Nelitietrukin ohjausjärjestelmän suunnittelu QFD-laatutyökalua hyväksikäyttäen

Tämä työ käsittelee tuotekehitysprojektia, jonka tarkoituksena on suunnitella uusi nelitietyöntömastotrukki asiakaslähtöisesti QFD-laatutyökalua hyväksi käyttäen. Työ esittelee QFD-laatutyökalun, sekä varsinkin sen nelivaiheisen ASI:n toimintamallin. Työ antaa myös perusvalmiudet ASI:n toimintamallin käyttöön tuotekehitysprojektissa. Työssä keskitytään tarkastelemaan uuden ohjausjärjestelmän mekaanista kehittelyä. Suunnittelutyössä käytetään hyväksi ASI:n (American Supplier Institute) nelivaiheista QFD-laatutyökalua, joka on autoteollisuuden toimintatapoihin perustuva QFD-tekniikka. QFD tulee sanoista Quality Funcktion Deployment ja vapaasti suomennettuna se merkitsee asiakaslähtöinen tuotesuunnittelu. Nelivaiheinen QFD-malli koostuu seuraavista matriiseista: 1. Tuotteen suunnittelu, 2. osien suunnittelu ja kehittäminen, 3. prosessin suunnittelu sekä 4. tuotannon suunnittelu. Matriisin tulokset muodostavat aina seuraavan matriisin lähtökohdat. Ensimmäisen matriisin lähtökohdat muodostuvat asiakastarvekuvauksesta, joka saadaan haastatteluista, tutkimuksista yms. Tuotekehitysprojektissa kehitetty TEM-monitietrukki, jossa rajattomasti ympäripyöriviä tukipyöriä ohjataan CAN-väylän kautta älykkäällä ohjauslogiikalla, on markkinoilla erittäin kilpailukykyinen sekä ominaisuuksiensa että hintansa puolesta. QFD yhdessä huolellisesti analysoidun asiakastarvekuvauksen kanssa selkeyttää ja priorisoi tuotteen spesifikaation määrittelyä sekä ohjaa tuotteen kehittelyä ja tuotannollistamista. Tuotekehitysprojekti pysyy aikataulussaan ja tuotannollistamisen kynnyksellä tehtävät muutokset vähenevät selkeän jäsentelyn ansiosta.

Vannesahalinjan tuotantokapasiteetin kasvattaminen konstruktiota kehittämällä

Tässä tutkimuksessa selvitetään, mitä muutoksia vannesahalinjan koneisiin tulee tehdä, jotta syöttönopeutta voidaan nostaa. Lisäksi työn perusteella on onnistuttu sahaamaan tuotannossa ohuemmalla terärungolla samalla mittatarkkuudella kuin aikaisemmin paksummalla terärungolla. Työssä on kartoitettu kyseessä olevan vannesahalinjan todennäköisimmät pullonkaulat nopeutta nostettaessa. Lisäksi on tarkasteltu mittauksin eräiden kriittisten koneiden käyttäytymistä sahauksen aikana. Mittausten perusteella on tehty ehdotukset tarvittaville konstruktiomuutoksille, jotta sahaus korotetulla nopeudella onnistuu hyvällä mittatarkkuudella. Tutkimuksen aikana on kehitetty mittausjärjestelmä, jolla vannesahan teräpyörien muoto voidaan mitata ja siirtää tietokoneelle myöhempää tarkastelua ja arkistointia varten.

Satamanosturin dynamiikan reaaliaikasimulointi

Työn tavoitteena oli mallintaa satamanosturin dynamiikkaa mahdollisimman tarkasti kuvaava yksinkertaistettu malli Simulink-ohjelmalla, jonka jälkeen malli käännettiin edelleen reaaliaikasimulaattorille soveltuvaan muotoon. Nosturin malli yksinkertaistettiin käsittämään kolme osaa: Nosturin rungon, nostovaunun ja kontin. Voimista mallinnettiin pyörien kontaktivoimat, köysivoimat sekä siirtovoima. Reaaliaikasimulaattorina käytettiin Opal-RT:n RT-LAB reaaliaikasimulointiohjelmistoa, sekä tavallisia PC-tietokoneita. Simulointiin liitettiin myös 3D-animaatio, jolla nosturin liikkeet saatiin visualisoitua. Animoitava grafiikka luotiin WorldUp-ohjelmistolla ja liitettiin RT-LAB-simulaatioon RT3D-rajapinnan ja WorldUp Player:n avulla. Työn tuloksena saatiin satamanosturin dynaamista käyttäytymistä kuvaava Simulink-malli, jota on mahdollista käyttää reaaliaikaisessa simuloinnissa. Mallia testattiin RT-LAB reaaliaikasimulaattorissa, ja simuloinnista saatuja tuloksia verrattiin Adams:lla simuloituihin tuloksiin. Saatujen tulosten perusteella mallia voidaan pitää onnistuneena. Myös RT-LAB reaaliaikasimulaattori visualisointeineen vaikuttaa toimivalta kokonaisuudelta.

