Assembly Methods of Permanent Magnets for Synchronous Generators

This thesis examines and explains the procedure used to redesign the attachment of permanent magnets to the surface of the rotor of a synchronous generator. The methodology followed to go from the actual assembly to converge to the final purposed innovation was based on the systematic approach design. This meant that first a series of steps had to be predefined as a frame of reference later to be used to compare and select proposals, and finally to obtain the innovation that was sought. Firstly, a series of patents was used as the background for the upcoming ideas. To this end, several different patented assemblies had been found and categorized according the main element onto which this thesis if focused, meaning the attachment element or method. After establishing the technological frame of reference, a brainstorm was performed to obtain as many ideas as possible. Then these ideas were classified, regardless of their degree of complexity or usability, since at this time the quantity of the ideas was the important issue. Subsequently, they were compared and evaluated from different points of view. The comparison and evaluation in this case was based on the use of a requirement list, which established the main needs that the design had to fulfill. Then the selection could be done by grading each idea in accordance with these requirements. In this way, one was able to obtain the idea or ideas that best fulfilled these requirements. Once all of the ideas were compared and evaluated, the best or most suitable idea or ideas were separated. Finally, the selected idea or ideas was/were analyzed in extension and a number of improvements were made. Consequently, a final idea was refined and made more suitable at its performance, manufacture, and life cycle assessment. Therefore, in the end, the design process gave a solution to the problem pointed out at the beginning.

Valmistuskustannusten arviointi ja kustannustiedon käyttö valmistusystävällisyyteen tähtäävässä tuotekehityksessä

Työn tarkoituksena oli tutkia menetelmiä koneiden valmistuskustannusten arvioimiseksi ja hyödyntää kustannustietoa tuotekehitysprosessissa. Taloudellisen suunnittelun menetelmäksi valittiin DFMA -menetelmä. DFMA -menetelmä on suunnittelustrategia, jonka tarkoituksena on ottaa huomioon suunniteltavan tuotteen valmistuskustannukset ja valmistettavuus mahdollisimman aikaisessa tuotekehitysprosessin vaiheessa. Työn soveltavassa osassa käsiteltiin Rauten uutta puristinlinjaa, jolle arvioitiin valmistuskustannukset. Jatkokehitys kohdennettiin kustannusten painopistealueisiin kokoonpanossa ja valituille kokoonpanoille tehtiin muutoksia valmistuskustannusten pienentämiseksi. Kehitetyille kokoonpanoille arvioitiin uudet valmistuskustannukset ja puristimen mekaanisissa osissa saatiin valmistuskustannuksia pienennetyksi n. 22,6 %, joka oli n. 8,5 % koko puristinlinjan yhteenlasketuista kokonaiskustannuksista. Valmistuskustannusten arvioiminen koneen jokaista komponenttia kohden todettiin olevan liian työlästä. Arviointityön helpottamiseksi alettiin kehittää kustannusten arviointijärjestelmää, jonka avulla koneen muuttuvat materiaali- ja osto-osista aiheutuvat kustannukset saataisiin arvioiduksi. Materiaali ja osto-osien kustannukset aiheuttavat yleensä suurimman osan koko koneen valmistuskustannuksista, joten muista valmistusvaiheista kuten kokoonpanosta, koneistuksesta jne. aiheutuvat kustannukset voidaan arvioida karkeammin.

Hitsaustuotannon kehittäminen ja valmistusystävällinen suunnittelu

Työssä tarkastellaan hitsauksen tuotekehityksen suunnittelun toteuttamista ja hitsauksen kehittämistä konepajalla. Yritykset tietävät omat valmistustekniset ongelmansa, mutta kehittämisen aloittaminen on monesti hankalaa tai sitä ei edes aloiteta. Pienimmillä yrityksillä ei usein ole mahdollisuuksia eikä osaamista uusien tuotantomenetelmien ja tuotteiden kehittämiseen. Työssä annetaan neuvoja miten alentaa kehittämistyön aloituskynnystä ja auttaa suunnittelutehtävän jäsentelyssä. Tuotteen suunnittelu on vaativa tehtävä, koska siinä lyödään lukkoon tuotteen toimivuus ja suurin osa kustannuksista. Suunnittelijoiden on tiedettävä eri valmistusmenetelmistä ja valmistusystävällisestä suunnittelusta, jotta he voisivat huomioida valmistettavuus- ja kokoonpanonäkökohdat. Hyvässä hitsatussa tuotteessa on mahdollisimman vähän hitsiä, käytetty modulointia ja standardointia sekä käytetty hitsausta korvaavia menetelmiä. Työssä on esitelty valmistusystävälliseen suunnitteluun kehitelty "Design For Welding" -malli, jossa käydään läpi hitsatun rakenteen erityispiirteet suunnittelun kannalta. Valmistusystävällisen suunnittelun tarkoituksena on vähentää tilauskohtaista suunnittelua, hitsausta, hitsauksen jälkeistä käsittelyä ja koneistusta.

