Kuorimarummun kantokehän ja lohkon valmistuksen ja vaihdon kriittiset menestystekijät

TIIVISTELMÄ Lappeenrannan teknillinen yliopisto Teknillinen tiedekunta Konetekniikan koulutusohjelma Sami Suvanto Kuorimarummun kantokehän ja lohkon valmistuksen ja vaihdon kriittiset menestystekijät. Diplomityö 2014 64 sivua, 16 kuvaa, 5 taulukkoa, 1 liite Tarkastajat: Professori Jukka Martikainen DI Jari Junninen Hakusanat: kuorimo, kuorimarumpu, kantokehä, vaippalohko, hitsaus Keywords: wood room, debarking drum, support ring, drum shell, welding Sellutehtaiden puunkäsittelylaitoksilla kuorimarumpu on yksi tärkeimmistä prosessilaitteista. Kuorimarummun kantokehän tai lohkon vaihto on tyypillisesti koko puunkäsittelyn elinkaaren merkittävin korjausinvestointi. Markkinoilla on muutamia laitevalmistajia, jotka kilpailevat omien, sekä kilpailijoiden kuorimarumpujen korjausurakoista. Tässä diplomityössä selvitetään kuorimarummun kantokehän ja lohkonvaihtourakoiden kriittiset menestystekijät. Selvitys tehdään arvioimalla tekninen konstruktio, vaihtomenetelmät, sekä toimintamalli vaihtoprojektin suorittamisessa. Case tutkimukseen valittiin yksi kilpailijalle hävitty vaippalohkon vaihtotarjous, yksi kilpailijalle hävitty kantokehän vaihtotarjous, sekä yksi kantokehätoimitus. Työn tuloksena vahvuudet ja heikkoudet kuorimarummun kunnossapidossa tulivat esiin. Työn aikana löydettiin myös lukuisia kehitysideoita. Näitä ideoita viedään eteenpäin normaalina kehitystyönä.

Katsaus lisäävän valmistuksen (aka 3D-tulostus) mahdollisuuksiin ja kustannuksiin metallisten tuotteiden valmistuksessa: Case jauhepetitekniikka

Suurelle yleisölle lisäävä valmistustekniikka eli ns. 3D-tulostustekniikka näyttäytyy lehtien otsikoissa ja artikkeleissa esiin pulpahtavana ”muotiaiheena”, mutta sekä muovien 3D-tulostustekniikka että metallienkin vastaava valmistustekniikka on ollut olemassa maailmalla ja Suomessa 80-luvun puolivälistä alkaen. Yhdysvalloissa ja Saksassa tekniikkaa käytetään valmistavassa teollisuudessa toiminnallisten osien tuotannossa. Esimerkiksi lentokoneen suihkumoottorien osia ja lääketieteellisiä välineitä tehdään metallijauheesta lisäävän valmistuksen avulla. Itse asiassa eräs menetelmä metalliesineiden valmistamiseksi lasersäteen avulla keksittiin Suomessa ja sitä myös kehiteltiin täällä, mutta teollisuudenala lähti aikanaan nousuun Saksassa. Lisäävä valmistus on tällä hetkellä maailmanlaajuisesti eräs kiinnostavista tuotantotekniikoista, jonka uskotaan muuttavan monia asioita tuotteiden suunnittelussa, toiminnoissa ja valmistuksessa. Tämä tekniikka ei kiinnosta pelkästään valmistavaa teollisuutta, vaan tietotekniikan, lääketieteen, koruvalmistuksen ja muotoilun osaajat sekä uusien liiketoimintamallien kehittäjät ja logistiikka operaattorit ovat teknologiasta kiinnostuneita. Suomelle 3D-tulostustekniikka on suuri mahdollisuus, sillä maassamme on vahva teollinen tieto- ja viestintätekniikkaosaaminen sekä lisäksi olemme maassamme erikoistuneet varsin vaativien teollisiin laitteiden valmistukseen. Eräät suurimmista mahdollisuuksista tällä tekniikalla ovat toimitusketjuihin liittyvät muutokset. Uutta on, että pienetkin yritykset ja organisaatiot voivat soveltaa tätä tekniikkaa valmistuksessa ja jopa kehitellä täysin uusia tuotteita. On myös arvioitu, että lisäävän valmistuksen merkitys valmistustapoihin ja toimitusketjuihin voi olla suurempi kuin koskaan aikaisemmin minkään teknologisen uudistuksen kohdalla. Lisäävästä valmistuksesta usein puhutaankin kolmantena teollisena vallankumouksena juuri tämän takia. 3D-tulostuksen kustannuksia tarkasteltaessa on tärkeätä huomata että vain sulatetun jauheen määrä ratkaisee, ei käytettävän geometrian monimutkaisuus. Tämä erottaa perinteisen ja lisäävän valmistuksen toisistaan. Perinteisesti kappaleen keventäminen on maksanut ”ylimääräistä”, kun taas lisäävässä valmistuksessa kappaleen keveys on jopa kustannusta alentava tekijä. Valmistettavan kappaleen korkeus on yksi kriittisimpiä kustannuksiin vaikuttavia tekijöitä. Tämän vuoksi useamman kappaleen valmistus yhdellä kertaa parantaa kannattavuutta huomattavasti. Samalla kertaa voi ja itse asiassa kannattaakin valmistaa keskenään erilaisia kappaleita. Perinteiset valmistustavat sen sijaan ovat nykyajan vaatimuksille liian hitaita; ne joustavat huonosti, kun kyseessä on pienet, asiakaslähtöiset erät. Trendi on globaalisti kohden yksilöllisiä asiakaslähtöisiä tuotteita, jolloin myös valmistustekniikoiden on oltava joustavia pysyäkseen näiden vaatimusten perässä. Lisäävä valmistus sopii erityisesti hyvin piensarjatuotantoon. Suuremmissa valmistuserissä kuitenkin perinteiset tekniikat ovat kustannustehokkaampia.