Competitive Analysis of the Northwest Russian Transport Logistics Cluster – Finnish Perspective

Tutkimus tarkastelee Luoteis-Venäjän liikennelogistiikkaklusteria. Tarkoitus on selvittää klusterin nykyinen rakenne ja kilpailukyky sekä klusterin tarjoamat liiketoimintamahdollisuudet suomalaisille logistiikkayrityksille. Työssä käsitellään neljää perusliikennemuotoa: rautatie-, maantie-, meri- ja sisävesi-, sekä ilmaliikennettä. Tutkimuksen aineisto on kerätty tutkimusta varten laadituista kyselyistä, haastatteluista sekä aiemmin julkaistusta materiaalista. Venäjä on suunnitellut kehittävänsä voimakkaasti liikenneinfrastruktuuria, mm. julkaisemalla protektionistisen liikennestrategiasuunnitelman. Ongelmana ovat olleet toteutukset, jotka ovat jääneet yleensä puutteellisiksi. Tällä hetkellä todellista kilpailukykyä löytyy ainoastaan rautatieliikenteestä, muut kolme liikennemuotoa omaavat potentiaalisen kilpailukyvyn. Venäjällä on mahdollisuus hyötyä laajasta pinta-alastaan Aasian ja Euroopan liikenteen yhdistäjänä. Yksi konkreettisimmista esimerkeistä on Trans Siperian rautatie, joka kaipaisi vielä lisäkehitystä. Suomi on toiminut Venäjän liikenteessä arvotavaran kauttakulkumaana, vuonna 2003 noin 30–40 % Venäjän tuonnin arvosta kulki Suomen kautta. Venäjälle tullaan tuomaan arvotavaraa vielä useita vuosia, mutta reittien osalta kilpailu on tiukentunut. Suomalaisten yritysten liiketoimintamahdollisuuksiin esitetään kaksi mallia: kauttakulkuliikenteen lisäarvologistiset (VAL) operaatiot Suomessa tai etabloituminen Venäjän logistisiin ketjuihin. Suomalaisten olisi syytä parantaa yhteistyötään yritysten ja yliopistojen ym. koulutuslaitosten välillä. Myös yhteistyökumppaneiden hakeminen esimerkiksi Ruotsista voisi tuoda merkittäviä etuja. Suomalaista osaamista voitaisiin hyödyntää parhaiten etabloitumalla Venäjän markkinoille, esimerkiksi keskittymällä Venäjän logististen ketjujen johtamiseen. Myös VAL palveluiden johtamiseen Venäjällä olisi erittäin hyvä tilaisuus, koska Venäjän oma tietotaito logistiikassa ei ole vielä kehittynyt kansainväliselle tasolle, mutta kustannustaso on alhaisempi kuin Suomessa.

