Sähkögeneraattorin runkokappaleen valmistustekninen tarkastelu

Työssä tarkastellaan sähkögeneraattorin runkokappaleen valmistettavuutta. Työ on tehty eräälle yritykselle, joka jätetään mainitsematta. Työhön liittyvät valmistuskuvat ovat salaisia ja niiden yleinen esittely ei ole mahdollista. Yritys kehittää uutta sähkögeneraattorituoteperhettä ja generaattorin runkokappale halutaan mahdollisimman helpoksi ja kustannustehokkaaksi valmistaa. Sähkögeneraattoreita on tarkoitus valmistaa vuositasolla kymmeniä tai jopa pari sataa kappaletta. Mahdolliset valmistusmenetelmät on rajattu ennen työn aloittamista MAG-hitsaukseen ja valamiseen, niiden ollessa todennäköisimmät valmistusmenetelmät. MAG-hitsauksessa huomioidaan prosessin tehostamiskeinot ja robotisoidun hitsauksen mahdollisuus. Valaminen rajattiin hiekkavaluun, joka on kertamuottimenetelmä ja soveltuu yksittäiskappaletuotannosta aina sarjatuotantoon. Materiaaliksi hitsaukseen valittiin rakenneteräs S355 ja valettaviksi materiaalivaihtoehdoiksi pallografiittivaluraudat EN-GJS-400-15U ja EN-GJS-500. Teoriaosuudessa on esitelty teettäjän pyytämä valmistusmenetelmien perusteoria ja sen jälkeen on tarkemmin tarkasteltu hitsattavan ja valettavan runkokappaleen muotoiluun liittyvää teoriaa. Hitsattavan kappaleen robotisoituun hitsaukseen liittyy myös vahvasti kappaleenkäsittely ja hitsauskiinnittimet, jotka välillisesti vaikuttavat myös kappaleen muotoiluun. Tätä työtä kirjoitettaessa generaattori on suunnitteluvaiheessa. Runkokappale on suunniteltu valmistettavaksi levyosista hitsaamalla. Tämä kehitysversio analysoidaan Design for manufacturing and assembly -menetelmän keinoin, ja runkokappaleelle esitetään rakennemuutosehdotuksia, jotka parantavat kappaleen valmistettavuutta. Runkokappaleen valmistaminen valamalla vaatii tuotteen muodon valuteknisen tarkastelun. Lopuksi hitsausta ja valamista verrataan toisiinsa ja arvioidaan niiden ominaisuuksia keskenään. Työssä ei päädytä lopulliseen valmistusmenetelmän valintaan, koska ei ole tiedossa käytössä olevia laitteistoja. Laitteistot määräävät käytetyt rakenneratkaisut ja valmistusmenetelmät.

Laatu ja tuottavuus hitsaavassa verkostossa

Diplomityössä tarkastellaan laadun ja tuottavuuden parantamisen keinoja hitsaavassa verkostossa MIG/MAG-hitsauksen osalta. Työn taustalla vaikuttaa Total Welding Management -menetelmä, mikä on hitsaustoimintojen kokonaisvaltaiseen johtamiseen ja hallintaan kehitetty toimintamalli. Työn teoriaosassa käsitellään laatuajattelua ja yritysyhteistyötä hitsaavan teollisuuden yrityskentässä sekä hitsauskustannuksiin vaikuttavia tekijöitä. Tutkimusosuus sisältää yritysverkoston nykytilan tarkastelun sekä kehitystoimenpiteitä kohti verkoston yhteistä toimintamallia saavuttaa tehokas ja kannattava yhteistyö. Hitsaustyön kustannukset määritetään suurelta osin suunnittelussa. Laatuun voidaan vaikuttaa merkittävästi hitsaustyötä edeltävissä toiminnoissa sekä hitsaajan työn tukemisella. Kokonaisvaltaisen hyödyn saavuttaminen hitsaustyön tuottavuuden parantamisessa vaatii kaikkien toimintojen tarkastelua sen sijaan, että tehostetaan vain hitsaamon toimintaa. Itse hitsaus voi olla vain pieni osa hitsaustoimintojen kokonaishallintaa. Toimintamallin luominen laadunvarmistukseen, suunnittelun ja valmistuksen yhteistyöhön sekä hitsaustoimintojen hallintaan mahdollistaa hitsaavan verkoston toiminnan tehostamisen sekä laadun paranemisen. Tämä saavutetaan viemällä toimintamalli osaksi jokapäiväistä työtä, lähelle valmistusta, ja ohjeistamalla, että jokainen tietää kuinka toimia. Esimerkiksi työssä tarkastellun yhden tuotteen osalta ohjeistus turhan työn vähentämiseksi tuotti 19 % tuotannon kasvun työvuoron aikana. Tilaus-toimitusketjun tuottavuuteen ja kannattavuuteen voidaan vaikuttaa merkittävästi käymällä läpi konkreettisesti valmistettavat tuotteet ja niihin liittyvät toiminnot. Diplomityössä tehtyjen tarkastelujen ja havaintojen avulla käytännön työ tulee jatkumaan yritysverkostossa tapahtuvassa kehitystyössä.

