Teollisuuden kunnossapitopalveluiden kustannusmalli yritysverkostossa

Tämän tutkimuksen päätavoitteena oli luoda yleisellä tasolla teollisuuden kunnossapitopalveluille kustannusmalli käytännön päätöstilanteiden avuksi. Kustannusmallin tarkoitus oli, että sitä voidaan käyttää kaikissa päätöstilanteissa, joissa pyritään vaikuttamaan kunnossapidon aiheuttamiin kustannuksiin, joko kunnossapitopalveluiden tarjoajan tai asiakkaan tai molempien toimesta. Kustannusmalli eroaa perinteisistä kustannusmalleista näkökulmansa osalta. Aiemmin kehitetyissä teollisuuden kunnossapitopalveluiden kustannusmalleissa on esitetty palveluntarjoajan omat kustannukset tai asiakkaan kustannukset, mutta ei molempia kustannuksia samanaikaisesti. Kustannusmallia testattiin pienessä yritysverkostossa, johon kuului Sellutehdas, Kunnossapitoyhtiö ja Laitetoimittaja. Verkostossa kunnossapitoprosesseja tutkittiin tapaustutkimuksen keinoin. Tutkittuja tapauksia oli yhteensä kolme kappaletta, joista kaikki sijoittuivat sellun valmistusprosessin eri vaiheisiin ja ne olivat luonteeltaan hyvin erilaisia. Työn teoriaosa pohjautuu pääasiassa teollisuuden kunnossapitoa käsitteleviin artikkeleihin, tutkimuksiin ja kirjoihin. Lisäksi käsitellään hinnoittelun ja kustannuslaskennan teoriaa. Työn empiirinen osa perustuu haastatteluihin ja yrityksiltä saatuihin kustannustietoihin. Haastattelujen ja kustannustietojen avulla testattiin kustannusmallia. Testauksen jälkeen analysoitiin saatuja tuloksia ja kustannusmallia. Työn keskeiset tulokset liittyivät siihen, mitä kustannuksia tulee huomioida kustannusmallissa ja millainen on käyttökelpoinen kustannusmalli. Kustannusmallin käyttöön ja kehittämiseen liittyi myös ongelmia, jotka tuodaan työn loppuvaiheessa esille. Keskeinen ongelma mallin käytössä oli, että yritysverkoston osapuolet eivät halunneet avata euromääräisiä kustannustietojaan vielä toisilleen. Tämän vuoksi kustannusmallissa esitetään ainoastaan kustannuserien prosentuaalisia osuuksia yritysten aiheutuneista kunnossapidon kokonaiskustannuksista. Pelkkien prosentuaalisten kustannusten analysoiminen oli haasteellisempaa, koska esimerkiksi kustannusten suuruusluokka näkyy vain euroissa.

Crystallization characteristics of bioactive glasses

Bioactive glasses are excellent candidates for implant materials, because they can form a chemical bond to bone or guide bone growth, depending on the glass composition. Some compositions have even shown soft tissue attachment and antimicrobial effects. So far, most clinical applications are based on monoliths, plates and particulates of different grain sizes. There is a growing interest in special products such as porous implants sintered from microspheres and fibers drawn from preforms or glass melts. The viscosity range at which these are formed coincides with the crystallization temperature range for most bioactive glasses, thus complicating the manufacturing process. In this work, the crystallization tendency and its kinetics for a series of glasses with their compositions within the range of bioactivity were investigated. The factors affecting crystallization and how it is related to composition were studied by means of thermal analysis and hot stage microscopy. The crystal compositions formed during isothermal and non-isothermal heat treatments were analyzed with SEM-EDXA and X-ray diffraction analysis. The temperatures at which sintering and fiber drawing can take place without interfering with crystallization were determined and glass compositions which are suitable for these purposes were established. The bioactivity of glass fibers and partly crystallized glass plates was studied by soaking them in simulated body fluid (SBF). The thickness of silica, calcium and phosphate rich reaction layers on the glass surface after soaking was used as an indication of the bioactivity. The results indicated that the crystallization tendencies of the experimental glasses are strongly dependent on composition. The main factor affecting the crystallization was found to be the alkali oxide content: the higher the alkali oxide content the lower the crystallization temperature. The primary crystalline phase formed at low temperatures in these glasses was sodium calcium silicate. The crystals were found to form through internal nucleation, leading to bulk crystallization. These glasses had high bioactivity in vitro. Even when partially crystalline, they formed typical reaction layers, indicating bioactivity. In fact, sodium calcium silicate crystals were shown to transform in vitro into hydroxyapatite during soaking. However, crystallization should be avoided because it was shown to retard dissolution, bioactivity reactions and complicate fiber drawing process. Glass compositions having low alkali oxide content showed formation of wollastonite crystals on the surface, at about 300°C above the glass transition temperature. The wide range between glass transition and crystallization allowed viscous flow sintering of these compositions. These glasses also withstood the thermal treatments required for fiber drawing processing. Precipitation of calcium and phosphate on fibers of these glasses in SBF suggested that they were osteoconductive. Glasses showing bioactivity crystallize easily, making their hot working challenging. Undesired crystallization can be avoided by choosing suitable compositions and heat treatment parameters, allowing desired product forms to be attained. Small changes in the oxide composition of the glass can have large effects and therefore a thorough understanding of glass crystallization behavior is a necessity for a successful outcome, when designing and manufacturing implants containing bioactive glasses.

