Remote Condition Monitoring and Asset Management in Offshore Power Systems

Condition monitoring systems for physical assets are constantly becoming more and more common in the industrial sector. At the same time an increasing portion of asset monitoring systems are being remotely supported. As global competitors are actively developing solutions for condition monitoring and condition-based maintenance, which it enables, Wärtsilä too feels the pressure to provide customers with more sophisticated condition-based maintenance solutions. The main aim of this thesis study is to consider Wärtsilä remote condition monitoring solutions and how they relate to similar solutions from other suppliers and end customers’ needs, in the context of offshore assets. A theoretical study is also included in the thesis, where the concepts of condition monitoring, condition-based maintenance, maintenance management and physical asset management are introduced.

Arinakattilan lämmönsiirron laskentamallin kehittäminen

Kattilalaitosten polttoaineen syötössä ilmenevät häiriöt ja biopolttoaineiden laatuvaihtelut aiheuttavat epävakaata palamista ja tekevät prosessin hallinnasta vaikeampaa. Polttoaineen laatuvaihtelut vaikuttavat koko prosessiin ja näkyvät lopulta myös höyryntuotannossa. Kompensoinnilla pyritään estämään häiriöiden suuret vaikutukset höyryn tuotantoon. Tarkoituksena on saada kattilan toiminta ja tehon tuotanto tasaisemmaksi ja helpommin hallittavaksi. Tässä diplomityössä tarkastellaan polttoaineen ominaisuuksien, säteilylämmönsiirron sekä säätöjen vaikutusta toisiinsa ja merkitystä kattilan toiminnan kannalta. Työssä muodostetaan säteilylämmönsiirron laskentamalli arinakattilan tulipesälle käyttäen hyväksi hyvin sekoittuneen tulipesän menetelmää. Menetelmällä voidaan määrittääsavukaasujen keskimääräinen lämpötila tulipesässä, lämpövirta tulipesän seiniin tai poltossa vapautuva lämpöteho. Mallin avulla voidaan paremmin ymmärtää prosessin käyttäytymistä polttoaineen laadun muuttuessa sekä helpottaa ja nopeuttaa kattilan käyttäytymisen ennustamista. Laskentamalli tehtiin Excel –laskentaohjelmaan, jossa se testataan. Verifioinnin jälkeen malli on tarkoitus siirtää toimimaan apros –simulointiympäristöön.

Tuotannon tuotetiedonhallintajärjestelmän kehittäminen monitehdasyritykselle

Tämän työn tavoitteena oli kehittää monitehdasympäristöön siirtyneen pk-yrityksen tuotannon tuotetiedonhallintaa. Hajautettu tuotanto ja verkostoituminen oli luonut uusia haasteita ja vaatimuksia tuotetiedonhallinnalle. Teoriaosassa selvitettiin mitä tuotannon tuotetiedoilla tarkoitetaan, mitä osa-alueita on hallittava sekä miten niitä voitaisiin hallita kansainvälisesti verkostoituneen yrityksen näkökulmasta. Näiden lisäksi kartoitettiin ja vertailtiin erilaisia kehittämisvaihtoehtoja. Teorioista luotiin itsearviointityökalu kohdeyrityksen tuotannon tuotetiedon nykytilan kuvausta ja –analyysia varten. Löydetyt kehittämistarpeet priorisoitiin ja valituille kehityskohteille pohdittiin ratkaisuehdotuksia kaksivaiheisen kehittämismallin mukaisesti.

