Raskaita teräsrakenteita valmistavan tilauskonepajan tuotannon kehittäminen

Diplomityössä tarkastellaan raskaita teräsrakenteita valmistavan tilauskonepajan tuotannon kehittämiskohteita. Tuotannon kehittämisellä halutaan nopeuttaa tuotannon läpimenoaikoja, vähentää laatukustannuksia ja parantaa yrityksen tiedonkulkua. Näillä toimenpiteillä pyritään vaikuttamaan yrityksen kilpailukykyyn, jolloin se voi nousta suomalaisessa toimittajaverkostossa korkeammalle portaalle. Työn teoriaosassa paneudutaan tuottavuus- ja laatuajatteluun hitsaavassa konepajassa. Samalla esitellään eräitä konepajoissa tyypillisimmin käytettyjä laatustandardeja, joita ovat: SFS-EN ISO 9001, SFS-EN ISO 3834 ja SFS-EN 1090. Lisäksi teoriaosiossa on kerrottu erilaisista tuotannonohjausjärjestelmistä ja layout-teorioista. Tämän diplomityön kohdeyritys on Karjalan Konepaja Oy. Yrityksen nykytilanteen kartoittamiseksi suoritettiin useita haastatteluita sekä laadittiin koko organisaatiota koskeva kysely. Tilauskonepajan haasteena ovat alati muuttuvat tilaukset. Tilauskonepajan tuotannon kehittäminen tulee aloittaa sopivien tuotannontehokkuutta mittaavien mittareiden määrittämisellä. Usein kapasiteetti ja tuottavuus kuvastavat parhaiten työvaiheiden tehokkuutta. Mittareiden tarkoitus on auttaa konepajaa löytämään ne tuotannon pullonkaulat, joista yrityksen kehittäminen tulisi aloittaa. Lean-filosofian avulla tulee kehittää tuotannosta hitaimmin suoriutuvia työvaiheita. Tarkoituksena on poistaa valmistusketjusta sellaiset työvaiheet, jotka eivät anna tuotteelle lisäarvoa. Lisäksi työpisteiden layout kannattaa kyseenalaistaa aika ajoin, sillä jo pienilläkin muutoksilla voidaan saada parannuksia työpisteiden tuottavuuteen ja kapasiteettiin.

Rehufosfaattitehtaan raaka-ainesyöttöjen säätöpiirien kehitys

Diplomityö tehtiin Kemira Chemicals Oy:n Kokkolan tehtaiden rehufosfaattitehtaalla. Työn tavoitteena oli uusien reseptiohjauksien suunnittelu ja käyttöönotto sekä tasaussäiliön pinnansäädön ja rakeistusrummun suhdesäädön suunnittelu. Käyttöhenkilöstön koulutus uuteen prosessinohjaukseen kuului myös osaksi diplomityötä. Uuden reseptiohjauksen avulla pyrittiin saamaan prosessin ohjaus havainnollisemmaksi ja ennustettavammaksi käyttäjille, yhdenmukaistamaan käyttäjien ajotapaa sekä suunnitella tuotereseptit vastaamaan paremmin todellista tuotantoa. Uusi reseptiohjaus mahdollistaa myös lajikekohtaisten parametrien käytön ja hyväksi havaittujen ajoreseptien tallennuksen. Tasaussäiliön pinnankorkeuden säädön tavoitteena on poistaa tuotantokatkokset, jotka johtuivat säiliön tyhjenemisestä tai täyttymisestä. Rakeistusrummun suhdesäädön tavoitteena on reaktoriliemen ja kuiva-ainesyöttöjen oikean suhteen säilyttäminen. Uuden reseptiohjauksen käyttöönoton jälkeen ajoreseptit ovat vastanneet todellista tuotantoa ja tuotantovauhti on jäänyt pysyvästi korkeammalle tasolle. Tasaussäiliön pinnansäätö toimii suunnitellulla tavalla ja on myös otettu käyttöön. Reaktoriliemen ja kuivasyöttöjen suhdesäätö on testattu käytännössä ja toimii halutulla tavalla. Suhdesäädön paremman toiminnan kannalta epätarkkoja toimilaitteita tulisi kuitenkin uusia.