Konepajan hitsaustuotannon kehittäminen kattavien laatuvaatimusten mukaiseksi

TIIVISTELMÄ Lappeenrannan teknillinen yliopisto Konetekniikan koulutusohjelma Voitto Kettunen Konepajan hitsaustuotannon kehittäminen kattavien laatuvaatimusten mukaiseksi Diplomityö 2015 167 sivua, 39 kuvaa, 26 taulukkoa ja 3 liitettä Tarkastajat: Professori Jukka Martikainen DI Pertti Kaarre Hakusanat: hitsaus, hitsauksen laatu, konepajan laadunhallinta, kattavat laatuvaatimukset, ISO 9001, ISO 3834, EN 1090 Keywords: welding, quality of welding, engineering workshop quality management, comprehensive quality requirements, ISO 9001, ISO 3834, EN 1090 Hitsaamalla liitetyt teräksiset rakenteet muodostavat ylivoimaisesti suurimman osan konepajatuotannosta. Niihin kuuluu esimerkiksi ajoneuvoja, koneita, laitteita, säiliöitä, siiloja, siltoja, mastoja, piippuja, tukirakenteita ja rakennusten runkoja. Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää konepajan laadunhallinta sellaiseksi, että se mahdollistaa kattavien laatuvaatimusten täyttämisen hitsaustuotannossa. Laatuvaatimusten täyttämiseen pyritään käyttämällä hitsaustoimintojen standardia EN ISO 3834-2 sekä kantavien teräsrakenteiden standardeja EN 1090-1 ja EN 1090-2. Teräsrakenteiden suunnittelua ohjaa EN 1993 ja niiden toiminnallisia ominaisuuksia tuotestandardit, kuten terässavupiippu- ja säiliöstandardit. Kantavien teräsrakenteiden suunnittelua ja tuotantoa ohjaa myös seuraamusluokan CC, käyttöluokan SC ja tuotantoluokan PC kautta määräytyvä toteutusluokka EXC. Aikaisempaa enemmän tullaan panostamaan esimerkiksi asiakirjojen sähköiseen hallintaan, raaka-aineiden jäljitettävyyteen tuotteeseen, särmien ja kulmien muotoiluun, pintojen käsittelyyn, hitsien tarkastukseen, hitsaushenkilöstön pätevyyteen ja hitsaustuotannon tehokkuuteen. Saarijärven Säiliövalmiste Oy:n hitsauksen laadunhallinta sertifioitiin standardin ISO 3834-2 mukaan ja kantavien teräsrakenteiden FPC-järjestelmä standardisarjaa EN 1090 noudattaen. Samalla tehtiin päivitys laadunhallintajärjestelmään ISO 9001. Toteutus, joka tehtiin sovitussa aikataulussa, haastaa jokaisen toimijan konepajassa toiminnan, tuotannon ja tuotteiden laadun kehittämiseen uusia käytänteitä ja menetelmiä soveltaen. Kehitystoimien tuloksena toiminta on selkeämpää, ennakoitavampaa ja hallitumpaa, mikä lisää yrityksen toiminnan tuottavuutta ja kannattavuutta. Sertifioidut laatujärjestelmät ovat myötävaikuttaneet tilausten lisääntymiseen yrityksen kaikkien tuotteiden osalta.

