Trukkitraktorin rungon suunnittelu ja laskenta

Tässä työssä suunniteltiin lappeenrantalaisen Astex Oy:n tilauksesta liikkuvan työkoneen runkorakenne. Työ tehtiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston teräsrakenteiden laboratoriossa. Suunniteltava rakenne kuului linkkuohjattuun, noin 5000 kg painoiseen trukkitraktoriin. Lähtökohtana rakenteen suunnittelulle olivat tilaajan asettamat rakenteen geometriaan ja suorituskykyyn liittyvät reunaehdot ja rajoitteet. Uuden rakenteen suunnittelussa hyödynnettiin myös tilaajatahon kehittelemää vastaavan tyyppistä prototyyppirakennetta. Rakenteen suunnitteluprosessi koostui neljästä eri vaiheesta. Suunniteltavan rakenteen lähtökohtana olleelle prototyyppirakenteelle suoritettiin koneen käytönaikaisia venymäliuskamittauksia rakenteen kuormitushistorian selvittämiseksi. Mittauksista saatujen tulosten perusteella määritettiin kuormitukset uudelle suunniteltavalle rakenteelle. Määritettyjä kuormituksia hyödyntäen ideoitiin, suunniteltiin ja mallinnettiin uusi tilaajan vaatimuksia vastaava rakenne. Uudelle rakenteelle suoritettiin lujuusanalyysit FE-analyysiä hyödyntäen. Uuden rakenteen suunnittelussa kiinnitettiin huomiota rakenteen hyvään valmistettavuuteen ja suunniteltiin rakenneratkaisut tilaajataholle mahdollisimman optimaalisiksi. Suunnittelu- ja mallinnustyö tehtiin Solidworks 2014 ohjelmistolla. Rakenteen lujuustekniset tarkastelut sisälsivät rakennedetaljien analyyttistä mitoitusta ja laskentaa. FE-laskennalla selvitettiin rakenteen ääri- ja väsymiskestävyys. Laskenta sisälsi koko rakenteen globaaleja tarkasteluja, sekä eri kriittisten rakennedetaljien yksityiskohtaisempia analyysejä. FE-laskennan pääpaino oli rakenteen väsymisanalyyseissä, jotka toteutettiin Hot-Spot- ja särönkasvumenetelmillä. Rakenteen FE-analyysien suorittamisessa käytettiin Femap, NxNastran ja Abaqus-ohjelmistoja.

Laserhitsattavan tuotteen suunnittelu

Tässä työssä tarkastellaan laserhitsattavan tuotteen suunnittelua ja sen tuotekehitykseen liittyviä tekijöitä. Tuotteen suunnittelua käsitellään valmistuksellisesta näkökulmasta, eli siitä, kuinka tuotteen suunnittelussa voidaan ottaa huomioon tuotteen valmistus- ja kokoonpanoystävällisyys. Laserhitsattavan tuotteen suunnittelua käsitellään myös tuotteen ominaisuuksien kannalta, eli kuinka lopullisesta tuotteesta saadaan mahdollisimman laadukas ja kilpailukykyinen. Suomen kaarihitsausosaaminen on kansainvälisesti korkealuokkaista, mutta laserhitsaus eroaa perinteisistä kaarihitsausprosesseista paljon. Kun laserilla hitsattavaa tuotetta suunnitellaan, ovat menetelmäkohtaiset suunnittelusäännöt erilaiset kuin kaarihitsauksessa. Laserhitsaus vaatii teknisesti pajalta enemmän, mutta se myös avaa uusia ovia tuotesuunnittelulle ja mahdollistaa tuotteita, jotka olisivat perinteisillä menetelmillä hankalia tai mahdottomia valmistaa. Oikein käyttöönotettuna laserhitsauksella voidaan päästä matalampiin valmistuskustannuksiin. Kustannustehokkaaseen tuotantoon päästäkseen täytyy kuitenkin ymmärtää tuotteen kustannusrakenne. Työn lopussa tarkastellaan ja vertaillaan perinteisen ja laserhitsatun tuotteen kustannuksia ja kustannusrakennetta.