Paperikoneen laatusäätöjärjestelmän uusinnan vaikutukset laatusäätöjen suorituskykyyn

Tutkimuksen kohteena olleen UPM-Kymmene Oyj Kajaanin tehtaan PK3:n laatusäätöjärjestelmä ja mittapalkki uusittiin, jolloin haluttiin selvittää uusinnan vaikutuksia laatusäätöjen suorituskykyyn ja paperin laatuun. Työn kirjallisessa osassa perehdyttiin paperinvalmistusprosessin osiin kyseisen sanomalehtipaperikoneen tapauksessa sekä keskeisimpiin paperin laatuominaisuuksiin liittyviin mittaus- ja säätölaitteisiin sekä niiden toimintaan. Seurattaviksi paperin laatusuureiksi valittiin neliömassa, kuivamassa, kosteus ja paksuus, jotka ovat sanomalehtipaperin tärkeimpiä online-mitattavia ominaisuuksia. Paperin laatusuureiden seurantaan käytetään erilaisia tunnuslukuja ja työkaluja, joita on esitelty tässä työssä. Laatusuureiden konesuuntaisen ja poikkisuuntaisen seurannan tunnusluvuksi valittiin yleisesti käytössä oleva 2σ-keskiarvohajonta. Säätöjen suorituskykyä seurattiin suorituskykykolmion ohjausmatkaindeksien (CTI) ja erosuureen integraalien (IAE) avulla. Kokeellisessa osassa kerättiin mittaustietoja sekä vanhan että uuden laatusäätöjärjestelmän aikana. Seurattavat ajotilanteet paperikoneella jaettiin stabiiliin ajoon ja muutostilanteisiin, jotka käsittävät katkot ja lajinvaihtotilanteet. Stabiilin ajon aikana selvitettiin laatusuureiden hajontojen ja säätöjen suorituskykyindeksien normaaleissa tasoissa tapahtuneet muutokset. Muutostilanteiden osalta haluttiin selvittää, nopeuttaako järjestelmäuusinta katkoista toipumista ja lajinvaihtoaikaa. Stabiilin ajon seurannasta saatujen tulosten perusteella neliömassan ja kuivamassan konesuuntaiset hajonnat kasvoivat järjestelmäuusinnan myötä, mutta kosteuden konesuuntaiset hajonnat pienenivät. Laatusuureiden poikkisuuntaisista hajonnoista neliömassan sekä kuivamassan hajonnat kasvoivat ja kosteuden sekä paksuuden hajonnat pienenivät joidenkin lajien osalta. Poikkisuuntaisten laatusuureiden, etenkin paksuuden, toipuminen katkon jälkeen nopeutui. Myös lajinvaihtoon kuluva aika lyheni poikkisuuntaisilla laatusuureilla. Muutostilanteiden konesuuntaisten hajontojen asettumisajat eivät juuri parantuneet.

Hankintatoimen päätöksentekomallin kehittäminen rakennus-teollisuudessa

Työn tarkoituksena on kehittää omaperustaiseen toimitilarakentamiseen soveltuva hankintatoimen päätöksentekomalli. Keskeisintä on ohjata päätöksentekoprosessia pois osaoptimointipäätöksistä kohti yhteisiä tavoitteita tukevia päätöksiä. Hankintatoimen vaikutusmahdollisuus koko hankkeen onnistumiseen ja sujumiseen on keskeinen. Työssä analysoitiin nykyinen hankintaprosessi ja nykyiset hankintatoimeen vaikuttavat tekijät. Tieto kerättiin haastattelemalla hankintahenkilökuntaa, yhtä suurta toimittajaa sekä tutustumalla aiheesta tehtyihin kirjallisiin tutkimuksiin. Suurimpina ongelmien aiheuttajana on hankkeen eri osapuolten yhteistyön ohuus, hankkeen prosessien puutteellinen linkitys, kyvyttömyys vaikuttaa päätöksiin oikealla hetkellä, suunnittelun ohjaus ja johtaminen, lyhytjänteisyys eri osapuolten kesken ja hankinnassa käytettävien kriteereiden suppeus. Työn tuloksena muodostettiin hankintatoimen päätöksentekomalli, jossa hanke on jaettu ajallisesti neljään osittain päällekkäiseen vaiheeseen. Vaiheet ovat ideavaihe, suunnitteluvaihe, joka on myös prosessien päätöksentekovaihe, rakentamisvaihe, joka on prosessien ohjausvaihe, sekä jälkihoitovaihe. Vaiheiden sisältämät tehtävät, tehtävien tavoitteet, käytettävät keinot, tehtävän vastuut ja osallistujat sekä tehtävään liittyvän päätöksenteon kriteerit sisältyvät malliin. Keskeisimpiä asioita tehokkaan hankintatoimen rakentamisessa on toimiva ja strategisesti johdettu hankintaorganisaatio, toimittajasuhteiden syvyys ja suunnittelun johtamisen sekä ohjaamisen hallinta.

