Hitsaustuotannon tehostaminen mekanisoinnin keinoin

Mekanisoinnin ja automaation osuuden lisääminen hitsaustuotannossa on eräs keino hitsaavan teollisuuden kilpailukyvyn tehostamiseksi. Tässä työssä tutkittiin hitsaustyön tehostamista mekanisoinnin keinoin. Työ tehtiin Rämö Oy:n konepajalla Imatralla, todellisia tuotantokappaleita vastaavilla koekappaleilla. Teoriaosuudessa on läpikäyty hitsauksen mekanisointia, kappaleenkäsittelyä ja erilaisia hitsausprosesseja. Osuudessa on käsitelty myös mekanisoidun hitsauksen laatua ja laadunvarmistusta. Kohdeyrityksen tuotannon nykytilanteen kartoitus on esitetty tässä osuudessa. Käytännön osuudessa on käsitelty hitsauskokeiden suoritus, kokeiden tulokset sekä niiden analysointi. Tuloksista voidaan todeta kevytmekanisoinnin olevan kustannustehokas keino hitsaustyön tehokkuuden sekä laadun parantamiseksi. Työn tuloksia tullaan käyttämään hyödyksi kehitettäessä hitsaavaa tuotantoa Rämö Oy:ssä.

Silloitushitsauksen robotisointi

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia ja selvittää kuormakoneen takarunkorakenteen silloitushitsauksen robotisointia. Työ päätettiin rajata koskemaan vain tiettyä moduulia takarungosta. Työssä kartoitettiin tarvittava laitteisto, selvitettiin runkomoduulin silloitusajat sekä arvioitiin investoinnin kannattavuutta. Silloituksen suorittavan järjestelmän vaatimuksena oli, että sen tulee asettaa osat paikoilleen hitsauskiinnittimeen ja tehdä tarvittavat silloitushitsaukset automaattisesti. Sopivaksi laitteistoksi osoittautui taloudellisuuden ja toiminnallisuuden näkökulmasta yhdestä kappaleenkäsittely- sekä hitsausrobotista muodostuva järjestelmä. Kappaleenkäsittelijän ohjauksessa käytetään konenäköä sekä osien paikannuksessa että laadunvarmistuksessa. Robotit liikkuvat yhteisellä lineaariradalla, jonka rinnalla on kappaleenkäsittelylaitteistoja hitsauskiinnittimineen. Robotisoinnin käyttöönotolla yhden takarungon moduulien kokoonpanoon ja silloitukseen käytettävä aika pienenee alle puoleen manuaaliseen työhön verrattuna. Näin saavutetaan merkittäviä kustannussäästöjä. Lisäksi hitsauskiinnittimet voivat olla verrattain yksinkertaisia manuaalityöhön verrattuna, jolloin myös säästetään työkaluinvestoinneissa. Robotisointiprojektin jatkotoimenpiteitä ovat laajamittaiset tuotantosimulaatiot layoutin, laitteiston sekä työkiertojen tarkaksi määrittämiseksi. Lisäksi itse tuotetta on muokattava paremmin robottisilloitukseen sopivaksi.

Do Open Access journals qualify?

Presentation at the Nordic Perspectives on Open Access and Open Science seminar, Helsinki, October 15, 2013

Tuotelaadunhallintamallin kehittäminen taajuusmuuttajien varaosaliiketoiminnassa

Tutkimuksen tarkoituksena on ollut arvioida ja kehittää tuotelaadunhallintamalli taajuusmuuttajien elinkaaripalveluja tarjoavassa ABB Oy, Drives, Drives Service liiketoimintayksikössä. ABB:n valmistamat taajuusmuuttajat säätävät asiakkaiden prosesseja ympäri maailman useissa erityyppisissä sovelluksissa. Vanhimmat varaosatuen piirissä olevat asennukset ovat 1980-luvulta. Aluksi työssä tarkastellaan niitä elementtejä, joista laatu muodostuu eli kokemusperäisiä elementtejä sekä kvantitatiivisia attribuutteja. Yhteistä molemmille on, että niitä voidaan aktiivisesti monitoroida ja hallita. Laadun hallitsemiseksi verkostoituneessa toimintaympäristössä tarvitaan ymmärrystä liiketoimintaverkostoista ja erilaisien komponenttitoimittajien ja jakeluverkostojen markkinakentästä. Laatua ja liiketoimintaverkostoja käsittelevien osuuksien jälkeen pureudutaan kunnossapitoon ja sen lainalaisuuksiin. Lopuksi muodostetaan varaosaliiketoimintaa tukeva tuotelaadunhallintamalli, joka pyrkii peilaamaan erilaisien viitekehysten avulla tarkoituksen mukaista toimintamallia varaosatoimitusten tuotelaadun vaalimiseksi.

