Alumiinirakenteiden kulumiskestävyyden parantaminen laserpintakäsittelyillä

Alumiini on pienen ominaispainonsa, hyvän korroosiokestävyytensä ja muotoiltavuutensa ansiosta runsaasti käytetty materiaali niin koneenosissa, kuin monissa muissakin rakenteissa. Alumiinin pehmeys ja huono kulumiskestävyys ovat rajoittaneet sen käyttöä. Alumiinin kovuuden ja kulumiskestävyyden parantaminen laajentaisi sen käyttömahdollisuuksia. Laserpintakäsittelymenetelmien käyttö on potentiaalinen, mutta vielä vähän tutkittu keino alumiinin kulumiskestävyyden parantamiseksi. Diplomityön teoriaosassa käsitellään materiaalin eri kulumismekanismeja, kohdemateriaali alumiinin ominaisuuksia ja tarkastellaan keinoja parantaa kulumiskestävyyttä sekä perinteisillä tekniikoilla että erityisesti lasertekniikoiden avulla. Diplomityön kokeellisessa osassa tehtiin laserpintakäsittelykokeita Nd:YAG-laserilla tavoitteena kovuuden ja kulumiskestävyyden parantaminen. Parhaat tulokset saavutettiin laserpinnanseostustekniikalla nikkelipohjaisella Inconel 625-seosaineella. Diplomityössä tehdyissä kokeissa saavutettiin yli 10-kertainen alumiinin pinnankovuus verrattuna käsittelemättömään perusaineeseen. Abrasiivinen kulumiskestävyys parantui parhaimmillaan yli kolminkertaiseksi verrattuna käsittelemättömään alumiiniin ja anodisoituihin vertailukappaleisiin. Tutkimuksessa määriteltiin myös parametrialue kokeissa käytetyille perus- ja lisäaineelle. Diplomityössä tehdyt kokeet toimivat hyvänä pohjana jatkokokeille.

Viirojen vedenpoistokyvyn ja markkeeraavuuden analysointi HSRT-laitteistolla

Tässä diplomityössä tutkittiin eri tyyppisten viirojen vedenpoisto-ominaisuuksia ja markkeeraavuutta HSRT-laitteistolla. Tarkoitus oli myös selvittää muodostuvan paperiarkin rakennetta ja HSRT-laitteiston soveltuvuutta viiravertailuun. Työn kirjallisuusosassa käsitellään märkäviiroja sekä niiden valmistamista, valintaa eri kriteerein, kulumista ja puhdistamista. Lisäksi käsitellään viirojen markkeeraavuutta ja viiraosan vedenpoistoa. Sekä vedenpoistokyvyn että markkeeraavuuden osalta tulokset olivat niin tasaiset eri suureiden suhteen, ettei etenkään sisäviirojen välillä saatu näkyviin selviä eroja. Markkeeraavuuden osalta laitteiston ominaisuutena näyttäisi olevan se, ettei sisäviiran puoleinen markkeeraus näy arkissa. Tästä syystä vertailut DPCJ-laitteen ja koepaperikoneen tuloksiin olivat mahdottomia. Sen sijaan ulkoviiran puolella markkeeraus oli havaittavissa useimmissa tapauksissa. Tutkimuksen perusteella vaikuttaa kuitenkin siltä, ettei HSR-Tester sovellu viirojen vedenpoistonkyvyn ja markkeeraavuuden vertailuun.

Oliopohjaisen ohjelmiston kehitysprosessi CASE: Sonera TradeXpress Mapper

Työ kartoittaa yleisemmin ohjelmistonkehitysprosesseille asetettavia vaatimuksia ja selvittää yksityiskohtaisemmin niiden soveltamista ja vaikutusta uusien ominaisuuksien suunnittelussa Soneran TradeXpress Mapper ohjelmistoon. Kyseinen työkalu mahdollistaa muun muassa EDI-viestien muokkaamisen graafisesti. Työn tuloksena syntyi selvitys ohjelmistonkehitysprosessien perusteista ja niiden soveltamisessa oliopohjaiseen systeemityöhön. Prosessin avulla voitiin ohjelma tehdä tarkemmin asiakkaan vaatimusten mukaiseksi ja uusien ominaisuuksien lisääminen onnistui helposti.

