Joustavan robotisoidun särmäyssolun käyttöönotto levytuotetahtaalla

Diplomityön ensimmäisenä tavoitteena on selvittää robotisoidun särmäyssolun tehokkaimmat käyttöalueet särmättävien kappaleiden muotojen ja laitteiston teknisten edellytysten perusteella. Toisena tavoitteena on tuoda esille robotisoidun särmäyssolun käyttöönottoon liittyviä ongelmia ja antaa käytännön ohjeita niiden ratkaisemiseksi. Tuloksia sovelletaan jatkossa kohdeyrityksen markkinoiman särmäyssolun tuotekehitykseen. Särmäyksen automatisoinnin pääpiirteitä tarkastellaan tutkimalla markkinoilla olevien robottisolujen toimintaperiaatteita ja ohjelmointitapoja. Työssä on myös esitetty kohdeyrityksen omat tavoitteet ja lähtökohdat särmäysmenetelmien kehittämiseen, joista tärkeimmät ovat integroitavuus joustavaan valmistusjärjestelmään ja solun kehittäminen myyntiartikkeliksi. Työssä esitellään robotisoidun särmäyssolun toimintaa kuvaamalla työkierron toiminnot pääpiirteissään. Samassa yhteydessä esitellään myös solun konekanta sekä koneiden välillä tapahtuva tiedon siirto. Erityisenä mielenkiinnon kohteena ovat olleet joustavan valmistusjärjestelmän soluohjaimen toiminnot ja särmäyssolun toimivuus FMS:n osana. Analyyttisessä osuudessa tutkitaan kappaleiden särmättävyyttä robotisoidussa tuotantoratkaisussa. Lähtökohdaksi on otettu särmäyspuristimen, robotin, lisälaitteiden ja kappaleen muotojen asettamat rajoitukset sekä toisaalta robotisoinnin tuomat uudet mahdollisuudet. Tulosten perusteella robotisointi soveltuu parhaiten painaville tai monimutkaisille kappaleille, joiden manuaalisärmäys vie paljon aikaa. Taloudellisia käyttöalueita kartoitettiin tutkimalla eräkokoon, ohjelmointiajan, kappaleajan ja särmien määrän vaikutusta valmistuskustannuksiin. Robotisoinnin on todettu kannattavan yrityksissä, joissa sarjat ovat usein toistuvia ja eräkoot yli 150 kappaleen suuruisia. Kappaleen muoto ja särmien määrä vaikuttaa monin tavoin kappaleaikaan ja siten myös valmistuskustannuksiin. Robotisoinnin kannattavuutta on näissä tapauksissa arvioitava aina tapauskohtaisesti työkierron vaatimien toimintojen perusteella.

Ohutlevyn taivuttaminen pienerätuotannossa

Tutkimuksessa on selvitetty ohutlevyn taivuttamismenetelmien tärkeimmät kustannustekijät ja menetelmien taloudelliset käyttöalueet. Vertailtavina menetelminä on käsinsärmäys, robotisoitu särmäys, taivutusautomaatti ja taivutuskone. Tulosta on sovellettu Hackman Metos Oy:n keittiölaitteiden tuotantoon. Tutkimusmenetelminä oli haastattelututkimus, kirjallisuustutkimus, työntutkimustulosten käyttö, ryhmäteknologian soveltaminen ja kokeellinen tutkimus. Särmäysrobotin tärkein kustannustekijä on ohjelmointiaika, mikä vaikuttaa ratkaisevasti sen soveltuvuuteen pienerätuotantoon. Nykyisten särmäyssolujen taloudellinen käyttöalue on tuhansien kappaleiden vuosivolyymi satojen kappaleiden eräkoolla. taivutusautomaatin ohjelmointi- ja asetusajat ovat erittäin lyhyet ja sen tärkein kustannustekijä on käyttöaste. Mikäli käyttöaste on korkea, taivutusautomaatti on kannattava pienerätuotannossa pienille vuosivolyymeille. Taivutusautomaatin käyttöönotossa tuotteiden suunnittelu on tärkeä tekijä, sillä särmättäväksi suunnitellut osat eivät välttämättä sovellu taivutusautomaatilla taivutettavaksi. Taivutuskoneen investointikustannus on alhaisempi kuin särmäyspuristimen, mutta sillä on paljon tuotteen valmistettavuuden liittyviä rajoituksia. Taivutuskone on kannattava investointi, mikäli tuotannossa on paljon levyjä, joiden taivutukset ovat samaan suuntaan ja ne vaativat kaksi särmääjää. Tutkimuksen perusteella Hackman Metso Oy:ssä teknis-taloudellisin taivutusmenetelmä on käsinsärmäys. Tuotannon kasvaessa taivutusautomaatti tulee olemaan särmäysrobottia edullisempi. Taivutuskoneella on niin paljon valmistettavuusrajoituksia, että se ei sovellu yrityksen tuotantoon.