Hitsaustuotannon kehittäminen tuulivoimalan tornin valmistuksessa

Tuulivoima on Euroopassa nopeimmin kasvava energian tuotantomuoto. Tuulivoimateollisuuden arvioidaan kasvavan Suomessa huomattavasti lähivuosien aikana ennakoidun syöttötariffipäätöksen myötä, jolloin kilpailu alalla tulee kasvamaan. Tavoitteena oli kehittää tuulivoimalan tornin valmistusta Levator Oy:ssä hitsaustuotantoa tehostamalla ja tuotannon ohjattavuutta parantamalla. Kehitystyöhön kuului toisen hitsauslinjan käyttöönoton suunnittelu ja ohjeiston laatiminen työnjohdolle. Toisen hitsauslinjan käyttöönoton suunnittelun tarkoituksena oli suunnitella muutokset nykyiseen tuotantoon uuden linjan käyttöönoton mahdollistamiseksi. Suunnittelu aloitettiin valitsemalla hitsausprosessit, jonka jälkeen suunniteltiin laitetarpeet työvaihe-analyysien pohjalta. Tuotantolayout muutettiin nykyisestä funktionaalisesta tuotannosta tuotantosoluista koostuvaksi tuotantolinjaksi, jolloin materiaalien virtautus parani huomattavasti. Tuotannon ohjaustavaksi valittiin kapeikko-ohjaus. Ohjeiston laatimisen tarkoituksena oli kerätä ja dokumentoida kaikki tuotannossa tarvittava tieto. Ohjeiston sisältää laadunohjaus, materiaalivirtojen ohjaus ja työnohjaus osiot, joiden tarkoituksena on helpottaa työnjohtamista. Ohjeisto määrittelee yhtenäiset tuotannon toimintatavat, jolloin tuotannon ohjattavuus helpottuu. Tavoitteet täyttyivät, kun toisen tuotantolinjan käyttöönoton vaatimat muutokset aloitettiin suunnitelmien mukaisesti syyskuussa 2009. Ohjeiston sisältö saatiin määriteltyä ja eri osioiden pilotit saatiin valmiiksi joulukuun aikana. Tuotannon ohjattavuus kehittyi huomattavasti ja samalla tuottavuus parani merkittävästi.

Arktisissa olosuhteissa käytettäville materiaaleille ja hitsatuille rakenteille asetetut vaatimukset

Diplomityössä tarkastellaan kohdeyrityksen hitsatuille teräsrakenteille asetettuja vaatimuksia Norjan ja Venäjän arktisilla alueilla. Teknisten vaatimusten lisäksi tutkitaan terästen kylmäkäyttäytymistä ja hitsaustuotannolle kohdistettuja vaatimuksia. Tutkimuksen lopussa käsitellään Venäjän ja Norjan markkinoiden erityispiirteitä ja keinoja markkinoille pääsemiseksi. Tutkimuksen perusteella havaitaan, että kohdeyritys voi suunnitella ja valmistaa sekä Norjan että Venäjän vaatimusten mukaisia rakenteita ilman suuria muutoksia rakenteisiin tai hitsaustuotantoon. Materiaalien ja valmistuksen laadun sekä niiden valvonnan merkitys korostuu arktisissa hankkeissa. Yrityksellä on käytössään standardit EN 1090, ISO 9001, ISO 3834 ja ISO 14122, jotka edesauttavat yrityksen kansainvälistymistä. Hitsattujen rakenteiden haurasmurtumariski kasvaa kylmissä olosuhteissa. Haurasmurtuman ydintymistä edesauttavat tekijät täytyy tunnistaa ja niitä on vältettävä suunnittelussa ja valmistuksessa. Lujempien ja sitkeämpien terästen käyttäminen kylmissä olosuhteissa on perusteltua, mutta ne asettavat omat haasteensa hitsaukselle.