Tuotannonsuunnittelu- ja -ohjausprosessin kehittäminen konepajayrityksessä

Tehdyssä kirjallisuus- ja teoriakatsauksessa vuosien 2006 - 2010 välisenä aikana, Keski-Suomessa toimivan konepajateollisuuden järjestelmätoimittajayrityksen toimeksiannosta, pyrittiin muodostamaan kokonaiskuva laajasta tuotannonsuunnittelun ja -ohjauksen aihealueesta. Perustutkimuskysymykset liittyivät ns. MPC-systeemiin, jolla tarkoitetaan sitä, että tuotannonsuunnittelu- ja ohjauskysymyksissä on huomioitava aina henkilöiden, organisaation, teknologioiden ja prosessien muodostama kokonaisuus. Operatiivisen johtamisen tehtävänä on yrityksen tuotteita koskevan kysynnän ja tarjonnan tasapainottaminen niin, että resursseja käytettäisiin ja tarvittaisiin mahdollisimman vähän vastattaessa kysyntään asiakasvaatimukset huomioiden. Tuotantostrategian pohjalta on voitava rakentaa MPC-systeemi, jonka avulla ja jota kehittäen tuotanto saavuttaisi sille asetetut suorituskykytavoitteet mm. kustannusten, laadun, nopeuden, luotettavuuden sekä tuottavuuskehityksen osalta. Työssä tarkasteltiin yleisen kolmitasoisen viitekehyksen kautta ”perinteisistä MPC-systeemien perusratkaisuista” hierarkkisia, suunnittelu- ja laskentaintensiiviä, MRP-pohjaisia sekä yksinkertaistamiseen ja nopeuteen perustuvia JIT/Lean -menetelmiä. Tämä viitekehys käsittää: 1) kysynnän- ja resurssien hallinnan, 2) yksityiskohtaisemman kapasiteetin ja materiaalien hallinnan sekä 3) tarkemman tuotannon ja hankintojen ohjauksen sekä tuotannon lattiatason osa-alueet. Johtamisen ja MPC-systeemien kehittämisen ”uusina aaltoina ja näkökulmina” raportissa käsiteltiin myös johtamisen eri koulukuntia sekä em. viitekehyksen pohjalta tarvittavia tietojärjestelmiä. Olennaisimpana johtopäätöksenä todettiin, että MRP-pohjaisten ratkaisujen lisäksi, etenkin monimutkaisia tuotteita tilausohjautuvasti valmistavien kappaletavarateollisuuden yritysten, on mahdollisesti hyödynnettävä myös kehittyneempiä suunnittelu- ja ohjausjärjestelmiä. Lisäksi huomattiin, että ”perinteisten strategioiden” rinnalle yritysten on nostettava myös tieto- ja viestintäteknologiastrategiat. On tärkeää ymmärtää, että täydellistä MPC-systeemiä ei ole vielä keksitty: jokaisen yrityksen tehtäväksi ja vastuulle jää ”oman totuutensa” muodostaminen ja systeeminsä rakentaminen sen pohjalta.

Keskitetyn lämmöntuotannon kehittämismahdollisuudet Lahden seudulla ilmastonmuutoksen näkökulmasta

Tämä diplomityö on tehty Aalto yliopiston Teknillisen korkeakoulun Lahden keskuksen IMMU-hankkeeseen. Teoriaosassa tarkastellaan kaukolämmityksen nykytilannetta ja sen tulevai-suuteen vaikuttavia tekijöitä. Työssä on tarkasteltu Lahti Energia Oy:n Kymijärven voimalaitosalueen kehittämismahdollisuuksia vuosina 2012 ja 2016. Vertailukohtana käytetään nykytilannetta vuoden 2009 tiedoilla. Työssä on selvitetty voimalaitosalueen elinkaaren aikaisia kasvihuonekaasupäästöjä ja niiden muutoksia mahdollisten uusien voimalaitosinvestointien myötä. Vuonna 2012 alueelle rakennetaan kiinteää polttoainetta käyttävä kaasutusvoimalaitos jolloin nykyisen laitoksen käyttö ja samalla kivihiilen käyttö vähenee huomattavasti. Tässä työssä vuoden 2016 skenaariossa alueelle ajatellaan rakennettavan kolmas voimalaitos, maakaasukäyttöinen kaasukombiturbiini. Tarkasteluissa energiantuotantomäärien oletetaan pysyvän nykytilanteen suuruisina. Työssä tarkasteltujen skenaarioiden perusteella alueen yhdistetyn kaukolämmön- ja sähköntuotannon (CHP) päästöjä voitaisiin vähentää vuonna 2012 noin 20 % ja vuonna 2016 noin 30 % nykytilanteesta. Esitettyjen investointien riskinä on sopivan polttoaineen saatavuus ja riittävyys. Lisäksi työssä tarkasteltiin kaasutusvoimalaitoksen ja kaasukombiturbiinin takaisinmaksuaikoja. Kierrätyspolttoaineen hinnan kallistuminen hinnasta 5 €/MWh hintaan 15 €/MWh vaikutti kaasutusvoimalaitoksen takaisinmaksuaikaan yhdeksällä vuodella. Kaasukombiturbiinin takaisinmaksuaika piteni tämän hetkiseen maakaasun hintaan 27 €/MWh verrattuna päästöoikeuden lisäkustannus 6 €/MWh huomioiden kahdeksan vuotta. Takaisinmaksuaikaan vaikuttaa muun muassa polttoaineen hinta ja laitoksen huipunkäyttöaika.