Operatiivisten järjestelmien integrointi toimintojen ohjaukseen vaneritehtaassa

Työn tavoite oli löytää malli, joka mahdollistaisi kaikkien tilaus- toimitusprosessin operatiivisten järjestelmien integroimisen keskenään siten, että niitä voidaan hyödyntää valmistuksen ohjaukseen. Vaneritehtaissa ei ole keskitettyä tietojärjestelmää, joten tavoiteasetanta edellytti vaneritehtaan tietoverkon rakentamiseen liittyvän ongelmakentän periaatteellista ratkaisua.Koska tilaus- toimitusprosessi, tuotantoa lukuunottamatta, oli kohdeyrityksessä katettu tietojärjestelmillä, loivat nämä jo olemassa olevat järjestelmät reunaehdot ratkaisulle myös tuotannon tietoverkon kehittämisessä. Työssä etsittiin ja kiinnitettiin avaimet, joilla tuote- sekä henkilötieto saadaan identifioitua keskenään integroiduissa järjestelmissä niin, että informaatioketju ei katkea siirryttäessä järjestelmästä toiseen.Työssä ratkaistiin tietoverkon liityntä tuotantolaitteisiin valvomotuotteen avulla. Liittymisratkaisuja esiteltiin neljä. Nämä mallit kattavat suurimman osan vaneritehtaassa eteen tulevista tapauksista. Näiden lisäksi päädyttiin suosittamaan erään mekaanisen metsäteollisuuden laitetoimittajan luomaa tiedonkeruu- ja tuotannonsuunnitteluohjelmistoa, joka valmiina ratkaisuna edesauttaa tietoverkon nopeaa implementointia.

Levyteollisuuden energia-, kustannus- ja ympäristövaikutukset

Kuluvien vuosien aikana ei ole tehty kattavia tutkimuksia levyteollisuuden sähkönkulutuksista, joten on aika selvittää suurimpien sähkökäyttöjen kulutukset sekä muodostaa tutkittaville tehtaille energiataseet. Tutkittavia tehtaita ovat OSB- ja lastulevytehtaat. Yksittäisten sähkömoottoreiden kulutukset saadaan selville käyttämällä hyväksi teoreettisia lähteitä, kenttä-ja laboratoriotutkimusta. Ympäristölainsäädäntö ja siihen kiinteästi liittyvä lupakäytäntö muodostavat levyteollisuudelle yhden viimeaikojen suurimmista haasteista. Tulevaisuudessa lainsäädäntö tulee vielä entisestäänkin kiristymään. Euroopan ympäristölainsäädäntö perustuu pitkälti yhtenäislupadirektiiviin eli IPPC-direktiiviin. Direktiivin keskeinen osa on ympäristöluvan hankkiminen, koska teollista toimintaa ei voi harjoittaa ilman hyväksyttyä viranomaisen lupaa. Lupa myös velvoittaa toiminnanharjoittajan käyttämään parasta käyttökelpoista tekniikkaa päästöjen kontrolloinnissa. Yhdysvalloissa parhaan käyttökelpoisen tekniikan (BAT) vaatimus on sisälletty ympäristövirasto EPA:n MACT-standardeihin. Levyteollisuuden tehtaista syntyvät päästöt ovat hyvin samankaltaisia. Tehtaista on helposti erotettavissa kaksi suurta päästölähdettä, joita ovat kuivaus ja kuumapuristus. Merkittävimpiä päästöjä ovat haihtuvat orgaaniset yhdisteet, hiukkaset, typen oksidit, hiilimonoksidi ja rikkidioksidit. Työn loppuosa on varattu tuotantojen kustannusvaikutusten ja tunnuslukujen tarkasteluille. Saatavilla tiedoilla on keskeinen rooli tehtaiden jokapäiväisessä toiminnassa. Analysoinnin tarpeeseen vaikuttaa osaltaan nykyisen toimintaympäristön muutosherkkyys ja levymarkkinoiden kireä kilpailutilanne.

