muovattujen kartonkinäytteiden rinnastettavuutta. Puristusvaiheen prosessiolosuhteiden miellettiin vaikuttavan eniten multidimensionaliseen muodonmuutokseen. Multidimensionaalista muodonmuutosta simuloitiin uudella muovaamiseen soveltuvalla muovauslaitteella. Kirjallisuusosassa keskeisiä teemoja ovat kartongin muovaus sekä kuitupohjaisen materiaalin reologinen käyttäytyminen. Kirjallisuusosassa esitellään lisäksi yksi tekninen sovellus, jonka avulla kyetään ennustamaan kuitumateriaalin muovautuvuutta sekä mittaamaan tapahtunutta muodonmuutosta. Prosessiparametrien teoreettista vaikutustakuituihin tarkastellaan myös kirjallisuusosassa. Kokeellisessa osassa toteutettiin kartonkivuokien valmistus puristamalla. Vastaavilla prosessiparametreilla muovattiin myös pienemmät testinäytteet. Perinteiset yksidimensionaliset deformaatiomittaukset toteutettiin lujuusominaisuuksien laboratoriomäärityksinä. Myös kitka, joka toimii tärkeänä muuttujana prässäysprosessissa, mitattiin laboratorio-olosuhteissa. Tämän työn tulokset osoittavat uuden kehitetyn muovausmenetelmän toimivuuden. Asema-voima kuvaajat ovat selkeitä sekä helposti luettavia. Tuloksissa havaittiin materiaalin muovauspotentiaalin sekä asema-voima kuvaajan välillä vallitseva yhteys. Erittäin merkittävä huomio oli myös, että muovipäällystetyllä kartongilla oli yhteys päällystämättömän kartongin asema-voima kuvaajaan. Tämä tulos osoittaa, että muovipäällystetyn kartongin muovautuvuutta voi olla mahdollista ennustaa pohjakartongin muovautuvuustulosten perusteella. Perinteiset yksidimensionaliset laboratoriomittaukset eivät kykene antamaan riittävää informaatiota muovautuvuuden ennustamiseen. Tästä näkökulmasta on tärkeää että kartongin multidimensionalista muotoutuvuutta voidaankin tutkia kehitetyllä muovausmenetelmällä.

Development of Paperboard Forming Tools with a Focus on Intelligent Manufacturing

Tämä diplomityö käsittelee kartonginmuovaukseen käytettävien puristintyökalujen kehittämistä. Työntavoitteina oli kehittää työkalutekniikan suunnittelua ja valmistusta edullisemmaksi, nopeammaksi ja työkaluja toiminnoiltaan tehokkaammiksi. Työn tuli sisältää myös ohjeet työkalujen suunnittelemiseksi ja valmistamiseksi jatkoa ajatellen. Työn aikana selvitettiin mahdollisia työkalurakennevaihtoehtoja, valmistusmateriaaleja sekä niiden käsittelymenetelmiä ja lastuamista sekä sen tarjoamia mahdollisuuksia valmistusmenetelmänä. Työkalupari suunniteltiin modulaariseksi siten, että uusia työkaluja varten vain osa komponenteista täytyy valmistaa uudelleen, samalla työkalun osien lukumäärää pienennettiin merkittävästi. Valmistusmateriaaliksi valittiin hyvin lastuttava työkaluteräs ja sen koneistaminen tapahtui vaakakaraisessa koneistuskeskuksessa. Työn loppuvaiheessa työkalukokonaisuudelle tehtiin kustannuslaskelma jaoteltuna eri työvaiheille sekä komponenteittain. Työkalu asennettiin puristimeen ja sille suoritettiin käyttötestaus. Työn aikana karttuneen kokemuksen sekä koekäytön perusteella tehtiin jatkokehitysehdotuksia.