Tuotekustannuslaskentamenetelmät eri tuotantomuodoissa

Lähtökohta työlle on John Fogelholmin vuonna 2001 julkaisema tutkimus tuotekustannuslaskentamenetelmien soveltuvuuksista eri tuotantoprosesseihin. Työn tavoitteena on tutkia, mitä uutta vuoden 2001 jälkeen aiheesta on kirjoitettu ja uudistaa näiden tietojen pohjalta Fogelholmin tutkimus nykypäivään. Aihetta lähdettiin tutkimaan laaja-alaisen kirjallisuuskatsauksen avulla, jossa tarkoituksena oli selvittää, mitkä tuotekustannuslaskentamenetelmistä ovat kaikkein eniten käytössä nykypäivän yrityksissä sekä millaisia ominaisuuksia yleisimmät tuotantoprosessit omaavat. Tämän jälkeen saatuja tuloksia sovellettiin käytäntöön erilaisten tutkimusten, artikkeleiden sekä omien päätelmien pohjalta tutkien, mitkä yleisimmistä tuotekustannuslaskentamenetelmistä sopivat parhaiten kuhunkin tuotantoprosessiin. Saatujen tulosten pohjalta rakennettiin yhteenvetotaulukko, josta voidaan havaita, mitä muutoksia aiheeseen liittyen on tapahtunut vajaan kymmenen vuoden aikana. Tutkimuksen tuloksista voidaan nähdä, että tuotantoprosessit jaotellaan nykyisin miltei samalla tavoin kuin aikaisemminkin, mutta laskentamenetelmissä on tapahtunut enemmän muutoksia modernin kustannuslaskennan käytön lisäännyttyä.

Pk-yrityksen layout-suunnittelu ohutlevytuoteteollisuudessa

Diplomityössä käsitellään omistajanvaihdon myötä tapahtuvaa yritysten yhdentymistä pkt- sektorilla. Tutkimuksen tarkoituksena oli suunnitella layout uuteen halliin sekä suunnitella muuttoprosessi kokonaisuudessaan. Tutkimuksessa käsiteltiin koneiden siirron lisäksi myös yritysten yhdentymistä ja yritysfuusiota. Ratkaisumalleja haettiin kirjallisuudesta, tuotannon seuraamisesta ja edellisistä muutoista syntyneistä kokemuksista. Työn aikana kartoitettiin yritysten nykytilanne ja etsittiin siellä olevat parantamista vaativat kohdat. Lisäksi selvitettiin yritysten tuotanto layout -suunnittelua varten. Layoutin tekemisen runkona käytettiin Mutherin -layoutkaaviota. Tietojen pohjalta tehtiin kolme erillistä mallia, joista hyötyarvomatriisia hyväksi käyttäen valittiin yksi. Lisäksi yritysten yhdentymisen työkirjan avulla tehtiin lista tarvittavista toimenpiteistä ennen muuttoa sekä muuton jälkeen. Tutkimuksessa käsiteltiin myös yrityksen ohjelmainvestointeja sekä levytyökeskuksen että laserleikkauskoneen nestaukseen. Lisäksi työssä käsiteltiin myös uusia koneinvestointeja ja uutta organisaatiokaaviota.

