Suunnittelun mahdollisuudet alumiiniveneen rungon valmistuskustannusten optimointiin mitoitusdirektiivi huomioiden

Tässä diplomityössä tutkittiin valmistuksellisia ja rakenteellisia mahdollisuuksia alumiiniveneen rungon valmistuskustannusten optimointiin vallitseva runkomitoitusdirektiivi huomioiden. Varsinaista kustannussäästötavoitetta työlle ei määritetty, mutta tavoitteena oli selvittää runkokonstruktion kustannusten painopisteiden mukaisesti kehityskohteet ja uusi kehitetty runkokonstruktio, joka täyttää mitoitusdirektiivin vaatimukset. Nykyistä ja kehitettyä runkokonstruktiota verrataan kustannusten sekä valmistettavuuden kannalta ja tehdään johtopäätökset. Kehityskohteiden löytämisessä sovellettiin valmistus- ja kokoonpanoystävällisen suunnittelun DFM(A)-periaatteita ja teoriaa, jotka esiteltiin työn teoriaosuudessa. Valmistuskustannusten määrittämisen tueksi teoriaosuudessa esiteltiin hitsauksen ja osavalmistuksen (laserleikkaus, särmäys) kustannusmallit, joita hyödynnettiin soveltuvin osin kustannuslaskennassa. Merkittävänä osana selvitystyötä oli myös SFS-EN ISO 12215-5-(6) runkomitoitusstandardin tulkitseminen ja referointi työn kannalta merkittäviin osa - alueisiin. Nykyisen runkokonstruktion kustannusanalyysin ja valmistettavuusarvion pohjalta päädyttiin rakenteellisiin ja valmistuksellisiin kehitystoimenpiteisiin, jotka täyttävät runkomitoitusdirektiivin rakenteelliset vaatimukset. Rakenteelliset toimenpiteet käsittivät mm. materiaalivahvuuksien, jäykisterakenteen ja osamäärän optimointia. Valmistukselliset toimenpiteet liittyivät mm. hitsauksen tuottavuuden tehostamiseen ja sen kustannusvaikutuksiin. Rakenteellisilla kehitystoimenpiteillä olisi mahdollista saavuttaa noin 6 % säästö ja valmistusmenetelmien kehittämisellä noin 17 % säästö valmistuskustannuksista.

Tuulivoimalan staattoripakan puristusrakenteen kehittäminen

Diplomityössä tutkittiin voidaanko tuulivoimalan generaattorin staattoripakan puristamisessa hyödyntää komposiittista rakenneratkaisua. Tyypillisesti generaattorissa staattorin teräslevyt puristetaan erilaisilla teräsrakenteilla toisiaan vasten. Tavoitteena oli selvittää, voidaanko puristavan komposiittirakenteen osana hyödyntää liimaliitosta tai laminoitua liitosta. Tarkoitus oli etsiä rakenteeseen soveltuva liima ja liimaliitoksen arvot tai laminoitu rakenne ja sille soveltuvat materiaalit ja suoritustapa. Työssä on perehdytty erilaisiin tuulivoimalatyyppeihin, sekä niissä käytettäviin kesto- ja vierasmagnetoituihin generaattorityyppeihin. Tämän lisäksi on tarkasteltu niissä käytettävien staattorien valmistusvaihtoehtoja ja syitä miksi niissä olevat teräslevyt on puristettava toisiaan vasten. Samalla on luotu katsaus nykyisin käytössä oleviin rakenteisiin, joilla puristus voidaan toteuttaa. Liimauksesta on käsitelty perusteoriaa, sekä seikkoja jotka vaikuttavat liimaliitoksen kestoon. Työssä tutkittavaan liitokseen soveltuvien liimojen ominaisuuksia on käsitelty. Myös laminoituun liitokseen jo aiemmin kovettuneeseen komposiittiin on perehdytty. Tutkittavaan rakenteeseen soveltuvia hartsi- ja lasikuitutyyppejä on esitelty. Komposiittien mekaaniseen liittämiseen on lyhyesti perehdytty. Työssä suoritettiin useita vetokokeita, joilla selvitettiin puristusrakenteen tutkimista varten valmistettujen koekappaleiden suurin vetokuormankesto. Vetokokeiden perusteella voitiin valita soveltuvin rakenne staattorin puristamiseksi.