Unification of Emission Measurements in Paper and Pulp Mills

Tässä diplomityössä tavoitteena on selvittää käytännöt ja menetelmät, joilla UPM-Kymmenen sellu-, paperi- ja vaneritehtaat ympäri maailman mittaavat ja laskevat ilmapäästönsä. Tämä tehdään kyselylomakkeella, joka lähetetään tehtaiden ympäristöpäälliköille. Kaikki tärkeimmät seikat ilmapäästöihin liittyen, kuten vaaditut jatkuvatoimiset mittaukset, jaksottaiset mittaukset, raportointikäytäntö, kalibrointi jne. kysytään lomakkeessa. Kyselylomakkeessa painotetaan mittauskäytäntöä sellutehtaissa sekä energiantuotannossa. Saatujen tulosten perusteella annetaan ehdotuksia sekä ohjeita tulevaisuutta varten, jotta mittaustulosten kokoaminen helpottuisi ja vertailukelpoisuus paranisi. Työn kirjallisuusosuudessa selvitetään yleisimmät päästölähteet sekä päästökomponentit paperi –ja selluteollisuudessa. Näiden ei toivottujen yhdisteiden syntymekanismit sekä menetelmät niiden poistamiseksi savukaasuista on myös lyhyesti kuvailtu. Myös erilaiset analysointi- ja näytteenottomenetelmät on kerrottu. Erot tehtaiden ympäristöluvissa käydään läpi, jakaen tehtaat kolmeen maantieteelliseen ryhmään. Lupakäytäntöjen osalta Suomen osuutta on painotettu, sillä UPM-Kymmene on varsin Suomikeskeinen yhtiö tehtaiden lukumääriin ja sijainteihin katsottuna. Viranomaismääräykset sekä päästörajat muutamista tehtaista on esitetty havainnollistaakseen alueellisia eroja.

Identifying Critical Business Success Factors of Paperboard Tray

Työn tavoitteena oli kartonkivuoan kriittisten menestystekijöiden ja kilpailuaseman selvittäminen jäähdytettyjen ruokatuotteiden markkinoilla Euroopassa. Kilpailija- ja tavoiteanalyysi suoritettiin kahden suomalaisen pakkaajan kesken. Pakkaajien haastattelut toteutettiin joko henkilökohtaisena tai sähköpostihaastatteluna. Muovi on yleisimmin käytetty jäähdytettyjen ruokatuotteiden pakkausmateriaali. Alumiinivuokien osuus on merkittävä erityisesti laatikkoruokien pakkauksena. Kartonkivuoille on kuitenkin havaittavissa selvää menestyspotentiaalia jäähdytettyjen ruokien pakkauksena. Kartonkivuokien hyvä imago ja edistyksellinen tuotekehitystyö mahdollistavat pakkaajien erityisvaatimuksien täyttämisen ja menestymisen markkinoilla. Kartonkivuoilla on useita ainutlaatuisia kilpailuetu- ja menestystekijöitä, kuten hyvä ulkonäkö ja painojälki. Suurin haaste on saada ruokatuotteiden pakkaajat tietoisiksi kartonkivuokien tuomista pakkausmahdollisuuksista.

Transmission properties of high barrier coated paperboard packages

High barrier materiaaleilla pyritään pidentämään pakattujen elintarvikkeiden hyllyikää. Barrierin tärkein tehtävä on elintarvikkeen suojaaminen hapelta ja kosteudelta. Alumiinin käyttöä barriermateriaalina pyritään vähentämään korvaamalla alumiini polymeereillä, jotka täyttävät elintarvikkeiden asettamat korkeat säilyvyysvaatimukset. Etyylivinyylialkoholin (EVOH) hapenläpäisevyys on kuivissa olosuhteissa alhaisin kaupallisista muovilaaduista. EVOH tarjoaa myös erinomaisen suojan muita kaasuja, rasvoja, hajuja ja aromeja vastaan ja sitä on helppo prosessoida. Polyamideilla on erinomainen kaasutiiveys sekä hyvä lujuus ja sitkeys. Eri muovilaatuja sekoittamalla voidaan vähentää hapenläpäisyä ja parantaa prosessointia. Polyolefiineja käytetään yleisesti päällystysmateriaaleina, koska ne suojaavat tuotetta erinomaisesti kosteudelta. Hapenläpäisyllä tarkoitetaan hapen kulkeutumista materiaalin läpi joko permeaation kautta tai reikien ja vuotojen läpi. Kaasun permeoitumiseen materiaalin läpi vaikuttavat materiaalin vapaa tilavuus, kiteisyysaste, orientaatio, substituointi, suhteellinen kosteus, lämpötila, barrierkerroksen paksuus, paine-ero ja permeoituvan molekyylin ominaisuudet. Kokeellisessa osassa analysoitiin ja vertailtiin kartonkipohjaisia mehutölkkejä, joissa käytettävät high barrier materiaalit olivat EVOH ja PA. Kartonkipohjaisia alumiinitölkkejä käytettiin referenssinä. Pakkausten hapenläpäisevyysmittauksissa saatiin samasta näytteestä toistettavia tuloksia, vaikka vuotomittauksissa saadut tulokset eivät olleet vertailukelpoisia hapenläpäisytulosten kanssa. Tölkkien valmistus vaikutti oleellisesti pakkausten tiiveysominaisuuksiin. Hapenläpäisy vuotojen ja reikien läpi oli merkittävämpää kuin hapenläpäisy materiaalin läpi. Pakkausten tiiveysominaisuuksia analysoitiin mittaamalla appelsiinimehun askorbiini-happopitoisuus. Askorbiinihapon hajoaminen mitattiin koetölkkeihin pakatusta appelsiinimehusta, ja lämpötilan, valon ja hapen vaikutusta askorbiinihapon hajoamiseen tutkittiin 12 viikon ajan. Lämpötilalla oli suurin vaikutus askorbiinihapon hajoamiseen huolimatta käytetystä pakkausmateriaalista.