Sähkön ja lämmön yhteistuotannon mahdollisuudet vaneritehtaan yhteydessä

Tämän diplomityön tarkoituksena oli tehdä sähkön ja lämmöntuotannon kannattavuustarkastelu erään esimerkkitehtaan näkökulmasta. Tarkoitus oli selvittää onko vaneritehtaalla edellytyksiä investoida sähköä ja lämpöä tuottavaan yhteistuotantolaitokseen, vai onko edullisempaa tuottaa itse ainoastaan valmistusprosessin kannalta välttämätön lämpöenergia ja ostaa tarvittava sähköenergia ulkoiselta toimijalta. Johdantona on tarkasteltu ensin vanerin valmistusprosessia ja prosessissa syntyviä sivutuotteita. Toisena osiona on pyritty hahmottamaan vanerinvalmistuksessa syntyvien sivutuotteiden määriä ja ominaisuuksia niiden polttoainekäyttöä silmällä pitäen. Lopuksi johdannossa on perehdytty mahdollisiin tekniikoihin, joilla sähkön ja lämmön yhteistuotanto vaneritehtaan yhteydessä olisi mahdollista. Johdannossa käsiteltävät asiat perustuvat teorialähteisiin. Aineisto ja menetelmät osiossa on tarkasteltu esimerkkitehdasta voimalaitoksen sijoituskohteena. Osiossa on perehdytty prosessin sivutuotteiden määrään ja energian kulutukseen. Näiden seikkojen perusteella on tehtaan yhteyteen mitoitettu sähköä ja lämpöä tuottavia yhteistuotantolaitosesimerkkejä. Lopuksi tuloksissa on tarkasteltu yhteistuotantolaitoksien kannattavuutta vaneritehtaan yhteydessä ja tutkittu kannattavuuteen vaikuttavia tekijöitä.

Tuotantoprosessin kehittäminen LEAN -periaatteita hyödyntäen

Tutkimuksen tarkoituksena oli löytää keinoja kehittää kansainvälisen komponenttitoimittajan tilaus-toimitusprosessia ja parantaa sitä Lean –filosofiaan pohjautuvien menetelmien avulla. Työn teoreettisessa osuudessa tarkasteltiin toimittajayhteistyön muotoja ja kilpailukykyyn vaikuttavia tekijöitä kansainvälisessä ympäristössä Toisena tarkastelun kohteena oli Lean –filosofiaan pohjautuvat, tuotantoprosessille soveltuvat kehittämismenetelmät. Empiirinen osuus keskittyi tilaustoimitusprosessiin tutkimusyrityksessä. Tutkimuksessa selvisi, että resurssien ja osaamisen merkitys tuotannon laadussa ja kehittämisessä on merkittävä. Lisäksi monipuolinen osaaminen tuo joustavuutta toimitusketjuun ja parantaa sisäistä asiakkuus –ajattelua. Tilaustoimitusketjun tehokkuutta voidaan parantaa hyödyntäen tapaukselle parhaiten soveltuvia Lean –menetelmiä ja kehittämällä toimittajayhteistyötä.