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.

Paperikoneen toimituskonseptin muutos strategisena kilpailutekijänä

2000-luvulla paperikoneiden kustannuskilpailukykyä on parannettu jatkuvasti, mutta se ei ole ollut riittävää. Tarve muutoksiin havaitaan kilpailukyvyn puutteena vuosina 2007–2008. Eräänä hankkeena on paperikoneen suunnitteleminen ja valmistaminen kopiokonseptikoneena, jossa toimitusmoduulina on paperikone perälaatikolta rullaimelle. Moduulikonsepti on toimintatapa, jossa paperikone tuotteistetaan rakenneryhmien ja laitteiden osalta tietyn ominaisuuden mukaan koko paperikonelinjassa. Paperikone rakentuisi sovituista moduulipalikoista. Moduulikonseptitavassa paperikone suunnitellaan ja toteutetaan aina malliaineiston pohjalta kaikissa rakenneryhmissä. Työssä on tarkoitus vertailla kopiokonsepti- ja moduulikonseptimallia. Kaksi tutkimustyön pääkysymystä käsittelee ulkoista kilpailukykyä ja yrityksen sisäistä tehokkuutta valmistaa paperi- ja kartonkikoneita kopiokonsepti- tai moduulikonseptimallilla näkökulmana pitkäaikainen kilpailuetu. Tutkimustulokset selvitettiin Kamenskyn kehittämällä yrityksen strategisen arkkitehtuurin mallilla. Sisäiset ja ulkoiset toiminnot analysoitiin. Ulkoisen ja sisäisen analyysin pohjalta muodostettiin yhdistetty näkemys, synteesianalyysi, joka vastaa työn tavoitteisiin, kahteen pääkysymykseen sekä alakysymyksiin. Kopiokonsepti ei ole ratkaisu pitkäaikaiseen kilpailukykyyn, koska jokainen paperilaji ja konekoko tarvitsevat oman kopiomallinsa. Nykyiset henkilöresurssit eivät tule riittämään näihin koneisiin tarvittavien dokumenttien luomiseen ja ylläpitoon. Suunnittelun perustehtävä muuttuisi projektisuunnittelusta kopiomallien suunnitteluksi. Moduulikonseptilla saavutetaan kaikki ne edut, joita kopiokonseptilla on tavoiteltu, mukaan lukien nimikkeiden uudelleenkäyttö. Moduulikonseptilla voidaan toteuttaa kaikki nykyiset ja tulevat paperikoneet ja paperilajit. Vuosittain saatavissa oleva määrä on 1,5–2,5 kopiokonseptipaperikonetta. Moduulikonseptimallia on saatavissa sama määrä.