Uusien polyuretaanimateriaalien kehittäminen

Polyuretaanielastomeerit ovat jaksottaisia sekapolymeerejä, jotka muodostuvat vuoroittaisista joustavien ketjujen segmenteistä ja hyvin polaarisista kovista segmenteistä. Kemiallinen rakenne ja ominaisuudet riippuvat käytetyistä reaktiokomponenteista. Pehmeän segmentin muodostaa polyoli ja kovan segmentin muodostaa yleensä di-isosyanaatti ja ketjunjatkaja. Polyuretaanielastomeerien valmistus tapahtuu valamalla, jolloin reaktiokomponentit ovat nestemäisiä. Työssä tutkittiin kahta perusmateriaalia ja yhden lisäaineen vaikutusta niiden ominaisuuksiin. Erityisesti kiinnitettiin huomiota dynaamisiin ja mekaanisiin ominaisuuksiin ja verrattiin aineita keskenään. Käytettyjä karakterisointimenetelmiä olivat kontaktikulmamittaukset, DMTA-mittaukset, dynaaminen rasittaminen pyörityslaitteella, elektronimikroskopia, hydrolyysitesti, vetotesti ja kulutustesti. Tutkittujen materiaalien pääasiallinen käyttökohde on pyörä- tai telapinnoitteena. Työn aikana kehitettiin pyörityslaite, jolla voitiin tutkia pinnoitemateriaalin käyttäytymistä halutuissa rasitusolosuhteissa. Lisäaineen vaikutus dynaamisiin ominaisuuksiin oli negatiivinen tai olematon, sillä DMTA-testien perusteella lisäaine kasvatti materiaalien häviötekijää (tan d). Pyöritystestien perusteella lisäaineella ei ollut vaikutusta hystereesiin eli pinnoitemateriaalin lämpenemiseen testin aikana. Uusi tutkittu materiaali osoittautui dynaamisissa kokeissa paremmaksi kuin vanha tuotantomateriaali. Lisäaine kasvatti molempien tutkittujen aineiden pintaenergiaa kontaktikulmamittausten perusteella. Tuotantoaineen vetomurtolujuus kasvoi lisäaineen vaikutuksesta, mutta uuden aineen vetomurtolujuus pieneni. Lisäaineella oli lievä hydrolyysiltä suojaava vaikutus tutkituilla perusaineilla. Uusi tutkittu perusmateriaali sieti hydrolyysiä paremmin kuin tuotantomateriaali, koska sen valmistuksessa käytettiin polyeetteripolyolia ja tuotantomateriaalissa polyesteripolyolia.

Siltanosturin mallinnusmenetelmien kehittäminen

Työn tarkoituksena oli selvittää kaupallisen dynamiikan simulointiohjelmiston (Adams) soveltuvuus siltanosturin mallintamiseen. Työn kohteena oli kaksipalkkinen siltanosturi, joka sijaitsi KCI:n tiloissa Hyvinkäällä. Nosturin jänneväli oli noin 19.5 metriä ja nostokyky 16 tonnia. Mallintamisessa keskityttiin nosturin dynamiikkaan sekä ohjausvoimiin nosturin kantopyörissä. Simulointitulokset verifioitiin mittauksin. Koska mallista haluttiin mahdollisimman yksinkertainen, mallinnettiin ainoastaan pääkannattajat ja köydet joustavina. Muut osat mallinnettiin jäykkinä. Yksinkertaisuuteen pyrittiin sen vuoksi, että mallia oli tarkoitus käyttää perustana komponenttikirjaston luomiseksi myöhempää käyttöä varten. Tuloksista todettiin mallin soveltuvan hyvin nosturin dynamiikan mallintamiseen. Mallista saatavat tulokset vastasivat hyvin mitattuja liikkeitä. Ohjausvoimia ei kuitenkaan saatu verifioitua. Käytetty mittausmenetelmä osoittautui sopimattomaksi.

Tukkivannesahojen teräpyörien bombeerauslaitteen kehittäminen

Diplomityössä kehitettiin kannettava työstölaite, jolla voidaan bombeerata tukkivannesahojen suuret teräpyörät omilla laakereillaan paikoillaan sahalinjoissa. Teräpyörät kuluvat käytössä, jolloin ne joudutaan työstämään uudelleen muotoonsa useita kertoja vuodessa. Nykyisin pyörien kehäpinnat hiotaan haluttuun muotoon lähes sadan vuoden ikäiseen keksintöön perustuvalla menetelmällä. Menetelmän suurimpina ongelmina ovat saavutettavan bombeerausmuodon heikko tarkkuus, työstötapahtuman hitaus ja puutteellinen työturvallisuus. Kehitetyn bombeerauslaitteen ja -menetelmän avulla parannetaan kaikkia kolmea merkittävää puutetta. Työssä kartoitettiin kattavasti erilaisia mahdollisia työstömenetelmiä, joita voitaisiin käyttää teräpyörien bombeeraukseen. Parhaaksi vaihtoehdoksi osoittautui sorvaus, jonka avulla teräpyörien kehäpinnat saadaan työstettyä tarkasti, nopeasti ja varmasti käyttämällä tavallisia sorvin työkaluja ja uutta ehdotettua kannettavaa sorvia.