Metsäkoneiden panssareiden ja pohjan luukkujen laadun kehittäminen

Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, mitkä asiat tutkimuksen toimeksiantavan yrityksen, John Deere Forestry Oy:n metsäkoneiden panssareiden ja luukkujen kanssa työskentelevä henkilöstö kokee oleellisimmiksi pohjan suojien asennettavuuden, käytettävyyden, kestävyyden ja laadun kehittämisessä. Tutkimuksella haluttiin myös selvittää, mitä hyödynnettävää tietoa yrityksen sisältä jo löytyy, mitä hiljaista tietoa henkilöstöllä on ja miten tätä kaikkea voidaan hyödyntää jatkossa suunnittelun tukena. Pääasiallisina tutkimusmenetelminä käytettiin strukturoitua kyselytutkimusta, toimeksiantavan yrityksen sekä kilpailijoiden rakenneratkaisujen tarkastelua sekä lujuuslaskentaa. Kyselytutkimuksen aineisto kerättiin loppukesästä 2014. Otanta koostui 149:stä eri toimipaikkojen työntekijästä. Aineisto käsiteltiin pääasiassa kvantitatiivisesti käyttämällä ristiintaulukointia. Kyselytutkimuksen tulosten perusteella syvennyttiin tarkastelemaan pohjan suojausta myös koneteknillisellä lähestymistavalla. Tarkastelun kohteeksi valitulle panssarille tehtiin lujuuslaskentoja kyselyn vastausten varmentamiseksi ja ongelmien tarkentamiseksi, parannusehdotuksien tueksi. Aihetta tarkasteltiin asennusergonomian, työturvallisuuden ja vaurioitumismekanismien valossa. Tulosten analysoinnin yhteydessä esitettiin ratkaisuehdotuksia yleisimpiin ongelmiin laadun kehittämiseksi. Keskeisimmät ratkaisuehdotukset liittyvät panssareiden rakenteellisen stabiiliuden parantamiseen. Käytännön toimenpide-esityksinä esimerkiksi jäykisteet, tuennat, materiaalivalinnat, uudelleenmuotoilu, apuasennustyökalut, turvavarustelut ja avautumissuunnat olisivat huomion arvoisia asioita. Tutkimuksessa kerätty tieto kootaan sovellettavaksi käytäntöön laadun kehittämiseksi tekemällä toimeksiantavalle yritykselle metsäkoneiden panssareiden ja pohjan luukkujen suunnitteluohje. Tällä pyritään jatkossa parantamaan kilpailukykyä.

Towards a contextual understanding of B2B salespeople's selling competencies – An exploratory study among purchasing decision-makers of internationally-oriented technology firms

