Valmistettavuuden huomioiminen harvesteripään tuotekehitysprosessissa

Työn tavoitteena on tutkia metsäkoneen uuden harvesteripäämallin tuotekehitysprosessia valmistettavuuden näkökulmasta, selvittää tuotekehitysprosessin eri vaiheet sekä pyrkiä löytämään mahdolliset ongelmakohdat ja niihin ratkaisumallit. Työn tilanneella yrityksellä on pitkä historia ja kokemus harvesteripäiden tuotekehityksestä niin tuotteiden kuin tuotannon osalta. Dokumentoitu prosessi kuitenkin on puuttunut ja tämän työn tarkoituksena on tuottaa ko. prosessi valmistettavuuden huomioimisesta harvesteripään tuotekehitysprosessissa. Tutkimuksessa hyödynnetään alan kirjallisuutta ja yrityksen kokemuksia ja laaditaan niiden pohjalta dokumentointi tuotekehitysprosessin tueksi. Tutkimuksen perusteella havaittiin muutoksen hallinnan ja menetelmäsuunnittelun sekä hitsausten aiheuttamien muodonmuutosten olevan prosessin kriittisimpiä tekijöitä.

Piensarjatuotannon hitsauksen robotisointi

Diplomityön tarkoituksena on selvittää hitsauksen robotisointimahdollisuudet vakiintuneelle piensarjatuotteelle. Tarkastelun kohteeksi valittiin maanpäällisen porausyksikön runkopari, joka rakentuu ylä- ja alarungosta. Hitsaus on nykytilanteessa käsinhitsausta ja tuotetta tehdään noin 300 kpl / vuosi. Hitsauksen robotisoinnilla halutaan aikaansaada kustannussäästöä hitsauksen osalta ja tuotantokapasiteetin nousua. Työn teoriaosa voidaan jakaa neljään osaan: hitsaustekniikka, robottihitsattava tuote, robotisoituhitsaus ja investointilaskelmat. Hitsaustekniikassa lähdetään liikkeelle hitsauksen kannalta oleellisimmista perusasioista, jolloin lukijalle syntyy laajempi kokonaiskuva asiasta. Hitsauksen robotisointia suunniteltaessa korostuu tuotteen hitsattavuus. Hyvin suunniteltu tuote mahdollistaa robotisoidun hitsauksen ja luo edellytykset laadukkaalle, taloudelliselle ja tuottavalle hitsaukselle. Robotisoidun hitsauksen osassa rakennetaan kokonaisuus, jolloin lopputuloksena on tehokas robottijärjestelmä. Samalla käsitellään sekä varsinaista hitsausteknistä toteutusta että robottijärjestelmän komponentteja. Investointilaskelmien avulla varmistetaan robottijärjestelmän ja koko tuotantoketjun kannattavuus. Käytännön osuudessa selvitetään robotisoidun hitsauksen mahdollisuudet valitulle tuotteelle ja robotisoinnin aikaansaamat kustannussäästöt. Tuotteen ylärungosta valitaan etuosa tarkempaa CASE tyylistä tarkastelua varten. CASE:ssa käydään läpi etuosan valmistettavuus ja selvitetään robotisoinnista aikaansaamat säästöt. Investointilaskelmien avulla selvitetään käytännön osuudessa robotisoidun hitsauksen kannattavuus tietyille robottijärjestelmille.

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.

Mechanical closing of the paperboard package and the effect of the shape of paperboard package to its manufacturability

The main objective of this thesis was to design a hinge and a closing mechanism for the plastic rim of a paperboard package. Of the hinge and closing mechanisms the 3D-models were designed using SolidWorks program and the functionality of the mechanisms was tested with rapid prototype models. When a mechanism that worked was found, the manufacturability of the mechanisms was tested in an injection molding machine with changeable inserts. Another objective of this thesis was to test the effect of the shape of paperboard package to its manufacturability. The effect of the packages shape was tested with plastic tools made for three different shaped trays. Suggestions for further research were made according to the results of the thesis.