Teollisuusvaihdetehtaan sisälogistiikkajärjestelmän suunnittelu ja toteutus

Diplomityön tavoitteena on suunnitella ja toteuttaa tehokas sisälogistinen ratkaisu. Työssä tutkitaan varastonhallintaa ja materiaalivirtojen ohjausta sekä näihin kuuluvia prosesseja. Myös toimintaa pyritään tehostamaan. Työssä käytetään konstruktiivista tutkimusotetta, jossa olevassa olevaa ongelmaa lähdetään ratkaisemaan teorian avulla, jonka jälkeen kehitetään ratkaisumalli. Työn aineistona on käytetty aiheeseen liittyvää kirjallisuutta, tieteellisiä artikkeleita, kohdeyrityksen tietokantoja sekä työntekijöiden kanssa käytyjä keskusteluja. Diplomityön seurauksena yrityksellä on käytössään nykyaikainen ja tehokas sisälogistinen järjestelmä, sekä toiminta on yrityksen tahtotilan mukaisesti läpinäkyvämpää. Varastoon sitoutuva pääoma pienenee sekä materiaalin käsittely tehostuu huomattavasti. Varastotoimintojen odotetaan tehostuvan yli 40 % nykyiseen verrattuna.

Suorituskykymittariston suunnittelu suuren teknologiateollisuuden organisaation asiantuntijatiimissä

Suorituskyvyn mittaamisella voidaan tehokkaasti vaikuttaa yrityksen tavoitteiden saavuttamiseen. Suorituskykyä kuvaavat mittarit ohjaavat yritystä strategian toteuttamisessa ja toiminnan kehittämisessä visiossa määriteltyyn suuntaan. Yrityksen suorituskykyä mitataan hyvin usein yksistään yritystasolla, mutta suorituskyvyn mittaaminen voidaan viedä myös tiimitasolle asti. Tämän työn tavoitteena oli identifioida ominaispiirteitä suuren organisaation asiantuntijatiimin suorituskykymittaristolle jo sen suunnitteluvaiheessa. Tutkimuskysymyksiin pyrittiin löytämään vastauksia yhtäältä kohdeyritykselle implementoidun suunnitteluprosessin avulla ja toisaalta myös suorituskyvyn mittaamista käsittelevän kirjallisuuden kautta. Huomattavin erityispiirre suorituskykymittaristoa suunnitellessa oli suuren organisaation asiantuntijatyön huomioiminen, sillä tietointensiivisen asiantuntijatiimin työn mittaaminen on vaativaa. Suorituskyvyn mittaaminen virtaviivaistaa sekä yrityksen tavoitteiden viestintää henkilöstölle että sen päätöksentekoa. Toimiva suorituskykymittaristo voidaan luoda suunnitteluprosessin avulla, joista kirjallisuudessa on useita malleja. Tehokkaan suunnitteluprosessin taustalla on johdon ja henkilöstön sitoutuminen suunnitteluun, jotta mittaristosta tulisi mahdollisimman onnistunut. Suorituskykymittariston suunnitteluprosessissa yrityksen visiosta ja strategiasta johdetaan mittausalueet ja menestystekijät, joiden avulla strategia pyritään toteuttamaan ja visio saavuttamaan. Asiantuntijatiimin suorituskyvyn mittauksessa on tärkeätä spesifioida relevantit mittarit, jotta asetetut tavoitteet saavutetaan ja haasteellista tietointensiivistä asiantuntijatyötä voidaan tehokkaasti mitata. Suunnitteluvaiheessa oleellinen osa suunnittelutyötä on mittausjärjestelmän riittävä ja huolellinen dokumentaatio, jotta mahdolliset muutokset implementointivaiheessa voitaisiin toteuttaa systemaattisesti ja tehokkaasti.

