Development of a simulation tool for torsional vibration of branched power transmission system

In this master's thesis a mechanical model that is driven with variable speed synchronous machine was developed. The developed mechanical model simulates the mechanics of power transmission and its torsional vibrations. The mechanical model was developed for the need of the branched mechanics of a rolling mill and the propulsion system of a tanker. First, the scope of the thesis was to clarify the concepts connected to the mechanical model. The clarified concepts are the variable speed drive, the mechanics of power transmission and the vibrationsin the power transmission. Next, the mechanical model with straight shaft line and twelve moments of inertia that existed in the beginning was developed to be branched considering the case of parallel machines and the case of parallel rolls. Additionally, the model was expanded for the need of moreaccurate simulation to up to thirty moments of inertia. The model was also enhanced to enable three phase short circuit situation of the simulated machine. After that the mechanical model was validated by comparing the results of the developed simulation tool to results of other simulation tools. The compared results are the natural frequencies and mode shapes of torsional vibration, the response of the load torque step and the stress in the mechanical system occurred by the permutation of the magnetic field that is arisen from the three phase short circuit situation. The comparisons were accomplished well and the mechanical model was validated for the compared cases. Further development to be made is to develop the load torque to be time-dependent and to install two frequency converters and two FEM modeled machines to be simulated parallel.

Kuparituotetehtaan tuoterakenteen ja logistisen tehokkuuden kehittäminen

Tässä tutkimuksessa on keskitytty tutkimaan kuparituotetehtaan tuoterakennetta ja tilausten kohdistumispisteitä sekä esittämäänparannusehdotuksia näiden suhteen. Valssaamon prosessivarasto on kokenut huomattavan pienennyksen ja tavoitteena on, että tästä huolimatta tuotantoa pystyttäisiin ohjaamaan vähemmin resurssein, materiaalipulasta kärsimättä ja nopeammin läpimenoajoin. Lisäksi työssä esitetään muita tuotantoprosessiin liittyviä kehitysehdotuksia, jotka tukevat tuotannon virtaviivaistamista ja varastosaldojen vähentämistä. Teoriaosuudessa selitetään Lean-tuotannon toimivuuttavalssaamon kaltaisessa toimintaympäristössä. Teoriaosuudessa on käsitelty Lean-tuotannon lisäksi myös Agile- ja Leagile-teorioita, koska myös näiden teorioidenyhteensopivuus valssaamon tuotantoon on merkittävä. Empiirisessä osassa on kuvattu tuotantoprosessin ja tuoterakenteen nykytila sekä esitetty kehitysehdotuksianäiden kehittämiseen esiteltyjen teorioiden pohjalta. Tutkimuksen perusteella esitetään muutoksia tämänhetkiseen tuoterakenteeseen, koska nykyisen kaltainen tuoterakenne on jäänyt osittain turhaksi varastojen siirryttyä tuotannon alkupäähän. Lisäksi ehdotetaan kuumavalssaussuunnitelmasta luopumista ja kuumavalssaimen ohjaussyklin lyhentämistä vuorokauden mittaiseksi, sekä esitetään, miten tuotantoon tulisi välittää nykyistä tarkempaa tietoa tilauksien valmistumisajankohdista.