Dieselmoottorin esisuunnittelun kehittäminen simuloimalla

Diplomityö tehtiin Wärtsilä Finland Oy:n toimeksiannosta. Työ kohdistui yrityksen suunnittelemien keskinopeudella pyörivien nelitahti dieselmoottoreiden esisuunnittelun kehittämiseen. Esisuunnittelun osuus koko tuotesuunnittelussa on merkittävä, minkä vuoksi esisuunnitteluprosessin tehostaminen vaikuttaa koko tuotesuunnitteluprosessiin ja sen lopputuloksiin. Tällä hetkellä esisuunnitteluprosessi on jakautunut useaan eri vaiheeseen ja eri tiimeille, mikä aiheuttaa ongelmia esisuunnittelun läpiviemisessä. Työn tavoitteena oli tutkia nykyaikaisen kaupallisen simulointiohjelmiston soveltuvuutta kohdeyrityksessä esisuunnitteluprosessin eri vaiheiden yhdistämiseen. Työssä selvitettiin esisuunnittelun alussa käytettäviä suunnitteluparametreja, ja niiden hyödyntämistä suunniteltaessa simulointimallia kaupalliseen ohjelmistoon. Vaatimuksena oli, että ohjelmiston on toimittava parametreilla, jotka jo nyt ovat yrityksessä käytössä. Lisäksi simulointimallin antamat tulokset oli oltava hyödynnettävissä yksiselitteisesti yrityksen myöhemmissä tuotesuunnitteluvaiheissa. Myös mallin luomiseen tarvittavien parametrien määrä tuli pitää mahdollisimman pienenä. Esisuunnittelumallin toteuttamisessa tutkittiin kaupallisen AVL Excite Designer - ohjelmiston soveltuvuutta. Ohjelmisto ei soveltunut täysin tuottamaan halutun muotoisia tuloksia annetuilla parametreilla. Ohjelmiston muokkaaminen vaatimuksia vastaavaksi osoittautui työmäärältään suureksi. Yhtenä ratkaisuna olisi kaupallisen ohjelmiston käyttämisen sijaan suunnitella kyseiseen ongelmaan paremmin soveltuva oma ohjelmisto, jolloin toimivuus ja pitkän tähtäimen käyttövarmuus paranisi.

DFMA-ohjeistuksen laatiminen tuulivoimateollisuuden mekaniikkasuunnittelijoille

Osien hyvä valmistettavuus on aina asettanut haasteita suunnittelulle. Yritysten verkostoituminen lisää haasteellisuutta, kun tuotteiden suunnittelu tehdään erillään kokoonpanosta ja osavalmistus tapahtuu alihankintana. Tällöin on ensiarvoisen tärkeää, että suunnittelulla on tarvittavat perustiedot eri valmistusmenetelmistä, jotta suunniteltujen osien valmistus ja kokoonpano luonnistuu ongelmitta. Työn alun kirjallisuusosiossa käsitellään suunnittelun teoriaa, joka toimii perustana hyvälle osasuunnittelulle. Teorian lisäksi työssä käsitellään eri työmenetelmiä koskevat rajoitukset ja mahdollisuudet. Oikein suunniteltu osa on työstömenetelmien kannalta hyvin valmistettavissa, työ voidaan tehdä taloudellisilla työmenetelmillä ja kokoonpanossa osat sopivat yhteen ilman sovitustyötä. Käytännön osuudessa on käsitelty The Switch Drive Systems Oy:n tuotteiden valmistettavuuden kehityskohteita, joilla tuotteiden valmistettavuutta voidaan parantaa. Kehityskohteiden perusteella on laadittu valmistusmenetelmäkohtainen suunnittelun ohjeistus, jonka avulla kehitetään The Switchin suunnittelua vastaamaan paremmin laitetoimittajien tarpeisiin. Näiden ohjeistuksien avulla voidaan kehittää suunnittelutyötä siten, että osien valmistettavuus sekä laatu paranevat ja kokoonpano nopeutuu.