Supplier process development

Tämän diplomityön tarkoituksena on parantaa Timberjackin ja Timberjackin toimittajien välistä yhteistyötä ja saattaa Timberjackin toimintatavat toimittajien tietoisuuteen. Aiheen laajuuden vuoksi yksittäisten aihepiirien syvällinen tutkiminen jäi vähäiseksi. Monet globaalit yhtiöt ovat nykyisin ottaneet selkeäksi strategiakseen toimintojensa ulkoistamisen ja tällöin yhtiölle itselleen jää ainoastaan lopputuotteiden kokoonpanon työvaiheet. Tämä tarkoittaa, että ulkoisilta toimittajilta ostetaan entistä enemmän komponentteja ja tuotekokonaisuuksia. Toisaalta taas harvalla toimittajalla on vielä tarvittavaa tieto-taitoa tai resursseja vastata päämiehen lisääntyviin tarpeisiin. Tämä on syy miksi suuret maailmanluokan yhtiöt panostavat nykyisin huomattavia voimavaroja toimittajaketjun kehittämiseen. Diplomityön ensimmäisessä osiossa paneudutaan teoria-asioihin, jotka tulee olla tiedossa kehitettäessä yhteistyötä toimittajien kanssa. Toisessa osassa tutkitaan Timberjackin toimintatapoja, tuotantomallia ja nykyisiä toimittajia. Nämä tiedot ovat välttämättömiä, kun luodaan kokonaiskuvaa toimittajaprosessista ja kun kehitetään uusia työkaluja helpottamaan toimittajien ja Timberjackin välistä yhteistyötä. Työn tuloksena Timberjackilla on nyt toimittajakäsikirja, joka sisältää tietoja, jotka toimittajien tulee huomioida toimiessaan Timberjackin kanssa ja myös ohjeita siitä, kuinka toimittajat voivat kehittää omia prosessejaan.

Kassanhallinta kuntasektorilla -sovellus Etelä-Karjalan ydinkuntien likvidimpien varojen osalta

Tutkielmassa analysoidaan kunnan kassanhallinnan likvidimpien varojen prosessien toteuttamista, kun tavoitteena on kustannustehokkuuden parantaminen. Lisäksi selvitetään Etelä-Karjalan ydinkuntien eli Lappeenrannan, Imatran ja Joutsenon mahdollisuuksia tehostaa yhteistyötä taloushallinnon alueella. Työn teoriaosassa tarkastellaan kuntasektorin kassanhallintaa erityisesti myyntisaamisten ja ostovelkojen hallinnan osalta. Keskeistä on löytää prosesseista kustannuksia ja viivettä minimoivia menettelytapoja, joita olisi mahdollista hyödyntää kunnan kassanhallinnassa. Tehokkaassa kassanhallinnassa korostuu yhä enenevissä määrin informaatioteknologian rooli. Tästä johtuen tutkimuksessa kartoitetaan perinteisten menettelytapojen automatisoinnin mahdollisuuksia ja etuja. Empiirisessä osassa tarkastellaan kohdekuntien kassanhallinnan menettelytapoja sekä niiden yhtäläisyyksiä ja eroavuuksia. Lisäksi kartoitetaan yhteistyön lisäämisen mahdollisuuksia ja esteitä sekä määritetään käytetyn aineiston perusteella tehokkaan kassanhallinnan edellyttämät menettelytavat. Tutkimuksesta voidaan päätellä kuntien tavoittelevan joustavampia ja kustannuksia minivoivia kassanhallinnan menettelytapoja vaikka perinteisten menetelmien uudistaminen ei aina olekaan helppoa. Automatisointi ja prosessien virtaviivaistaminen on taloudellisen menestyksen ja kilpailussa mukana pysymisen edellytys. Tehokkuuden etsiminen tiiviimmän yhteistyön kautta olisi järkevää, mutta asenteet ja kontrollin menettämisen pelko estävät yhteistyöhön perustuvien suuruuden etujen saavuttamisen.