Särmäyksen kustannusperusteinen hinnoittelu

Tässä diplomityössä on tutkittu särmäyksen eri muuttujien vaikutusta kustannusrakenteeseen. Tutkimusmenetelminä on käytetty kirjallisuusselvitystä sekä särmäysaikojen mittausta tuotannossa. Diplomityön tavoitteena oli saada aikaan kustannusperusteinen hinnoittelumalli, jonka avulla särmäyksen hinnoittelu on yksinkertaista ja nopeaa. Särmäysaikoja mitattiin erikokoisille ja -muotoisille kappaleille. Levyn paksuus mitattavilla kappaleilla oli alle 1mm. Muut mitat vaihtelivat alle 200 mm:stä yli 2000 mm:iin. Käytetyt materiaalit olivat sähkö- ja kuumasinkitty teräs. Mitattavia aikoja olivat aika, joka kuluu yhden särmän taivutukseen, aika, joka kuluu yhden kappaleen valmistamiseen sekä ohjelmointiin ja asetuksiin kuluva aika. Särmäysaikoihin vaikuttavat kymmenet eri muuttujat liittyen särmäyspuristimiin, särmättäviin kappaleisiin ja työkaluihin, jne. Osa muuttujista vaikuttaa hyvin vähän kokonaisaikaan, joten kaikkia muuttujia ei lähdetty mittaamaan erikseen. Lisäksi käytössä ollut mittausvälineistö ei ollut riittävän tarkka kaikkien muuttujien mittaamiseen. Aikaansaatu hinnoittelumalli huomioi eri muuttujat ajassa, joka kuluu kappaleiden valmistamiseen, jolloin kaikki muuttujat tulee huomioitua lopullisessa hinnassa.

Product costing model for laser welded hollow core steel panels

The aim of the study was to create an easily upgradable product costing model for laser welded hollow core steel panels to help in pricing decisions. The theory section includes a literature review to identify traditional and modern cost accounting methodologies, which are used by manufacturing companies. The theory section also presents the basics of steel panel structures and their manufacturing methods and manufacturing costs based on previous research. Activity-Based costing turned out to be the most appropriate methodology for the costing model because of wide product variations. Activity analysis and the determination of cost drivers based on observations and interviews were the key steps in the creation of the model. The created model was used to test how panel parameters affect the costs caused by the main manufacturing stages and materials. By comparing cost structures, it was possible to find the panel types that are the most economic and uneconomic to manufacture. A sensitivity analysis proved that the model gives sufficiently reliable cost information to support pricing decisions. More reliable cost information could be achieved by determining the cost drivers more accurately. Alternative methods for manufacturing the cores were compared with the model. The comparison proved that roll forming can be more advantageous and flexible than press brake bending. However, more extensive research showed that roll forming is possible only when the cores are designed to be manufactured by roll forming. Due to that fact, when new panels are designed consideration should be given to the possibility of using roll forming.

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.

On the development of object functions and restrictions for shapes made with a turret punch press

This study presents the information required to describe the machine and device resources in the turret punch press environment which are needed for the development of the analysing method for automated production. The description of product and device resources and their interconnectedness is the starting point for method comparison the development of expenses, production planning and the performance of optimisation. The manufacturing method cannot be optimized unless the variables and their interdependence are known. Sheet metal parts in particular may then become remarkably complex, and their automatic manufacture may be difficult or, with some automatic equipment, even impossible if not know manufacturing properties. This thesis consists of three main elements, which constitute the triangulation. In the first phase of triangulation, the manufacture occuring on a turret punch press is examined in order to find the factors that affect the efficiency of production. In the second phase of triangulation, the manufacturability of products on turret punch presses is examined through a set of laboratory tests. The third phase oftriangulation involves an examination of five industry parts. The main key findings of this study are: all possible efficiency in high automation level machining cannot be achieved unless the raw materials used in production and the dependencies of the machine and tools are well known. Machine-specific manufacturability factors for turret punch presses were not taken into account in the industrial case samples. On the grounds of the performed tests and industrial case samples, the designer of a sheet metal product can directly influence the machining time, material loss, energy consumption and the number of tools required on a turret punch press by making decisions in the way presented in the hypothesis of thisstudy. The sheet metal parts to be produced can be optimised to bemanufactured on a turret punch press when the material to be used and the kinds of machine and tool options available are known. This provides in-depth knowledge of the machine and tool properties machine and tool-specifically. None of the optimisation starting points described here is a separate entity; instead, they are all connected to each other.