Elinkaarimallintamisen sovelluskohteiden tunnistaminen yrityksissä

Tuotteen tai palvelun aiheuttamien ympäristövaikutusten arvioimiseksi on huomioitava koko elinkaari, eli kaikki vaiheet suunnittelusta, käytöstä poistoon. Elinkaariarviointi on tehokas työkalu tähän tarkoitukseen. Elinkaariajattelua voidaan ympäristövaikutusten lisäksi soveltaa myös kustannuksiin, jolloin pystytään löytämään aidosti kokonaiskustannuksiltaan edullisimpia vaihtoehtoja. Yritysten ei tarvitse nähdä ympäristöasioita tuotantoa haittaavina kuluerinä, vaan niitä voidaan käyttää myös lisäämään kilpailuetua ja voittoja. Ympäristövaikutusten määrittämisen lisäksi elinkaariarviointia voidaan käyttää mm. tuotekehityksen apuna, tuotannon optimoinnissa, markkinoinnissa sekä kritiikin torjunnassa. Hyvin tehty elinkaarikustannuslaskenta auttaa tunnistamaan tuotteen tai palvelun eri kustannuselementit, ja tätä kautta helpottaa säästötoimien kohdistamista. Tässä työssä kehitettiin viitekehys, minkä avulla voidaan löytää elinkaariarvioinnin ja elinkaarikustannuslaskennan sovelluskohteita, jotka toisivat mahdollista lisäarvoa tarkastelluille yrityksille. Menetelmää testattiin tapaustutkimuksella kahden esimerkkitapausyrityksen avulla. Molemmille tapauksille löydettiin useita erityyppisiä sovelluskohteita. Sovelluskohteiden toteutettavuudesta päättävät yritykset eikä sitä arvioida tässä työssä.

Modulaarinen kiinnitintekniikka alumiiniveneiden robottihitsauksessa

Tällä hetkellä hitsauksen automatisointiaste on hyvin pieni alumiinivenevalmistuksessa. Automatisointiasteen kasvattaminen on ensiarvoisen tärkeää kilpailukyvyn säilyttämiseksi, sekä edelleen nostamiseksi. Automatisointiasteen kasvattamisen esteenä ei ole teknologian puute, vaan suunnitellut tuotteet soveltuvat huonosti robotisoituun hitsaukseen. Lisäksi liitettävien osien tarkkuus on monissa tapauksissa puutteellinen, joten robottihitsaus on monessa tapauksessa mahdotonta. Robottihitsauksessa vaaditaan osien hyvää paikoittamista ja siihen tarvitaan kiinnittimiä. Kuitenkin alumiinivenevalmistuksessa valmistusmäärät ovat sen verran pieniä, että tuotekohtaisia kiinnittimiä ei kannata hankkia tai valmistaa. Siksi kiinnittimiltä vaaditaan joustavuutta ja modulaarisuutta, jotta samalla kiinnittimellä voi hitsata useita vastaavia piirteitä omaavia tuotteita. Tässä työssä tutkittiin modulaarisia kiinnittimiä, edistyneitä kiinnitinsuunnitteluprosesseja, osavalmistustarkkuuksia, tuotemoduloinnin hyödyntämistä ja alumiinin robottihitsauksen erityispiirteitä. Työssä suunniteltiin ja simuloitiin modulaarinen hitsauskiinnitin, jota käytetään tietyn alumiinivenemallin erillisenä osakokoonpanona valmistettavan jäykisterakennekonseptin hitsaamiseen. Suunnittelu ja simulointi tehtiin Delmia V5R20 -ohjelmistolla. Jäykisterakenne on modulaarinen tuoterakenne, jossa käytetään itsepaikoittavia liitoksia helpottamaan osien asettelua ja yksinkertaistamaan kiinnitintä. Kiinnitin soveltuu joustavasti erikokoisten jäykisterakenneosakokoonpanojen valmistukseen. Lisäksi suunniteltua kiinnitintä verrattiin kaupalliseen modulaariseen Demmeler -kiinnitinjärjestelmään. Jäykisterakenteen osakokoonpanon hitsaaminen robotilla lyhentää valmistusaikaa verrattuna nykytilaan, kun osat voidaan asettaa kiinnittimeen nopeasti ja luotettavasti. Samalla jäykisterakenteen tekeminen erillisenä osakokoonpanona lyhentää veneen rungon loppukokoonpanoaikaa ja mahdollistaa hitsausrobotin käytön myös veneen muiden hitsien hitsaamisessa. Modulaarisilla hitsauskiinnittimillä saavutetaan alumiiniveneiden nykyisillä valmistusmäärillä skaalaetuja, joita tuotekohtaisella kiinnittimellä ei voi saavuttaa.