Salient Pole Synchronous Machine Modelling in an Industrial Direct Torque Controlled Drive Application

Synchronous motors are used mainly in large drives, for example in ship propulsion systems and in steel factories' rolling mills because of their high efficiency, high overload capacity and good performance in the field weakening range. This, however, requires an extremely good torque control system. A fast torque response and a torque accuracy are basic requirements for such a drive. For large power, high dynamic performance drives the commonly known principle of field oriented vector control has been used solely hitherto, but nowadays it is not the only way to implement such a drive. A new control method Direct Torque Control (DTC) has also emerged. The performance of such a high quality torque control as DTC in dynamically demanding industrial applications is mainly based on the accurate estimate of the various flux linkages' space vectors. Nowadays industrial motor control systems are real time applications with restricted calculation capacity. At the same time the control system requires a simple, fast calculable and reasonably accurate motor model. In this work a method to handle these problems in a Direct Torque Controlled (DTC) salient pole synchronous motor drive is proposed. A motor model which combines the induction law based "voltage model" and motor inductance parameters based "current model" is presented. The voltage model operates as a main model and is calculated at a very fast sampling rate (for example 40 kHz). The stator flux linkage calculated via integration from the stator voltages is corrected using the stator flux linkage computed from the current model. The current model acts as a supervisor that prevents only the motor stator flux linkage from drifting erroneous during longer time intervals. At very low speeds the role of the current model is emphasised but, nevertheless, the voltage model always stays the main model. At higher speeds the function of the current model correction is to act as a stabiliser of the control system. The current model contains a set of inductance parameters which must be known. The validation of the current model in steady state is not self evident. It depends on the accuracy of the saturated value of the inductances. Parameter measurement of the motor model where the supply inverter is used as a measurement signal generator is presented. This so called identification run can be performed prior to delivery or during drive commissioning. A derivation method for the inductance models used for the representation of the saturation effects is proposed. The performance of the electrically excited synchronous motor supplied with the DTC inverter is proven with experimental results. It is shown that it is possible to obtain a good static accuracy of the DTC's torque controller for an electrically excited synchronous motor. The dynamic response is fast and a new operation point is achieved without oscillation. The operation is stable throughout the speed range. The modelling of the magnetising inductance saturation is essential and cross saturation has to be considered as well. The effect of cross saturation is very significant. A DTC inverter can be used as a measuring equipment and the parameters needed for the motor model can be defined by the inverter itself. The main advantage is that the parameters defined are measured in similar magnetic operation conditions and no disagreement between the parameters will exist. The inductance models generated are adequate to meet the requirements of dynamically demanding drives.

Laadunhallinta uuden tuotteen tuotekehityksessä

Tämän diplomityön tavoitteena on uuden tuotteen laatusuunnittelun parantaminen Mantsi-nen Group Ltd Oy:n materiaalinkäsittelykoneiden ja -laitteiden tuotekehitysprosessissa, lopputuotteen valmistettavuuden ja laadun varmistamiseksi. Kirjallisuusosiossa on tutki-muksen kohteena tuotekehitysprosessi ja sen yhteydessä käytettävät soveltuvat laatutyöka-lut. Lisäksi työssä tutkitaan ja selvitetään ympäristö-, laadunhallinta- ja hitsausstandardien vaatimuksia tuotekehityksen yhteydessä. Tutkimusosiossa laatutyökaluja sovelletaan ja testataan aktiivisten tuotekehitysprojektin yhteydessä sekä niiden vaikuttavuutta arvioidaan laadun ja läpimenoajan parantamiseen. Ympäristöön, laadunhallintaan ja hitsaukseen liit-tyvien standardivaatimuksien täyttäminen tuotekehitysprosessissa tarkastetaan ja arvioi-daan uudelleen sekä tehdään tarvittavia lisäyksiä ja tarkennuksia. Tutkimuksen tuloksena on parannettu tuotekehitysprosessi, jossa hyödynnetään soveltuvia laatutyökaluja oikea-aikaisesti eri vaiheissa.

