Insinööritieteiden maisteriohjelma
Liikkuvan teräsveistoksen
elinkaaripohjainen suunnittelu
Topi Termonen
Diplomityö 2021
Copyright ©2021 Topi Termonen
3 Tekijä Topi Termonen
Työn nimi Liikkuvan teräsveistoksen elinkaaripohjainen suunnittelu Koulutusohjelma Konetekniikka
Vastuuopettaja/valvoja Professori Petri Kuosmanen Työn ohjaaja(t) Diplomi-insinööri Petja Lindström Yhteistyötaho Hefmec Engineering Oy
Päivämäärä 5.11.2021 Sivumäärä 59+3 Kieli suomi
Tiivistelmä
Perinteisten veistosten lisäksi myös liikettä hyödyntäviä teoksia suunnitellaan erilaisten kohtaamispaikkojen vetonauloiksi. Mekaanisen liikkeen lisääminen tuo kuitenkin tekniikan aikaisempaa isommaksi osaksi taiteen rinnalle, koska tekninen ratkaisu on suunniteltava, sitä on huollettava ja se tulee aikanaan hävittää. Tämän työn tavoitteena oli suunnitella liikkuva teräsveistos elinkaaren ehdoilla, jotta suunnittelun lisäksi myös huoltaminen ja hävittäminen tulevat huomioiduksi.
Työn aluksi perehdyttiin yleisesti elinkaariteoriaan sekä luotiin yleisymmärrys käytettäviin menetelmiin, koneiden kunnossapitoon, tyypillisiin mekaniikan komponentteihin sekä suunnittelun määräyksiin. Seuraavaksi luotiin kirjallisuuskatsauksen perusteella kaksi ratkaisuvaihtoehtoa teoksen mekaanisen liikkeen toteuttamiseksi. Ratkaisuvaihtoehtojen arviointi tehtiin pistearviomenetelmällä, jonka avulla voitiin huomioida elinkaaren eri osa- alueita. Lopputuloksena sähköinen järjestelmä valittiin jatkokehitykseen.
Sähköiselle järjestelmälle luotiin kunnossapitosuunnitelma ja määritettiin alustava hävittämismenetelmä. Kunnossapitosuunnitelman luomiseen hyödynnettiin RCM- menetelmää (Reliability-Centered maintenance, RCM). Menetelmän lopputuloksena tunnistettiin mahdolliset vikakohdat, joiden perusteella muodostettiin ennakoiva kunnossapitosuunnitelma. Työn lopuksi määritettiin vielä alustava hävittämismenetelmä, joka on tässä tapauksessa kaksiosainen. Ensiksi veistos muutetaan staattiseksi, jonka jälkeen se lopulta puretaan materiaalit kierrättäen.
Menetelmien soveltaminen onnistui kokonaisuudessaan hyvin. Työssä pystyttiin määrittämään perusteltu konsepti teoksen toiminnallisuuden saavuttamiseksi. Tämän lisäksi teoksen toiminnallisuus saadaan säilytettyä työssä esitetyn kunnossapitosuunnitelman avulla ja alustava hävittämismenetelmä on mietitty. Seuraava vaihe on edetä teoksen toteutussuunnitteluun, jossa veistokselle laaditaan valmistuspiirustukset ja tehdään CE-merkintään vaaditut toimenpiteet.
Avainsanat Elinkaari, teräsveistos, suunnittelu, RCM
4 Author Topi Termonen
Title of thesis Lifecycle oriented design of a kinetic steel sculpture Programme Mechanical Engineering
Thesis supervisor Professor Petri Kuosmanen Thesis advisor(s) Petja Lindström, M.Sc (Tech.) Collaborative partner Hefmec Engineering Oy
Date 5.11.2021 Number of pages 59 +3 Language Finnish
Abstract
In addition to traditional sculptures, works that utilize movement are also designed as attractions for different meeting places. However, the addition of mechanical movement brings technology to a greater extent than before, alongside art, because the technical solution must be designed, maintained, and eventually disposed of. The aim of this thesis was to design a moving steel sculpture in terms of life cycle, so that in addition to design, maintenance and disposal are also taken into account.