Älykkäiden ohjausjärjestelmien käyttö puutavarakuormaimen väsymiskestoiän parantamisessa

Työn tavoitteena oli tutkia älykkäiden ohjausjärjestelmien käyttöä mekatronisen koneen väsymiskeston parantamisessa. Älykkäiden järjestelmien osalta työssä keskityttiin lähinnä neuroverkkojen ja sumean logiikan mahdollisuuksien tutkimiseen. Tämän lisäksi työssä kehitettiin väsymiskestoikää lisäävä älykkäisiin järjestelmiin perustuva ohjausalgoritmi. Ohjausalgoritmi liitettiin osaksi puutavarakuormaimen ohjausta. Ohjaimen kehittely suoritettiin aluksi simulointimallien avulla. Laajemmat ohjaimen testaukset suoritettiin laboratoriossa fyysisen prototyypin avulla. Tuloksena puutavarakuormaimen puomin väsymiskestoikäennuste saatiin moninkertaistettua. Väsymiskestoiän parantumisen lisäksi ohjainalgoritmi myös vaimentaa kuormaimen värähtelyä.

Sähkönjakeluverkon jälleenhankinta-arvon määrittäminen

Diplomityön tavoitteena oli selvittää jakeluverkkoyhtiön verkon jälleenhankinta-arvon määrittämiseen tarvittavat lähtötiedot sähkönjakeluverkon rakentamiskustannuksia selvittäneellä kyselyllä. Työssä on käsitelty sähkönjakeluverkon jälleenhankinta-arvon, nykyarvon ja nykykäyttöarvon määritysmenetelmiä. Lisäksi on esitelty laeissa, asetuksissa ja suosituksissa jakeluverkkotoiminnalle asetettuja vaatimuksia. Tulokset on esitelty komponenteittain ja tutkimalla kuinka paljon kahden kuvitteellisen sähkönjakeluverkon jälleenhankinta-arvo muuttuu. Palkkakustannusten nousu on lisännyt kustannuksia, mutta vastaavasti verkonrakentamisen tehostuminen sekä tässä laskentamallissa esitetyt kustannuksien määrittelyt (esimerkkinä muuntajat) ovat alentaneet yleiskustannuksia, joten kokonaisuutena verkon rakentamisen kustannukset ovat joidenkin komponenttien osalta alentuneet tässä työssä käytettyihin KA 2:95, KA 2:96 ja KA 2:97 kustannustietoihin verrattuna.

Subsystem Testing of Message Guided State Machines Using a Simulator Framework

Simulaattorit ovat yksinkertaistettuja malleja tietyistä järjestelmän osioista. Niitä käytetään mallintamaan testattavan osion ympärillä olevien muiden osioiden ulkoista toimintaa, jotta testattavalle osiolle saadaan oikeanlainen toimintaympäristö aikaiseksi. Tilakoneita käytetään mallintamaan ohjelmistojen tai niiden osien toimintaa. Sanomaohjatuissa tilakoneissa tilojen vaihdot perustuvat saapuviin sanomiin. Tässä työssä esitellään erään ohjelmiston alijärjestelmän testaamisessa käytettävä arkkitehtuuri, joka perustuu suurelta osin simulaattoreiden käyttöön muiden alijärjestelmien mallintamisessa. Testattava ohjelmisto koostuu enimmäkseen tilakoneista, jotka vaihtavat keskenään sanomia ja ohjaavat näin toistensa tilasiirtymiä. Työn testausympäristö on suunniteltu juuri tämänkaltaisen ohjelmiston testaamiseen. Työssä esiteltävää testausympäristöä myöskin käytettiin useamman kuukauden ajan ja se todettiin toimivaksi. Joitakin testausympäristön käyttöohjeita, käyttökokemuksia sekä siihen liittyviä parannusehdotuksia käydään läpi työn loppuosassa. Erityisesti havaittiin miten tärkeää on testata implementaatiota jo luokka tasolla ennen alijärjestelmä tason testaukseen siirtymistä sekä päädyttiin siihen, että suunnitteluvaiheen pitäisi olla lähemmin liitoksissa alijärjestelmätestaukseen.