Teknologiasta liiketoimintaa. Julkisen tutkimuksen kaupallistaminen - Case VTT

Tässä tutkielmassa perehdyttiin julkisen tutkimuksen kaupallistamiseen tutkimusorganisaatio VTT:n tapauksen kautta. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, kuinka julkista tutkimusta voidaan yleensä kaupallistaa, mitkä ovat kaupallistamisprosessin vaiheet, haasteet sekä kriittiset onnistumistekijät. Tutkimus on luonteeltaan laadullinen ja se toteutettiin henkilöhaastatteluina, joita täydennettiin kirjallisilla lähteillä. Tutkimuksessa ilmeni, että VTT:llä julkisrahoitteisen tutkimuksen tuloksia kaupallistetaan lisensoimalla, toimeksianto- eli sopimustutkimuksen kautta, spin-off toimilla, allianssien ja erilaisten palvelujen, kuten valmistus-, testaus-, ja analyysipalvelujen kautta. VTT:n näkökulmasta katsottuna merkittävin kaupallistamiskanava on sopimus- eli toimeksiantotutkimus, jota seuraavat lisensointi sekä spin-off toiminta. Kaupallistamistavan valinta riippuu lukuisista tekijöistä, kuten organisaation kaupallistamisstrategiasta, innovaatiotyypistä, teknologian kypsyydestä, tiedon luonteesta, toimialojen ja markkinoiden ominaisuuksista, innovaation hyödynnettävyydestä ja suojauksesta, arvonmuodostuspotentiaalista kuin yksittäisten henkilöiden motivaatiostakin.Valinta onkin tehtävä tapauskohtaisesti. Julkisesta tutkimuksesta lähtöisin olevien teknologioiden tie markkinoille voi olla haastava, sillä teknologiat ovat kehitetty ei-kaupallisessa ympäristössä. Tutkimuksessa kävi ilmi, että kriittisimmiksi koetut kaupallistamisen onnistumistekijät liittyivät organisaatioon, teknologiaan, markkina- ja asiakastarpeeseen, aineettoman omaisuuden suojaukseen sekä markkinoille menon nopeuteen.

Realidade virtual e robótica em cirurgia: aonde chegamos e para onde vamos?

Minimally Invasive Surgery, Telesurgery, Robotics and Virtual Reality represent the technological frontiers that have revolutionized operating practices nowadays. These new technologies aim at improving the quality of assistance offered to patients; thus, they demand from the medical staff more effective measures as far as scientific research, training and expenditure of time and financial resources are concerned. In the past, surgeons have led several medical revolutions, such as the use of antiseptic surgical methods by Semelweiss, the use of anesthesia by Warren, antibiotic therapy, the transplants and the onset of the minimally invasive surgery by Mouret and Perissat. The objective of this article is to present the outreach of this new technology which comprises minimal access, computing, robotics and teletransmission. We have concluded that the new technologies developed in the medical field in the last decades, will offer new options and challenges for the treatment of the surgical patient, leading the scientific knowledge to a new era, the one of the virtual environment.

Strategic Innovation Management Based on Three Dimensions

This thesis examines innovation development needs of firms in a remote rural region. The perspective of the study is in strategic innovation management and three dimensions of innovation development: innovation environment, value delivery and innovation capability. The framework is studied with a theoretical and methodological approach in the context of the development of a regional innovation system and the defining of innovation development needs. The thesis is based on existing innovation management literature, expanding it by examining the features of the three dimensions. The empirical data of the study comprise 50 purposefully selected firms within the region of Pielinen Karelia located in Eastern Finland. Most of the firms (70%) included in the study represent manufacturing firms, and over 90% are small and medium-sized enterprises. The research data consist of two questionnaires and an interview, which were done during 2011 in the connection of a regional development project. The point of view of the research is in regional development and harnessing the innovation capability of the firms within the region. The principal research approach applies soft systems methodology. The study explores the means to foster the innovativeness of firms from the viewpoints of innovation environment, innovation capability and value delivery. In closer detail, the study examines relations between the innovation capability factors, differences in innovation development needs within the value delivery system, between sectors and between firm size categories. The thesis offers three major contributions. First, the study extends earlier research on strategic innovation management by connecting the frameworks of innovation capability, innovation environment and value delivery process to the defining of innovation development needs at the regional level. The results deepen knowledge especially concerning practice-based innovation, peripheral regions and smaller firms. Second, the empirical work, based on a case study, confirms the existence of a structural connection integrating five factors of innovation capability. Statistical evidence is provided especially for the positive impacts of the improvement of absorption capability, marketing capability and networking capability, which are the main weaknesses of firms according to the study. Third, the research provides a methodological contribution by applying the innovation matrix in the defining of the innovation development needs of firms. The study demonstrates how the matrix improves possibility to target policy instruments and innovation services more efficiently through indicating significant differences between the innovation support needs regarding various time horizons and phases of innovation process.