At the beginning of the study, life cycle theory and the methods to be used were
introduced. Moreover, machine maintenance, typical mechanical components and design regulations were explained. Then, based on the literature review, two concepts were created as the solution to the mechanical movement of the sculpture. The evaluation of the concepts was carried out using a scoring method, which made it possible to take into account different aspects of the life cycle. As a result, the electronic concept was selected for further development.
A maintenance plan and a preliminary disposal method were created for the electric concept. The preventive maintenance plan was created with RCM method which relies on possible failure modes. At the end of the work, a preliminary disposal method was
determined, which in this case consists of two phases. First, the sculpture is converted from kinetic to static, but eventually the sculpture will be dismantled, and the materials will be recycled.
Overall, the selected methods were well applied. In this study, a justified concept for the mechanical movement was created. In addition to this, the functionality of the work can be maintained with the created maintenance plan, and a preliminary method of disposal has been considered. The next step would be to proceed in the implementation phase of the project, where the technical drawings are created and the actions for the CE marking are done.
Keywords Lifecycle, steel sculpture, design, RCM
5 Sisällys
ESIPUHE ... 7
MERKINNÄT ... 8
LYHENTEET ... 9
1 JOHDANTO ... 10
1.1 TAUSTA ... 10
1.2 TUTKIMUSONGELMA ... 11
1.3 TYÖN TAVOITE JA RAJAUS ... 11
1.4 TUTKIMUSMENETELMÄT ... 11
2 KIRJALLISUUSKATSAUS ... 12
2.1 ELINKAARIAJATTELU ... 12
2.1.1 Suunnittelu ... 13
2.1.2 Käyttö ... 15
2.1.3 Hävittäminen ... 16
2.2 KONEIDEN KUNNOSSAPITO ... 17
2.2.1 Kunnossapitosuunnitelmat ... 17
2.2.2 Ennakoivan kunnossapidon suunnittelun periaatteet... 19
2.2.3 Luotettavuuskeskeinen kunnossapito ... 19
2.2.4 Tarkastusvälien määrittäminen ... 22
2.3 TYYPILLISIÄ VOIMANSIIRRON KOMPONENTTEJA ... 23
2.3.1 Moottorit ... 23
2.3.2 Kytkimet ... 24
2.3.3 Vaihteistot ... 25
2.3.4 Jarrut ... 25
2.3.5 Sähkö- ja hydraulijärjestelmän vertailu ... 26
2.4 TERÄSVEISTOKSEN SUUNNITTELUA KOSKEVAT MÄÄRÄYKSET ... 27
2.4.1 CE-merkintä ... 27
2.4.2 Standardi ja harmonisoitu tuotestandardi ... 28
2.4.3 Rakennustuoteasetus 305/2011 ... 28
2.4.4 Konedirektiivi 2006/42/EY ... 28
2.5 SUUNNITTELUN TUKENA KÄYTETTÄVÄ STANDARDOINTI ... 29
3 SUUNNITTELU ... 31
3.1 SUUNNITTELUVAIHEEN KÄYNNISTÄMINEN ... 31
3.2 VAATIMUSLISTA JA VAATIMUSTEN ASETTAMINEN ... 31
3.3 TEOKSEEN VAIKUTTAVAT KUORMITUKSET ... 33
3.3.1 Tuulikuorma ja vaadittu pyöritysmomentti ... 33
3.3.2 Pulttikehää kuormittava taivutusmomentti ... 34
3.3.3 Kehän massan vaikutus... 35
3.4 KONSEPTISUUNNITTELU ... 35
3.4.1 Ratkaisuvaihtoehto 1 - sähköjärjestelmä... 35
3.4.2 Ratkaisuvaihtoehto 2 - hydraulijärjestelmä ... 38
3.4.3 Ratkaisuvaihtoehtojen vertailu ... 40
3.4.4 Ratkaisuvaihtoehdon valinta ... 42
3.5 SUUNNITTELUVAIHEEN LOPETTAMINEN ... 44