Paperirullan kannatushihnan kestoiän pidentäminen

Työn tavoitteena oli selvittää kannatushihnapituusleikkurissa paperin rullaukseen käytettävän kannatushihnan kestoikään vaikuttavia tekijöitä ja ratkaisuja liian lyhyeen kestoikään liittyviin ongelmiin. Työssä selvitettiin ensin kannatushihnatyyppisen pituusleikkurin toimintaa ja tarkemmin sen rullausosaa ja rullausprosessin parametreja. Kannatushihnan kestoikään vaikuttavia tekijöitä on käsitelty kirjallisuuden ja kohdeyrityksessä olevan materiaalin perusteella. Seuraavaksi esitettiin ideoita kannatushihnan rakenteesta ja materiaaleista sekä vertailtiin niitä keskenään ja nykyiseen hihnan rakenteeseen. Työssä tehtiin nykyistä kannatushihnaa simuloiva kaksiulotteinen elementtimalli. Tämän elementtimallin mukaan pituusleikkurin telojen suunnassa epätasainen hihnan kuluminen johtuu hihnan paksuussuuntaisten jännitysten eroista. Hihnan kulkua arvioitiin kokeellisesti kahdella erityyppisellä hihnalla. Hihnan kulkuun eniten vaikutti esikiristysvoima, jota pienennettäessä kehänopeusero paperirullaa simuloivan kuormittavan telan ja hihnatelan välillä pieneni. Työssä löydettiin mahdollinen yhteys rullauksessa tulostietona saatavan datan sekä hihnan geometrian välille. Polyeteenivaahtomuovit ovat kitkansa puolesta lupaavia hihnan kitkapinnoitteen materiaaliksi. Toisaalta polyeteenivaahtomuovien mekaanisia ominaisuuksia ei juuri tunneta, eikä niitä ole käytetty kulutuskestoa vaativissa sovelluksissa. Hihnan ulkopinnan kulumismekanismia ei täysin tunneta.

Wireless E-Business Applications in ICT Industry

Sähköisen liiketoiminnan sovelluksia on voitu toistaiseksi käyttää useimmissa tapauksissa vain langallisen yhteyden kautta. Uudet langattomat teknologiat, jotka ovat kehittyneet nopeasti muutaman viimeisen vuoden aikana, mahdollistavat näiden sovellusten käytön ajasta ja paikasta riippumatta. Tämän työn tavoitteena oli tutkia langattomien sähköisen liiketoiminnan sovellusten käyttöä ja hyötyjä tieto- ja viestintäteollisuudessa. Työssä keskitytään tutkimaan tätä tietotekniikan evoluutioaskelta yksittäisen yrityksen kannalta: rajoittuen omassa toiminnassa käytettäviin sovelluksiin. Tutkimus luo viitekehyksen mobiilisuuden evoluutioon, uuden tietotekniikan vaikutuksiin ja hyötyihin sekä tarkemmin langattomiin sähköisen liiketoiminnan sovelluksiin. Tätä viitekehystä käytetään analysoitaessa nykyistä käyttöä tutkimuksen kohteena olevissa yrityksissä. Tutkimuksen johtopäätökset niin nykyisestä käytöstä kuin myös tulevasta ovat syntyneet viitekehyksen, nykyisen käytön, sekä tehtyjen haastattelujen pohjalta.

Laajakaistainen Vivaldi-antennielementti

Diplomityössä suunniteltiin, rakennettiin ja mitattiin laajakaistainen antennielementti lineaariseen antenniryhmään. Elementti toimii mikroaaltoalueella, ja sen kaistanleveys on noin 4,8:1. Elementti koostuu kaksipuolisesta eksponentiaalisesti taperoidusta rakoantennista eli Vivaldi-antennista ja laajakaistaisesta siirtymästä liuskajohdosta kaksipuoliseen rakojohtoon. Elementin koko pienimmällä käyttötaajuudella on noin 0,31 lambda kertaa 0,34 lambda, josta antennitorven koko on vain noin 0,21 lambda kertaa 0,21 lambda. Elementti suunniteltiin HFSS-simulointiohjelman avulla ja rakennettiin kahdesta erillisestä piirilevystä puristamalla nämä yhteen alumiinisella kehyksellä. Mittauksilla varmistettiin elementin toiminta ja simulointien luotettavuus. Osoitettiin, että elementti voidaan suunnitella simulointiohjelman avulla ja rakentaa työssä käytetyllä tavalla. Osoitettiin myös, että tarvittavaa mitoitussimulointien määrää voidaan vähentää yhdistämällä erikseen mitoitetut rakoantenni ja siirtymä. Lisäksi simuloinnein osoitettiin, että elementti toimii myös ryhmässä ja että sen toimintaa voidaan parantaa kehyksen avulla.