Materiaalitoimintojen kehittäminen kokoonpano-osastolla

Työn tavoitteena oli yhtenäisen toimintamallin luominen kohdeyrityksen materiaalitoiminnoille tuotannon kokoonpano-osastolla ja kokoonpanoa palvelevissa varastoissa. Toimintamallin tuli kattaa nimikkeiden siirrot ja siirtoihin liittyvät toimet toiminnanohjausjärjestelmässä. Lisäksi toimintamallin tuli vähentää saldovirheitä ja niistä johtuvia osapuutteita ja inventaarioepäselvyyksiä. Nykytilan kartoituksella yksilöitiin oleellisimmat kehityskohteet saldovirheiden eliminoimiseksi. Myös yrityksen lean-implementoinnin vaatimukset materiaalitoimintojen luotettavuudelle oli huomioitava. Kehityskohteiden tehostustoimista luotiin materiaalitoimintojen malli, joka yhtenäistää käytäntöjä ja vähentää operatiivisia saldojen hallinnan haasteita.

Suitability of foam coating on application of thin liquid films

This work aimed to find out the suitability of foam as medium in application of thin liquid films. This consists of research over phenomena related to foam physics and behaviour. Solutions and mixtures to be foamed, foaming agents, foam generation and application methods were evaluated. Over the evaluated solutions and mixtures coating paste and CMC did not foam well. Latex and PVA solutions were foamable and the best solution for foam use was starch. PVA and casein can be used as foaming agents, but the best results were achieved with sodium dodecyl sulphate (SDS). SDS works well with starch solutions producing fine and stable foam. Foaming was done with simple mixers where pressurized air was fed to the solution. The foaming works fine when enough shear force is used together with sufficient foaming agent concentration. Foam application with curtain, rod and cylinder methods with a gap between the application device and paper were not usable because of high coating amount. Coating amounts were smallest with the blade method which achieved 0.9 g/m2 starch layer. Although some strength decrease was expected because of the foaming agent, it dit not have significant effect. The targeted coating amount of 0.5 g/m2 was not achieved due to the limitations with the methods. More precise foam application methods are needed. Continuous foam generation and feed to the paper surface with controllable device such as application teeth could improve the results.

Production planning development in global manufacturing company

Larox Corporation is a provider of full service filtration in solid and liquid separation. Larox develops, designs, manufactures and supplies industrial filters. By Larox’s continuous development principle, a project for more efficient production was started. At the same time production planning was taken under review. Aim for this Master’s thesis was to find software designed for production planning purposes replacement for old Microsoft Excel based method. In this Master’s thesis current way of production planning was thoroughly analyzed and improvement targets were specified and also requirements for new software were assigned. Primary requirements for new software were possibility to production scheduling, planning, follow-up and also for long-time capacity planning and tracking. Also one demand was that new software should have data link to Larox’s current ERP-system. Result of this Master’s thesis was to start using Larox’s ERP-system also for production planning purposes. New mode of operation fulfils all requirements which were placed to new system. By using new method of production planning, production planners can get more easier and reliable data than from current system.

Tuotantofilosofiat

Työssä esitellään käytetyimpiä tuotantofilosofioita. Tuotantofilosofia on hyvin laaja käsite ja sen vuoksi myös jotkin esiteltävistä menetelmistä ovat hyvin kaukana toisistaan. Työ koostuu teoriaosiosta, jossa on esitelty kukin tuotantofilosofia ja lopuksi johtopäätöksiä-osiossa käsitellään sitä, kuinka menetelmät liittyvät toisiinsa. Työssä esitellään JIT/JOT-tuotanto, Lean-tuotanto, Monozukuri, Modulointi, Standardointi, Strategiatyö, Six Sigma, TQM, TPM, QFD, MFD, Simulointi, Digitaalinen valmistus, DFX ja ns. uudet tuotantofilosofiat. Eri menetelmistä löytyvää lähdemateriaalia on tarjolla monipuolisesti, josta johtuen menetelmistä on voitu esitellä vain pääpiirteet. Tuotantofilosofioiden avulla voidaan saavuttaa monia eri asioita. Osa menetelmistä on luotu tuotannon tehostamiseksi ja yksinkertaistamiseksi, osa puolestaan lisää tuotannon tai koko yrityksen laatutasoa ja osa puolestaan helpottaa tuotteiden suunnittelu-työtä. Moni esiteltävistä filosofioista ei istu yksinomaan yhteen edellä mainituista kategorioista vaan kattaa laajempia alueita pitäen sisällään jopa kaikkia kolmea mainittua tulosta. Näiden lisäksi työssä on esitelty lyhyesti uusia tuotantofilosofioita, jotka ovat hieman irrallisia kokonaisuuksia verrattuna muihin työssä esiteltäviin filosofioihin. Työn tarkoituksena on auttaa hahmottamaan suurta kokonaisuutta jonka tuotantofilosofiat tuottavat. On tärkeää osata hahmottaa filosofioiden riippuvuus toisistaan ja se, että otettaessa käyttöön jotain tuotantofilosofiaa, tarkoittaa se myös mahdollisesti monen muunkin asian huomioonottamista. Tätä näkökantaa selvennetään johtopäätöksissä.