6
4 KÄYTTÖ JA HÄVITTÄMINEN... 46
4.1 VEISTOKSEN KÄYTTÄMINEN ... 46
4.2 KUNNOSSAPITOSUUNNITELMAN VALINTA ... 47
4.3 VIKAKOHTIEN TUNNISTAMINEN ... 47
4.4 LAITEKOHTAISTEN KUNNOSSAPITOTOIMIEN MÄÄRITTÄMINEN ... 51
4.5 KUNNOSSAPITOTOIMIEN SUORITTAMINEN KÄYTÄNNÖSSÄ ... 52
4.6 TARKASTUSVÄLIN MÄÄRITTÄMINEN... 52
4.7 TEOKSEN HÄVITTÄMISVAIHE ... 53
5 POHDINNAT ... 54
5.1 VASTAAVUUS TUTKIMUSONGELMAAN ... 54
5.2 VASTAAVUUS KIRJALLISUUTEEN ... 55
5.3 MAHDOLLISET LISÄSELVITYKSET ... 55
5.4 TEOKSEN TOTEUTUSVAIHE ... 56
6 YHTEENVETO ... 57
LÄHTEET ... 59 LIITTEET
7
Esipuhe
Aloitin työskentelyn Hefmec Engineering Oy:ssä vuoden 2020 lopussa, jolloin olin myös juuri aloittanut maisteriopinnot. Sopiva diplomityöaihe ilmaantui eteeni kuitenkin jo keväällä 2021, mihin päätin tarttua pienen rohkaisun saattelemana. Näin ollen haluan kiittää Hefmecin johtoa tuesta ja mahdollisuudesta tämän diplomityön tekemiseen.
Tämä diplomityö on tehty osana liikkuvan teräsveistoksen yleissuunnitteluprojektia.
Työskentely on siis tapahtunut osana mahtavaa työyhteisöä, joka on ollut erittäin suuri voimavara työn edistämiseksi. Näin ollen haluan kiittää kaikkia Hefaistoksia, jotka ovat antaneet tukensa tämän työn loppuun saamiseksi.
Erityiskiitos kuuluu kuitenkin työni ohjanneelle Petja Lindströmille, kuka jaksoi haastaa ideoita, mutta myös antaa suuntaviivoja niitä tarvittaessa. Tämän lisäksi kiitän diplomityöni valvojaa Petri Kuosmasta kiinnostuksesta erikoiseen aiheeseen sekä arvokkaista neuvoista tutkimusprosessin aikana.
Suuren kiitoksen ansaitsee tietysti myös teoksen luonut Taitelija Johanna Rope.
Ainutlaatuisen teoksen toiminnallisuuden suunnittelu oli haastavaa, mutta erittäin antoisaa.
Espoossa 5.11.2021 Topi Termonen
8
Merkinnät
𝐴 ä [𝑚 ] kehän pinta-ala
𝐴 ä [𝑚 ] kehän puolikkaan pinta-ala
𝐹 [𝑁] voiman pystykomponentti
𝐹 [𝑁] radiaalinen kuormitus
𝐹 [𝑁] voiman vaakakomponentti
𝐹 _ [𝑁/𝑚 ] tuulen puuskapaine
𝑓 [] huoltokerroin
𝑀 [𝑁𝑚] momentti
𝑀 [𝑁𝑚] maksimipyöritysmomentti
𝑀 [𝑁𝑚] taivutusmomentti
𝑀 [𝑁𝑚] tuulen aiheuttama pyöritysmomentti
𝑟 [𝑚] kehän ulkohalkaisija
𝑟 ä [𝑚] kehän sisähalkaisija
9
Lyhenteet
AC Vaihtovirta (engl. Alternative Current) DC Tasavirta (engl. Direct Current)
CE (ransk. Conformité Européenne)
CEN Eurooppalainen standardoimisjärjestö (ransk. Comité Européen de Normalisation)
IEC (engl. International Electro-technical Comission) LCA Elinkaariarviointi (engl. Life-Cycle Assessment)
MTBF Keskimääräinen aika vikaantumisten välillä (engl. Mean time between failures)
NEMA (engl. National Electrical Manufacturers Association)
RCM Luotettavuuskeskeinen kunnossapito (engl. Reliability-Centered Maintenance)
T Toive
V Vaatimus
VV Vähimmäisvaatimus
10
1 Johdanto 1.1 Tausta
Taiteen on todettu edistävän hyvinvointia. Niinpä julkisille paikolle sijoitettavan taiteen suosio on kasvanut kunnissa. Perinteisten veistosten lisäksi myös liikettä hyödyntäviä teoksia suunnitellaan erilaisten kohtaamispaikkojen vetonauloiksi. Mekaanisen liikkeen lisääminen tuo kuitenkin tekniikan aikaisempaa isommaksi osaksi taiteen rinnalle.