Printed low-voltage organic transistors on plastics and paper

The main advantage of organic electronics over the more widespread inorganic counterparts lies not in the electrical performance, but rather in the solution processability that opens up for low-cost flexible electronics (e.g. displays, sensors and smart tags) fabricated by using printing techniques. Replacing the commonly used laboratory-scale fabrication techniques with mass-printing techniques is, however, truly challenging, especially when low-voltage operation is required. In this thesis it is, nevertheless, demonstrated that low-voltage organic transistors can be fully printed with a similar performance to that of transistors made by laboratory scale techniques. The use of an ion-modulated type of organic field effect transistor (OFET) not only enabled low-voltage operation and printability, but was also found to result in low sensitivity to the surface roughness of the substrate. This allows not only the use of low-cost plastic substrates, but even the use of paper as a substrate. However, while absorption into the porous paper surface is advantageous in a graphical printing process, by reducing the spreading and the coffee-stain effect and by improving the adhesion, it provides great challenges when applying thin electrically active layers. In spite of these difficulties we were able to demonstrate the first low-voltage OFET to be fabricated on paper. We have also shown that low-cost incandescent lamps can be used for sintering printed metal-nanoparticles, and that the process was especially suitable on paper and compatible with a roll-to-roll manufacturing process.

Welding development of crane main girder

Konecranes Corporation manufactures huge steel structures in 16 factories worldwide, in which the environment and quality varies. The company has a desire to achieve the same weld quality in each factory, regardless of the manufacturing place. The main subject of this master’s thesis was to develop the present box girder crane welding process, submerged arc welding and especially the fillet welding. Throughput time and manufacturing costs can be decreased by welding the full penetration fillet weld without a bevel, changing present groove types for more appropriate ones and by achieving the desired weld quality on the first time. Welding experiments of longitudinal fillet welding were made according to the present challenges, which the manufacturing process is facing. In longitudinal fillet welding tests the main focus was to achieve full penetration fillet weld for 6, 8 and 10 millimeters thick web plates with single and twin wire submerged arc welding. Full penetration was achieved with all the material thicknesses, both with single and twin wire submerged arc welding processes. The main problem concerning the weld was undercutting and shape of the weld bead. The question about insufficiency of presently used power sources with twin wire was risen up during testing, due to the thicknesses that require high welding current. Bigger power source is required when box girders are welded nonstop, if twin wire is used. For single wire process the penetration was achieved with significantly less amperage than with twin wire.

Anodivalimon kokoonpanon läpimenoajan lyhentäminen

Tutkimuksen tarkoituksena oli löytää menetelmiä tuotteen kokoonpantavuuden kehittämiseen ja parantaa sitä DFMA-ajattelun sekä Lean–filosofian avulla. Työn teoreettisessa osuudessa tarkasteltiin läpimenoajan käsitettä ja käytettävissä olevien resurssien merkitystä. Lisäksi tarkastelun kohteena oli DFMA:n hyödyntäminen kokoonpanon nopeuttamisessa sekä Lean–filosofian hyödyntäminen tuotantoprosessin kehittämiseksi. Empiirinen osuus kohdentui Outotec Turula Oy:n anodivalimon kokoonpanossa ilmenneisiin ongelmiin ja niiden poistamiseen. Tutkimuksella saatiin selvitettyä resurssien ja osaamisen merkitys valmistusprosessin kehittämisen turvaamisessa. DFMA:n ja Lean:in avulla on mahdollista löytää toimintatapoja, joiden avulla anodivalimon kokoonpanon läpimenoaikaa on mahdollista lyhentää.

Analyysityökalun kehittäminen C#-kielisten lähdekoodien tarkastamiseen

Katselmoinnit ja tarkastusmenettelyt ovat osa ohjelmistotuotantoprosessin laadunvarmistusta. Staattisella tarkastamisella tarkoitetaan ohjelmistotuotteen visuaalista tarkastamista ohjelmistovirheiden havaitsemiseksi ja korjaamiseksi. Ohjelmiston lähdekoodin tarkastaminen voidaan suorittaa automaattisesti tarkoitukseen sopivalla ohjelmistolla l. analyysityökalulla. Tässä työssä toteutettiin analyysityökalu C#-kielisten lähdekoodien tarkastamiseen. Työkalulla suoritetussa kenttätestauksessa havaittiin tarkastettavissa ohjelmistoissa ohjelmiston ylläpitoon vaikuttavia puutteita. Lisäksi työssä tarkasteltiin katselmointeja osana ohjelmistotuotantoprosessin laadunvarmistusta sekä erilaisia ohjelmistovirheitä ja niiden lähteitä.