Kokoonpantavuuden parantaminen uusien konepajatuotteiden verkostotuotannossa

Verkostotoiminta asettaa haasteita suunnittelutyölle, valmistukselle, hankintatoimelle ja laadunhallinnalle, jotka kaikki vaikuttavat kokoonpanon sujuvuuteen. Suunnittelun ja valmistuksen yhteistyö on entistäkin haasteellisempaa, kun osavalmistus toteutetaan erillisillä toimittajilla. Tämän diplomityön tavoitteena on selvittää The Switch Drive Systems Oy:n tuotteiden kokoonpantavuuden parantamisen mahdollisuuksia sekä toimia yrityksen kokoonpantavuuteen liittyvien toimintamallien kehittämisen perustana. Diplomityöstä on olemassa myös julkinen versio. Työ alkaa kirjallisuuskatsauksella, jossa kuvataan kokoonpanoystävällisyyttä ja kokoonpanoystävällistä toimintaa kattaen suunnittelun, osien ja osakokoonpanojen valmistamisen verkostotuotannossa sekä kokoonpanotyön. Toimittajayhteistyötä ja laadunhallintaa käsitellään näiden lukujen yhteydessä. Työn käytännön osuudessa kartoitetaan The Switchin tuotteiden ja yrityksen toimintatapojen kokoonpanoystävällisyyden parantamismahdollisuuksia. Tämä toteutettiin The Switchin henkilöstön sekä osakokoonpanojen ja osien toimittajien haastatteluilla, toiminnan tarkkailulla sekä piirustuksiin ja prosessikuvauksiin perehtymällä. Kokoonpantavuuden ja valmistettavuuden systemaattinen huomioiminen on kannattavaa suunnittelun alusta alkaen. Tässä tulee mm. hyödyntää sekä toimittajien että The Switchin kokoonpanossa olevaa tietoa ja kokemusta.

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.

Liikkuvien työkoneiden valmistettavuuden kehittäminen teollisessa liiketoimintaverkostossa

Diplomityön tavoitteena oli kehittää Pilomac – konsernin päähankkijayrityksien tuotteiden valmistettavuutta yhteistyössä yrityksien suunnitteluosastojen ja teräsrakenteita valmistavien toimittajayrityksien kanssa. Päähankkija-yritysten, Junttan Oy:n ja Logset Oy:n, osavalmistusten ulkoistamisen myötä toimittajasuhteet ovat vähitellen muuttumassa verkostomaiseen toimintatapaan. Täten on tärkeää muuttaa ja kehittää tuotteiden valmistettavuuden mahdollistavat toimintamallit vastaamaan uutta toimintatapaa. Keskeinen perusmenetelmä valmistettavuuden huomioimisessa on suunnittelun ja valmistuksen välisen tuotekehitysyhteistyön syventäminen rinnakkaissuunnitteluksi, (CE). Verkostokumppaneiden välinen yhteistyö perustuu avoimuuteen, luottamukseen ja molempia osapuolia hyödyttävään jatkuvaan kehitystyöhön. Verkostomainen toimintatapa mahdollistaa luontevasti tuotteen suunnittelu- ja kehitysvastuiden jaottelun yritysten ydinosaamisen mukaan. Onnistuneen työnjaon myötä resurssit lisääntyvät ja valmistusteknologiat, suunnittelu ja laatu kehittyvät ja monipuolistuvat. Työn aihetta tutkittiin soveltavassa osassa benchmarkingin, nykytilakuvauksien sekä toimittajaverkoston analysoinnin avulla. Toimittajaverkoston analysointi tehtiin laajan verkostokumppanikyselyn avulla, josta selvisi Junttan Oy:n toimittajaverkoston resurssit ja kyvykkyys. Kyselyssä selvitettiin myös nykyisten toimittajien näkemyksiä valmistettavuuden kehittämisestä, kumppaneille asetettavista yhteistyövaatimuksista sekä näiden toimintamallien vaikutuksista tuotteiden kilpailukyvyn parantumiseen. Työn tuloksena selvisivät osa-alueet, joita Junttan Oy:n kannattaa hyödyntää tulevaisuudessa enemmän sekä toimintamallit, jotka mahdollistavat tuotteiden valmistettavuuden jatkuvan kehittämisen.

