Tuotannon ohjattavuuden kehittäminen asiakasohjautuvassa tuotannossa

Työssä selvitettiin tuotannon ohjattavuuden parantamisen mahdollisuuksia keskisuuressa yrityksessä. Työn pyrkimyksenä on laatia pohja täysipainoisen tuotannonohjausjärjestelmän kehittämiselle. Työn teoriaosassa käsitellään tuotannon, tuottavuuden ja tuotannonohjauksen peruskäsitteitä. Lisäksi selvitetään hitsaavan tuotannon kehittämisen keinoja sekä yleisiä hitsaukseen liittyviä käsitteitä. Näiden ohella teoriaosuudessa kerrotaan hieman työn käytännön osaa sivuavista aiheista kuten investointilaskelmista. Käytännön osa jakautuu nykytilan selvittämiseen ja kehityskohteiden laatimiseen. Nykytilaa selvitettiin omilla havainnoilla, haastatteluilla sekä tilaus-toimitusketjun tarkasteluilla. Kehittämisen keinoja olivat pääasiassayrityksen laatutoimintaan liittyvät asiat kuten dokumentointi kaikillaosa-alueilla. Yksittäisiä tuotannon tehokkuutta parantavia toimenpiteitä ovat mm. robottihitsauksen kiinnittimien kehitystoimenpiteet, tuotteiden modulointi ja laserleikkauksen monipuolisempi hyväksikäyttö.

Metsäkoneen nostopuomin valmistuksen tehostaminen

Diplomityö käsittelee nostopuomin hitsauksen ja koneistuksen kehittämistä alihankinta-konepajassa. Työn tavoitteena on nostopuomin valmistuksen tehostaminen. Työssä kes-kitytään hitsauksen osalta tuotantolayoutin kehittämiseen, kaariaikasuhteen parantami-seen sekä hitsausmuodonmuutosten ehkäisyyn ja ennakointiin. Koneistuksessa keskity-tään tuotantolayoutin kehittämiseen sekä kappaleen kiinnittämiseen ja työkaluvalintoi-hin. Työn teoriaosa käsittelee hitsauksen ja koneistuksen seikkoja, jotka vaikuttavat valmis-tuksen tehokkuuteen. Lisäksi teoriaosassa perehdytään tuotantomuotoihin, tuotantojär-jestelmiin ja tuotannonohjaukseen. Käytännön osuudessa käsitellään niitä valmistuksen tehostamiskeinoja, jotka soveltuvat metsäkoneen nostopuomien sarjatuotantoon Jormet Oy:ssä. Työssä esitellään valmistuksen työvaiheet sekä selvitetään tuotannon ongelmakohdat ja pullonkaulat. Ongelmana tuotannossa on suuri jalostamattoman työn osuus, joka koos-tuu siirroista, nostoista, muodonmuutosten oikomisesta sekä koneistuksessa puomin kiinnittämisestä ja irrottamisesta. Layout muutokset, hitsauskiinnittimien ja pyörityslaitteiden kehittäminen sekä töiden ohjeistus nostavat kaariaikasuhdetta ja lyhentävät hitsausaikaa. Koneistuksessa layoutin ja kiinnittimen kehittäminen vähentävät jalostamattoman työn osuutta parantaen samalla koneistuksen tehokkuutta. Lastuamistehokkuus paranee oikeiden työkalu- ja parametri-valintojen avulla.

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.

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.

Robottihitsauksen toimintojen kehittäminen hitsaustuotannossa

Tämän diplomityön tarkoituksena oli kehittää robottihitsauksen toimintoja KKR Steel Oy:ssä. Tärkeimmät tutkimuskohteet olivat robottisolujen toiminnan tehostaminen ja uusien robottihitsaukseen sopivien tuotteiden kartoittaminen. Työ on jaettu teoreettiseen ja käytännön osuuteen. Teoriaosassa perehdytään kirjallisuuskatsauksen kautta robottihitsauksen perusteisiin, hitsauksen robotisointiin sekä tuottavuuteen ja laatuun. Robottihitsauksen osuudessa käsitellään hitsausrobotin rakennetta, siihen liittyviä oheislaitteita ja robottien ohjelmointia. Hitsauksen robotisoinnissa selvitetään syitä robottihitsauksen käyttöönotolle, robotisoitavilta tuotteilta vaadittavia ominaisuuksia sekä erilaisia toimenpiteitä robottiaseman toiminnan tehostamiseksi. Tuottavuuteen liittyvässä osuudessa selvitetään erilaisten laskentakaavojen ja tunnuslukujen käyttöä ja merkitystä hitsauksessa. Käytännön osuudessa kartoitettiin yrityksen robottihitsauksen lähtötilanne ja selvitettiin ongelmakohtien perusteella kehittämistoimenpiteitä. Tutkimuksissa seurattiin ja havainnoitiin hitsaustuotannon eri vaiheita, minkä perusteella laadittiin erilaisia parannuskeinoja. Toimenpiteistä saatavan hyödyn arviointiin käytettiin yrityksen tuotantoon sopivia mittareita kuten läpimenoaikaa ja kaariaikasuhdetta. Havaittujen ongelmakohtien perusteella ryhdyttiin kehittämään hitsauskiinnittimien suunnittelua ja käsittelylaitteiden käyttöä hitsaustuotannossa sekä hyödyntämään etäohjelmointia tuotteiden viennissä robottiasemille. Lisäksi robottiasemien käyttöastetta pyrittiin nostamaan tutkimalla käsinhitsattavia tuotteita ja siirtämällä niistä robotille soveltuvimmat robottiasemille hitsattavaksi.