Vaihtelun vähentäminen kehäpyörien kovasorvauksen vaiheajoissa

Tämän työn tarkoituksena oli selvittää miksi kohdeyrityksen erään avainkomponentin, kehäpyörän, kovasorvauksen vaiheajoissa on niin paljon vaihtelua ja kuinka sitä saataisiin vähennettyä. Samalla pyrittiin lyhentämään keskimääräisiä vaiheaikoja. Tutkimus aloitettiin tuotannon nykytilan kartoituksella, jossa selvitettiin yrityksen toimintatapoja ja tuotannon tehokkuutta heikentäviä ongelmia. Tämän jälkeen aloitettiin varsinainen kehitysprojekti, joka perustui Lean-ajatteluun. Lean-ajattelu on tuotannon kehittämiseen tähtäävä filosofia, jossa pyritään tekemään enemmän vähemmällä, poistamalla tuotannosta kaikki ylimääräinen arvoa lisäämätön toiminta. Tuotantoon pyritään saamaan aikaiseksi tuotteiden jatkuva virtaus tuotantoa tahdistamalla. Erinomaisuutta tavoitellaan jatkuvalla parantamisella. Kohdeyrityksen tuotannon ongelmien tarkemmaksi selvittämiseksi toteutettiin erilaisia seurantoja, niin paikan päällä tuotannossa, kuin automaattista tiedonkeruuohjelmistoa hyväksi käyttäen. Seurantojen tuloksena selvisi, että pääsyyt tuotannon vaiheaikojen vaihteluun löytyvät teknisen järjestelmän sijaan ihmisten asenteista ja osaamisesta. Kun kehitystyön tuloksena toteutetaan muutoksia, kohdataan usein muutosvastarintaa. Tällöin tarvitaan tehokasta muutosjohtamista. Muutostyössä on tärkeä hallita tietoa sen jakamisen lisäksi myös sen keräämisessä. Muutoksiin johtavan tiedon tulee olla aina relevanttia ja faktapohjaista. Muutosjohtamisen tavoitteena on saada aikaiseksi tietoa luova organisaatio, joka kestää itsekritiikkiä ja jolla on poisoppimisen taito. Työsuoritusten parantamiseksi toteutettiin pilottihanke, jossa testattiin tässä työssä kehitettyä palautejärjestelmää. Palaute perustui automaattisen tiedonkeruuohjelmiston keräämään dataan. Samalla selvitettiin työtä hidastaneita ongelmia yhteistyössä työntekijöiden kanssa. Pilottihankkeen tulokset ovat lupaavia, sillä seurannassa olleen kehäpyörämallin viikoittaisten vaiheaikojen keskiarvo laski 32,6 % ja kehäpyörän puolikkaiden kovasorvauksen vaiheaikojen vaihtelut vähenivät 18,1 ja 26,8 %. Tämän tutkimuksen tulosten perusteella päivittäisten työmäärien tarkempaa seurantaa kannattaa jatkaa ja palautejärjestelmää kehittää edelleen.

Ledivalaisimet rautatiealueiden valaistuksessa

Leditekniikan kehitys viime vuosina on mahdollistanut niiden käytön yleisvalaistuksessa. Tässä työssä tehdään katsaus leditekniikan nykytilaan ja tulevaisuuteen, sekä osoitetaan, että ledivalaisimien energiankulutuksessa ja huoltokustannuksissa tehdyillä säästöillä voidaan kattaa suuremmat hankintakustannukset ja päästä yhtä suuriin tai pienempiin elinkaarikustannuksiin verrattuna perinteisiin kaasupurkausvalaisimiin. Valaisimien määrät on laskettu Dialux-valaistuslaskentaohjelmalla siten että rautatieasemien avolaitureiden ja katettujen laitureiden valaistusvaatimukset täyttyvät. Tuloksia voi soveltaa muihin vastaaviin tiloihin kuten asematunneleihin tai kevyen liikenteen väylille.

Development of railway logistics’ information flows

Objective of this thesis was to develop the exchange of information and reduce the manual work done in the supply chain. In addition, the possibility to introduce electronic information exchange was studied between suppliers and Borealis. The aim was to create an accurate picture of Borealis’ current information flows and create from the basis of it short- and long-term improvement and development proposals. In this study the company's received and send information flows were mapped by interviewing persons who were responsible for the railroad imports and by examining documents that are used in the exchange of information. The data content of the information flows were prioritized and only the most important information contents were used for further development. Literature data was acquired concerning knowledge of electronic data interchange and information management to support the decisions and proposals. Long-term development proposals were compared with each other and the best one of them was recommended for further study. The final target of the proposal is to be able to receive electronic data and create an own database where to the information is stored and where from it is possible to follow up the rail tank cars and where from the needed reports can be retrieved.