ABSTRACT Towards a contextual understanding of B2B salespeople’s selling competencies − an exploratory study among purchasing decision-makers of internationally-oriented technology firms The characteristics of modern selling can be classified as follows: customer retention and loyalty targets, database and knowledge management, customer relationship management, marketing activities, problem solving and system selling, and satisfying needs and creating value. For salespeople to be successful in this environment, they need a wide range of competencies. Salespeople’s selling skills are well documented in seller side literature through quantitative methods, but the knowledge, skills and competencies from the buyer’s perspective are under-researched. The existing research on selling competencies should be broadened and updated through a qualitative research perspective due to the dynamic nature and the contextual dependence of selling competencies. The purpose of the study is to increase understanding of the professional salesperson’s selling competencies from the industrial purchasing decision- makers’ viewpoint within the relationship selling context. In this study, competencies are defined as sales-related knowledge and skills. The scope of the study includes goods, materials and services managed by a company’s purchasing function and used by an organization on a daily basis. The abductive approach and ‘systematic combining’ have been applied as a research strategy. In this research, data were generated through semi- structured, person-to-person interviews and open-ended questions. The study was conducted among purchasing decision-makers in the technology industry in Finland. The branches consisted of the electronics and electro-technical industries and the mechanical engineering and metals industries. A total of 30 companies and one purchasing decision-maker from each company were purposively chosen for the sampling. The sample covers different company sizes based on their revenues, their differing structures – varying from public to family companies –that represent domestic and international ownerships. Before analyzing the data, they were organized by the purchasing orientations of the buyers: the buying, procurement or supply management orientation. Thematic analysis was chosen as the analysis method. After analyzing the data, the results were contrasted with the theory. There was a continuous interaction between the empirical data and the theory. Based on the findings, a total of 19 major knowledge and skills were identified from the buyers’ perspective. The specific knowledge and skills from the viewpoint of customers’ prevalent purchasing orientations were divided into two categories, generic and contextual. The generic knowledge and skills apply to all purchasing orientations, and the contextual knowledge and skills depend on customers’ prevalent purchasing orientations. Generic knowledge and skills relate to price setting, negotiation, communication and interaction skills, while contextual ones relate to knowledge brokering, ability to present solutions and relationship skills. Buying-oriented buyers value salespeople who are ‘action oriented experts, however at a bit of an arm’s length’, procurement buyers value salespeople who are ‘experts deeply dedicated to the customer and fostering the relationship’ and supply management buyers value salespeople who are ‘corporate-oriented experts’. In addition, the buyer’s perceptions on knowledge and selling skills differ from the seller’s ones. The buyer side emphasizes managing the subject matter, consisting of the expertise, understanding the customers’ business and needs, creating a customized solution and creating value, reliability and an ability to build long-term relationships, while the seller side emphasizes communica- tion, interaction and salesmanship skills. The study integrates the selling skills of the current three-component model− technical knowledge, salesmanship skills, interpersonal skills− and relationship skills and purchasing orientations, into a selling competency model. The findings deepen and update the content of these knowledges and skills in the B2B setting and create new insights into them from the buyer’s perspective, and thus the study increases contextual understanding of selling competencies. It generates new knowledge of the salesperson’s competencies for the relationship selling and personal selling and sales management literature. It also adds knowledge of the buying orientations to the buying behavior literature. The findings challenge sales management to perceive salespeople’s selling skills both from a contingency and competence perspective. The study has several managerial implications: it increases understanding of what the critical selling knowledge and skills from the buyer’s point of view are, understanding of how salespeople effectively implement the relationship marketing concept, sales management’s knowledge of how to manage the sales process more effectively and efficiently, and the knowledge of how sales management should develop a salesperson’s selling competencies when managing and developing the sales force. Keywords: selling competencies, knowledge, selling skills, relationship skills, purchasing orientations, B2B selling, abductive approach, technology firms