Sellutehtaan toiminnan tukeminen sisäistä viestintää kehittämällä

Työssä haluttiin selvittää sellutehdasorganisaation sisäisen viestinnän nykytilaa ja siihen liittyviä haasteita. Lisäksi selvitettiin mitä viestintäkanavia ja -käytäntöjä tuotantotoimintaan liittyy ja miten niitä tulisi kehittää. Tutkimuksessa käytettiin kvalitatiivista tutkimusotetta. Tutkimusaineisto kerättiin henkilökohtaisten teemahaastattelujen sekä ryhmähaastattelujen avulla. Teemahaastattelujen aineisto litteroitiin ja analysoitiin teema-alueitten mukaisesti. Ryhmähaastattelujen aineisto saatiin kirjaamalla olennaisimmat asiat keskustelujen aikana. Lopuksi saatu materiaali luokiteltiin ryhmiin haastattelukysymyksiin perustuen. Tutkimuksessa saatiin selkeä käsitys siihen mitä kanavia pitkin ja miten tuotanto-organisaatio viestii tällä hetkellä. Eri viestintäkanavien hyötyjen ja heikkouksien määrittämisen kautta voitiin arvioida mihin suuntaan viestinnän kehittämistä tulisi suunnata. Tulosten perusteella määriteltiin toimenpiteet, joiden kautta organisaatio saa parannettua tiedon kulun läpinäkyvyyttä ja lisättyä vuorovaikutusta organisaation eri toimijoiden välillä. Toimenpidesuositusten mukaan organisaation tulisi hyödyntää tehokkaammin käytössä olevaa sähköistä raportointijärjestelmää sekä kehittää palaveritoimintoja. Palautteenantoa, eli viestinnän kaksisuuntaisuutta tulisi korostaa, koska se vahvistaa ja ohjaa haluttua toimintaa. Tänä päivänä yritysten viestinnälliset tarpeet korostavat yhä enemmän yksilöllisiä vuorovaikutus- ja kommunikointitaitoja. Näiden taitojen osaamisen ja ymmärtämisen kautta on vasta mahdollista käyttää tehokkaasti viestintäteknologian tuomia etuja työyhteisöissä. Nämä taidot ovat myös pohjana muutostilanteista selviytymiselle.

Tuulivoiman verkkomääräykset Euroopassa ja Yhdysvalloissa sekä niiden kehittyminen tulevaisuudessa älykkäiden sähköverkkojen kannalta

Tuulivoimatekniikan nopea kehitys on lisännyt tuulivoimakapasiteetin määrää sähköverkoissa. Eri maiden siirtoverkko-operaattorit ovatkin julkaisseet tuulivoimaloille omat verkkomääräyksensä. Työssä tutkitaan tuulivoimaloiden tekniikkaa, eri maiden verkko-operaattoreiden asettamia verkkomääräyksiä tuulivoimalle sekä arvioidaan näiden kehitystä tulevaisuudessa. Tutkittaviksi alueiksi on valittu maita, joiden siirtoverkot ovat rakenteeltaan erilaisia ja joissa tuulivoimaloille asetetut vaatimukset sekä asennetun tuulivoimakapasiteetin määrät vaihtelevat. Verkkomääräyksiä käsitellessä on keskitytty vain tärkeimpiin teknisiin vaatimuksiin. Eri verkkomääräykset eroavat toisistaan rakenteeltaan sekä vaatimuksiltaan ja ne ovat tiukentuneet tuulivoiman osuuden kasvaessa kokonaisenergiantuotannosta. Tämä on vaikeuttanut sähköverkoissa toimivien osapuolien operointia. Verkkomääräyksien harmonisoinnille ja kehittämiselle onkin tarvetta verkon kaikkien osapuolien toimintaedellytyksien parantamiseksi. Tuulivoimaloiden sisältämän tehoelektroniikan ja älykkäiden sähköverkkojen kehityksen myötä voidaan tuulivoimalla saavuttaa myös monia etuja esimerkiksi muihin tuotantotapoihin verrattuna.