Renkaiden ja tienpinnan välisen kitkakertoimen mittausjärjestelmän suunnittelu ja toteutus

Teiden liukkauden mittaaminen on herättänyt kiinnostusta viime vuosina. Liikenneturvallisuutta pystyttäisiin parantamaan ja teiden talvikunnossapitoa tehostamaan, mikäli kitkakerroin voitaisiin mitata tiestöä käyttävissä ajoneuvoissa. Tässä työssä suunnitellaan ja toteutetaan ajoneuvon pituussuuntaiseen dynamiikkaan perustuva kitkakertoimen mittausjärjestelmä. Pyörien luisto ja ajoneuvon nopeus, sekä pyöriin ja ajoneuvoon kohdistuvat voimat selvitetään CAN – väylästä luettavien ajoneuvon antureiden ja IMU:n avulla. Järjestelmää simuloidaan käyttämällä Matlab:ia ja testataan käytännössä VW Transporter pakettiautossa. Testitulokset osoittavat järjestelmän toimivan tarkasti ja että ajoneuvon dynamiikkaan perustuvan kitkakertoimen mittauksen on käyttökelpoinen ja kustannustehokas tapa teiden liukkauden valvomiseen.

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.

Design of traction transmission and suspension systems for an omni-directional mobile robot

This project aims to design and manufacture a mobile robot with two Universal Robot UR10 mainly used indoors. In order to obtain omni-directional maneuverability, the mobile robot is constructed with Mecanum wheels. The Mecanum wheel can move in any direction with a series of rollers attached to itself. These rollers are angled at 45º about the hub’s circumference. This type of wheels can be used in both driving and steering with their any-direction property. This paper is focused on the design of traction system and suspension system, and the velocity control of Mecanum wheels in the close-loop control system. The mechanical design includes selection of bearing housing, couplers which are act as connection between shafts, motor parts, and other needed components. The 3D design software SolidWorks is utilized to assemble all the components in order to get correct tolerance. The driving shaft is designed based on assembled structure via the software as well. The design of suspension system is to compensate the assembly error of Mecanum wheels to guarantee the stability of the robot. The control system of motor drivers is realized through the Robot Operating System (ROS) on Ubuntu Linux. The purpose of inverse kinematics is to obtain the relationship among the movements of all Mecanum wheels. Via programming and interacting with the computer, the robot could move with required speed and direction.

Työkoneen levypyörän kantavuus

Työkoneen vanteen kantavuuslaskentaan käytettävän taulukon epäiltiin tuottavan todellista huonompia kantavuuksia etenkin suurten offset-arvon vanteiden tapauksessa. Tutkimuksessa yhdestä tyypillistä kokoa edustavasta vannetyypistä valmistettiin offset-säädettävä erikoisvanne. Vanteen käytön aikaisia rasituksia seurattiin venymäliuska-antureilla koeajoradalla tavanomaisissa ajotilanteissa eri offset-arvoilla traktorilla vedettävän kuormitetun testivaunun avulla. Saatuja tuloksia vertailtiin vanteen elementtimallin tuloksiin ja käytettyjä kuormitusolettamia muutettiin. Tutkimuksen tuloksena kantavuuden laskentaan käytettävän taulukon todettiin toimivan pääosin mittauksen mukaisesti. Vanteen offset-arvolla on laskentataulukon mukaisesti merkittävä vaikutus vanteen keskiön väsymiskestävyyteen. Suurilla negatiivisilla offset-arvoilla vanteen kestoiän määrä ajo taisella alustalla, kun taas suurten positiivisten vanteiden väsymisvaurio aiheutuu pääosin kaltevalla pinnalla ajosta. Mittauksella pystyttiin osoittamaan laskentataulukon konservatiivinen olettama etenkin suurten negatiivisten offset-arvojen vanteille, jolla kyseenomaisten vanteiden väsymiskestoikää voidaan parantaa merkittävästi. Lisäksi laskentaohjelman tekemisessä käytettyjen kuormitus- ja reunaehto-olettamien vahvistettiin toimivan keskiön kannalta riittävällä tarkkuudella. Havainnolla on tärkeä rooli tulevissa elementtimenetelmään perustuvissa kantavuuslaskelmissa.