Pituusleikkureiden 3D-suunnittelun kehittäminen

Tämä diplomityö tehtiin Valmet Technologies Oy:n Järvenpään toimipisteelle. Työn tavoitteena oli tutkia miten pituusleikkureiden 3D-suunnittelua voidaan tehostaa hyödyntämällä uuden 3D-CAD -järjestelmän ominaisuuksia optimaalisesti. Työ koostuu teoriaosuudesta, haastattelututkimuksesta sekä käytännön osuudesta. Teoriaosuudessa perehdytään pituusleikkurin toimintaan ja rakenteeseen, 3D-suunnittelun teoriaan sekä CATIA-järjestelmään. Teoriaosuudessa etsitään myös uusia näkökulmia 3D-suunnitteluun. Haastattelututkimuksessa kartoitetaan nykyinen suunnitteluprosessi, suunnittelun kehitettäviä kohteita, sekä käytössä olevia suunnittelumenetelmiä, jotka ovat todettu toimiviksi. Haastattelututkimuksessa haastatellaan Valmet Technologies Oy:n Järvenpään toimipisteessä työskenteleviä pituusleikkureiden pääsuunnittelijoita sekä heidän esimiehiään. Lisäksi erillisten haastattelujen avulla kerätään kokemuksia CATIA V6 -ohjelmiston käytöstä sekä suunnitteluohjelmiston vaihtumisesta. Käytännön osuuden tavoitteena on arvioida pituusleikkurin parametroitujen mallirakenteiden siirtämiseen sekä korjauksiin kuluvia aikamääriä kyseisiin toimenpiteisiin tarvittavien resurssien määrittämiseksi. Käytännön osuudessa siirretään kaksi Valmet OptiWin Drum Compact -pituusleikkurin parametroitua osakokonaisuutta uuteen CAD-järjestelmään ja niille suoritetaan tarvittavat korjaustoimenpiteet Tutkimuksen tulosten perusteella yhteisen mallinnusmetodologian puuttuminen on merkittävin kehityskohde suunnittelun kehittämisessä. Lopuksi luotiin kehitysehdotukset sekä implementointisuunnitelma, joiden avulla pituusleikkureiden 3D-suunnittelua voidaan kehittää ja CATIA V6 -ohjelmisto voidaan ottaa käyttöön tehokkaasti.

Design and Simulation of High-Speed Rotating Electrical Machinery

Global energy consumption has been increasing yearly and a big portion of it is used in rotating electrical machineries. It is clear that in these machines energy should be used efficiently. In this dissertation the aim is to improve the design process of high-speed electrical machines especially from the mechanical engineering perspective in order to achieve more reliable and efficient machines. The design process of high-speed machines is challenging due to high demands and several interactions between different engineering disciplines such as mechanical, electrical and energy engineering. A multidisciplinary design flow chart for a specific type of high-speed machine in which computer simulation is utilized is proposed. In addition to utilizing simulation parallel with the design process, two simulation studies are presented. The first is used to find the limits of two ball bearing models. The second is used to study the improvement of machine load capacity in a compressor application to exceed the limits of current machinery. The proposed flow chart and simulation studies show clearly that improvements in the high-speed machinery design process can be achieved. Engineers designing in high-speed machines can utilize the flow chart and simulation results as a guideline during the design phase to achieve more reliable and efficient machines that use energy efficiently in required different operation conditions.

Sähkömekaanisen turvalaakerirakenteen suunnittelu

Turvalaakereita käytetään suojaamaan aktiivisia magneettilaakereita vikatilanteiden tapahtuessa. Tässä kandidaatintyössä suunniteltiin erilaisia ratkaisuja toteuttaa turvalaakerin toiminta sähkömekaanisella toimilaitteella. Työn tarkoituksena oli löytää uusia tapoja toteuttaa turvalaakerin rakenne. Uusilla ratkaisuilla poistettiin turvalaakereille ominaisia ongelmia. Suunnittelussa käytettiin perinteisiä koneensuunnittelun menetelmiä. Menetelmien tarkoitus oli mahdollistaa järjestelmällinen suunnittelu. Tässä työssä myös kirjallisuuskatsaus toimi yhtenä suunnittelun vaiheena. Tuloksiksi saatiin hahmotelmia ja 3D-malleja. Tulokset poikkesivat tavanomaisista turvalaakereiden rakenteista. Tuloksissa huomioitiin, että tässä työssä ei suunnitella valmista tuotetta. Suunniteltujen turvalaakereiden toiminta perustui mekanismeihin, jotka toivat mukanaan uusia ominaisuuksia. Sähkömekaanisen toimilaitteen sijoittaminen mekanismeihin oli kuitenkin vaikeaa. Työn tulokset avasivat uusia näkökulmia turvalaakerirakenteiden jatkokehittämiseen.