Planning and control of internal development projects in a fast changing environment: Case study

Tutkimuksen tarkoituksena on kuvata ja ymmärtää kuinka sisäisiä kehityshankkeita voidaan hallita onnistuneesti kun toimitaan nopeasti muuttuvassa ympäristössä. Tutkimus kuvailee etenkin projekteille tärkeitä menestymistekijöitä, kuten suunnittelu, kontrollointi ja päätöksenteko. Tutkimus selvittää yleisimmät ongelma-alueet case-organisaation sisäisten kehityshankkeiden hallinnassa. Tutkimus on luonteeltaan laadullinen tutkimus, jossa tutkimusmenetelmänä on käytetty tapaustutkimusta. Empiirisessa osassa käsittellään case-organisaation sisäisiä informaatioteknologia-hankkeita (IT) ja uusien konseptien kehityshankkeita (NCD). iSisäisten kehityshankkeiden erilaisuuden ymmärtäminen oli tutkimuksen tärkein tulos. Tutkimuksen empiirinen osio osoitti sen, että epävarmuudella on erittäin suuri vaikutus projektihallintaan sekä projektin kontrollointiin. Case-organisaation IT-projektien onnistuminen riippuu organisaatiomuu-toksen onnistumisesta. Asiakkaisiin ja markkinoihin liittyvät epävarmuudet ovat vaikuttavimmat NCD projektien epävarmuuksista. Näillä epävarmuuk-sil­la on vaikutusta projektihallintaan jonka myötä NCD projektit juuttuvat useim­mi­ten noidankehiin tai ne lopetetaan jo aikaisessa vaiheessa.

Sheeting efficiency improvement through production planning and control development.

Arkitus on kartongin jatkojalostusmuoto, jonka tehokkuus muodostuu monen tekijän vaikutuksesta. Tämän työn tavoitteena oli parantaa arkitustehokkuutta tutkitussa kahden folioleikkurin arkittamossa tuotannonsuunnittelun ja tuotannonohjauksen kehittämisellä. Kartonkitehtaan sisäisessä jalostusketjussa arkitus on viimeinen vaihe, mikä tekee siitä pitkälti riippuvaisen edeltävistä konevaiheista, eli kartonkikoneista ja PE-päällystyskoneista. Pelkkä arkituksen tuotannonsuunnittelun huomiointi ei siis vielä takaa hyvää lopputulosta arkitustehokkuuden kannalta. Folioarkitustoiminta on hyvin asiakassuuntautunutta. Arkkikoot määräytyvät asiakkaiden omien tarpeiden perusteella, jolloin eri arkkikokojen kokonaismäärä kasvaa huomattavan suureksi. Viime vuosien trendinä on ollut tilauseräkokojen pieneneminen. Näiden tekijöiden yhteisvaikutuksena arkituksen tuotantoprosessille on ominaista erilaisten asetusten aiheuttama katkonaisuus. Lisäksi pelkästään yhden millimetrin muutos arkin leveydessä voi usein vaikuttaa arkitustehokkuuteen hyvinkin merkittävästi. Näistä syistä arkituksen tuotannonsuunnittelun apuvälineeksi tarvitaan tarkkuuteen ja joustavuuteen kykenevää tietojärjestelmää. Tehokkaan tuotannonohjauksen tueksi tarvitaan lisäksi erilaisia leikkuri- ja kartonkilaatukohtaisia raportteja. Työn teoriaosassa käsitellään tarkemmin arkitustoiminnan ominaisuuksia ja sen tehokkuuteen vaikuttavia tekijöitä. Lisäksi käsitellään tuotannonsuunnittelun ja tuotannonohjauksen periaatteita ja toimintoja.