Nykyisissä taideteoksissa otetaan monesti kantaa ihmiskunnan akuutteihin haasteisiin.
Tässä tapauksessa kuvan 1 mukaisella teräsveistoksella halutaan viestiä tietynlaisesta järjettömyydestä. Teoksen kehä pyörii ja kuluttaa energiaa liikkeeseen, jota ilmankin pärjättäisiin. Tämän lisäksi teos vaatii huoltoa ja se tulee myös aikanaan hävittää.
Uutta tuotetta, kuten liikkuvaa teräsveistosta, suunnitellessa on syytä lähteä liikkeelle systemaattisesti noudattamalla tiettyä mallia. Esimerkiksi elinkaaren ehdoilla tehty suunnittelu kattaa monipuolisesti eri näkökulmia. Elinkaariteorian mukaisesti laite tulee suunniteltua huolella, mutta myös sen käyttöön ja hävittämisvaiheeseen otetaan kantaa.
Koneet vaativat käytön ohella kunnossapitoa, jotta ne pysyvät toimintakuntoisena määritetyn elinkaaren ajan. Näin ollen koneellisesti toteutettu liike luo tarpeen säännölliselle kunnossapidolle. Riittävä kunnossapito varmistetaan laatimalla sopiva kunnossapitosuunnitelma.
Kuva 1 Liikkuvan teräsveistoksen periaatekuva.
11
1.2 Tutkimusongelma
Tutkimus on tehty Hefmec Engineering Oy:ssä osana liikkuvan teräsveistoksen yleissuunnitteluprojektia. Tutkittavassa teoksessa on suuri ympyrän muotoinen kehä, jonka tulee pyöriä jatkuvasti kahden korkean teräspilarin varassa. Teoksen suunnittelussa on siis otettava huomioon sopivat komponenttivalinnat, jotta kehä saadaan pyörimään luotettavasti vaihtelevissa sääolosuhteissa. Toisaalta teoksen käyttövaihe riittävine huoltoineen on määritettävä huolellisesti, jotta haluttu toiminnallisuus säilyy läpi määrätyn käyttöiän. Tämän lisäksi julkisena virkistyshankkeena myös käyttöiän jälkeiset toimenpiteet tulee alustavasti määrittää.
1.3 Työn tavoite ja rajaus
Tutkimuksen tavoitteena on suunnitella liikkuva teräsveistos elinkaaren ehdoilla.
Tutkimuksen teoriaosuudessa käydään läpi tuotteiden elinkaariteoriaa, ennakoivaa kunnossapitoa, tyypillisiä mekaniikan komponentteja, suunnittelun määräyksiä sekä projektia koskevaa standardointia. Työn kokeellisessa osuudessa suunnitellaan elinkaariteorian pohjalta kaksi konseptia veistoksen mekaanisen liikkeen toteuttamiseksi, joista parempi etenee projektin toteutusvaiheeseen. Lopulta valitulle konseptille luodaan kunnossapitosuunnitelma ja määritetään alustava hävittämismenetelmä.
Teoksen perustusten suunnittelu, rakenteiden lujuuslaskenta sekä geotekniset näkökulmat rajataan tutkimuksen ulkopuolelle. Lisäksi teoksen sähköinen ohjaus esitellään ainoastaan periaatetasolla. Suunnittelun viimeistelyvaiheeseen liittyvät asiat, kuten käyttöohjeet ja valmistuspiirustukset eivät myöskään sisälly tähän tutkimukseen.