Gas tungsten arc welding of NiTi shape memory alloy

Shape memory alloys are characterized by the ability of recovering their initial shape after being deformed and by superelasticity. Since the discovery of these alloys, a new field of interest emerged not only for the scientific community but also to many industries. However, these alloys present poor machinability which constitute a constrain in the design of complex components for new applications. Thus, the demand for joining techniques able to join these alloys without compromising their properties became of great importance to enlarge the complexity of existing applications. Literature shows that these alloys are joined mainly using laser welding. In the present study, similar NiTi butt joints, were produced using TIG welding. The welds were performed in 1.5 mm thick plates across the rolling direction. A special fixture and gas assist device was designed and manufactured. Also a robot arm was adapted to accommodate the welding torch to assure the repeatability of the welding parameters. Welds were successfully achieved without macroscopic defects, such as pores and distortions. Very superficial oxidation was seen on the top surface due to insufficient shielding gas flow on the weld face. The welded joints were mechanically tested and structurally characterized. Testing methods were used to evaluate macro and microstructure, as well as the phase transformation temperatures, the mechanical single and cyclic behaviour and the shape recovery ability. Differential Scanning Calorimetry (DSC), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), microhardness measurements were techniques also used to evaluate the welded joints. A depletion in Ni in the fusion zone was seen, as well as a shift in Ms temperature. For strain values of 4% the accumulated irrecoverable strain was of about 30% and increased with the strain imposed during cycling. Nevertheless, a complete recovery of initial shape was observed when testing the shape memory effect on a dedicated device that introduces a deformation of 6.7%. That is, the welding procedure does not remove the ability of the specimens to recover their initial shape.

Effect of laser welding on the titanium composite tensile bond strength

The aim of this study was to analyze the shear bond strength between commercially pure titanium, with and without laser welding, after airbone-particle abrasion (Al2O3) and 2 indirect composites. Sixty-four specimens were cast and divided into 2 groups with and without laser welding. Each group was divided in 4 subgroups, related to Al2O3 grain size: A - 250 µm; B - 180 µm; C- 110 µm; and D - 50 µm. Composite rings were formed around the rods and light polymerized using UniXS unit. Specimens were invested and their shear bond strength at failure was measured with a universal testing machine at a crosshead speed of 2.0 mm/min. Statistical analysis was carried out with ANOVA and Tukey's test (α=0.05). The highest bond strength means were recorded in 250 µm group without laser welding. The lowest shear bond strength means were recorded in 50 µm group with laser welding. Statistically significant differences (p<0.05) were found between all groups. In conclusion, airborne particle abrasion yielded significantly lower bond strength as the Al2O3 particle size decreased. Shear bond strength decreased in the laser welded specimens.

Welding and rheomorphism of phonolitic fallout deposits from the Las Canadas caldera, Tenerife, Canary Islands

The Las Canadas caldera is a nested collapse caldera formed by the successive migration and collapse of shallow magmatic chambers. Among the pyroclastic products of this caldera are phonolitic fallout deposits that crop out in the caldera wall and on the extracaldera slopes. These deposits exhibit an uninterrupted facies gradation from nonwelded to lava-like and record continuous volcanic deposition. Densely welded and lava-like facies result from the extreme attenuation and complete homogenization of juvenile clasts that destroy original clast outlines and any evidence of fallout deposition. Agglutination contributes significantly to the final degree of flattening observed in the welded facies. After deposition, rheomorphic flowage occurs. Emplacement temperatures for one of the welding sequences are calculated from magmatic temperatures and a model of tephra cooling during fallout. Results are 486 degreesC for the nonwelded facies and 740 degreesC for the moderately welded facies. For the same welding sequence, a cooling time between 25 and 54 days is estimated from published experimental and computational data as the possible duration of welding and rheomorphism. Following deposition and agglutination, the lava-like pyroclastic facies had the rheological properties of viscous lavas and flowed down the outer slopes away from the caldera. Some lava-like masses detached from proximal areas to more distal regions. During deposition, the eruptive style evolved from Plinian fallout to fountain-fed spatter deposition. This evolution was accompanied by a decrease in explosive power and a lower height of the eruptive column, which produce higher emplacement temperatures and more effective heat retention of pyroclasts.