Suomalaisen PK-yrityksen etabloitumisen kompleksisuus Venäjälle

Tässä diplomityössä perehdytään suomalaisten pk - yritysten kansainvälistymisen kompleksisuuteen Venäjälle. Tutkimuksen pääkohderyhmänä ovat Etelä-Karjalaiset kone – ja metallialan pienet ja keskisuuret yritykset. Tutkimuksessa selvitettiin myös Pietarin alueen suurten metalliyritysten etabloitumishalukkuutta Suomeen. Työn tavoitteena on tuottaa informaatiota kansainvälisen liiketoiminnan päätöksenteon tueksi. Työn tarkoituksena on myös selvittää lukijalle kansainvälistymiseen liittyvän kompleksisuuden ja yrityksen resurssien välistä yhteyttä. Työn yhtenä tuotoksena luotiin yksinkertainen malli, joka omalta osaltaan selittää haastavalle liiketoiminta-alueelle etabloitumista tavoittelevan yrityksen kokemaa kompleksisuutta ja sen yhteyttä yrityksen resursseihin.

Characterization of Hydrothermally Annealed Low Temperature Bioactive Thin Film Coatings of Hydroxyapatite on TiAl6V4 Implant material

This thesis summarizes the results on the growth and characterisation of thin films of HA grown on TiAl6V4 (Ti) implant material at a lower substrate temperature by a combination of Pulsed laser deposition and a hydrothermal treatment to get sufficiently strong crystalline films suitable for orthopaedic applications. The comparison of the properties of the coated substrate has been made with other surface modification techniques like anodization and chemical etching. The in-vitro study has been conducted on the surface modified implants to assess its cell viability. A molecular level study has been conducted to analyze the adhesion mechanism of protein adhesion molecules on to HA coated implants.

Influence of Angle of Air Injection and Particles in Bed Hydrodynamics of Swirling Fluidized Bed

The thesis presented here unveils an experimental study of the hydrodynamic characteristics of swirling fluidized bed viz. pressure drop across the distributor and the bed, minimum fluidizing velocity, bed behaviour and angle of air injection. In swirling fluidized bed the air is admitted to the bed at an angle 'Ѳ' to the horizontal. The vertical component of the velocity v sin Ѳ causes fluidization and the horizontal component v cos Ѳ contributes to swirl motion of the bed material.The study was conducted using spherical particles having sizes 3.2 mm, 5.5 mm & 7.4 mm as the bed materials. Each of these particles was made from high density polyethylene, nylon and acetal having relative densities of 0.93, 1.05 and 1.47 respectively.The experiments were conducted using conidour type distributors having four rows of slits. Altogether four distributors having angles of air injection (Φ)- 0°, 5°, 10° & 15° were designed and fabricated for the study. The total number of slits in each distributor was 144. The area of opening was 6220 mm2 making the percentage area of opening to 9.17. But the percentage useful area of opening of the distributor was 96.The experiments on the variation of distributor pressure drop with superficial velocity revealed that the distributor pressure drop decreases with angle of air injection. Investigations related to bed hydrodynamics were conducted using 2.5 kg of bed material. The bed pressure drop measurements were made along the radial direction of the distributor at distances of 60 mm, 90 mm, 120 mm & 150 mm from the centre of the distributor. It was noticed that after attaining minimum fluidizing velocity, the bed pressure drop increases along the radial direction of the distributor. But at a radial distance of 90 mm from the distributor centre, after attaining minimum fluidizing velocity the bed pressure drop remains almost constant. It was also observed that the bed pressure drop varies inversely with particle size as well as particle density.An attempt was made to determine the effect of various parameters on minimum fluidizing velocity. It was noticed that the minimum fluidizing velocity varies directly with angle of air injection (Φ), particle size and particle density.The study on the bed behaviour showed that the superficial velocity required for initiating various bed phenomena (such as swirl motion and separation of particles from the cone at the centre) increase with increase in particle size as well as particle density. It was also observed that the particle size and particle density directly influence the superficial velocity required for various regimes of bed behaviour such as linear variation of bed pressure drop, constant bed pressure drop and sudden increase or decrease in bed pressure drop.Experiments were also performed to study the effect of angle of air injection (Φ). It was noticed that the bed pressure drop decreases with angle of air injection. It was also noticed that the angle of air injection directly influence the superficial velocity required for initiating various bed phenomena as well as the various regimes of bed behaviour.