The effects of real time control of welding parameters on weld quality in plasma arc keyhole welding

Joints intended for welding frequently show variations in geometry and position, for which it is unfortunately not possible to apply a single set of operating parameters to ensure constant quality. The cause of this difficulty lies in a number of factors, including inaccurate joint preparation and joint fit up, tack welds, as well as thermal distortion of the workpiece. In plasma arc keyhole welding of butt joints, deviations in the gap width may cause weld defects such as an incomplete weld bead, excessive penetration and burn through. Manual adjustment of welding parameters to compensate for variations in the gap width is very difficult, and unsatisfactory weld quality is often obtained. In this study a control system for plasma arc keyhole welding has been developed and used to study the effects of the real time control of welding parameters on gap tolerance during welding of austenitic stainless steel AISI 304L. The welding tests demonstrated the beneficial effect of real time control on weld quality. Compared with welding using constant parameters, the maximum tolerable gap width with an acceptable weld quality was 47% higher when using the real time controlled parameters for a plate thickness of 5 mm. In addition, burn through occurred with significantly larger gap widths when parameters were controlled in real time. Increased gap tolerance enables joints to be prepared and fit up less accurately, saving time and preparation costs for welding. In addition to the control system, a novel technique for back face monitoring is described in this study. The test results showed that the technique could be successfully applied for penetration monitoring when welding non magnetic materials. The results also imply that it is possible to measure the dimensions of the plasma efflux or weld root, and use this information in a feedback control system and, thus, maintain the required weld quality.

VOC emissions and control techniques in softwood veneer dryers

The objective in this Master’s Thesis was to determine VOC emissions from veneer drying in softwood plywood manufacturing. Emissions from plywood industry have become an important factor because of the tightened regulations worldwide. In this Thesis is researched quality and quantity of the VOCs from softwood veneer drying. One of the main objectives was to find out suitable cleaning techniques for softwood VOC emissions. In introduction part is presented veneer drying machines, wood mechanical and chemical properties. VOC control techniques and specified VOC limits are introduced also in the introduction part. Plywood mills have not had interest to VOC emissions previously nevertheless nowadays plywood mills worldwide must consider reduction of the emissions. This Thesis includes measuring of emissions from softwood veneer dryer, analyzation of measured test results and reviewing results. Different air conditions inside of the dryer were considered during planning of the measurements. Results of the emissions measurements were compared to the established laws. Results from this Thesis were softwood veneer dryer emissions in different air conditions. Emission control techniques were also studied for softwood veneer dryer emissions for further specific research.

Analysis of electricity distribution network operation business models and capitalization of control room functions with DMS

Electricity distribution network operation (NO) models are challenged as they are expected to continue to undergo changes during the coming decades in the fairly developed and regulated Nordic electricity market. Network asset managers are to adapt to competitive technoeconomical business models regarding the operation of increasingly intelligent distribution networks. Factors driving the changes for new business models within network operation include: increased investments in distributed automation (DA), regulative frameworks for annual profit limits and quality through outage cost, increasing end-customer demands, climatic changes and increasing use of data system tools, such as Distribution Management System (DMS). The doctoral thesis addresses the questions a) whether there exist conditions and qualifications for competitive markets within electricity distribution network operation and b) if so, identification of limitations and required business mechanisms. This doctoral thesis aims to provide an analytical business framework, primarily for electric utilities, for evaluation and development purposes of dedicated network operation models to meet future market dynamics within network operation. In the thesis, the generic build-up of a business model has been addressed through the use of the strategicbusiness hierarchy levels of mission, vision and strategy for definition of the strategic direction of the business followed by the planning, management and process execution levels of enterprisestrategy execution. Research questions within electricity distribution network operation are addressed at the specified hierarchy levels. The results of the research represent interdisciplinary findings in the areas of electrical engineering and production economics. The main scientific contributions include further development of the extended transaction cost economics (TCE) for government decisions within electricity networks and validation of the usability of the methodology for the electricity distribution industry. Moreover, DMS benefit evaluations in the thesis based on the outage cost calculations propose theoretical maximum benefits of DMS applications equalling roughly 25% of the annual outage costs and 10% of the respective operative costs in the case electric utility. Hence, the annual measurable theoretical benefits from the use of DMS applications are considerable. The theoretical results in the thesis are generally validated by surveys and questionnaires.

Researching Manufacturing Planning and Control system and Master Scheduling in a manufacturing firm.