Satelliittioskillaattorin jyrsintätyövaiheiden valmistusystävällisyyden analysointi

Tämän tutkimuksen aiheena on satelliittioskillaattorin jyrsintätyövaiheiden valmistusystävällisyyden analysointi. Tutkimuksen viitekehyksenä on DFM (design for manufacturing), johon kaikki päätelmät ja tulokset sidotaan. Tutkimuksen päätavoite on etsiä valmistusteknisiä ratkaisuja, joilla samanaikaisesti parannetaan, sekä oskillaattorin suorituskykyä, että sen valmistettavuutta noudattamalla DFM-sääntöjä. Suorituskyvyn näkökulmasta tärkeintä on oskillaattorin hyvyysluvun maksimointi. Tutkimuksessa käsitellään lyhyesti satelliittioskillaattorin porauksia, pinnoitusta ja asennusta, mutta pääpaino tutkimuksessa on oskillaattorin rungon jyrsintätyövaiheissa. Tässä työssä toteutettiin DFM-analyysi, jonka avulla pystyttiin helpottamaan lukuisia tuotannollisia ongelmia ja onnistuttiin löytämmään keinoja oskillaattorin suorituskyvyn parantamiseksi.

Sähkögeneraattoriosien hitsauksen tuottavuuden kehittäminen

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

Energy Efficiency Consideration in Electric Vehicle Transmission

This study is a survey of benefits and drawbacks of embedding a variable gearbox instead of a single reduction gear in electric vehicle powertrain from efficiency point of view. Losses due to a pair of spur gears meshing with involute teeth are modeled on the base of Coulomb’s law and fluid mechanics. The model for a variable gearbox is fulfilled and further employed in a complete vehicle simulation. Simulation model run for a single reduction gear then the results are taken as benchmark for other types of commonly used transmissions. Comparing power consumption, which is obtained from simulation model, shows that the extra load imposed by variable transmission components will shade the benefits of efficient operation of electric motor. The other accomplishment of this study is a combination of modified formulas that led to a new methodology for power loss prediction in gear meshing which is compatible with modern design and manufacturing technology.

Lean, Six Sigma ja Total Welding Management hitsaavassa verkostossa

Diplomityössä tarkastellaan hitsaavan verkoston laadunhallintaa ja siinä ilmeneviä erilaisia ongelmakohtia. Tämän lisäksi työssä tarkastellaan kolmen eri laatutyökalun Lean, Six Sigma ja Total Welding Management soveltamista hitsaavan verkoston laadunhallinnassa. Teoriaosassa käsitellään sekä yleisesti että hitsauksen osalta laatua ja laadunhallintaa, sekä edellä mainittuja laatutyökaluja. Tutkimusosaan tietoja hitsaavista verkostoista kerättiin kaikkiaan kolmesta eri verkostosta. Näiden kerättyjen tietojen pohjalta tarkasteltiin valittujen laatutyökalujen soveltuvuutta verkostomaiseen käyttöön. Verkostoitunut toiminta aiheuttaa monia uusia haasteita yritysten laadunhallinnalle verrattuna yksittäisiin hitsaaviin yrityksiin. Suurimpia tutkimuksessa havaittuja ongelmakohtia ovat suunnittelun ja valmistuksen yhteistyön erilaiset puutteet, laatutasoon ja sen varmistukseen liittyvät asiat, sekä verkoston sisälle syntyvä niin sanottu hiljainen tieto ja sen häviäminen. Tutkimuksen tarkastelujen perusteella havaittiin, että kaikkien tutkimukseen valitun kolmen laatutyökalun soveltaminen myös verkostomaisessa toiminnassa on mahdollista, mutta se vaatii huomattavasti suurempaa työpanosta kuin soveltaminen yksittäisessä yrityksessä. Myös näiden kaikkien kolmen työkalun yhtä aikainen käyttö on mahdollista. Juuri oikean työkalun valitseminen kullekin hitsaavalle verkostolle vaatii tarkkaa perehtymistä verkostoon ja sen tilanteeseen.