Valmistusteknillinen näkökulma hitsattaessa ruostumattomia teräksiä CO2-laserilla

Tämä kandidaatintyö on valmistuksellinen näkökulma ruostumattoman teräksen CO2-laserhitsauksen perusteisiin. Tavoitteena on perehdyttää lukija ruostumattoman teräksen CO2-laserhitsauksen valmistusteknillisiin vaatimuksiin ja teollisuuden sovelluksiin.

M-käsittelyn vaikutus lastuamalla valmistettavan tuotteen valmistuskustannuksiin

Paremmin lastuttavia M-käsiteltyjä teräksiä on käytetty yrityksissä jo yli 20 vuoden ajan. Ominaisuuksiensa ansiosta M-teräksillä on pystytty pienentämään koneistuskustannuksia ja parantamaan kilpailukykyä. Viime vuosien aikana lastuavat terät ja työstökoneet ovat kuitenkin kehittyneet ja ero M-terästen ja tavanomaisten terästen välillä on voinut kaventua. Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia, saavutetaanko M-teräksen käytöllä taloudellisia etuja nykyaikaisissa konepajaolosuhteissa. Tutkimuksessa vertailtiin M-käsitellyn ja tavanomaisen 42CrMo4 – teräksen koneistusta. Valmistuskokeissa tarkasteltiin terien kulumista, lastun muotoa ja pinnanlaatua. Koekappaleena toimi olakkeellinen kuusiomutteri M64 kierteellä. Tuotteita valmistettiin yli 500 kappaletta ja materiaalia poistettiin noin 2000 kg. Koetulosten perusteella tuotteille laskettiin koneistuskustannukset kuvitteellisessa yrityksessä. Ero materiaalien välillä oli suurin työvaiheissa, joissa lastuaminen oli jatkuvaa. Sisä- ja ulkosorvauksessa M-käsiteltyä terästä lastunneiden terien kestoikä oli noin kaksinkertainen ja kierteen sorvauksessa noin nelinkertainen tavalliseen teräkseen verrattuna. Hakkaavassa työstössä terien kestoikä oli molemmilla materiaaleilla sama. Työssä suoritettujen kokeiden ja kustannuslaskelmien perusteella, käyttämällä M-käsiteltyä terästä voidaan pienentää valmistuskustannuksia. Materiaalien välinen ero korostuu, kun hakkaavaa työstöä on vähän, sarjat ovat suuria ja tuotanto on miehittämätöntä.

Machine vision methods for process measurements in pulping

The papermaking industry has been continuously developing intelligent solutions to characterize the raw materials it uses, to control the manufacturing process in a robust way, and to guarantee the desired quality of the end product. Based on the much improved imaging techniques and image-based analysis methods, it has become possible to look inside the manufacturing pipeline and propose more effective alternatives to human expertise. This study is focused on the development of image analyses methods for the pulping process of papermaking. Pulping starts with wood disintegration and forming the fiber suspension that is subsequently bleached, mixed with additives and chemicals, and finally dried and shipped to the papermaking mills. At each stage of the process it is important to analyze the properties of the raw material to guarantee the product quality. In order to evaluate properties of fibers, the main component of the pulp suspension, a framework for fiber characterization based on microscopic images is proposed in this thesis as the first contribution. The framework allows computation of fiber length and curl index correlating well with the ground truth values. The bubble detection method, the second contribution, was developed in order to estimate the gas volume at the delignification stage of the pulping process based on high-resolution in-line imaging. The gas volume was estimated accurately and the solution enabled just-in-time process termination whereas the accurate estimation of bubble size categories still remained challenging. As the third contribution of the study, optical flow computation was studied and the methods were successfully applied to pulp flow velocity estimation based on double-exposed images. Finally, a framework for classifying dirt particles in dried pulp sheets, including the semisynthetic ground truth generation, feature selection, and performance comparison of the state-of-the-art classification techniques, was proposed as the fourth contribution. The framework was successfully tested on the semisynthetic and real-world pulp sheet images. These four contributions assist in developing an integrated factory-level vision-based process control.