Puunkäsittelykoneen simulointi ja mekaaniset häviöt

Diplomityö on osa Savonia-amk:n koneosaston TOVI-projektia, jossa metsä-konevalmistaja Ponsse Oyj on mukana. Työssä tutkittiin Ponsse Oyj:n metsäkoneen harvesteripäätä. Tavoitteena oli harvesteripään puun syöttöliikkeessä syntyvien mekaanisten häviöiden selvittäminen. Mekaanisilla häviöillä tarkoitamme karsintaterien kitkavoimia ja syöttörullien vierintävastusta.Edellisten lisäksi tavoitteena oli tutkia puun syöttöliikkeen simuloitavuutta monikappaledynamiikkaan perustuvalla simu-lointiohjelmistolla. Työ toteutettiin mittaamalla harvesteripään hydraulisten toimilaitteiden paineita, puun syötön aikana. Mittasimme myös puun ja harvesteripään välistä liikematkaa, nopeutta, kiihtyvyyttä, sekä puun paksuutta. Mittausten lisäksi harvesteripäästä rakennettiin simulointimalli. Mitattujen paineiden avulla laskettiin vastaavien toimilaitteiden synnyttämät voimat ja momentit. Simulointimallilla toistettiin mittaustapahtumat, käyttäen mittausten avulla laskettuja voimia ja momentteja. Mallin kitkakertoimien ja vierintävastusten avulla simuloidut ja mitatut liikematkat haettiin yhteneviksi. Toisin sanoen, simulointimalli verifioitiin todellisuutta vastaavaksi, jolloin simulointimallista voitiin lukea syntyneet häviöt.

Modernisation of bar mill automation

Työn tavoitteena on tankovalssaamon perusautomaation modernisointi Ovako Bar Oy Ab:n Imatran terästehtaalla. Vanha automaatiojärjestelmä on toteutettu 80-luvun puoli-välin tekniikalla käyttämällä Siemens Sicomp MMC 216 moniprosessori-tietokonetta, Siemens Simatic S5 logiikkayksiköitä sekä Siemens Simadyn D DC-käyttöjä. Modernisoinnin tarkoituksena on korvata vanha automaatiojärjestelmä Siemens PCS7 -järjestelmällä siten, että tankovalssaamon automaatiojärjestelmä voidaan liittää osaksi jo aiemmin modernisoituja, nykyisin PCS7 automaatiojärjestelmällä toteutettuja ratkaisu-ja. Valssaamon mekaniikka ei mahdollista tuotannon kasvattamista pelkästään uuden automaatiojärjestelmän avulla, joten modernisointi keskittyy parantamaan järjestelmän luotettavuutta ja helpottamaan ylläpitoa. Projekti päätettiin jakaa kolmeen osaan, jotka voidaan toteuttaa erillisinä osaprojekteina. Tärkein osaprojekti on MMC järjestelmän uusinta. Muut osaprojektit ovat DC-käyttöjen sekä ohjelmoitavien logiikkojen modernisointi. Osaprojektit valittiin siten, että mikä tahansa niistä voidaan toteuttaaerillisenä projektinaan, mikäli kaikkia osia ei voida mo-dernisoida samanaikaisesti budjetin asettamien rajoitusten vuoksi.

Seostamattoman hitsausteräksen leimuhitsaus

Valssilangan valmistuksessa päättymättömällä valssausprosessilla voidaan parantaa tuotannon tuottavuutta ja joustavuutta. Menetelmän ansiosta myös valssilankakieppien kokoa voidaan vaihdella asiakkaan tarpeiden mukaan. Prosessin joustavuus ja tuottavuus perustuvat liikkuvaan leimuhitsauslaitteistoon, jolla austeniittialueelle kuumennetut teelmät hitsataan toisiinsa ennen valssausta. Koska leimuhitsausliitoksen hyvä laatu on valmistusprosessin kannalta erityisen tärkeää, tutkittiin tässä työssä hitsausparametrien vaikutusta liitoksen laatuun. Hitsausparametreista tärkeimpiä ovat leimutusaika ja -jännite sekä tyssäyksen voima ja määrä. Parametrien ollessa liian suuria muodostuvat liitospinnat liian plastisiksi ja sopivan tyssäysvoiman ylläpitäminen on vaikeaa. Liian pienillä parametreilla liitospintojen plastisoituminen jää kesken ja tyssäys jää puutteelliseksi. Leimuhitsauksen laatuun vaikuttaa myös liitospinta-alan koko. Kaikki nämä tekijät heikentävät liitoksia, joten parametrien optimaalisuus on liitoksen hyvän laadun kannalta välttämätön. Parametrikokeina hitsattujen koekappaleiden rakennetta ja ominaisuuksiatutkittiin ainetta rikkovilla kokeilla. Lyhyemmillä leimutusajoilla hitsatuistakoekappaleista löytyi virheitä, jotka heikensivät huomattavasti liitoksien laatua. Menetelmäkokeiden perusteella koekappaleet eivät kaikilta osin täyttäneet liitosten laatuvaatimuksia.