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.

Harvesterin sahalaipan jatkotutkimus ja tuotteistaminen

Tämän diplomityön tavoitteena oli saavuttaa Joensuun CNC-Machining Oy:n aloittama harvesterinlaipan kehitystyö loppuun. Kehitystyön oli aloittanut vuonna 2012 Teemu Tuominen omalla opinnäytetyöllään, joka keskittyi suunnittelua ja valmistusta rajoittavien patenttien selvittämiseen sekä laipan valmistuksessa käytettyjen materiaalien selvittämiseen. Kirjallisuuskatsauksen ja puutuvien tietojen hankinnan jälkeen tarkasteluun otettiin aiemmin valmistettu prototyyppi sekä rikkoutuneita käytetyjä laippoja. Näistä laipoista tehtiin havaintoja esille nousevista ongelmakohdista, joiden perusteella tässä työssä suunnitelmaa päivitettiin ja asetettiin vaatimukset uudelle prototyypille. Kokonaisrakenteen suunnittelun jälkeen keskityttiin viimeistelemään osatoiminnallisuuksien yksityiskohdat. Suunnittelun tulosten perusteella valmistettiin laipasta prototyyppisarja, joista kahdella suoritettiin todellista käyttöä vastaava koeajo. Koeajon aikana ja jälkeen laippojen käyttäytymisestä ja suorituskyvystä tehtiin havaintoja. Valmistuksesta ja koeajosta saaduilla tiedoilla laippamallia kehitetään kohti markkinakelpoista tuotetta ja tuoteperhettä kasvatetaan eri mallisilla laipoilla.

Tuotesuunnittelu direktiiviperustaisesti

Onnistuneen tuotekehitysprojektin läpivieminen vaatii huolellisen alkusuunnittelun ennen varsinaista tuotteen kehityksen aloitusta. Projektin läpiviemiseksi esitetään usein malleja joissa tuotekehitysprojektissa edetään yksi vaihe kerrallaan ja siirrytään seuraavaan vasta, kun edellinen on valmis. Tämän perinteisen mallin rinnalle on tullut DFMA-suunnittelu, jossa murretaan kommunikaatiomuuri suunnittelun ja valmistuksen väliltä ja useita vaiheita tehdään samanaikaisesta. Näin saadaan valmistus- ja kokoonpanoystävällisiä tuotteita, joilla tuotteesta saatava kate voidaan maksimoida samalla kun tuotteen laatua saadaan parannettua. Teknisen kehityksen lisäksi on tuotekehitysprosessissa erottamattomana osana direktiivien asettamien vaatimusten huomioon ottaminen. Jo lähes kaikissa tuotteissa on oltava CE-merkintä. CE-merkinnällä tuotteen valmistaja ottaa täyden vastuun siitä, että tuote täyttää sitä koskevien direktiivien asettamat vaatimukset vaatimustenmukaisuudesta. Direktiivien asettamat vaatimukset on hyvä tiedostaa jo tuotteen suunnittelun alkuvaiheista lähtien, jotta nämä osataan ottaa heti huomioon ja jälkikäteen tehtäviltä muutoksilta vältytään. Teknisten ratkaisujen lisäksi tuotteen dokumentoinnilla on suuri rooli vaatimustenmukaisuuden täyttämisessä. Tuotteesta tulee koota tekninen tiedosto, joka sisältää kaikki tarpeelliset dokumentit, joilla tuotteen vaatimustenmukaisuus voidaan todeta. Teknisen tiedoston vaatimukset on hyvä tiedostaa jo suunnittelun alusta lähtien, jotta tarvittavat dokumentit osataan kerätä projektin aikana tekniseen tiedostoon. Tässä työssä kehitettiin peltier-jäähdytin, jollaiselle asiakkailta saadun palautteen perusteella oli markkinoilla tarve. Jäähdyttimen suunnittelussa käytettiin DFMA:n keinoja yksinkertaistamaan kokoonpanoa. Jäähdyttimelle tehtiin vaatimustenmukaisuustarkastelu, missä tarkasteltiin peltier-jäähdytintä koskevien direktiivien asettamia vaatimuksia ja mitä asioita näiden vaatimusten täyttämiseksi tuli huomioida.