Recovery of carboxylic acids from aqueous streams by extraction and back extraction

Separation of carboxylic acids from aqueous streams is an important part of their manufacturing process. The aqueous solutions are usually dilute containing less than 10 % acids. Separation by distillation is difficult as the boiling points of acids are only marginally higher than that of water. Because of this distillation is not only difficult but also expensive due to the evaporation of large amounts of water. Carboxylic acids have traditionally been precipitated as calcium salts. The yields of these processes are usually relatively low and the chemical costs high. Especially the decomposition of calcium salts with sulfuric acid produces large amounts of calcium sulfate sludge. Solvent extraction has been studied as an alternative method for recovery of carboxylic acids. Solvent extraction is based on mixing of two immiscible liquids and the transfer of the wanted components form one liquid to another due to equilibrium difference. In the case of carboxylic acids, the acids are transferred from aqueous phase to organic solvent due to physical and chemical interactions. The acids and the extractant form complexes which are soluble in the organic phase. The extraction efficiency is affected by many factors, for instance initial acid concentration, type and concentration of the extractant, pH, temperature and extraction time. In this paper, the effects of initial acid concentration, type of extractant and temperature on extraction efficiency were studied. As carboxylic acids are usually the products of the processes, they are wanted to be recovered. Hence the acids have to be removed from the organic phase after the extraction. The removal of acids from the organic phase also regenerates the extractant which can be then recycled in the process. The regeneration of the extractant was studied by back-extracting i.e. stripping the acids form the organic solution into diluent sodium hydroxide solution. In the solvent regeneration, the regenerability of different extractants and the effect of initial acid concentration and temperature were studied.

Sähkögeneraattoriosien hitsauksen tuottavuuden kehittäminen

Hitsauksen tuottavuuteen vaikuttavat hitsausmäärä, käytetyt prosessit ja laatu. Työn teoriaosuudessa tutustutaan hitsauksen tuottavuuteen sekä suunnittelullisesta että valmistuksellisesta näkökulmasta. Hitsauksen laadulliset asiat, kuten laatustandardit ja vaatimukset käydään läpi keskittyen standardin SFS-EN ISO 3834 kattaviin laatuvaatimuksiin. Rikkomaton ja rikkova aineenkoetus ja yleisimmät hitsausvirheet esitetään yleisellä tasolla. Hitsausprosesseista esitetään MIG/MAG- ja MAG-täytelankahitsauksen sekä pulssihitsauksen perusteet. Tässä diplomityössä tutkitaan pulssihitsauksen soveltuvuutta sähkögeneraattorin staattoripaketin eripariliitoksen hitsaukseen ja kykyä parantaa sekä tuottavuutta että laatua. Tutkimus perustuu koehitsauksiin ja niiden perusteella tehtyihin johtopäätöksiin. Lisäksi pohditaan sisätuulettimien hitsauksen kehittämistä ja annetaan kehitysehdotus valmistusprosessista. Koehitsauksien perusteella pulssihitsaus on hyvä prosessiparannus staattoripakettien hitsaukseen. Kohdistettu valokaari ja alhaisempi lämmöntuonti verrattuna perinteiseen MAG-hitsaukseen sekä hitsauksen yksinkertaisuus tuovat etuja eripariliitoksen hitsauksen laatuun. Kustannuslaskelmien myötä hitsausprosessin muutoksen odotetaan tuovan kustannussäästöjä. Hitsauslaadun parantuessa ja jälkityöstön määrän vähentyessä hitsausprosessin muutos on kannattava.