Kevyen istutuskoneen suunnittelu puuntaimille

Työssä pyritään suunnittelemaan kevyempi versio jo olemassa olevasta puuntaimien istutuslaitteesta. Työ koostuu kahdesta osasta. Ensimmäisessä teoria osuudessa käydään läpi mekatronisen koneen suunnittelussa huomioitavia seikkoja ja järjestelmällistä tuotekehitysprosessia yleisesti. Toisessa osassa esitellään nykyisten istutuslaitteiden kehityshistoriaa ja nykyisin koneellisessa metsänistutuksessa käytössä olevia laitteita. Loppuratkaisujen aikaan saamisessa pyritään QFD-menetelmää käyttämällä saamaan aikaan kevyen istutuskoneen vaatimusprofiili ja profiilissa ilmi tulleiden vaatimusten ja toiveiden pohjalta kehitettiin ratkaisuja joilla perinteistä koneellista istutus toimintaa voidaan uudistaa. Materiaalinvalinnan avulla optimoitiin kevyttä istutuskonetta pyrkimällä löytämään ympäristöystävälliset materiaalit jotka ovat tuotteen elinkaarta kokonaisuutena ajatellen parhaat mahdolliset. Työssä saatiin aikaan malli jolla on mahdollista jatkokehittelyn jälkeen ja kunnolla tuotteistettuna edistää koneellisen metsänistutuksen yleistymistä. Työn aikana huomattiin, että suurimmat esteet metsän istutuksen koneellistumiselle ovat nykyisten koneiden korkeat hankinta- ja käyttökustannukset sekä koneiden käyttämisen vaatima ammattitaito. Kustannuksia alentamalla ja käyttökynnystä madaltamalla voi edistää koneellisen metsänistutuksen yleistymistä tehostamisen rinnalla.

Pinoamislaitteen suunnittelu vetokoneen jälkeiselle linjalle

Työn tavoitteena oli suunnitella vetokoneen linjalle pinoamislaite. Laitteen tehtävänä on pinota yksittäin vetokoneelta tulevista tuotteista asiakasvaatimusten mukaisia pinoja. Laitteen suunnittelu toteutettiin käyttämällä systemaattisen koneensuunnittelun metodia. Diplomityö rajattiin koskemaan laitteen mekaanisten ratkaisujen suunnittelua. Suunnittelussa huomioitiin linjan asettamat vaatimukset, jotka koskevat sekä tuotantomäärää että tilojen käyttöä. Laitteen suunnittelussa ja mallinnuksessa käytettiin Solidworksin 3D-mallinnusohjelmaa. Mallinnettuja ratkaisuvaihtoehtoja verrattiin keskenään. Parhaiten vaatimusluettelossa esitetyt vaatimukset täyttänyt ratkaisumalli valittiin kehitettäväksi. Suunnitellusta laitteesta valmistettiin työpiirustukset sekä kokoonpanokuvat.

Merikonttien testilaitteiston suunnittelu

Merikonttien käyttöön rahtiliikenteessä liittyy niiden fyysisen kunnon säännöllinen tarkastaminen. Konttien tarkastaminen nykyisillä tavoilla on koettu vievän liikaa aikaa ja rahaa. Ratkaisuna tähän konttien tarkastaminen pyritään mekanisoimaan kehittämällä testilaitteisto, jolla kontin voi tarkastaa nopeasti ja edullisesti. Tässä diplomityössä perehdytään kyseiseltä laitteistolta vaadittaviin mekaanisiin ominaisuuksiin ja laitteiston suunnitteluun. Työn alussa selvitetään laitteistolta vaadittavat mekaaniset ominaisuudet. Tämän jälkeen siirrytään ideoimaan mahdollisia ratkaisuja vaadittavien ominaisuuksien toteuttamiseksi. Valittujen ideoiden pohjalta suunnitellaan testilaitteisto ja tehdään siitä valmistuspiirustukset. Työssä suoritetaan myös koemittaukset jo olemassa oleville testilaitteistojen prototyypeille ja arvioidaan näiden suorituskykyä.

Lämpövuoanturin mittauselektroniikan suunnittelu ja toteutus

Energian kulutuksen vähentäminen ja sen tutkiminen on kasvavan kiinnostuksen kohteena. Syntyneen lämmön mittaaminen on yksi tapa mitata energian siirtymistä. Lämpötilan mittaaminen on yleistä, vaikka usein on merkittävämpää selvittää missä ja miten lämpöenergia on siirtynyt. Tästä syystä tarvitaan lämpövuoantureita, jotka reagoivat suoraan lämpövuohon eli lämpöenergian siirtymiseen. Tässä tutkimuksessa suunnitellaan ja toteutetaan lämpövuoanturin mittauselektroniikka vaativaan käyttöympäristöön. Työssä käytettävän gradienttilämpövuoanturin tuottama jännitesignaali on mikrovolttiluokkaa ja ympäristön aiheuttama kohina voi olla huomattavasti suurempi. Tämän takia anturin tuottamaa signaalia on vahvistettava, jotta sitä voidaan mitata luotettavasti. Tutkimuksessa keskitytään vahvistimen suunnitteluun, mutta suunnittelussa on otettava huomioon koko järjestelmä. Anturin sähköiset ominaisuudet ja ympäristö asettavat rajoitteita vahvistimelle. Tavoitteena on selvittää miten voidaan mitata mikrovolttien jännitesignaalia mahdollisimman suurella taajuuskaistalla vaativassa käyttöympäristössä. Työn tuloksena syntyi mittalaite, jota voidaan käyttää vaativassa ympäristössä lämpövuon mittaamiseen. Suunnitteluparametrien mukainen vahvistus ja päästökaista sekä offset-jännitteen ryömintä saavutettiin suunnitellulla mittalaitteella, mutta offsetjännite ja kohina olivat hieman suunniteltua suuremmat. Mittalaitteella ja lämpövuoanturilla havaittiin selvästi lämpövuon muutoksia keinotekoisilla herätteillä.

