Koneet

Jyskyttävä raamisaha.

Mekanismien dynamiikan simuloinnissa sovellettavia numeerisia- ja mallinnusmenetelmiä

Koneet voidaan usein jakaa osajärjestelmiin, joita ovat ohjaus- ja säätöjärjestelmät, voimaa tuottavat toimilaitteet ja voiman välittävät mekanismit. Eri osajärjestelmiä on simuloitu tietokoneavusteisesti jo usean vuosikymmenen ajan. Osajärjestelmien yhdistäminen on kuitenkin uudempi ilmiö. Usein esimerkiksi mekanismien mallinnuksessa toimilaitteen tuottama voimaon kuvattu vakiona, tai ajan funktiona muuttuvana voimana. Vastaavasti toimilaitteiden analysoinnissa mekanismin toimilaitteeseen välittämä kuormitus on kuvattu vakiovoimana, tai ajan funktiona työkiertoa kuvaavana kuormituksena. Kun osajärjestelmät on erotettu toisistaan, on niiden välistenvuorovaikutuksien tarkastelu erittäin epätarkkaa. Samoin osajärjestelmän vaikutuksen huomioiminen koko järjestelmän käyttäytymissä on hankalaa. Mekanismien dynamiikan mallinnukseen on kehitetty erityisesti tietokoneille soveltuvia numeerisia mallinnusmenetelmiä. Useimmat menetelmistä perustuvat Lagrangen menetelmään, joka mahdollistaa vapaasti valittaviin koordinaattimuuttujiin perustuvan mallinnuksen. Numeerista ratkaisun mahdollistamiseksi menetelmän avulla muodostettua differentiaali-algebraaliyhtälöryhmää joudutaan muokkaamaan esim. derivoimalla rajoiteyhtälöitä kahteen kertaan. Menetelmän alkuperäisessä numeerisissa ratkaisuissa kaikki mekanismia kuvaavat yleistetyt koordinaatit integroidaan jokaisella aika-askeleella. Tästä perusmenetelmästä johdetuissa menetelmissä riippumattomat yleistetyt koordinaatit joko integroidaan ja riippuvat koordinaatit ratkaistaan rajoiteyhtälöiden perusteella tai yhtälöryhmän kokoa pienennetään esim. käyttämällä nopeus- ja kiihtyvyysanalyyseissä eri kiertymäkoordinaatteja kuin asema-analyysissä. Useimmat integrointimenetelmät on alun perin tarkoitettu differentiaaliyhtälöiden (ODE) ratkaisuunjolloin yhtälöryhmään liitetyt niveliä kuvaavat algebraaliset rajoiteyhtälöt saattavat aiheuttaa ongelmia. Nivelrajoitteiden virheiden korjaus, stabilointi, on erittäin tärkeää mekanismien dynamiikan simuloinnin onnistumisen ja tulosten oikeellisuuden kannalta. Mallinnusmenetelmien johtamisessa käytetyn virtuaalisen työn periaatteen oletuksena nimittäin on, etteivät rajoitevoimat tee työtä, eli rajoitteiden vastaista siirtymää ei tapahdu. Varsinkaan monimutkaisten järjestelmien pidemmissä analyyseissä nivelrajoitteet eivät toteudu tarkasti. Tällöin järjestelmän energiatasapainoei toteudu ja järjestelmään muodostuu virtuaalista energiaa, joka rikkoo virtuaalisen työn periaatetta, Tästä syystä tulokset eivät enää pidäpaikkaansa. Tässä raportissa tarkastellaan erityyppisiä mallinnus- ja ratkaisumenetelmiä, ja vertaillaan niiden toimivuutta yksinkertaisten mekanismien numeerisessa ratkaisussa. Menetelmien toimivuutta tarkastellaan ratkaisun tehokkuuden, nivelrajoitteiden toteutumisen ja energiatasapainon säilymisen kannalta.