The effects of welding heat input on the usability of high strength steels in welded structures

High strength steel (HSS) has been in use in workshops since the 1980s. At that time, the significance of the term HSS differed from the modern conception as the maximum yield strength of HSSs has increased nearly every year. There are three different ways to make HSS. The first and oldest method is QT (quenched and tempered) followed by the TMCP (thermomechanical controlled process) and DQ (direct quenching) methods. This thesis consists of two parts, the first of which part introduces the research topic and discusses welded HSS structures by characterizing the most important variables. In the second part of the thesis, the usability of welded HSS structures is examined through a set of laboratory tests. The results of this study explain the differences in the usability of the welded HSSs made by the three different methods. The results additionally indicate that usage of different HSSs in the welded structures presumes that manufacturers know what kind of HSS they are welding. As manufacturers use greater strength HSSs in welded structures, the demands for welding rise as well. Therefore, during the manufacturing process, factors such as heat input, cooling time, weld quality, and more must be under careful observation.

Application of the finite element method in cold forging processes

The demand for more efficient manufacturing processes has been increasing in the last few years. The cold forging process is presented as a possible solution, because it allows the production of parts with a good surface finish and with good mechanical properties. Nevertheless, the cold forming sequence design is very empirical and it is based on the designer experience. The computational modeling of each forming process stage by the finite element method can make the sequence design faster and more efficient, decreasing the use of conventional "trial and error" methods. In this study, the application of a commercial general finite element software - ANSYS - has been applied to model a forming operation. Models have been developed to simulate the ring compression test and to simulate a basic forming operation (upsetting) that is applied in most of the cold forging parts sequences. The simulated upsetting operation is one stage of the automotive starter parts manufacturing process. Experiments have been done to obtain the stress-strain material curve, the material flow during the simulated stage, and the required forming force. These experiments provided results used as numerical model input data and as validation of model results. The comparison between experiments and numerical results confirms the developed methodology potential on die filling prediction.

Toimintolaskennan hyödyntäminen kalustealan yrityksessä

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli laatia kohdeyrityksen käyttöön toimintolaskentamalli, joka käsittää yrityksen kahden tehtaan kaikki tuotantolinjat. Toimintolaskennan ohella tarkasteltiin myös kapeikkoajattelun tuomia näkökulmia yrityksen toiminnan kannattavuuden analysointiin. Tutkimuksen kohdeyritys toimii kiintokalustealalla ja sijoittuu kooltaan PK-luokkaan. Diplomityö koostuu kahdesta osasta; kirjallisuuden pohjalta laaditusta teoriatutkimuksesta sekä teorian pohjalta konstruktiivisesti muodostetusta empiirisestä osuudesta, jossa rakennetaan toimintolaskentamalli kohdeyrityksen käyttöön. Tutkimuksen teoriaosa käsittelee erityisesti toimintolaskennan rakennetta sekä laskentamallin luomista. Lisäksi teoriaosassa käsitellään myös kapeikkoajattelun mukaiset laskentamallit yrityksen toiminnan kannattavuuteen. Empiirisessä osassa laaditaan teoriaan perustuva toimintolaskentamalli yrityksen tuotantolinjoista. Tutkimuksen tuloksena laadittu yrityksen tietojärjestelmistä saatuihin tietoihin pohjautuva laskentamalli käsittää tuotantotoiminnan resurssit, resurssiajurit, toiminnot, toimintoajurit sekä laskentamallin laskentakohteet. Laskentamalli huomioi myös kapeikkoajattelun näkökulmat kapeikon hyödyntämisen maksimoinnista. Yritys voi käyttää laadittua laskentamallia toiminnan analysointiin kannattavuutta tuote-, tuoteryhmä-, toiminto-, tuotantolinja-, asiakas-, ja asiakasryhmätasoilla. Tulosten pohjalta voidaan päätellä toimintolaskennan ja kapeikkolaskennan tuovan käyttökelpoisia tuloksia, joita voidaan käyttää toiminnan tehostamisessa ja tuotehinnoittelussa päätöksenteon tukena.