Enhancement of water removal in the press section

The effectiveness of water removal on press section is very important for a paper and board machine’s functioning, efficiency and economy. Today, the most effective method for wet pressing is shoe press technology. Metso has carried out a number of studies concerning anew type of water removal method for a press section, which has also been patented. These studies include rough sketches and some test runs. These issues form the basis of this thesis. The objective of this work was to gather together information for a new and enhanced waterremoval method for a press section by studying the functioning of the device andcarrying out test runs. This method is referred to here as Hydronip. The main goal was tobuild a functional test site which fulfills all the necessary requirements and has all thenecessary information gathering devices. The design process was carried out by emphasizing the safety aspects. The goal was also to gather together information about the nip structure in running conditions, the seal function, and to carry out the nip tests with paper or board wads. This thesis consists of a theory part, the design and construction of the test site, and carrying out test runs through information gathering. The theory part consists of the principals of water removal from a press section, Hydronip construction, and the requirements for the test place. The safety aspects were taken into account especially in test runs, but also in the assembly stages. The design and construction of the test site includes the selection of equipment and surroundings that are needed for managing the test runs in the best possible way at certain premises. The test site included the equipment that was already on the premises. Some equipment could be used as it was but some equipment had to be manufactured or modified from existing equipment. A functional test site with information gathering devices was accomplished as a result of thethesis. Test runs demonstrated that the Hydronip concept is, at least on a small scale,functional. Short-term tests for seal functioning showed that the seal can be lubricatedsufficiently under different kinds of nip load situations. Wad tests demonstrated that the metal belt is durable against different sizes of external particles. The seal also endured wad tests even though the pressure impacts impaired the lubrication. MTS tests showing dry content increases, combined with a rough cost calculation and the basic function of the machine in test runs, show that with some further study Hydronip could be a promising new product for water removal from a paper or board machine’s press section.

Optimization of the refining and shoe press in board production

Optimointi on tavallinen toimenpide esimerkiksi prosessin muuttamisen tai uusimisen jälkeen. Optimoinnilla pyritään etsimään vaikkapa tiettyjen laatuominaisuuksien kannalta paras tapa ajaa prosessia tai erinäisiä prosessin osia. Tämän työn tarkoituksena oli investoinnin jälkeen optimoida neljä muuttujaa, erään runkoon menevän massan jauhatus ja määrä, märkäpuristus sekä spray –tärkin määrä, kolmen laatuominaisuuden, palstautumislujuuden, geometrisen taivutusjäykkyyden ja sileyden, suhteen. Työtä varten tehtiin viisi tehdasmittakaavaista koeajoa. Ensimmäisessä koeajossa oli tarkoitus lisätä vettä tai spray –tärkkiä kolmikerroskartongin toiseen kerrosten rajapintaan, toisessa koeajossa muutettiin, jo aiemmin mainitun runkoon menevän massan jauhatusta ja jauhinkombinaatioita. Ensimmäisessä koeajossa tutkittiin palstautumislujuuden, toisessa koeajossa muiden lujuusominaisuuksien kehittymistä. Kolmannessa koeajossa tutkittiin erään runkoon menevän massan jauhatuksen ja määrän sekä kenkäpuristimen viivapaineen muutoksen vaikutusta palstautumislujuuteen, geometriseen taivutusjäykkyyteen sekä sileyteen. Neljännessä koeajossa yritettiin toistaa edellisen koeajon paras piste ja parametreja hieman muuttamalla saada aikaan vieläkin paremmat laatuominaisuudet. Myös tässä kokeessa tutkittiin muuttujien vaikutusta palstautumislujuuteen, geometriseen taivutusjäykkyyteen ja sileyteen. Viimeisen kokeen tarkoituksena oli tutkia samaisen runkoon menevän massan vähentämisen vaikutusta palstautumislujuuteen. Erinäisistä vastoinkäymisistä johtuen, koeajoista saadut tulokset jäivät melko laihoiksi. Kokeista kävi kuitenkin ilmi, että lujuusominaisuudet eivät parantuneet, vaikka jauhatusta jatkettiin. Lujuusominaisuuksien kehittymisen kannalta turha jauhatus pystyttiin siis jättämään pois ja näin säästämään energiaa sekä säästymään pitkälle viedyn jauhatuksen mahdollisesti aiheuttamilta muilta ongelmilta. Vähemmällä jauhatuksella ominaissärmäkuorma saatiin myös pidettyä alle tehtaalla halutun tason. Puuttuvat lujuusominaisuudet täytyy saavuttaa muilla keinoin.