Mikroaaltopahveihin käytettävien lainereiden kerroksellisuuden merkitys

Diplomityön tavoitteena oli selvittää millaisia mikroaaltopahveihin käytettävien lainerikartonkien tulisi olla ja mitä ominaisuuksia niiltä vaaditaan. Työ on jaettu kirjallisuusosaan ja kokeelliseen osaan. Kirjallisuusosassa esitellään nykyisin käytetyt aaltopahvin raaka-aineet, aaltoprofiilit ja aaltopahvin valmistusprosessi sekä raaka-aineiden ja valmiin aaltopahvin testausmenetelmät ja tärkeät ominaisuudet. Kokeellinen osa koostuu laboratoriokokeista, pilot-koeajoista ja aaltopahvin valmistuksesta. Kokeellisen osan laboratoriovaiheessa käytetty massa fraktioitiin lyhyeen ja pitkään fraktioon. Lyhyestä ja pitkästä fraktioista valmistettiin eri fraktio-osuuksilla yksi- ja kaksikerrosarkkeja. Laboratorioarkkien neliömassa-alue oli 70 - 125 g/m2. Lisäksi muuttujana oli tiheys. Laboratoriomittausten perusteella parhaimmat rakenteet valittiin ajettavaksi pilot-mittakaavan koekartonkikoneella. Koekoneella valmistetuista yksi- ja kaksikerroskartongeista valmistettiin tehdasmittakaavassa F-aaltopahvia ja saadut rakenneyhdistelmät testattiin. Koetulosten perusteella voidaan sanoa, että mikroaaltolainerille on olemassa optimaalinen rakenne, joka riippuu painotettavasta ominaisuudesta. Pintaominaisuuksien painottaminen johtaa erilaiseen rakenteeseen kuin lujuusominaisuuksien painottaminen. Myös lainerin käyttökohde (pinta- tai taustalaineri) johtaa erilaiseen optimaaliseen rakenteeseen.

Laskennallisen läpimenoajan lyhentäminen

Työn tavoitteena oli selvittää yrityksen käytössä olevaa läpimenoajan laskentakaavaa, sekä löytää keinoja ja toimintamalleja läpimenoajan lyhentämiseen lähinnä puolivalmisteiden osalta. Taustalla on konsernin tavoitteet lyhentää läpimenoaikoja. Työ keskittyi kahteen liiketoimintayksikköön, jotka ovat rakennuslukitus ja laitelukitus. Näillä liiketoimintayksiköillä läpimenoajat ovat selvästi konsernin keskiarvoa korkeammat. Ensin selvitettiin nykytilannetta nimikeanalyysien ja haastattelujen avulla. Läpimenoajan laskentakaavan osatekijät esiteltiin. Seuraavaksi tutkittiin vaikutusmahdollisuuksia laskentakaavan osatekijöihin. Lisäksi laadittiin eräkokojen keskinäisten valmistuserien laskentaan LIMIT-tekniikalla toteutettu laskentataulukko, jota hyödyntämällä varastoissa oleviin nimikkeisiin sitoutunutta pääomaa pystytään minimoimaan. Toimenpide-ehdotuksena esitetään vuosia varastoissa seisseiden nimikkeiden hävittämistä, sekä nimikekohtaisten asetusaikojen selvittämistä ja niiden systemaattista lyhentämistä. Lisäksi ehdotetaan siirtymistä omakustannehinnoittelusta keskivarastohinnoitteluun myös puolivalmisteiden kohdalla. Tällöin laskentakaavaan syntyvät vääristymät saadaan poistettua.

Energiankäytön kartoitus Lappeenrannan sementtitehtaalla.