Rullaavaan budjetointiin siirtymisen ongelmat ja mahdollisuudet

Perinteinen budjetointi on saanut osakseen runsaasti kritiikkiä yritysjohdolta ja taloushallinnon ammattilaisilta. Sen ei enää koeta toimivan yrityksen talouden tehokkaana ohjaajana, vaan se koetaan hankalana ja kalliina prosessina ja vanhentuneena tietona jo valmistuessaan. Yritykset ovatkin viime vuosina pyrkineet löytämään vaihtoehtoisia tapoja viestittää yrityksen taloudellisia tavoitteita organisaatiolle ja luoda hyvä perusta motivoinnille ja palkitsemiselle. Vaihtoehdoksi on esitettyrullaavaa budjettia. Tämän tutkimuksen tavoitteena on vertailla rullaavaa budjettia perinteiselle vuosibudjetoinnille vaihtoehtoisena budjetointimenetelmänä. Tutkimus on toteutettu kvalitatiivisena tutkimuksena perehtyen alan tutkimukseen ja kirjallisuuteen, sekä tutkimalla teollista toimintaa harjoittavan suomalaisenyhtiön kokemuksia näistä molemmista budjetointimenetelmistä. Tutkimuksen tuloksia voidaan käyttää esitutkimuksena silloin, kun yritys haluaa harkita vaihtoehtoja vuosibudjetoinnille. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että rullaava budjetointi voi korvata vuosibudjetin. Rullaavan budjetin lisäksi yritys tarvitsee sekä laadullisia että määrällisiä mittareita varmistaakseen liiketoiminnan oikean suunnan. Näitä mittaristoja voidaan käyttää myös henkilöstön palkitsemisen perustana.Perinteisen budjetin valvontafunktion korvaaminen on haasteellista. Tavoitteenasetanta ja motivointi ovat myös perinteisen budjetin funktioita. Vaihtoehdoksi on esitetty selkeiden toimintaperiaatteiden ja - rajoitteiden määrittäminen ja alemman johdon ja henkilöstön valtaistaminen.

Epävarmuuden hallinta ohjausjärjestelmien ja systemaattisen riskienhallinnan avulla

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää, miten yritykset hallitsevat liiketoimintaan liittyvää epävarmuutta ohjausjärjestelmien ja systemaattisen riskienhallinnan avulla. Ohjausjärjestelmissä keskitytään erityisesti taloudellisen kehityksen ja asetettujen tavoitteiden seurantaan käytettäviin järjestelmiin ja menetelmiin. Tutkimusmenetel-mänä käytetään kvalitatiivista analyysiä ja tutkimuksen empiirisen osan aineisto on kerätty julkisesti saatavilla olevasta informaatiosta. Tutkimuksessa käytetään poikkileikkausaineistoa. Aineisto koostuu 43 yrityksestä ja tiedot aineistoon on kerätty vuonna 2005 julkaistusta informaatiosta. Tutkimustulosten mukaan yritysten taloudellista kehitystä seurattaessa selvästi merkittävimmässä roolissa näyttää olevan budjetti. Budjetin ohella tutkitut yritykset ilmoittavat käyttävänsä eniten rullaavaa ennustamista, tuloskorttia sekä taloudellista lisäarvoa asetettujen tavoitteiden toteutumisen seurantaan. Toimialoja vertailtaessa tutkimustulokset osoittavat, että informaatioteknologiateollisuuden yritykset käyttävät laajempaa informaatiota ja suosivat tarkempaa informaatiota tuottavia ohjaus-menetelmiä, johtuen toimialalla vaikuttavista epävarmuustekijöistä ja nopeasti muuttuvasta liiketoimintaympäristöstä. Kohdeyritykset integroivat riskienhallinnan tyypillisesti johtamisjärjestelmään ja riskienhallinnan avulla tavoitellaan muun muassa asetettujen tavoitteiden saavuttamisen varmistamista.