Analysis and Optimization of Machining Process Using Evolutionary Algorithms

To ensure quality of machined products at minimum machining costs and maximum machining effectiveness, it is very important to select optimum parameters when metal cutting machine tools are employed. Traditionally, the experience of the operator plays a major role in the selection of optimum metal cutting conditions. However, attaining optimum values each time by even a skilled operator is difficult. The non-linear nature of the machining process has compelled engineers to search for more effective methods to attain optimization. The design objective preceding most engineering design activities is simply to minimize the cost of production or to maximize the production efficiency. The main aim of research work reported here is to build robust optimization algorithms by exploiting ideas that nature has to offer from its backyard and using it to solve real world optimization problems in manufacturing processes.In this thesis, after conducting an exhaustive literature review, several optimization techniques used in various manufacturing processes have been identified. The selection of optimal cutting parameters, like depth of cut, feed and speed is a very important issue for every machining process. Experiments have been designed using Taguchi technique and dry turning of SS420 has been performed on Kirlosker turn master 35 lathe. Analysis using S/N and ANOVA were performed to find the optimum level and percentage of contribution of each parameter. By using S/N analysis the optimum machining parameters from the experimentation is obtained.Optimization algorithms begin with one or more design solutions supplied by the user and then iteratively check new design solutions, relative search spaces in order to achieve the true optimum solution. A mathematical model has been developed using response surface analysis for surface roughness and the model was validated using published results from literature.Methodologies in optimization such as Simulated annealing (SA), Particle Swarm Optimization (PSO), Conventional Genetic Algorithm (CGA) and Improved Genetic Algorithm (IGA) are applied to optimize machining parameters while dry turning of SS420 material. All the above algorithms were tested for their efficiency, robustness and accuracy and observe how they often outperform conventional optimization method applied to difficult real world problems. The SA, PSO, CGA and IGA codes were developed using MATLAB. For each evolutionary algorithmic method, optimum cutting conditions are provided to achieve better surface finish.The computational results using SA clearly demonstrated that the proposed solution procedure is quite capable in solving such complicated problems effectively and efficiently. Particle Swarm Optimization (PSO) is a relatively recent heuristic search method whose mechanics are inspired by the swarming or collaborative behavior of biological populations. From the results it has been observed that PSO provides better results and also more computationally efficient.Based on the results obtained using CGA and IGA for the optimization of machining process, the proposed IGA provides better results than the conventional GA. The improved genetic algorithm incorporating a stochastic crossover technique and an artificial initial population scheme is developed to provide a faster search mechanism. Finally, a comparison among these algorithms were made for the specific example of dry turning of SS 420 material and arriving at optimum machining parameters of feed, cutting speed, depth of cut and tool nose radius for minimum surface roughness as the criterion. To summarize, the research work fills in conspicuous gaps between research prototypes and industry requirements, by simulating evolutionary procedures seen in nature that optimize its own systems.

Recurrence Quantification Analysis of System Signals for Detecting Tool and Chatter in Turning

In this thesis, the applications of the recurrence quantification analysis in metal cutting operation in a lathe, with specific objective to detect tool wear and chatter, are presented.This study is based on the discovery that process dynamics in a lathe is low dimensional chaotic. It implies that the machine dynamics is controllable using principles of chaos theory. This understanding is to revolutionize the feature extraction methodologies used in condition monitoring systems as conventional linear methods or models are incapable of capturing the critical and strange behaviors associated with the metal cutting process.As sensor based approaches provide an automated and cost effective way to monitor and control, an efficient feature extraction methodology based on nonlinear time series analysis is much more demanding. The task here is more complex when the information has to be deduced solely from sensor signals since traditional methods do not address the issue of how to treat noise present in real-world processes and its non-stationarity. In an effort to get over these two issues to the maximum possible, this thesis adopts the recurrence quantification analysis methodology in the study since this feature extraction technique is found to be robust against noise and stationarity in the signals.The work consists of two different sets of experiments in a lathe; set-I and set-2. The experiment, set-I, study the influence of tool wear on the RQA variables whereas the set-2 is carried out to identify the sensitive RQA variables to machine tool chatter followed by its validation in actual cutting. To obtain the bounds of the spectrum of the significant RQA variable values, in set-i, a fresh tool and a worn tool are used for cutting. The first part of the set-2 experiments uses a stepped shaft in order to create chatter at a known location. And the second part uses a conical section having a uniform taper along the axis for creating chatter to onset at some distance from the smaller end by gradually increasing the depth of cut while keeping the spindle speed and feed rate constant.The study concludes by revealing the dependence of certain RQA variables; percent determinism, percent recurrence and entropy, to tool wear and chatter unambiguously. The performances of the results establish this methodology to be viable for detection of tool wear and chatter in metal cutting operation in a lathe. The key reason is that the dynamics of the system under study have been nonlinear and the recurrence quantification analysis can characterize them adequately.This work establishes that principles and practice of machining can be considerably benefited and advanced from using nonlinear dynamics and chaos theory.