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.

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.

Transient current technique simulation of semiconductor detectors

Nowadays advanced simulation technologies of semiconductor devices occupies an important place in microelectronics production process. Simulation helps to understand devices internal processes physics, detect new effects and find directions for optimization. Computer calculation reduces manufacturing costs and time. Modern simulation suits such as Silcaco TCAD allow simulating not only individual semiconductor structures, but also these structures in the circuit. For that purpose TCAD include MixedMode tool. That tool can simulate circuits using compact circuit models including semiconductor structures with their physical models. In this work, MixedMode is used for simulating transient current technique setup, which include detector and supporting electrical circuit. This technique was developed by RD39 collaboration project for investigation radiation detectors radiation hard properties.

Kestomagnetoidun roottorin mekaniikkasuunnittelu ja -analysointi

Työssä kehitettiin suurnopeuskäyttöön soveltuva kestomagnetoitu roottori olemassa olevan induktiokoneen staattorirunkoon. Kehitystyön tarkoituksena oli selvittää roottorin mekaaniset raja-arvot, kuten maksimi kehänopeus. Samalla otettiin kantaa myös tarvittaviin analysointi- ja mitoitusmenetelmiin. Maksimi kehänopeuden, laakeroinnin ja roottorin skaalattavuuden selvittäminen edellytti myös tarkkaa materiaaliselvitystä ja optimointia. Tästä syystä työn aikana tehtiin tiivistä yhteistyötä materiaalitoimittajien kanssa. Työn tuloksena syntyi uusi menetelmä toteuttaa radiaalisen magneettivuon luova kestomagneettiroottori 200 m/s kehänopeudelle. Suunniteltua roottoriratkaisua käytetään testausroottorina, jolla selvitetään valmistuksen, kokoonpanon ja sähkötehon rajoitteet käytännössä. Suunnittelutyö edellyttikin jatkuvaa iterointia sähkösuunnittelun ja roottorin osien valmistajien kanssa, jotta löydettiin paras kompromissiratkaisu roottorin prototyyppiin. Tämän seurauksena saatiin luotua varsin tarkat suunnittelu- ja analysointiraja-arvot kestomagneettiroottorin tuotteistettavia versioita varten.

Energianmuuntimen valmistettavuuden kehittäminen

Diplomityön tavoitteena oli selvittää energianmuuntimen kaupallistamiseksi kannattavin valmistuskonsepti. Työssä esitettiin energianmuuntimelle kaksi mahdollista valmistuskonseptia; hitsattu rakenne ja tuotteen rungon valaminen. Tuotteen uuden rakenteen suunnittelu suoritettiin DFMA -projektin etenemisjärjestyksen mukaisesti. Uuden rakenteen suunnittelun tuloksena DFMA -projektille asetetut tavoitteet saavutettiin. Työssä valittiin rungon valamiseen soveltuvat valumenetelmät, joita ovat hiekkavalu, Lost Foam ja Replicast CS. Kappaleen valettavuudelle suoritettiin analyysi, jonka perusteella ennen diplomityön aloittamista suunniteltu valurunko ei ole valmistettavissa työssä esitettynä konstruktiona. Johtopäätöksenä rungon valamisesta todettiin, että valurunko on suunniteltava uudestaan huomioimalla diplomityössä esitetyt toimenpiteet valmistettavuuden parantamiseksi. Mikäli tuotekehitysprosessia ei jatketa valurungon sunnittelun osalta, valitaan hitsattu rakenne energianmuuntimen valmistuskonseptiksi.