Estimating the Price and Demand Development of Some Paperboard Grades

Työn tavoitteena oli luoda malli, jonka avulla voitaisiin ennustaa kartonkituotteiden hinnan ja kysynnän kehitystä. Työssä kerättiin aluksi tietoa kartonkimarkkinoista haastattelujen ja tilastotietojen avulla. Näiden perusteella luotiin malli, joka kuvaa kartonkimarkkinoiden ja -teollisuuden rakennetta. Erityisesti kiinnitettiin huomiota asiakkaiden tilauskäyttäytymiseen, tuotannonohjaukseen sekä hinnan muodostumiseen. Työssä käytettiin ennustemenetelmänä systeemidynamiikkaa. Oleellista oli löytää systeemissä esiintyvät tärkeimmät takaisinkytkennät ja systeemin avainmuuttujat. Kun kaikille mallin muuttujille oli määritetty yhtälöt ja vakioille annettu arvot, voitiin mallia simuloida, ja saada ennusteet halutuille muuttujille. Työssä esitettiin ennusteet kartonkimarkkinoiden tärkeimmille parametreille kahden vuoden päähän. Työssä tarkasteltiin myös, miten muutokset mallin käyttäytymistä säätelevissä muuttujissa vaikuttavat tuloksiin. Jotta pystyttäisiin paremmin selvittämään koko kartonkiteollisuuden dynamiikka, lisätutkimusta tarvittaisiin vielä eri kartonkilajien substituutiomahdollisuuksista ja hintojen riippuvuuksista. Mielenkiintoista olisi myös tietää, miten tuotannon käyttöasteiden muutokset ja hinnan vaihtelut vaikuttavat liiketoiminnan kannattavuuteen valmistajien näkökulmasta.

Priorization of Customer Needs for Paperboard Trays

The objectives of the study were to introduce current issues of chilled and frozen food packaging, priorize certain customer needs and review brand owners’ opinions and ways of actions. Packaging industry and packaged food markets were reviewed. Interviews of food industry brand owners are used as data sources. Analytic hierarchy process was used to prioritize the customer needs. Food packaging, special features of ready meals, chilled and frozen food packaging, packaging industry and packaged food markets in Europe are approached using literature and market reviews and forecasts. In empirical part the customer needs of paperboard trays are prioritized. The most important features for brand owners are related in product safety and environmental issues. Paperboard trays have benefits compared to its competing packaging solutions. Paperboard is recyclable, from renewable source and it has good printability. Emerging issues of packaging technology are biodegradable package, elderly friendly features such as easiness of opening and re-closing possibility, brand protection and tamper evident solutions.

Drivers and Barriers of Collaboration in the Value Chain of Paperboard-Packed Consumer Goods