Teollisuuspuhaltimien runkorakenteiden ja siipipyörien suunnittelu

Tämä diplomityö tehtiin Voikkaalla Dust Control Systems Oy:lle. Työ on osa teollisuuspuhaltimien tuotekehitystä yrityksen olemassaolevan puhallinratkaisujen, sekä suunnitteluprosessin kautta. Työn tavoitteena oli tutkia puhaltimen toiminnasta aiheutuvan värähtelyn vaikutusta puhaltimen rakenteisiin nykyisillä puhallinmalleilla, sekä tutkia eri rakenneratkaisujen käyttöä yrityksen normaalista tuotelinjasta suuremmilla puhaltimilla. Työ toteutettiin kahden toteutuneen puhallinprojektin yhteydessä, joiden rakenteellisia ominaisuuksia pyrittiin arvioimaan normaalin suunnitteluprosessin ohella puhallinkomponenttien mitoituksen suhteen. Molemmat projektit olivat yrityksen mittakaavassa huomattavan suuria sekä suunnittelultaan haastavia, joten ne sopivat diplomityön toteutukseen hyvin. Suunnittelussa käytettiin FE-mallinnukseen Femap ja COMSOL-ohjelmistoja, sekä värähtelyn simulointiin yliopistolla kehitettyä RoBeDyn – laskentaohjelmaa. Työn aikana todettiin, että tarkempi FE-mallinnus yrityksen valmiista 3D-malleista on varsin hankala toteuttaa ja vaatisi mallien suunnittelun erityisesti lujuuslaskentaa varten. Laskennassa päädyttiin käyttämään yksinkertaistettuja malleja, joiden avulla saatiin johdonmukaisia arvioita puhaltimien toiminnasta eri materiaalivahvuuksilla. Käytännössä tuloksien oikeellisuutta päästään arvioimaan kesällä 2015 puhaltimien valmistuttua.

Tulospalkitseminen johdon ohjauskeinona. Case-tutkimus: Osastokohtaisten tulospalkkiotavoitteiden suunnittelu