Surface characterization of chemically modified fiber, wood and paper

Inorganic-organic sol-gel hybrid coatings can be used for improving and modifying properties of wood-based materials. By selecting a proper precursor, wood can be made water repellent, decay-, moisture- or UV-resistant. However, to control the barrier properties of sol-gel coatings on wood substrates against moisture uptake and weathering, an understanding of the surface morphology and chemistry of the deposited sol-gel coatings on wood substrates is needed. Mechanical pulp is used in production of wood-containing printing papers. The physical and chemical fiber surface characteristics, as created in the chosen mechanical pulp manufacturing process, play a key role in controlling the properties of the end-use product. A detailed understanding of how process parameters influence fiber surfaces can help improving cost-effectiveness of pulp and paper production. The current work focuses on physico-chemical characterization of modified wood-based materials with surface sensitive analytical tools. The overall objectives were, through advanced microscopy and chemical analysis techniques, (i) to collect versatile information about the surface structures of Norway spruce thermomechanical pulp fiber walls and understand how they are influenced by the selected chemical treatments, and (ii) to clarify the effect of various sol-gel coatings on surface structural and chemical properties of wood-based substrates. A special emphasis was on understanding the effect of sol-gel coatings on the water repellency of modified wood and paper surfaces. In the first part of the work, effects of chemical treatment on micro- and nano-scale surface structure of 1st stage TMP latewood fibers from Norway spruce were investigated. The chemicals applied were buffered sodium oxalate and hydrochloric acid. The outer and the inner fiber wall layers of the untreated and chemically treated fibers were separately analyzed by light microscopy, atomic force microscopy and field-emission scanning electron microscopy. The selected characterization methods enabled the demonstration of the effect of different treatments on the fiber surface structure, both visually and quantitatively. The outer fiber wall areas appeared as intact bands surrounding the fiber and they were clearly rougher than areas of exposed inner fiber wall. The roughness of the outer fiber wall areas increased most in the sodium oxalate treatment. The results indicated formation of more surface pores on the exposed inner fiber wall areas than on the corresponding outer fiber wall areas as a result of the chemical treatments. The hydrochloric acid treatment seemed to increase the surface porosity of the inner wall areas. In the second part of the work, three silane-based sol-gel hybrid coatings were selected in order to improve moisture resistance of wood and paper substrates. The coatings differed from each other in terms of having different alkyl (CH3–, CH3-(CH2)7–) and fluorocarbon (CF3–) chains attached to the trialkoxysilane sol-gel precursor. The sol-gel coatings were deposited by a wet coating method, i.e. spraying or spreading by brush. The effect of solgel coatings on surface structural and chemical properties of wood-based substrates was studied by using advanced surface analyzing tools: atomic force microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and time-of-flight secondary ion spectroscopy. The results show that the applied sol-gel coatings, deposited as thin films or particulate coatings, have different effects on surface characteristics of wood and wood-based materials. The coating which has a long hydrocarbon chain (CH3-(CH2)7–) attached to the silane backbone (octyltriethoxysilane) produced the highest hydrophobicity for wood and wood-based materials.

Koivuvanerin palonkesto-ominaisuuksien parantaminen liimaseoksen koostumusta muuttamalla

Viime vuosina puutuotteiden palonkestävyydelle asetetut vaatimukset ovat kasvaneet. Puutuotteiden käyttöä on mahdollista lisätä, mikäli niiden palonkestävyyttä saadaan parannettua. Tässä diplomityössä tutkittiin palonestoaineiden vaikutusta liimaseoksen ominaisuuksiin, liimautuvuuteen ja palonkestävyyteen. Työn tarkoituksena oli löytää liimaseos, jonka avulla saadaan koivuvanerin palonkestävyyttä parannettua. Teoriaosuudessa on käyty läpi koivuvanerin valmistusprosessi ja käytettävät liimat, ominaisuudet sekä käyttökohteet. Teoriaosuudessa käsitellään myös puutuotteiden syttymistä ja vertaillaan erilaisia palonestoaineita ja niiden vaikutusmekanismeja. Työn kokeellinen osuus koostui hartsiseoksen imeytyvyyden tutkimisesta, liimaseosten ominaisuuksien selvittämisestä, vanerilevyjen liimautuvuuden ja liimauslujuuden testaamisesta sekä palonkestävyysominaisuuksien selvittämisestä. Työssä saavutettiin pientä parannusta levyjen palonkestävyysominaisuuksiin. Tavoitteeksi asetettua palonkestävyyden kaksinkertaistumista ei saavutettu. Työ antaa kuitenkin hyvän pohjan palonestoaineiden ja vanerihartsien palonkestävyys-ominaisuuksien tutkimisen jatkamiselle. Työssä saavutettuja tuloksia tullaan hyödyntämään vanerilevyjen palo-ominaisuuksien parantamiseen tähtäävissä tutki-muksissa.