Subsoil compaction due to wheel traffic

Selostus: Raskaan peltoliikenteen aiheuttama pitkäaikainen maan tiivistyminen

Pöllinkeskityksen optimointi

Diplomityössä käsiteltiin viilun valmistusprosessin yhtä tärkeintä vaihetta, eli pöllinkeskitystä. Työssä esiteltiin erilaiset pöllinkeskityslaitteistot, sekä selvitettiin pöllinkeskityksen ja sorvauksen matemaattista teoriaa. Diplomityö tehtiin vaneriteollisuuden koneita suunnittelevaan ja toimittavaan yritykseen. Diplomityössä vertailtiin kyseisen yrityksen mekaanista 12-piste XY- pöllinkeskittäjää kilpailijan elektroniseen XY- pöllinkeskittäjään. Vertailu suoritettiin sorvauksessa saatavan viilun saannon perusteella. Mekaanisen ja elektronisen XY- pöllinkeskittäjän välillä ei vertailussa havaittu viilun kokonaissaannossa merkittävää eroa. Mekaanisen 12-piste XY pöllinkeskittäjän kokonaissaanto oli kuitenkin hieman suurempi. Kokonaissaannosta oli kuitenkin mekaanisella XY- pöllinkeskittäjällä enemmän ns. jontikka saantoa eli viilumatosta leikattuja kapeita saumauskappaleita. Kuitenkin jontikka osuuden määrä kokonaissaannosta oli aikaisempiin tutkimuksiin verrattaessa laskenut huomattavasti. Tarkasteltaessa huoltokustannuksia ennakoivan kunnossapidon osalta havaittiin mekaaninen XY – pöllinkeskittäjä edullisemmaksi kuin elektroninen XY- pöllinkeskittäjä yksinkertaisemman rakenteensa ansiosta. Mekaanisen 12-piste XY- pöllinkeskittäjän hankintahinta on noin 1/3 elektronista XY- pöllinkeskittäjästä. Mekaanisen 12-piste XY- pöllinkeskittäjän investoinnin takaisinmaksuaika on myös noin 2,5 kertaa lyhyempi. Takaisinmaksuajat ovat molemmilla laitteistoilla kuitenkin hyvin lyhyitä, joten vanhan 3-pistepöllinkeskittäjän uusiminen kummalla pöllinkeskityslaitteistolla tahansa voidaan katsoa olevan hyvin kannattavaa.

Tehtaan sisäisten materiaalivirtojen kehittäminen layoutsuunnittelun avulla

Työn tavoitteena oli kehittää tehtaan sisäisiä materiaalivirtoja layoutia muuttamalla ja materiaalinkäsittelyä parantamalla. Kehityksen seurauksena tulisi materiaalinkäsittelyn henkilökuntaa pystyä siirtämään tuotannon tehtäviin. Aluksi selvitettiin tehtaan toiminta, tuotteet ja prosessit, jonka jälkeen tehtiin layoutsuunnitteluun liittyvien teorioiden avulla kvantitatiivisia ja kvalitatiivisia arviointeja materiaalivirroista. Arvioinneissa havaittiin layoutsuunnittelun kannalta tärkeät asiat sekä yhteydet osastojen/työpisteiden välillä, mikä oli lähtökohtana uudelle layoutsuunnitelmalle. Työ oli kaksivaiheinen. Ensimmäisessä vaiheessa kehitettiin tehtaan nykyisiä materiaalivirtoja muuttamalla nykyistä layoutia ja parantamalla materiaalinkäsittelyä. Muutos pyrittiin pitämään hyvin kevyenä ja nykyiseen layoutiin tehtiin kaksi perusratkaisua. Kummassakin perusratkaisussa saadaan koneiden siirroilla materiaalivirtojen kannalta tärkeät koneet etusijalle sekä lisää tarvittavaa varastotilaa. Lisätilan saaminen varastoille vähentää myös tarpeetonta materiaalinkäsittelyä. Toisessa vaiheessa suunniteltiin layout laajennettuun tehdastilaan. Ensisijaisena tavoitteena oli logistinen toimivuus. Laajennuksen layoutsuunnitelmassa määritettiin kvantitatiivisten ja kvalitatiivisten arviointien avulla osastojen paikat ja koot sekä mietittiin kunkin osaston yksityiskohtaisessa suunnittelussa huomioon otettavia asioita. Suunnitelma on lähtökohtana yksityiskohtaisille suunnitelmille. Tärkeää layoutin suunnittelussa ja toteuttamisessa on huomioida layoutin käyttäjien eli työntekijöiden mielipiteet.

Tuotantolinjojen kriittisten varaosien kartoitus ja varastointi

Tämän insinöörityön tarkoituksena on selvittää CROWN Pakkaus Oy:n tuotantolinjojen kriittiset varaosat mahdollisten seisokkien lyhentämiseksi ja varaston ylläpitämiseksi niiden osalta. Työssä lähdettiin liikkeelle tutkimalla olemassa olevaa varastointijärjestelmää ja selvittämällä sen rakenteita. Tämän jälkeen aloitettiin kartoitus kynä ja paperi -tekniikalla tuotantolinjoilta, tärkeimmät kohteet ja koneet parhaiten tuntevien henkilöiden kanssa. Tietojen keruussa käyttiin myös CROWN Pakkaus Oy:n käyttämää tietokantapohjaista kunnossapidon toiminnanohjausjärjestelmää Artturia, jota CROWN Pakkaus Oy käyttää varaosavaraston ylläpitoon. Työ aloitettiin tehtaan alkupäästä eli painosta ja linjoilla edettiin kone kerrallaan. Kun yksi linja saatiin tutkittua ja selvitykset valmiiksi, siirrettiin tiedot koneelle Excel-taulukko-ohjelman avulla. Tietojen avulla selvitettiin manuaaleista ja muista lähteistä osiin liittyvät tiedot, joista alettiin rakentaa Excel-pohjaista taulukointia kriittisille varaosille. Taulukot tallennettiin tehtaan sisäiseen verkkoon, joten ne olivat koko työn ajan näkyvissä tehtaan henkilökunnalle. Taulukoiden valmistuttua ne viimeisteltiin vielä ja niiden jatkokäyttö on CROWN Pakkauksen omissa käsissä. Työssä saaduista tuloksista voidaan päätellä 80/20-säännön pitävän tässäkin tapauksessa melko hyvin paikkansa. Kartoitettujen varaosien osuus oli 26,6 % varaosavaraston kokonaisuudesta. Avainsanat: kriittiset varaosat, varastointi.