SIMULATION OF AMB SUPPORTED ROTOR DURING DROP ON RETAINER BEARINGS

The active magnetic bearings present a new technology which has many advantages compared to traditional bearing designs. Active magnetic bearings, however, require retainer bearings order to prevent damages in the event of a component, power or a control loop failure. In the dropdown situation, when the rotor drops from the magnetic bearings to the retainer bearings, the design parameters of the retainer bearings have a significant influence on the behaviour of the rotor. In this study, the dynamics of an active magnetic bearings supported electric motor during rotor drop on retainer bearings is studied using a multibody simulation approach. Various design parameters of retainer bearings are studied using a simulation model while results are compared with those found in literature. The retainer bearings are modelled using a detailed ball bearing model, which accounts damping and stiffness properties, oil film and friction between races and rolling elements. The model of the ball bearings includes inertia description of rollingelements. The model of the magnetic bearing system contains unbalances of the rotor and stiffness and damping properties of support. In this study, a computationally efficient contact model between the rotor and the retainer bearings is proposed. In addition, this work introduces information for the design of physicalprototype and its retainer bearings.

Dynamic Simulations of Rotors during Drop on Retainer Bearings

The active magnetic bearings have recently been intensively developed because of noncontact support having several advantages compared to conventional bearings. Due to improved materials, strategies of control, and electrical components, the performance and reliability of the active magnetic bearings are improving. However, additional bearings, retainer bearings, still have a vital role in the applications of the active magnetic bearings. The most crucial moment when the retainer bearings are needed is when the rotor drops from the active magnetic bearings on the retainer bearings due to component or power failure. Without appropriate knowledge of the retainer bearings, there is a chance that an active magnetic bearing supported rotor system will be fatal in a drop-down situation. This study introduces a detailed simulation model of a rotor system in order to describe a rotor drop-down situation on the retainer bearings. The introduced simulation model couples a finite element model with component mode synthesis and detailed bearing models. In this study, electrical components and electromechanical forces are not in the focus. The research looks at the theoretical background of the finite element method with component mode synthesis that can be used in the dynamic analysis of flexible rotors. The retainer bearings are described by using two ball bearing models, which include damping and stiffness properties, oil film, inertia of rolling elements and friction between races and rolling elements. Thefirst bearing model assumes that the cage of the bearing is ideal and that the cage holds the balls in their predefined positions precisely. The second bearing model is an extension of the first model and describes the behavior of the cageless bearing. In the bearing model, each ball is described by using two degrees of freedom. The models introduced in this study are verified with a corresponding actual structure. By using verified bearing models, the effects of the parameters of the rotor system onits dynamics during emergency stops are examined. As shown in this study, the misalignment of the retainer bearings has a significant influence on the behavior of the rotor system in a drop-down situation. In this study, a stability map of the rotor system as a function of rotational speed of the rotor and the misalignment of the retainer bearings is presented. In addition, the effects of parameters of the simulation procedure and the rotor system on the dynamics of system are studied.