Biokaasu pienen kokoluokan sähkön ja lämmön yhteistuotannossa

Tässä työssä tarkastellaan mädättämällä saadun biokaasun käyttöä pienen kokoluokan alle 100 kWe sähkön ja lämmön yhteistuotannossa. Työssä esitellään biokaasun tuotanto biokaasureaktorissa anaerobisella käsittelyllä eli mädättämällä sekä nykypäivänä käytössä olevat biokaasua käyttävät pienen kokoluokan energiantuotantotekniikat alle 100 kWe kokoluokassa. Lisäksi tutkitaan maatilakokoluokan biokaasulaitoksen kannattavuutta, sekä esitellään eri toimittajia biokaasulaitokseen liittyen. Työn loppuosassa käsitellään myös tulevaisuudennäkymiä biokaasusektorilla. Hajautettu energiantuotanto on nouseva teknologia-alue ja monet toimenpiteet Euroopan unionin alueella kannustavat hajautettuun sekä kestävään energiantuotantoon. Suomen uusiutuvan energian velvoitepaketissa on tavoitteena lisätä biokaasulla tuotetun kokonaisenergian määrä vuodessa 1 TWh:iin vuoteen 2020 mennessä, kun se vuonna 2009 oli 0,44 TWh. Kiinnostus biokaasuteknologiaa ja biokaasua käyttävien pienen kokoluokan sähkön ja lämmön yhteistuotantoratkaisuja kohtaan onkin lisääntynyt viime vuosien aikana.

Biopolttoaineiden saatavuus ja hankintalogistiikka Kaakkois-Suomessa

"Biopolttoaineiden saatavuus ja hankintalogistiikka Kaakkois-Suomessa" -hankkeen tavoitteena oli tuottaa ajantasaista ja paikkaan sidottua tietoa energiatuotantoon soveltuvan biomassan saatavuudesta ja biomassapotentiaalin tehokkaan käytön mahdollistavasta logistiikkajärjestelmästä Kaakkois-Suomen alueella. Tarkastelussa mukana olleet polttoaineet eli metsä- ja peltobiomassat sekä turve ovat ns. paikallisia polttoaineita, joiden hankinta tapahtuu maaseudulta, ensisijaisesti mahdollisimman läheltä kutakin käyttöpaikkaa. Hankkeessa tutkittiin mahdollisuuksia lisätä paikallista polttoaineenhankintaa, kuljetusmääriä ja -kalustoa järkevästi 2010-luvulla toteutettavan energiapolitiikan myötä kasvavan polttoainetarpeen puitteissa. Rautatie- ja vesitiekuljetusten hyödyntämistä logistiikassa tutkittiin kahden tapaustutkimuksen avulla. Tutkittavia asioita olivat myös tuotantoketjujen lisääntyvä työvoimatarve sekä maantieteellisesti laajenevan raaka-ainehankinnan kasvihuonekaasupäästöistä aiheutuvat ympäristövaikutukset. Tärkeimpinä tuloksina saatiin tietoa siitä, kuinka laajalle alueelle biopolttoaineiden hankinta eri asiantilojen vallitessa Kaakkois-Suomen alueella ulottuu, ja millaisia hankintalogistiikkaan liittyviä ratkaisuja voidaan ottaa käyttöön alueellisen polttoainepulan muodostuessa. Logistiikan kannalta Kaakkois-Suomen etuja ovat monipuoliset kuljetusverkostot, mutta toisaalta varsinkin hyvät yhteydet ulkomaille rajoittavat paikallisesti investointiaktiivisuutta bioenergian tuotanto- ja käsittelykaluston osalta. Lisäksi maaseudun yrittäjien keskuudessa epävarmuutta aiheuttavat heilahtelevat raakapuumarkkinat ja muuttuva energiatukipolitiikka.