1.4 Tutkimusmenetelmät
Tutkimuksen rakenne muodostuu kirjallisuuskatsauksen, pistearviomenetelmän ja RCM- menetelmän ympärille (Reliability-Centered maintenance, RCM). Kirjallisuuskatsauksessa luodaan yleisymmärrys käytettäviin menetelmiin, tuotteen elinkaareen sekä tekniikkaa sisältävän taideteoksen suunnittelun vaatimuksiin. Kolmannessa luvussa luodaan teoriatiedon pohjalta kaksi konseptia, joita vertaillaan pistearviomenetelmällä. Neljännessä luvussa paremmasta konseptista luodaan RCM-menetelmän avulla kunnossapitosuunnitelma. Lopulta työssä esitellään mahdollisia loppuratkaisuja teoksen elinkaaren päättymisen kynnykselle.
12
2 Kirjallisuuskatsaus
Tässä luvussa tutustutaan tuotteen elinkaariteoriaan, jota sovelletaan läpi työn liikkuvan teräsveistoksen suunnittelussa. Lisäksi tässä luvussa perehdytään koneiden ennakoivaan kunnossapitoon, tyypillisiin mekaniikan komponentteihin, suunnittelun määräyksiin sekä työn kannalta keskeiseen standardointiin. Myöhemmin työssä luodaan teoriatiedon pohjalta kaksi konseptia, joista parempi etenee toteutusvaiheeseen.
2.1 Elinkaariajattelu
Tuotteen elinkaarella tarkoitetaan kaikkia vaiheita, joita se käy läpi alkuperäisen idean ja hävittämisen välillä. Elinkaaren vaiheet jaetaan klassisesti kolmeen yleispätevään osa- alueeseen: suunnitteluun, käyttöön ja hävittämiseen. Nämä osa-alueet ovat helposti sovellettavissa erilaisiin tilanteisiin, sillä elinkaaritutkimuksen kohteena oleva tuote voi olla käytännössä mikä tahansa laite, kone, tuotantolinja tai palvelu. (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 11)
Elinkaaren osa-alueiden sisälle voidaan edelleen luokitella erilaisia toimenpiteitä. Kuvan 2 mukaisesti suunnitteluvaihe pitää sisällään varsinaisen suunnittelun lisäksi myös valmistuksen ja asennuksen. Näin ollen käyttövaihe katsotaan alkaneeksi nimensä mukaisesti vasta tuotteen käyttämisestä. Tämän lisäksi käyttövaiheeseen kuuluu myös huoltaminen. Lopulta hävittämisvaiheeseen lasketaan mahdollinen modernisaatio, kierrätys ja hävittäminen. (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 11)
Tässä työssä tarkastellaan ulos sijoitettavaa mekaanista liikettä sisältävää taideteosta.
Kirjallisuuskatsauksessa luodaan yleiskäsitys tuotteen elinkaariajattelulle, jonka pohjalta Kuva 2 Elinkaaren osa-alueet ja näiden sisältämät tapahtumat.
13
teos suunnitellaan. Suunnittelussa käydään läpi myös teoksen käyttövaihe huoltoineen aina hävittämispäätöksiin asti. Seuraavissa luvuissa tutustutaan tarkemmin, mitä kukin elinkaariteorian vaihe pitää sisällään.
2.1.1 Suunnittelu
Elinkaaripohjainen suunnittelu on systemaattista päätöksentekoa tuotteen teknisten, taloudellisten ja ekologisten vaatimusten täyttämiseksi koko tuotteen elinkaaren ajalle.
Suunnittelun tavoitteena on saavuttaa tuotteella maksimaalinen asiakasarvo, mutta pitää silti sen taloudelliset, ekologiset ja sosiaaliset kulut mahdollisimman pieninä. (Niemann J.
& Pisla A 2021, s. 20) Elinkaariteorian perusteella pelkästään teknisesti toimiva laite ei siis ole riittävä, vaan parhaassa lopputuloksessa myös ympäristöystävällisyys ja taloudelliset seikat otetaan huomioon aina tuotteen hävittämiseen asti.