Tietoisuus tekoälysysteemeissä

Tietokoneiden teho on kasvanut eksponentiaalisesti siitä lähtien, kun ensimmäiset elektroniset tietokoneet rakennettiin. Eikä tähän ole odotettavissa muutosta. Koneista on tullut niin kykeneviä, että ne korvaavat ihmisen jo monissa asioissa. Tietokoneet itseasiassa päihittävät ihmisen monissa tehtävissä, jotka ovat aikaisemmin oletettu sellaisiksi, että vain ihminen kykenee ne ratkaisemaan. Sellaisessakin älykkyyttä vaativassa lajissa kuin šakkipelissä, on tietokone kyennyt voittamaan jopa lajin maailmanmestarin. Mutta mitä tuo tietokoneiden älykkyys on? Voidaanko sitä verrata ihmisälyyn? Erityisesti, voivatko koneet olla tietoisia? Tieteistarinat ovat jo pitkään kertoneet meille tietoisista koneista, jotka saattavat jopa syrjäyttää ihmislajin maapallolta. Mutta voiko tekoälytutkimus todella tuottaa koneita, jotka aidosti kykenevät samankaltaiseen tietoisuuteen, mikä ihmisillä on? Käsittelen tutkielmassa juuri näitä kysymyksiä. Aihe on hyvin filosofinen. Näiden kysymysten ratkaisemiseksi täytyy perehtyä hyvin perustavanlaatuisiin kysymyksiin maailman, tietoisuuden, ja laskennallisuuden luonteesta. Syvennynkin tutkielmassa nimenomaan tekoälyn filosofiseen puoleen, jättäen tekniset kysymykset vähemmälle huomiolle. Komputationalismi on filosofian näkemys, jonka mukaan tietoisuus on perimmäiseltä luonteeltaan laskentaa. Tämän näkemyksen mukaan siis ihmisaivotkin suorittavat pohjimmiltaan vain laskentaa. Aivot ovat vain monimutkainen tietokone. Tutkielman tutkimuskysymys voidaankin asettaa näin: onko komputationalismi tosi? Näkemyksen puolesta ja sitä vastaan on 1900-luvun puolesta välistä asti esitetty kirjallisuudessa ja tieteellisissä artikkeleissa hyvin paljon erilaisia argumentteja. Käsittelen tutkielmassa tärkeimpiä näistä argumenteista. Komputationalismilta on kysytty erityisesti sitä, miten tietokone voi saada tietoa merkityksistä. Tietokoneidenhan ajatellaan yleensä vain manipuloivan täysin merkityksettömiä bittejä: ykkösiä ja nollia. Miten näistä merkityksettömistä symboleista voi syntyä aitoja merkityksiä? Tutkimuskysymyksen ratkaisu riippuu hyvin paljon siitä, millaisia metafyysisiä oletuksia kysyjä on valmis hyväksymään. Tulen kuitenkin osoittamaan, että on hyviä perusteita sen puolesta, että komputationalismi todella on tosi, riippumatta oletuksista.

Veneer Properties Determination for Plywood Manufacturing

The objective in this Master's Thesis was to determine and verify quality criteria for veneer in plywood manufacturing. In plywood manufacturing the veneer quality has a decisive part how well it can be produced to a final product. Modern equipment run at high speed and capacity. These machines require a good quality veneer to be able to maintain them. The quality criteria determination was done after the dominant veneer properties were determined. This research focuses to the birch veneer quality determination. The machines involved in the veneer manufacturing are introduced in the materials and methods section. The different veneer properties are determined and the measuring devices to measure these properties are examined. There are many parts in veneer manufacturing and these have different requirements to the veneer quality. To determine and verify these properties for every machine was the most demanding part of this Master's Thesis. During the research some new ideas and ways to measure veneer properties were also tested. Veneer properties and quality was followed in a factory environment and in a test runs at the Raute. Different machines were followed carefully in the production environment while for example test pieces were taken from veneers that broke on the line. Sample pieces were tested on site or delivered to Nastola for more extensive testing. Based on the tests and research the criteria for veneer to every machine involved in the veneer production were created. These veneer quality tolerances are recommendations to ensure that the machine operation will not be affected by the veneer quality.