Dual light barrier method for six degrees of freedom tool center point calibration of an industrial robot

Tool center point calibration is a known problem in industrial robotics. The major focus of academic research is to enhance the accuracy and repeatability of next generation robots. However, operators of currently available robots are working within the limits of the robot´s repeatability and require calibration methods suitable for these basic applications. This study was conducted in association with Stresstech Oy, which provides solutions for manufacturing quality control. Their sensor, based on the Barkhausen noise effect, requires accurate positioning. The accuracy requirement admits a tool center point calibration problem if measurements are executed with an industrial robot. Multiple possibilities are available in the market for automatic tool center point calibration. Manufacturers provide customized calibrators to most robot types and tools. With the handmade sensors and multiple robot types that Stresstech uses, this would require great deal of labor. This thesis introduces a calibration method that is suitable for all robots which have two digital input ports free. It functions with the traditional method of using a light barrier to detect the tool in the robot coordinate system. However, this method utilizes two parallel light barriers to simultaneously measure and detect the center axis of the tool. Rotations about two axes are defined with the center axis. The last rotation about the Z-axis is calculated for tools that have different width of X- and Y-axes. The results indicate that this method is suitable for calibrating the geometric tool center point of a Barkhausen noise sensor. In the repeatability tests, a standard deviation inside robot repeatability was acquired. The Barkhausen noise signal was also evaluated after recalibration and the results indicate correct calibration. However, future studies should be conducted using a more accurate manipulator, since the method employs the robot itself as a measuring device.

Correlation of discocyte frequency and ATP concentration in preserved blood: A morphological indicator of red blood cell viability

Red blood cells (RBC) are viable if kept in an adequate preservative solution, although gradual changes in morphology and metabolism may occur. There is a gradual decrease in adenosine-5'-triphosphate (ATP) concentration, pH, glucose consumption, and enzyme activity during preservation. The normal discocyte shapes are initially replaced by echinocytes and stomatocytes and, at final stages, by spherocytes, the last step before splenic sequestration. Post-transfusional survival has been correlated with the ATP concentration. RBC preserved in ADSOL, a solution containing adenine, dextrose, sodium chloride, and mannitol, are viable for transfusion for up to 6 weeks. Erythrocytes from 10 blood units taken from healthy adult donors were preserved for 12 weeks in ADSOL at 4oC. We now report a significant correlation (r2 = 0.98) between the percentage of discocytes (89 to 7%) and ATP (100 to 10%) concentration in ADSOL-preserved RBC. The results suggest that the percent of discocyte shapes used as an indicator of ATP concentration may be a useful indicator for quality control of RBC viability in centers which have limited assay facilities.

Biological evaluation of recombinant human erythropoietin in pharmaceutical products

The potencies of mammalian cell-derived recombinant human erythropoietin pharmaceutical preparations, from a total of five manufacturers, were assessed by in vivo bioassay using standardized protocols. Eight-week-old normocythemic mice received a single subcutaneous injection followed by blood sampling 96 h later or multiple daily injections with blood sampling 24 h after the last injection. Reticulocyte counting by microscopic examination was employed as the end-point using the brilliant cresyl blue or selective hemolysis methods, together with automated flow cytometry. Different injection schedules were investigated and dose-response curves for the European Pharmacopoeia Biological Reference Preparation of erythropoietin were compared. Manual and automated methods of reticulocyte counting were correlated with respect to assay validity and precision. Using 8 mice per treatment group, intra-assay precision determined for all of the assays in the study showed coefficients of variation of 12.1-28.4% for the brilliant cresyl blue method, 14.1-30.8% for the selective hemolysis method and 8.5-19.7% for the flow cytometry method. Applying the single injection protocol, a combination of at least two independent assays was required to achieve the precision potency and confidence limits indicated by the manufacturers, while the multiple daily injection protocol yielded the same acceptable results within a single assay. Although the latter protocol using flow cytometry for reticulocyte counting gave more precise and reproducible results (intra-assay coefficients of variation: 5.9-14.2%), the well-characterized manual methods provide equally valid alternatives for the quality control of recombinant human erythropoietin therapeutic products.