The objective of this thesis is to research Manufacturing Planning and Control (MPC) system and Master Scheduling (MS) in a manufacturing firm. The study is conducted at Ensto Finland Corporation, which operates on a field of electrical systems and supplies. The paper consists of theoretical and empirical parts. The empirical part is based on weekly operating at Ensto and includes inter-firm material analysis, learning and meetings. Master Scheduling is an important module of an MPC system, since it is beneficial on transforming strategic production plans based on demand forecasting into operational schedules. Furthermore, capacity planning tools can remarkably contribute to production planning: by Rough-Cut Capacity Planning (RCCP) tool, a MS plan can be critically analyzed in terms of available key resources in real manufacturing environment. Currently, there are remarkable inefficiencies when it comes to Ensto’s practices: the system is not able to take into consideration seasonal demand and react on market changes on time; This can cause significant lost sales. However, these inefficiencies could be eliminated through the appropriate utilization of MS and RCCP tools. To utilize MS and RCCP tools in Ensto’s production environment, further testing in real production environment is required. Moreover, data accuracy, appropriate commitment to adapting and learning the new tools, and continuous developing of functions closely related to MS, such as sales forecasting, need to be ensured.

Stiffness based trajectory planning and feedforward based vibration suppression control of parallel robot machines

The dissertation proposes two control strategies, which include the trajectory planning and vibration suppression, for a kinematic redundant serial-parallel robot machine, with the aim of attaining the satisfactory machining performance. For a given prescribed trajectory of the robot's end-effector in the Cartesian space, a set of trajectories in the robot's joint space are generated based on the best stiffness performance of the robot along the prescribed trajectory. To construct the required system-wide analytical stiffness model for the serial-parallel robot machine, a variant of the virtual joint method (VJM) is proposed in the dissertation. The modified method is an evolution of Gosselin's lumped model that can account for the deformations of a flexible link in more directions. The effectiveness of this VJM variant is validated by comparing the computed stiffness results of a flexible link with the those of a matrix structural analysis (MSA) method. The comparison shows that the numerical results from both methods on an individual flexible beam are almost identical, which, in some sense, provides mutual validation. The most prominent advantage of the presented VJM variant compared with the MSA method is that it can be applied in a flexible structure system with complicated kinematics formed in terms of flexible serial links and joints. Moreover, by combining the VJM variant and the virtual work principle, a systemwide analytical stiffness model can be easily obtained for mechanisms with both serial kinematics and parallel kinematics. In the dissertation, a system-wide stiffness model of a kinematic redundant serial-parallel robot machine is constructed based on integration of the VJM variant and the virtual work principle. Numerical results of its stiffness performance are reported. For a kinematic redundant robot, to generate a set of feasible joints' trajectories for a prescribed trajectory of its end-effector, its system-wide stiffness performance is taken as the constraint in the joints trajectory planning in the dissertation. For a prescribed location of the end-effector, the robot permits an infinite number of inverse solutions, which consequently yields infinite kinds of stiffness performance. Therefore, a differential evolution (DE) algorithm in which the positions of redundant joints in the kinematics are taken as input variables was employed to search for the best stiffness performance of the robot. Numerical results of the generated joint trajectories are given for a kinematic redundant serial-parallel robot machine, IWR (Intersector Welding/Cutting Robot), when a particular trajectory of its end-effector has been prescribed. The numerical results show that the joint trajectories generated based on the stiffness optimization are feasible for realization in the control system since they are acceptably smooth. The results imply that the stiffness performance of the robot machine deviates smoothly with respect to the kinematic configuration in the adjacent domain of its best stiffness performance. To suppress the vibration of the robot machine due to varying cutting force during the machining process, this dissertation proposed a feedforward control strategy, which is constructed based on the derived inverse dynamics model of target system. The effectiveness of applying such a feedforward control in the vibration suppression has been validated in a parallel manipulator in the software environment. The experimental study of such a feedforward control has also been included in the dissertation. The difficulties of modelling the actual system due to the unknown components in its dynamics is noticed. As a solution, a back propagation (BP) neural network is proposed for identification of the unknown components of the dynamics model of the target system. To train such a BP neural network, a modified Levenberg-Marquardt algorithm that can utilize an experimental input-output data set of the entire dynamic system is introduced in the dissertation. Validation of the BP neural network and the modified Levenberg- Marquardt algorithm is done, respectively, by a sinusoidal output approximation, a second order system parameters estimation, and a friction model estimation of a parallel manipulator, which represent three different application aspects of this method.