CO2-päästötaseenhallinta terästeollisuudessa

Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää hiilidioksiditaseen hallintamenetelmää Rautaruukin toiminnoille päästökaupan olosuhteissa. Taseenhallintamenetelmä sisältää päästöjen laskennan sekä päästöoikeuksien hallintaan liittyviä asioita. EU:n laajuisen päästökaupan reunaehdot määrittelee päästökauppadirektiivi ja sen antama päästöjen seurantaa ja raportointia koskeva monitorointiohje. Työssä on tarkasteltu hiilidioksidipäästöhistoriaa ja laskentamenetelmiä niiden Rautaruukin toimipaikkojen kohdalta, joiden oletetaan kuuluvan EU:n päästökaupan piiriin. Toimipaikoista on tarkasteltu erityisesti Raahen ja Koverharin terästehtaita, sillä ne muodostavat merkittävimmän osuuden konsernin Suomen toimipaikkojen hiilidioksidipäästöistä. Muita tarkasteltavia toimipaikkoja ovat Hämeenlinnan ja Dalsbrukin valssaamot Suomessa, Smedjebackenin terästehdas ja Boxholmin valssaamo Ruotsissa, Mo i Ranan terästehdas ja Profilerin valssaamo Norjassa sekä Nedstaalin valssaamo Hollannissa. Kustannustehokkaan ja hallitun päästökaupankäynnin perustaksi yritystasolla tarvitaan päästötaseenhallintamenetelmä, jonka avulla voidaan määrittää syntyneet päästöt komission monitorointiohjeen vaatimalla tavalla, arvioida tulevia päästömääriä sekä hallita päästökaupankäyntiä. Päästökaupanhallintaan sisältyviä asioita ovat saadut ilmaiset päästöoikeudet, ostettavien tai myytävien oikeuksien määrä, kaupankäynnin ajankohta, päästöoikeuksien erilaiset hankintamahdollisuudet, päästöoikeuksien hinnanmuodostus ja riskienhallinta.

Fluoriditasetarkastelu ja päästöjen hallinta ferrokromi- ja terästeollisuudessa

Työn alkuosassa kartoitettiin AvestaPolarit –yhtiöiden Tornion tehtaiden keskeiset fluoridilähteet kuten fluspaatti, valukuonat, valupulverit ja fluorivetyhappo. Valupulverien ja kuonien haihtumis- ja liukoisuuskäyttäytymistä valaistiin kotimaisten ja kansainvälisten tutkimusten avulla. Tutkimustuloksia sovellettiin pääpiirteittäin Tornion tehtaiden tilanteeseen ottamalla huomioon tekijät, jotka saattoivat lieventää tai vahvistaa fluoridien vaikutusta ympäristöön. Yleisesti fluoridien ympäristö- ja terveysvaikutukset arvioitiin vähäisiksi. Työn kokeellisessa osassa määritettiin Tornion tehtaiden ferrokromitehtaan, terässulaton, kuumavalssaamon ja kylmävalssaamon fluoriditaseet. Jokaisen osastojen syötteiden fluoridipitoisuudet selvitettiin tuottajien ilmoittamien tuotekoostumuksien, spesifikaatioiden ja fluoridianalyysien perusteella. Fluoridien kokonaismäärät laskettiin jokaiselle syötteelle ja ne suhteutettiin kunkin osaston vuoden 2001 tuotantotasoon. Tasetarkastelussa suurimpina fluoridisyötteinä nousivat odotetusti esiin terässulaton käyttämä kuonanmuodostaja-aine fluspaatti (CaF2) ja kylmävalssaamon peittaushappo, 70 prosenttinen fluorivetyhappo (HF). Lisäksi muita merkittäviä syötteitä olivat kylmävalssaamon käyttämä kalkkipitoinen sekakuona ja ferrokromitehtaan sulatuskoksi. Tuotoksien eli päästöjen fluoridipitoisuudet saatiin selville päästömittauksin. Jätevesistä otettiin pääosin viikoittaisia kokoomanäytteitä, jotka analysoitiin tehtaan laboratoriossa. Kaasumaiset tuotokset oli määritetty kertamittauksien perusteella. Kiinteiden tuotoksien eli sakkojen ja kuonien fluoridimittaukset suoritettiin 3 sulatuksen kuonanäytteistä ja sakan vuosinäytteestä. Tuotoksista suurimmat ominaispäästökertoimet olivat juuri terässulaton AOD-konvertterin ja senkkauunin kuonilla ja kylmävalssaamon neutraloidulla regenerointisakalla ja neutralointisakoilla. Näistä ei aiheutunut varsinaista päästöä lähiympäristöön, koska sakat ja kuonat loppusijoitetaan tehtaan kaatopaikalle tai niitä käytetään liukenemattomassa muodossa. Tornion tehtaiden fluoridisyötteiden ja -tuotoksien mittausepätarkkuudet vaikuttivat fluoriditaseeseen. Ferrokromitehtaan fluoridisyötteet olivat kokonaismäärältään selvästi suurempia kuin tuotokset. Terässulaton fluoriditaseen tuotokset olivat suurempia kuin syötteet ja kylmävalssaamon syötteet sekä tuotokset olivat karkeasti arvioiden samaa suuruusluokkaa. Kuumavalssaamon fluoridisyötteet ja -tuotokset olivat mitättömiä. Fluoriditaseen epävarmuustekijöitä voidaan vähentää suorittamalla esimerkiksi useita fluoridimittauksia kaasumaisista päästöistä.