To Divide or Not to Divide; MicroRNAs and Small Compounds as Modulators of Mitosis

Mitosis is under the stringent quality control of the spindle assembly checkpoint (SAC). However, in cancer cells this control can fail, leading to excessive cellular proliferation and ultimately to the formation of a tumor. Novel cancer cell selective therapies are needed to stop the uncontrolled cell proliferation and tumor growth. The aim of the research presented in this thesis was to identify microRNAs (miRNAs) that could play a role in cancer cell proliferation as well as low molecular weight (LMW) compounds that could interfere with cell division. The findings could be used to develop better cancer diagnostics and therapies in the future. First, a high-throughput screen (HTS) was performed to identify LMW compounds that possess a similar chemical interaction field as rigosertib, an anti-cancer compound undergoing clinical trials. A compound termed Centmitor-1 was discovered that phenocopied the cellular impact of rigosertib by affecting the microtubule dynamics. Next, another HTS aimed at identifying compounds that would target the Hec1 protein, which mediates the interaction between spindle microtubules and chromosomes. Perturbation of this connection should prevent cell division and induce cell death. A compound termed VTT-006 was discovered that abrogated mitosis in several cell line models and exhibited binding to Hec1 in vitro. Lastly, using a cell-based HTS two miRNAs were identified that affected cancer cell proliferation via Aurora B kinase, which is an important mitotic regulator. MiR-378a-5p was found to indirectly suppress the production of the kinase whereas let-7b showed direct binding to the 3’UTR of Aurora B mRNA and repressed its translation. The miRNA-mediated perturbation of Aurora B induced defects in mitosis leading to abnormal chromosome segregation and induction of aneuploidy. The results of this thesis provide new information on miRNA signaling in cancer, which could be utilized for diagnostic purposes. Moreover, the thesis introduces two small compounds that may benefit future drug research.

Occurrence of Haemophilus influenzae strains in three Brazilian states since the introduction of a conjugate Haemophilus influenzae type b vaccine

Few vaccines in history have induced such a dramatic decline in incidence over such a short period of time as the Haemophilus influenzae type b (Hib) conjugate. This vaccine was introduced in 1988 in the United States, but only in 1999 was Hib immunization introduced by the Brazilian Ministry of Health as part of the routine infant National Immunization Program. The authors analyzed 229 H. influenzae (Hi) isolates from Public Health Laboratories in three Brazilian states: Pernambuco (Northeast, N = 54), Santa Catarina (South, N = 19), and Rio de Janeiro (Southeast, N = 156). The isolates were collected from Brazilian children 0-10 years of age with meningitis and other infections from 1990 to 2003 and were part of the research collection of the National Institute of Quality Control in Health, FIOCRUZ. Bacterial strains were characterized by serotyping and biotyping. During the pre-vaccination period the prevalence infection due to Hib was of 165 isolates and only 2 non-b Hi among all the notified meningitis infections caused by Hi. Our results showed a significant decrease in the prevalence of Hib meningitis from 165 to 33 isolates after 1999. However, during the post-vaccination period of 2001-2003 we observed an increase in the number of non-b Hi isolates: only 2 non-b strains isolated from 1990 to 1999 and 29 from 1999 to 2003. Based on the present data, the authors emphasize the need for more sensitive epidemiological and bacteriological studies aiming the improvement of the available Hib vaccine, in order to protect the susceptible population to infections due to other serological types of Hi and the reevaluation of immunization schedules used by the National Immunization Program.