Lämmöntalteenoton tuotteistus, kannattavuus ja riskit vaneriteollisuudessa

Viilunkuivaus vaneriteollisuudessa on energiaintensiivinen prosessi, josta syntyvä hukkalämpö kannattaa ottaa talteen ja hyödyntää. Työ käsittelee erilaisten lämmöntalteenottovariaatioiden tuotteistusta ja kannattavuutta, sekä sisältää laitteiston riskianalyysin. Aiemman asiakaskohtaisen räätälöinnin sijaan, laitteiston modulaarinen tuoterakenne on otettava tuotteistuksen lähtökohdaksi. Modulaarisen tuoterakenteen ansiosta erilaisiin asiakastarpeisiin pystytään vastaamaan aiempaa tehokkaammin, kiitos erilaisten variaatioiden. Standardien ja yhtenäisten rajapintojen myötä muun muassa suunnittelua, projektinhoito ja myyntiä saadaan tehostettua. Lämmöntalteenottoratkaisuille luodaan kolme eri varustelutasoa: perus, korkea ja luksus. Näillä eri varianteilla pystytään vastamaan entistä kattavammin eri markkina-alueiden asiakastarpeisiin. Kannattavuuslaskelmat todistavat, että lämmöntalteenoton avulla saadaan merkittäviä energiasäästöjä ja eri laitteistovariaatiot maksavat itsensä erittäin nopeasti takaisin, vaikka esimerkiksi sähköenergian hinta nousisi radikaalisti. Lämmöntalteenoton voidaankin katsoa olevan aina erittäin kannattavaa. Laitteistosta on tunnistettu myös tekniset riskit, joihin on puututtava välittömästi sekä lukuisia toimenpide-ehdotuksia, joiden avulla laitteiston tuomintaa voidaan tehostaa ja muuttaa turvallisemmaksi. Riskianalyysi antaa myös suuntaviivoja tuotteistukselle sekä laitteiston huolto- ja käyttöohjeistolle.

Suunnittelutoimistot mukana asiakkaiden tuotekehitysprosesseissa

The goal for this study was to examine how engineering companies could take part in their customers’ product development to a larger extent than just provide their traditional knowhow – product design. Additionally, co-operation possibilities, challenges and problems in product development were examined. In the end the target was to find out if there would be any opportunities for engineering companies’ own product development. The study was launched by analyzing the present market situation of engineering and consultancy services sector. Next step was to examine different phases of the product development process. The study of the product development co-operation began by analyzing different forms of the business co-operation. Possibilities and challenges of the product development cooperation were searched from literature and already existing studies. Afterwards ten persons from nine industrial sectors’ customer companies were interviewed. The outcome of the research shows that engineering companies could have possibilities to expand their services also to the other phases of the product development than just product design. Customer enterprises tend to consider the beginning of the product development process as their internal activity, but engineering companies could enlarge their services to cover also the product implementation phase. What was important at the beginning of the co-operation was to inspire confidence between two companies, but later confidence became person related. Engineering companies’ own product development was provided with plenty of new ideas and ways of making money by interviewees.