Rullaavan ennustamisen kehittäminen CASE: ABB Oy Service

Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää rullaavan ennustamisen toimintaa, jotta se tuottaisi relevanttia informaatiota tapausyrityksen ohjaukselle. Tutkimuksessa sovellettiin konstruktiivista tutkimusotetta, joka on ratkaisumenetelmä liikkeenjohdollisiin ongelmiin. Tutkimustulos eli ratkaisukonstruktio innovoitiin tutkijan luoman viitekehyksen ja empiirisen tutkimuksen havaintojen avulla. Tutkimustuloksien perusteella analyyttisen rullaavan ennustamisen tarkoituksena on tyydyttää eri ohjaustasojen informaatiotarpeita ja tukea asiakaslähtöisen tapausyrityksen liiketoimintaympäristöön sopeutumista. Tutkimuksen mukaan rullaava ennustaminen on suunnittelua, joka pyrkii organisatoriseen oppimiseen. Kehittämiseen liittyviä näkökulmia, organisatorisia ja järjestelmällisiä tekijöitä löydettiin useita. Nämä eivät rajoittuneet ainoastaan johdon laskentatoimen alueelle.

Time-Varying Benefits of International Diversification for Finnish Investor: Country-Specific Strategy Concentrating on Emerging Markets

The main objective of this study is to investigate whether the Finnish investors’ country-specific strategy concentrating on emerging markets provides diversification benefits. We also analyze whether the benefits of international diversification has been diminished after periods of high volatility caused by different market crisis. The objective is investigated with three methods: Correlation coefficients, rolling correlations added with OLS trend-lines and Box’s M statistic. All the empirical tests are analyzed and calculated with logarithmic returns of weekly time series data from Friday closing values between January 1995 and December 2007. The number of weekly observations is 678. The data type is total return indices of different countries. Data is collected from DataStream and provided by Datastream Financial. Countries investigated are Finland, Argentina, Brazil, Chile, China, India, Mexico, Poland, Russia, South Africa, South Korea, Thailand and Turkey. The current data is quoted both in U.S. Dollars and local currencies. The empirical results of this thesis show that the correlation coefficients are time-varying across Finland and 12 emerging market countries. Although the correlations have risen from 1995 to 2007, there can be found sub-periods where the correlation has declined from earlier period. The results also indicate that a Finnish investor constructing a portfolio of emerging market countries cannot rely on the correlation coefficients estimated from historical data because of the instability of correlation matrices.

Harjateräspulttien tuotannon kehitys eri kustannusympäristöissä

Työssä kartoitettiin eri kierteenvalmistusmenetelmät ja valittiin sopivin vaihtoehto harjateräspulttien kierteiden valmistukseen. Työssä painotettiin etenkin läpimenoaikaa ja työkalukustannuksia. Valitun menetelmän pohjalta suunniteltiin kolme eri automaatiotason tuotantosolua tuotteiden valmistukseen Suomessa ja Slovakiassa sekä laskettiin niiden investointikustannukset ja – hyödyt. Tuotannonsuunnittelussa otettiin huomioon myös muut pultin valmistusvaiheet kierteenvalmistuksen lisäksi sekä selvitettiin nykyisten prosessiparametrien tehokkuus. Työssä löydettiin nykyistä nopeampi ja työkalukustannuksiltaan halvempi menetelmä kierteiden valmistukseen. Myös nykyisiä prosessiparametreja saatiin nopeutettua. Työn pohjalta valittu tuotantosolu päätettiin toteuttaa käytännön testien onnistuessa.