Epidemiological studies in the information and genomics era: experience of the Clinical Genome of Cancer Project in São Paulo, Brazil

Genomics is expanding the horizons of epidemiology, providing a new dimension for classical epidemiological studies and inspiring the development of large-scale multicenter studies with the statistical power necessary for the assessment of gene-gene and gene-environment interactions in cancer etiology and prognosis. This paper describes the methodology of the Clinical Genome of Cancer Project in São Paulo, Brazil (CGCP), which includes patients with nine types of tumors and controls. Three major epidemiological designs were used to reach specific objectives: cross-sectional studies to examine gene expression, case-control studies to evaluate etiological factors, and follow-up studies to analyze genetic profiles in prognosis. The clinical groups included patients' data in the electronic database through the Internet. Two approaches were used for data quality control: continuous data evaluation and data entry consistency. A total of 1749 cases and 1509 controls were entered into the CGCP database from the first trimester of 2002 to the end of 2004. Continuous evaluation showed that, for all tumors taken together, only 0.5% of the general form fields still included potential inconsistencies by the end of 2004. Regarding data entry consistency, the highest percentage of errors (11.8%) was observed for the follow-up form, followed by 6.7% for the clinical form, 4.0% for the general form, and only 1.1% for the pathology form. Good data quality is required for their transformation into useful information for clinical application and for preventive measures. The use of the Internet for communication among researchers and for data entry is perhaps the most innovative feature of the CGCP. The monitoring of patients' data guaranteed their quality.

Tuotantoympäristön jatkuva parantaminen

Tutkimuksen tavoitteena oli luoda kohdeyritykseen toimintamalli, jonka avulla saadaan osallistettua työntekijät, tiiminvetäjät ja työnjohto tuotannon jatkuvaan parantamiseen sekä parannettua tuotannon takaisinkytkentää tiimitasolla. Tutkimus rajattiin pilottitiimiin sekä tiimissä olevien työpisteiden kautta reititettyihin tuotteisiin. Ennen tutkimuksen aloitusta yrityksellä oli jo olemassa sähköinen aloitejärjestelmä, mutta sen käyttö oli organisaation uudelleen järjestelyjen myötä vähentynyt. Tutkimuksen teoriaosassa tutustuttiin jatkuvan parantamisen kulttuuriin ja työkaluihin. Lisäksi tutustuttiin laadunhallinnan sisältöön, käsitteistöön ja laadunvalvontatyökaluihin sekä tuotannon mittareihin. Teorian pohjalta tutkimuksessa luotiin jatkuvan parantamisen toimintamalli, joka tunnistaa ja eliminoi prosessissa olevaa hukkaa osallistamalla pilottitiimin työntekijöitä hukkakorttien avulla. Lisäksi tutkimuksessa luotiin toimintamalli tuotannon kehitysideoiden raportointiin ja käsittelyyn. Tuotannon takaisinkytkentää kehitettiin luomalla pilottitiimiin tuloskortti sekä perustamalla yritykseen päiväkatsauskäytäntö. Tutkimuksessa suoritettiin myös toimihenkilötason kehitysprojekteja käyttäen apuna teoriassa esiteltyjä malleja ja työkaluja. Tuloksena saatiin toimintamalli, joka tuottaa työntekijämäärään suhteutettuna enemmän kehitysideoita sekä käsittelee ne tehokkaammin kuin sähköinen aloitejärjestelmä. Hukkakorteilla toteutetun hukan raportoinnin kautta tunnistettiin ja raportoitiin seitsemän viikon tarkasteluajanjakson aikana yhteensä 23,6 tuntia hukka-aikaa. Tiimin tuloskortin avulla tiimin työntekijät pystyivät viikkotasolla seuraamaan oman tiiminsä suorituskykyä tavoitearvoihin verrattuna. Tämä näkyi muun muassa tiimin suoritustason nousuna. Kehitysprojektien avulla saatiin parannettua pilottitiimin toiminnan ja tuotteiden laatua. Päiväkatsauskäytännön avulla saatiin osallistettua tiiminvetäjät ongelmaratkaisuun sekä tuotannon suorituskyvyn varmistamiseen.