Hitsaustuotannon kehittäminen verkostoyrityksessä

Tässä diplomityössä tarkasteltiin Total Welding Management -menetelmän soveltamista verkostoituneeseen toimintaan. TWM on menetelmä hitsaustuotannon kehittämiseen ja se on tarkoitettu käytettäväksi tilanteessa, jossa yksi yritys vastaa sekä suunnittelusta että hitsauksesta. Verkostoituneessa hitsaustuotannossa tuotteen suunnittelu ja hitsaus eivät välttämättä ole kokonaan saman yrityksen vastuulla. Se tuo oman haasteensa TWM:n implementointiin. Työssä käytiin läpi verkostojen ja TWM:n teoriaa, sekä pohdittiin mahdollisia ongelmia TWM:n soveltamisessa verkostoihin. Käytännön osuudessa TWM:n avulla kehitettiin esimerkkituotteen, jonka suunnittelusta ja hitsauksesta vastaa kaksi eri yritystä, hitsaustuotantoa. Suunnitelluilla kehitystoimenpiteillä arvioitiin olevan mahdollista lyhentää tuotteen valmistusaikaa 11,9 %. Lisäksi todettiin, että TWM soveltuu käytettäväksi myös verkostoissa, vaikkakin se tuo mukanaan lisähaasteita.

Marketing in the pre-development process of agricultural machines: a reference model

The theme of the research is the development of the domain of marketing knowledge in the design of agricultural machinery. It is developed throughout the design of agricultural machinery in order to identify the corporate and customers needs and to develop strategies to satisfy these needs. The central problem of the research questions which marketing tools to apply on pre-development process of farm machinery, in order to increase the market value of the products and of the company and, consequently, generate competitive advantage to the manufacturers of agricultural machinery. As methodology, it was developed bibliographical research and multicase study of the development process of agricultural machinery developed by small, medium and large companies and the academy. As a result, a marketing reference model was elaborated for the pre-development stage of agricultural machinery, which outlines the activities, tasks, mechanisms and controls that can be used in strategic planning and in products planning of agricultural machinery manufacturers, contributing to explain the explicit knowledge in the marketing field.

Parametrisen kustannusmallin validointi ja implementointi

Parametric cost modeling is a technique, where cost estimating relationships are built to meet products’ parameters. Parameters are directly defined from product features, when it is possible to solve product cost exact before even a single product is manufactured and calculated with general cost accounting. The parametric model can be used in product design, sourcing and comparing product cost of similar products. The model reveals the cost origin more clear than general accounting. The purpose of this thesis was to find out parameters for modeling elevator doors and validate the parameters to meet actual costs. The other target was to simulate cost impact and changes in the cost structure. The results were compared to previous calculations and actual costs and model was tested in new product design. The results of the calculations revealed, that material consumption is the most significant issue in design effectiveness as well as the complexity of the components and structure. To develop the model more research is needed for other continents cost structure and waste calculation principles.

Ohutlevyjen laserhitsaus

Tässä diplomityössä tarkasteltiin laseria ja sen käyttöä laserhitsauksessa. Laserin käyttäminen asettaa omat vaatimuksensa ja haasteet laserhitsattavan tuotteen ja mahdollisen kiinnittimen suunnittelulle. Lisäksi laserin käyttö konepajassa asettaa tiettyjä vaatimuksia työympäristölle. Diplomityössä suunniteltiin uudelleen eräs ohutlevystä valmistettava kotelo ja pyrittiin selvittämään soveltuuko se laserhitsattavaksi, ja saako kotelosta hitsattua täysin tiiviin. Kotelo soveltui hyvin laserhitsattavaksi, mutta täysin tiiviin kotelon hitsaaminen oli haasteellista ja hyvin epävarmaa.