Value chain collaboration has been a prevailing topic for research, and there is a constantly growing interest in developing collaborative models for improved efficiency in logistics. One area of collaboration is demand information management, which enables improved visibility and decrease of inventories in the value chain. Outsourcing of non-core competencies has changed the nature of collaboration from intra-enterprise to cross-enterprise activity, and this together with increasing competition in the globalizing markets have created a need for methods and tools for collaborative work. The retailer part in the value chain of consumer packaged goods (CPG) has been studied relatively widely, proven models have been defined, and there exist several best practice collaboration cases. The information and communications technology has developed rapidly, offering efficient solutions and applications to exchange information between value chain partners. However, the majority of CPG industry still works with traditional business models and practices. This concerns especially companies operating in the upstream of the CPG value chain. Demand information for consumer packaged goods originates at retailers' counters, based on consumers' buying decisions. As this information does not get transferred along the value chain towards the upstream parties, each player needs to optimize their part, causing safety margins for inventories and speculation in purchasing decisions. The safety margins increase with each player, resulting in a phenomenon known as the bullwhip effect. The further the company is from the original demand information source, the more distorted the information is. This thesis concentrates on the upstream parts of the value chain of consumer packaged goods, and more precisely the packaging value chain. Packaging is becoming a part of the product with informative and interactive features, and therefore is not just a cost item needed to protect the product. The upstream part of the CPG value chain is distinctive, as the product changes after each involved party, and therefore the original demand information from the retailers cannot be utilized as such – even if it were transferred seamlessly. The objective of this thesis is to examine the main drivers for collaboration, and barriers causing the moderate adaptation level of collaborative models. Another objective is to define a collaborative demand information management model and test it in a pilot business situation in order to see if the barriers can be eliminated. The empirical part of this thesis contains three parts, all related to the research objective, but involving different target groups, viewpoints and research approaches. The study shows evidence that the main barriers for collaboration are very similar to the barriers in the lower part of the same value chain; lack of trust, lack of business case and lack of senior management commitment. Eliminating one of them – the lack of business case – is not enough to eliminate the two other barriers, as the operational model in this thesis shows. The uncertainty of the future, fear of losing an independent position in purchasing decision making and lack of commitment remain strong enough barriers to prevent the implementation of the proposed collaborative business model. The study proposes a new way of defining the value chain processes: it divides the contracting and planning process into two processes, one managing the commercial parts and the other managing the quantity and specification related issues. This model can reduce the resistance to collaboration, as the commercial part of the contracting process would remain the same as in the traditional model. The quantity/specification-related issues would be managed by the parties with the best capabilities and resources, as well as access to the original demand information. The parties in between would be involved in the planning process as well, as their impact for the next party upstream is significant. The study also highlights the future challenges for companies operating in the CPG value chain. The markets are becoming global, with toughening competition. Also, the technology development will most likely continue with a speed exceeding the adaptation capabilities of the industry. Value chains are also becoming increasingly dynamic, which means shorter and more agile business relationships, and at the same time the predictability of consumer demand is getting more difficult due to shorter product life cycles and trends. These changes will certainly have an effect on companies' operational models, but it is very difficult to estimate when and how the proven methods will gain wide enough adaptation to become standards.

Paperboard cup with a window

Packaging has to fulfill a lot of demands and the main purpose is to be able to protect the foodstuff packed inside. Typically requirements set on packaging materials reflect the consumer needs. Based on the consumer studies the importance of product visibility is considered as an important property among consumers. However, making the package more transparent the actual shelf life of the product might be reduced. It might have an effect on sensitive foods which contain ingredients vulnerable to light and start to deteriorate more rapidly. The aim for this Masters of Science Thesis was to develop a paperboard cup with a plastic window where different kind of fatty/dry foodstuffs could be stored. The main target was to be able to create an instruction manual how this kind of cup with a window had to be produced without decreasing air tightness and other barrier properties of cupboard material used as a base board. The focus in this work was on designing a shape of the window and finding critical limits for the size, shape and location of the window in the final paperboard cup. Windows were made by cutting holes with different sizes and shapes to different places in the cup blank by using a model cutter. For the windows one plastic film type was selected due to its low oxygen and water vapour transmission properties. The window film was attached to the cup blank by using hot bar and laser seaming methods. Cup manufacturing was done at Stora Enso InnoCentre, Imatra. As a result critical limits for the place, size and shape of the window could be found. The sealing method had a significant effect on the tightness of the cups. Windows didn’t decrease the grip stiffness of the cup. The cup itself gave better light protection than the plastic film used in the windows. The bigger the window, the less the cup could protect the possible foodstuff. Bursting strength was lower in the windows compared to the cup material itself. From environmental point of view DSD licence fees have to be paid due to the amount of used plastic.When using bigger windows the ratio of plastic to fibres increase. This would raise the DSD fee. However, the amount of material is overall reduced which lowers the fee.

The modular forming press for paperboard packages

In this master’s thesis the structural and functional features of a forming tool are developed to meet the needs of modern packaging production for paperboard packaging are studied. The goal of the study is to develop a new type of machine for the manufacture of the paperboard package by pressing. In the structure of the developed forming press the possibility to modify the packaging as well as the requirements of industrial production, food hygiene and other operational matters are accounted for. The press has been sized based on the main dimensions of a single food-grade paperboard tray. In the LUT Packaging Laboratory the forming press is designed suitable for on-line operation. In addition, suggestions for further development of packaging line and equipment have been made based on the information gathered during this thesis study.

Mechanical closing of the paperboard package and the effect of the shape of paperboard package to its manufacturability

The main objective of this thesis was to design a hinge and a closing mechanism for the plastic rim of a paperboard package. Of the hinge and closing mechanisms the 3D-models were designed using SolidWorks program and the functionality of the mechanisms was tested with rapid prototype models. When a mechanism that worked was found, the manufacturability of the mechanisms was tested in an injection molding machine with changeable inserts. Another objective of this thesis was to test the effect of the shape of paperboard package to its manufacturability. The effect of the packages shape was tested with plastic tools made for three different shaped trays. Suggestions for further research were made according to the results of the thesis.