Diplomityön tavoitteena oli kartoittaa Finnsementti Oy:n Lappeenrannan sementtitehtaan energiankäyttöä ja etsiä potentiaalisia energiansäästökohteita. Diplomityö liittyy Kauppa- ja teollisuusministeriön ja Teollisuuden ja Työnantajain Keskusliiton väliseen teollisuuden energiankäytön tehostamiseen tähtäävään puitesopimukseen, johon Finnsementti Oy on liittynyt. Diplomityön teoriaosassa tutustutaan sementin kemiaan raaka-aineista valmiisiin tuotteisiin. Lisäksi kartoitetaan sementtiteollisuuden energiansäästömahdollisuuksia laite-hankintojen ja prosessin optimointinnin kannalta. Työssä tutustutaan sementin-valmistuksessa käytettäviin laitteistoihin ja selvitetään niiden teknistä kehitystä ja energiaasäästäviä ratkaisuja. Kokeellinen osuus alkaa yksityiskohtaisella kuvauksella Lappeenrannan sementtitehtaan valmistusprosessista. Kokeellisessa osassa tutustutaan tehtaan energiankulutukseen sähkön ja polttoaineen muodossa. Lisäksi käsitellään paineilmaa ja vettä. Sähkön osalta kokeellinen osa sisältää sähkönkulutuksen historian ja sähkönjakeluverkon selvityksen lisäksi tehtaalla käytössä olevien luokittimien tehokkuustarkasteluita sähkönkulutuksen kannalta. Polttoaineen osalta diplomityö sisältää sementtiuunien energiataseiden mittaukset ja tulosten laskemisen sekä Excel-pohjaisen menetelmän kehittämisen energiataseiden laskemiseksi tulevaisuudessa. Paineilman ja veden osalta selvitetään niiden kulutusta tehtaalla ja lasketaan paineilmalle teoreettinen ominaissähkönkulutus. Luokittimien tehokkuustarkastelujen osalta havaittiin raakamyllyn luokittimen erottelu-terävyyden olevan huono verrattuna nykyaikaisiin korkeatehokkuusluokittimiin. Sementtimyllyjen luokittimien toiminnasta ei havaittu merkittäviä ongelmia. Energia-taseiden tuloksina havaittiin Lappeenrannan sementtitehtaan sementtiuunien edustavan vanhentunutta sementinvalmistustekniikkaa. Molempien uunien savukaasukanavien vuotoilmojen määrien havaittiin olevan suuret. Energiataloutta pystyttäisiin parantamaan mm. uusilla polttimilla, jolloin lämmittämättömän ensiöilman osuutta saataisiin pienentymään ja polttoaineen polttoa tehostumaan. Paineilman suhteen havaittiin kuumailman paineenalennuksen aiheuttavan turhia energiahäviöitä.

Puhelunohjaus Internetissä

Puhelunohjaus Internetissä ei sido käyttäjää tiettyyn paikkaan tai päätelaitteeseen. Käyttäjä voidaan paikantaa ja kommunikointi hänen kanssaan on mahdollista yhdistelemällä perinteisen puhelinverkon ja Internetin palveluita. Käyttäjä voi itse valita haluamansa palvelut aina tarpeensa mukaan. Tämä diplomityö esittelee Internet-puhelunohjauksen arkkitehtuurin ja tämän toteutuksen. Arkkitehtuurin perusosat kuvataan ja toteutuksen toimivuutta arvioidaan. Internet-puhelunohjaukseen liittyvät Internet-standardit esitellään ja niiden sopivuutta puhelunohjaukseen pohditaan. Aiheeseen liittyviä vaihtoehtoisia standardeja ja menetelmiä puhelunohjaukseen vertaillaan. Lisäksi työssä tutkitaan Necsom Oy:n Media Switch-reitittimen sopivuutta puhelunohjauksen laitealustaksi. Puhelunohjauksen arkkitehtuuri Internetissä mahdollistaa istuntojen muodostamisen ja ohjaamisen käyttäjäkohtaisen osoitteen perusteella. Muuta tietoa käyttäjästä ei tarvita istunnon aloitusvaiheessa. Työssä toteutettu puhelunohjausjärjestelmä on tehty Necsom Oy:n ja Lappeenrannan teknillisen korkeakoulun yhteishankkeena. Toteutuksesta saatujen tulosten perusteella Internet-puhelunohjaus on käyttökelpoinen tuotantokäytössä nyt ja tulevaisuudessa.