Suorakulmaisten palonrajoittimien valmistettavuuden kehittäminen

Palonrajoittimet ovat tuotteita, jotka estävät tulen ja savun leviämisen palo-osastosta toiseen ja mahdollistavat ihmisten turvallisen ulospääsyn palotilanteessa. Tämän diplomityön tavoitteena oli vähentää suorakulmaisten palonrajoittimien valmistuskustannuksia niiden valmistettavuutta kehittämällä. Työn teoriaosassa käsitellään valmistettavuutta ja kokoonpantavuutta kehittäviä menetelmiä DFM:ää (Design for Manufacturability) ja DFA:ta (Design for Assembly) sekä palonrajoittimien ja ohutlevytuotteiden erityispiirteitä. Käytännön osuudessa esitellään tutkimusta varten valmistetut kolme kehitettävää palonrajoitinta, joita vertaillaan myös kilpaileviin tuotteisiin. Tuotteista analysoidaan osamääriä, materiaalikustannuksia ja työaikoja. Palonrajoittimien ongelmakohtia olivat muun muassa liittäminen ja kokoonpantavuus. Työssä esitetään keinoja palonrajoitinten valmistusystävälliseen suunnitteluun ja uusi moduloitu tuoteperhemalli, jolla vähennetään varsinkin valmistuksesta aiheutuvia kiinteitä kustannuksia. Lisäksi työssä esitetään alustava runkoratkaisumalli uudelle tuoteperheelle.

Rengaspolttoaineet nykylaitoksiin

Kandidaatintyön tarkoituksena on tutkia käytössä oleville laitoksille kehitettyjä rengaspolttoaineita. Työssä kartoitetaan tutkimuksen nykytilaa ja arvioidaan uudenlaisen polttoaineen käyttöönoton mahdollisuuksia. Käsiteltävät aihe-alueet ovat rengaspolttoaineen rakenne, suorituskyky, turvallisuusominaisuudet, valmistettavuus sekä käyttöönoton taloudellinen kannattavuus. Pohja-aineistona on käytetty aiheesta julkaistuja tutkimusraportteja. Lisäksi arvioidaan rengaspolttoaineen käyttömahdollisuuksia Loviisan voimalaitoksessa.

Convenience of scallops in plate structures

In this thesis was performed comprehensive study about the convenience of scallops in plate structures. A literature review was performed and lack of knowledge was fulfilled with fatigue tests performed in the laboratory of Steel Structures at the Lappeenranta University of Technology and with finite element method. The aim of this thesis was to produce design guidance for the use of scallops for different structural details and different loading conditions. An additional aim was to include more precise instructions for scallop design to produce good fatigue resistance and appropriate manufacturing quality. The literature review was performed searching bridge engineering and maritime standards and design guides and studies from scientific databases and reference lists from the literature of this field. Fatigue tests were used to research the effect of using scallops or not using scallops to fatigue strength of bracket specimen. Tests were performed on three specimens with different scallop radii and to five specimens without scallops with different weld penetration depths. Finite element method using solid elements, symmetry and submodels was used to determine stress concentration factors for I-beams with scallops. Stresses were defined with hot spot stress method. Choosing to use a scallop or not in the structure is affected by many factors, such as structural and loading conditions and manufacturability. As a rule of thumb, scallops should be avoided because those cause stress concentration points to the structure and take a lot of time to manufacture. When scallops are not used, good quality welding should be provided and full weld penetration is recommended to be used in load carrying corner weld areas. In some cases, it is advisable to use scallops. In that case, circular scallops are recommended to be used and radius should be chosen from fatigue strength or manufacturing point of view.