Development and characterization of thin printed films for gas sensing applications

The monitoring and control of hydrogen sulfide (H2S) level is of great interest for a wide range of application areas including food quality control, defense and antiterrorist applications and air quality monitoring e.g. in mines. H2S is a very poisonous and flammable gas. Exposure to low concentrations of H2S can result in eye irritation, a sore throat and cough, shortness of breath, and fluid retention in the lungs. These symptoms usually disappear in a few weeks. Long-term, low-level exposure may result in fatigue, loss of appetite, headache, irritability, poor memory, and dizziness. Higher concentrations of 700 - 800 ppm tend to be fatal. H2S has a characteristic smell of rotten egg. However, because of temporary paralysis of olfactory nerves, the smelling capability at concentrations higher than 100 ppm is severely compromised. In addition, volatile H2S is one of the main products during the spoilage of poultry meat in anaerobic conditions. Currently, no commercial H2S sensor is available which can operate under anaerobic conditions and can be easily integrated in the food packaging. This thesis presents a step-wise progress in the development of printed H2S gas sensors. Efforts were made in the formulation, characterization and optimization of functional printable inks and coating pastes based on composites of a polymer and a metal salt as well as a composite of a metal salt and an organic acid. Different processing techniques including inkjet printing, flexographic printing, screen printing and spray coating were utilized in the fabrication of H2S sensors. The dispersions were characterized by measuring turbidity, surface tension, viscosity and particle size. The sensing films were characterized using X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction, atomic force microscopy and an electrical multimeter. Thin and thick printed or coated films were developed for gas sensing applications with the aim of monitoring the H2S concentrations in real life applications. Initially, a H2S gas sensor based on a composite of polyaniline and metal salt was developed. Both aqueous and solvent-based dispersions were developed and characterized. These dispersions were then utilized in the fabrication of roll-to-roll printed H2S gas sensors. However, the humidity background, long term instability and comparatively lower detection limit made these sensors less favourable for real practical applications. To overcome these problems, copper acetate based sensors were developed for H2S gas sensing. Stable inks with excellent printability were developed by tuning the surface tension, viscosity and particle size. This enabled the formation of inkjet-printed high quality copper acetate films with excellent sensitivity towards H2S. Furthermore, these sensors showed negligible humidity effects and improved selectivity, response time, lower limit of detection and coefficient of variation. The lower limit of detection of copper acetate based sensors was further improved to sub-ppm level by incorporation of catalytic gold nano-particles and subsequent plasma treatment of the sensing film. These sensors were further integrated in an inexpensive wirelessly readable RLC-circuit (where R is resistor, L is inductor and C is capacitor). The performance of these sensors towards biogenic H2S produced during the spoilage of poultry meat in the modified atmosphere package was also demonstrated in this thesis. This serves as a proof of concept that these sensors can be utilized in real life applications.

Microbiological and physicochemical evaluations of juice extracted from different parts of sugar cane stalks from three varieties cultivated under organic management

The artisanal production of cachaça, a beverage obtained by the fermentation of sugar cane juice after distillation, especially by small-sized producers, has traditionally used natural ferment ("fermento caipira") which consists of sugar cane juice with crushed corn, powdered rice, or citrus fruits. In despite of the difficulties in quality control due to the high level of contaminants and longer periods of preparation, the sensorial quality of the beverage may be attributed to the physiological activities of wild yeasts and even bacteria present during fermentation when this ferment is used. In this context, the aim here was to evaluate the microbiological (yeasts) and physicochemical characteristics of sugar cane juice extracted from different parts of three different varieties (RB72454, RB835486, and RB867515) of the cane stalk (lower, medium, and upper sections) in three harvesting periods (from May to December 2007) in an area under organic management. The juice from the upper section (from the eleventh internode to the top) of the sugar cane stalk could be indicated for the preparation of the natural ferment since it is as a source of yeasts and reducing sugars, especially the variety RB867515. Due to the seasonality, the best period for using this part of the sugar cane stalk is at the beginning of harvesting when the phenolic compounds are at low concentration, but there are higher number of Saccharomyces population and other yeast species. The high acidity in this section of the plant could result in a better control of bacterial contamination. These findings explain the traditional instructions of adding the upper sections for the preparation of natural ferment and can help its management in order to get a better performance with respect to organic cachaça production.