Tulospalkitseminen on yksi johdon käytettävissä olevista ohjauskeinoista, jonka käyttö yleistyi Suomessa 1990-luvun laman jälkeen. Sen avulla voidaan pyrkiä ohjaamaan henkilöstön käytöstä kohti strategisia tavoitteita, viestimään yhtiön arvoista ja tavoitteista sekä sitouttamaan ja motivoimaan heitä. Toisaalta mikäli tulospalkitsemisen kautta väärät asiat tulevat korostetuiksi, voi siitä olla enemmän haittaa kuin hyötyä. Tulospalkitseminen on organisaatiolle vapaaehtoinen palkitsemismuoto ja sen perusteena on yleensä muu kuin yhden henkilön välitön työsuoritus. Yleisin peruste on yhtiön taloudellinen tulos, mutta perusteena voivat toimia myös erilaiset laadulliset tavoitteet tai monet tavoitteet yhdessä. Niitä voidaan asettaa niin yksilö kuin laajemmallakin tasolla. Tulospalkkiojärjestelmän tulee olla yhtiölle kannattava, toisin sanoen sen tulee kustantaa itse itsensä. Tutkielman tavoitteena oli suunnitella kohdeyhtiön, suomalaisen varustamoalan yhtiön, maaorganisaation tulospalkitsemisjärjestelmän perustaksi asetettavat tavoitteet vuodelle 2014. Tulospalkkiojärjestelmä oli uusittu yhtiössä vuonna 2013 ja kehitystyö oli edelleen kesken tutkielman aloituksen yhteydessä. Uuden järjestelmän kautta palkintaa haluttiin tuoda lähemmäs kunkin henkilön omia vaikutusmahdollisuuksia. Tutkimuksen tutkimusote on toimintatutkimus ja tutkimus toteutettiin case-tutkimuksena. Metodeina toimi kysely sekä osallistuva havainnointi. Tutkimuksen teoria koostuu johdon ohjausjärjestelmiä ja tulospalkintaa koskevasta teoriasta ja tutkimuksista. Empiirisessä osiossa kohdehenkilöstölle teetettiin palkitsemista koskeva kysely, jolla selvitettiin heidän mielipiteitään ja asenteitaan koskien edellistä voittopalkkiojärjestelmää sekä uutta tulospalkkiojärjestelmää. Lisäksi suunniteltiin tavoitteet kullekin maaorganisaation osastolle yhdessä yhtiön johdon kanssa ja mietittiin, kuinka tulospalkitsemisjärjestelmää voitaisiin edelleen kehittää kohdeyhtiössä. Kyselystä selvisi, että organisaatio tuki tulospalkintajärjestelmän muutosta ja koki sen olemassaolon tärkeäksi. Tulospalkkiojärjestelmän perustaksi asetettavat tavoitteet päätettiin suunnitella osastokohtaisiksi. Tämä siitä syystä, että osastoiden työskentely on pitkälti yhteistyötä eikä henkilökohtainen mittaus olisi näin ollen välttämättä mielekästä. Myös tutkimukset tukevat ryhmäkohtaista tulospalkintaa. Osa tavoitteista suunniteltiin lisäksi useamman osaston yhteisiksi, jolla pyrittiin korostamaan yhteistyön merkitystä läpi organisaation. Tulospalkkiojärjestelmän tavoitteet johdettiin kohdeyhtiön strategiasta, jota niiden on tarkoitus tukea ja saada henkilöstö ajattelemaan entistä kokonaisvaltaisemmin työtä tehdessään. Tulospalkkiojärjestelmän kautta uskotaan myös voitavan viestiä yhtiön strategiaa tehokkaasti kohdehenkilöstölle.

Laadunhallintajärjestelmäprojektin suunnittelu ja projektiorganisaation toimintatapojen kartoittaminen

Tämän diplomityön tavoitteina oli luoda suunnitelma ISO 9001 ja 14001 -sertifikaatteihin oikeuttavalle laadunhallintajärjestelmälle ja luoda malli projektiorganisaation toiminnan mittaamiselle ja kehittämiselle. Lisäksi työn tarkoituksena oli luoda teoreettinen osaamispohja projektipäällikölle laadunhallintajärjestelmäprojektin läpiviemisen tueksi. Työssä perehdyttiin laadunhallinnan periaatteisiin, tietojärjestelmäprojektikehityksen elinkaareen, tietojärjestelmäprojektien kriittisiin menestystekijöihin ja itsearviointimallin laatimisperiaatteisiin. Diplomityön kanssa lomittain suoritetulle laadunhallintajärjestelmäprojektille parhaiten sopivat käytännöt tunnistettiin kirjallisuudesta sekä puolistrukturoidulla haastattelulla Volvo Finland Ab:n johdon edustajille. Työssä luodun suunnitelman mukainen laadunhallintajärjestelmä toteutettiin Volvo Finland Ab:lle yhdessä nelikymmenhenkisen projektiorganisaation kanssa. Projektin aikana tehdyn aktiivisen, osallistuvan havainnoinnin ja diplomityössä luodun itsearviointimallin perusteella kartoitettiin projektiorganisaatiolle parhaiten sopivat toimintamenetelmät. Toimintamenetelmäkartoituksen tuloksena todettiin, että organisaation tietotaito on vertikaalista ja tästä syystä resurssienhallinta nostettiin kriittisimmäksi elementiksi projektien onnistumisen kannalta. Resurssienhallinnan tueksi ehdotettiin Stage-Gate-mallia projektien läpiviemiseen. Mallin avulla voitaisiin resurssit hallitusti kohdistaa uudelleen projektin joka vaiheessa.