Comparison of deposited surface area of airborne ultrafine particles generated from two welding processes

This article describes work performed on the assessment of the levels of airborne ultrafine particles emitted in two welding processes metal-active gas (MAG) of carbon steel and friction-stir welding (FSW) of aluminium in terms of deposited area in alveolar tract of the lung using a nanoparticle surface area monitor analyser. The obtained results showed the dependence from process parameters on emitted ultrafine particles and clearly demonstrated the presence of ultrafine particles, when compared with background levels. The obtained results showed that the process that results on the lower levels of alveolar-deposited surface area is FSW, unlike MAG. Nevertheless, all the tested processes resulted in important doses of ultrafine particles that are to be deposited in the human lung of exposed workers.

Determination of airborne nanoparticles from welding operations

The aim of this study is to assess the levels of airborne ultrafine particles emitted in welding processes (tungsten inert gas [TIG], metal active gas [MAG] of carbon steel, and friction stir welding [FSW] of aluminum) in terms of deposited area in pulmonary alveolar tract using a nanoparticle surface area monitor (NSAM) analyzer. The obtained results showed the dependence of process parameters on emitted ultrafine particles and demonstrated the presence of ultrafine particles compared to background levels. Data indicated that the process that resulted in the lowest levels of alveolar deposited surface area (ADSA) was FSW, followed by TIG and MAG. However, all tested processes resulted in significant concentrations of ultrafine particles being deposited in humans lungs of exposed workers.

Characterization of airborne particles generated from metal active gas welding process

This study is focused on the characterization of particles emitted in the metal active gas welding of carbon steel using mixture of Ar + CO2, and intends to analyze which are the main process parameters that influence the emission itself. It was found that the amount of emitted particles (measured by particle number and alveolar deposited surface area) are clearly dependent on the distance to the welding front and also on the main welding parameters, namely the current intensity and heat input in the welding process. The emission of airborne fine particles seems to increase with the current intensity as fume-formation rate does. When comparing the tested gas mixtures, higher emissions are observed for more oxidant mixtures, that is, mixtures with higher CO2 content, which result in higher arc stability. These mixtures originate higher concentrations of fine particles (as measured by number of particles by cm 3 of air) and higher values of alveolar deposited surface area of particles, thus resulting in a more severe worker's exposure.

The effect of metal transfer modes and shielding gas composition on the emission of ultraafine particles in MAG steel welding

The present study aims to characterize ultrafine particles emitted during gas metal arc welding of mild steel and stainless steel, using different shielding gas mixtures, and to evaluate the effect of metal transfer modes, controlled by both processing parameters and shielding gas composition, on the quantity and morphology of the ultrafine particles. It was found that the amount of emitted ultrafine particles (measured by particle number and alveolar deposited surface area) are clearly dependent from the main welding parameters, namely the current intensity and the heat input of the Welding process. The emission of airborne ultrafine particles increases with the current intensity as fume formation rate does. When comparing the shielding gas mixtures, higher emissions were observed for more oxidizing mixtures, that is, with higher CO2 content, which means that these mixtures originate higher concentrations of ultrafine particles (as measured by number of particles. by cubic centimeter of air) and higher values of alveolar deposited surface area of particles, thus resulting in a more hazardous condition regarding welders exposure.

Emission of airborne ultrafine particles during welding of steel plates

The present study is focused on the characterization of ultrafine particles emitted in welding of steel using mixtures of Ar+CO2, and intends to analyze which are the main process parameters which may have influence on the emission itself. It was found that the amount of emitted ultrafine particles (measured by particle number and alveolar deposited surface area) are clearly dependent from the distance to the welding front and also from the main welding parameters, namely the current intensity and heat input in the welding process. The emission of airborne ultrafine particles seem to increase with the current intensity as fume formation rate does. When comparing the tested gas mixtures, higher emissions are observed for more oxidant mixtures, that is, mixtures with higher CO2 content, which result in higher arc stability. The later mixtures originate higher concentrations of ultrafine particles (as measured by number of particles by cm3 of air) and higher values of alveolar deposited surface area of particles, thus resulting in a more hazardous condition regarding worker's exposure. © 2014 Sociedade Portuguesa de Materiais (SPM). Published by Elsevier España, S.L. All rights reserved.

Emissions of nanoparticles during friction stir welding (FSW) of aluminium alloys

Friction stir welding (FSW) is now well established as a welding process capable of joining some different types of metallic materials, as it was (1) found to be a reliable and economical way of producing high quality welds, and (2) considered a "clean" welding process that does not involve fusion of metal, as is the case with other traditional welding processes. The aim of this study was to determine whether the emission of particles during FSW in the nanorange of the most commonly used aluminum (Al) alloys, AA 5083 and AA 6082, originated from the Al alloy itself due to friction of the welding tool against the item that was being welded. Another goal was to measure Al alloys in the alveolar deposited surface area during FSW. Nanoparticles dimensions were predominantly in the 40- and 70-nm range. This study demonstrated that microparticles were also emitted during FSW but due to tool wear. However, the biological relevance and toxic manifestations of these microparticles remain to be determined.