Skill Development in Music Reading. The Eye-Movement Approach

This dissertation examined skill development in music reading by focusing on the visual processing of music notation in different music-reading tasks. Each of the three experiments of this dissertation addressed one of the three types of music reading: (i) sight-reading, i.e. reading and performing completely unknown music, (ii) rehearsed reading, during which the performer is already familiar with the music being played, and (iii) silent reading with no performance requirements. The use of the eye-tracking methodology allowed the recording of the readers’ eye movements from the time of music reading with extreme precision. Due to the lack of coherence in the smallish amount of prior studies on eye movements in music reading, the dissertation also had a heavy methodological emphasis. The present dissertation thus aimed to promote two major issues: (1) it investigated the eye-movement indicators of skill and skill development in sight-reading, rehearsed reading and silent reading, and (2) developed and tested suitable methods that can be used by future studies on the topic. Experiment I focused on the eye-movement behaviour of adults during their first steps of learning to read music notation. The longitudinal experiment spanned a nine-month long music-training period, during which 49 participants (university students taking part in a compulsory music course) sight-read and performed a series of simple melodies in three measurement sessions. Participants with no musical background were entitled as “novices”, whereas “amateurs” had had musical training prior to the experiment. The main issue of interest was the changes in the novices’ eye movements and performances across the measurements while the amateurs offered a point of reference for the assessment of the novices’ development. The experiment showed that the novices tended to sight-read in a more stepwise fashion than the amateurs, the latter group manifesting more back-and-forth eye movements. The novices’ skill development was reflected by the faster identification of note symbols involved in larger melodic intervals. Across the measurements, the novices also began to show sensitivity to the melodies’ metrical structure, which the amateurs demonstrated from the very beginning. The stimulus melodies consisted of quarter notes, making the effects of meter and larger melodic intervals distinguishable from effects caused by, say, different rhythmic patterns. Experiment II explored the eye movements of 40 experienced musicians (music education students and music performance students) during temporally controlled rehearsed reading. This cross-sectional experiment focused on the eye-movement effects of one-bar-long melodic alterations placed within a familiar melody. The synchronizing of the performance and eye-movement recordings enabled the investigation of the eye-hand span, i.e., the temporal gap between a performed note and the point of gaze. The eye-hand span was typically found to remain around one second. Music performance students demonstrated increased professing efficiency by their shorter average fixation durations as well as in the two examined eye-hand span measures: these participants used larger eye-hand spans more frequently and inspected more of the musical score during the performance of one metrical beat than students of music education. Although all participants produced performances almost indistinguishable in terms of their auditory characteristics, the altered bars indeed affected the reading of the score: the general effects of expertise in terms of the two eye- hand span measures, demonstrated by the music performance students, disappeared in the face of the melodic alterations. Experiment III was a longitudinal experiment designed to examine the differences between adult novice and amateur musicians’ silent reading of music notation, as well as the changes the 49 participants manifested during a nine-month long music course. From a methodological perspective, an opening to research on eye movements in music reading was the inclusion of a verbal protocol in the research design: after viewing the musical image, the readers were asked to describe what they had seen. A two-way categorization for verbal descriptions was developed in order to assess the quality of extracted musical information. More extensive musical background was related to shorter average fixation duration, more linear scanning of the musical image, and more sophisticated verbal descriptions of the music in question. No apparent effects of skill development were observed for the novice music readers alone, but all participants improved their verbal descriptions towards the last measurement. Apart from the background-related differences between groups of participants, combining verbal and eye-movement data in a cluster analysis identified three styles of silent reading. The finding demonstrated individual differences in how the freely defined silent-reading task was approached. This dissertation is among the first presentations of a series of experiments systematically addressing the visual processing of music notation in various types of music-reading tasks and focusing especially on the eye-movement indicators of developing music-reading skill. Overall, the experiments demonstrate that the music-reading processes are affected not only by “top-down” factors, such as musical background, but also by the “bottom-up” effects of specific features of music notation, such as pitch heights, metrical division, rhythmic patterns and unexpected melodic events. From a methodological perspective, the experiments emphasize the importance of systematic stimulus design, temporal control during performance tasks, and the development of complementary methods, for easing the interpretation of the eye-movement data. To conclude, this dissertation suggests that advances in comprehending the cognitive aspects of music reading, the nature of expertise in this musical task, and the development of educational tools can be attained through the systematic application of the eye-tracking methodology also in this specific domain.

Pintamagneettikoneen magneetin asennustavan ja -työkalun kehittäminen

Työn tavoitteena oli kehitellä uusia ratkaisuita pintamagneettikoneen magneetin asennustapaan ja -työkaluun generaattoreita valmistavalle The Switch Drive Systems:lle. Asiaa lähdettiin lähestymään tekemällä alussa töitä magneetin asennustehtävissä. Tämän jälkeen aloitettiin suunnitteluprosessi, jossa sovellettiin järjestelmällistä koneensuunnittelua sekä konseptisuunnittelua. Työn tulokseksi saatiin useita eri periaatteilla toimivia magneetinasennustyökaluideoita, joiden avulla voidaan tulevaisuudessa siirtyä jatkosuunnitteluun ja työkalun valmistukseen.