Permutation Entropy Based Analysis of Complex Signals for Characterising Change in System Dynamics

Timely detection of sudden change in dynamics that adversely affect the performance of systems and quality of products has great scientific relevance. This work focuses on effective detection of dynamical changes of real time signals from mechanical as well as biological systems using a fast and robust technique of permutation entropy (PE). The results are used in detecting chatter onset in machine turning and identifying vocal disorders from speech signal.Permutation Entropy is a nonlinear complexity measure which can efficiently distinguish regular and complex nature of any signal and extract information about the change in dynamics of the process by indicating sudden change in its value. Here we propose the use of permutation entropy (PE), to detect the dynamical changes in two non linear processes, turning under mechanical system and speech under biological system.Effectiveness of PE in detecting the change in dynamics in turning process from the time series generated with samples of audio and current signals is studied. Experiments are carried out on a lathe machine for sudden increase in depth of cut and continuous increase in depth of cut on mild steel work pieces keeping the speed and feed rate constant. The results are applied to detect chatter onset in machining. These results are verified using frequency spectra of the signals and the non linear measure, normalized coarse-grained information rate (NCIR).PE analysis is carried out to investigate the variation in surface texture caused by chatter on the machined work piece. Statistical parameter from the optical grey level intensity histogram of laser speckle pattern recorded using a charge coupled device (CCD) camera is used to generate the time series required for PE analysis. Standard optical roughness parameter is used to confirm the results.Application of PE in identifying the vocal disorders is studied from speech signal recorded using microphone. Here analysis is carried out using speech signals of subjects with different pathological conditions and normal subjects, and the results are used for identifying vocal disorders. Standard linear technique of FFT is used to substantiate thc results.The results of PE analysis in all three cases clearly indicate that this complexity measure is sensitive to change in regularity of a signal and hence can suitably be used for detection of dynamical changes in real world systems. This work establishes the application of the simple, inexpensive and fast algorithm of PE for the benefit of advanced manufacturing process as well as clinical diagnosis in vocal disorders.

Effect of Improving Energy Efficiency on System Reliability

In the present scenario of energy demand overtaking energy supply top priority is given for energy conservation programs and policies. Most of the process plants are operated on continuous basis and consumes large quantities of energy. Efficient management of process system can lead to energy savings, improved process efficiency, lesser operating and maintenance cost, and greater environmental safety. Reliability and maintainability of the system are usually considered at the design stage and is dependent on the system configuration. However, with the growing need for energy conservation, most of the existing process systems are either modified or are in a state of modification with a view for improving energy efficiency. Often these modifications result in a change in system configuration there by affecting the system reliability. It is important that system modifications for improving energy efficiency should not be at the cost of reliability. Any new proposal for improving the energy efficiency of the process or equipments should prove itself to be economically feasible for gaining acceptance for implementation. In order to arrive at the economic feasibility of the new proposal, the general trend is to compare the benefits that can be derived over the lifetime as well as the operating and maintenance costs with the investment to be made. Quite often it happens that the reliability aspects (or loss due to unavailability) are not taken into consideration. Plant availability is a critical factor for the economic performance evaluation of any process plant.The focus of the present work is to study the effect of system modification for improving energy efficiency on system reliability. A generalized model for the valuation of process system incorporating reliability is developed, which is used as a tool for the analysis. It can provide an awareness of the potential performance improvements of the process system and can be used to arrive at the change in process system value resulting from system modification. The model also arrives at the pay back of the modified system by taking reliability aspects also into consideration. It is also used to study the effect of various operating parameters on system value. The concept of breakeven availability is introduced and an algorithm for allocation of component reliabilities of the modified process system based on the breakeven system availability is also developed. The model was applied to various industrial situations.