Robotiikkatuoteperheen kehittäminen

Robottiikkatuoteperheeseen kuuluu robottihitsausportaalit, joiden päärunko rakentuu kote-lopalkeista. Koteloprofiilien käyttö on suosittua teollisuuden eri aloilla ja se soveltuu hyvin raskaaseen konepajateollisuuteen. Hitsausrobottiportaalin suunnitteluun liittyy monia eri vaiheita ja valituilla teknisillä ratkaisuilla voidaan vaikuttaa valmistettavan tuotteen hitsin laatuun ja työn onnistumiseen. Hitsausrobottiportaalit ovat usein asiakasräätälöityjä ratkaisuja, jolloin suunnittelutyö sekä valmistusvaihe vaativat runsaasti kapasiteettia. Modulaarisuuden avulla suunnittelu- ja valmistusvaiheita on mahdollista nopeuttaa sekä parantaa tuotteen testausta, huollettavuutta ja laatua. Tässä diplomityössä tutkittiin, miten hitsausrobottiportaalin vaakapuomi käyttäytyy ja taipuu erilaisissa kuormitustilanteissa. Lisäksi työssä määritettiin alkuperäisen koteloprofiilin tilalle uusi optimoitu koteloprofiili sekä tarkasteltiin moduloinnin mahdollistamista robo-tiikkatuoteperheen portaalisovelluksiin.

Contribución a la selección de cadenas de procesos de fabricación

During the design phase, it creates and transforms ideas into products. It needs to know the manufacturing aspects for ensuring success and calculating the product cost while developing of designs. However, the choice one or another way of manufacturing, it will get slightly different results to the proposed design. The design teams require knowing some manufacturing alternatives for evaluate. This thesis has been proposed a select manufacturing process chain tool. The system modeled the design and manufacturing process data by select attributes and the process relationship. Moreover, the system uses “transformation concept” that represents the capability of each manufacturing process to modify a determinate design attribute. Finally, the system is developed as algorithm and build as part of a CAD platform.

Contribución metodológica en técnicas de diseñar para fabricación

En el proceso de diseño se toman decisiones que pueden afectar a la fabricabilidad del producto. Cuando el diseñador es experto, considera las limitaciones, las propiedades y el coste de fabricación en la fase de materialización o de detalle. El problema surge cuando el diseñador no es experto o cuando no hay suficiente información y conocimiento de fabricación disponible. Tomando como referencia la teoría de Diseño Axiomático y las técnicas de DFM, se propone una metodología para identificar, definir y formalizar la información de fabricación que debería estar disponible en el diseño para diseñar para fabricar (DFM). También se propone un prototipo de modelo de información para desarrollar una futura herramienta informática que facilitaría la aplicación de esta metodología y que permitiría guiar al diseñador durante el diseño. La metodología ha sido aplicada a una biela de un motor de combustión interna alternativo (MCIA), y a los procesos que se están usando actualmente para fabricarla: forja en matriz cerrada y forja de polvo de metal.

Testing of fibre composite leaf spring for heavy axle loads

This paper presents the results of quasi-static and dynamic testing of glass fiber-reinforced polyester leaf suspension for rail freight vehicles named Euroleaf. The principal elements of the suspension's design and manufacturing process are initially summarized. Comparison between quasi-static tests and finite element predictions are then presented. The Euroleaf suspension have been mounted on a tipper wagon and tested dynamically at tare and full load on a purpose-built shaker rig. A shaker rig dynamic testing methodology has been pioneered for rail vehicles, which follows closely road vehicle suspension dynamic testing methodology. The use and evaluation of this methodology have demonstrated that the Euroleaf suspension is dynamically much softer than steel suspensions even though it is statically much stiffer. As a consequence, the suspension dynamic loading at laden loading conditions is reduced compared to the most advanced steel leaf suspension over shaker rig track tests.