Suunnitteluvaiheella on suuri merkitys tuotteen koko elinkaareen, koska 70 – 85 % tuotteen kokonaiskustannuksista lyödään lukkoon suunnittelussa. Suunnitteluvaiheessa voidaan pienellä vaivalla vaikuttaa päätöksiin, jotka kuitenkin liittyvät merkittävästi tuotteen kokonaiskustannuksiin. Nämä päätökset voivat liittyä esimerkiksi tuotteen ulkomuotoon, toimintoihin, materiaalivalintoihin, ostokomponentteihin tai tuotantotekniikoihin.
(Niemann J. & Pisla A 2021, s. 17) Toisaalta, myös ekologiset seikat korostuvat materiaalivalinnoissa ja tuotantomenetelmissä. Tietyt materiaalit ovat haastavia hävittää ja eri tuotantomuotojen energiakulutuksissa on eroja. Seuraavaksi perehdytään tarkemmin tuotteen suunnitteluprosessiin, jonka pohjalta edellä mainittuja suunnittelupäätöksiä tehdään.
Suunnittelu on luovaa ja monitahoista työtä, jolloin parhaan lopputuloksen saavuttamiseksi on kehitetty erilaisia suunnittelumenetelmiä (Jokinen T. 2001, s.10). Yleinen lähtökohta onnistuneelle suunnittelulle onkin neljävaiheinen menettelytapa, joka muodostuu käynnistämisestä, luonnostelusta, kehittämisestä ja viimeistelystä. (Jokinen T. 2001, s.14) Oikein suoritettu suunnitteluprosessi näkyy todennäköisesti tuotteen alempina kustannuksina ja pidempänä elinikänä (Jokinen, T. 2001, s.10).
Käynnistämisvaiheen tärkein tehtävä on tehdä päätös tuotteen kehitysprosessin aloittamisesta. Myönteisen päätöksen taustalla vaikuttaa suunnitellun tuotteen kehittämiskustannukset, työterveydelliset ja ympäristönsuojelulliset kysymykset.
Kaupallisten tuotteiden osalta otetaan huomioon myös markkinointinäkymät ja taloudelliset tuotot. (Jokinen, T. 2001, s,10) Perusedellytyksenä kehitysprojektin aloittamiselle on kuitenkin tarve tuotteelle ja mielikuva sen toteuttamisesta (Jokinen, T 2001. s.17). Luonnosteluvaihe alkaa, mikäli tuotteelle on tarve vielä edellä mainittujen kysymysten esittämisen jälkeen.
Luonnosteluvaiheessa tunnistetaan tuotteen tavoite, asetetaan vaatimukset, luodaan ratkaisuvaihtoehdot ja valitaan yksi tai useampi ratkaisuluonnos. Tyypillisesti vaatimusten määrittämiseen hyödynnetään vaatimuslistaa, jonka tärkein tehtävä on listata yksiselitteisesti suunniteltavan tuotteen vaatimukset. Vaatimuslistan jälkeen luodaan ensimmäiset ratkaisuvaihtoehdot halutun kokonaistoiminnon täyttämiseksi.
Monimutkaisissa tapauksissa kokonaistoiminto voidaan jakaa edelleen osatoimintoihin, joille etsitään kokonaistoiminnon tapaan erilaisia ratkaisumahdollisuuksia. Seuraavaksi
14
ratkaisuvaihtoehdot arvostellaan vaatimuslistan kriteerien perustella. Lopulta arvostelun tuloksena saadaan yksi tai useampi ratkaisuluonnos, jonka kehittäminen jatkuu kehittelyvaiheessa. (Jokinen T. 2001, s.14 – 15)
Vaatimuslistan tekeminen huolella on tärkeää, koska hyvän vaatimuslistan perusteella suunniteltu tuote toimii sen käyttötarkoituksessa. Yksiselitteiset ja tarkat vaatimukset, kuten viittaukset standardeihin, direktiiveihin tai tarkat suureet tekevät listasta aukottoman ja kompaktin. Vaatimuslista voi olla esimerkiksi taulukon 1 kaltainen lista, joka pitää sisällään vaatimukset ja niiden luokan. (Aalto-Yliopisto. 2018)
Luokalla erotetaan vaatimukset (V), vähimmäisvaatimukset (VV) ja toiveet (T) toisistaan.
Vaatimukset ovat ominaisuuksia, jotka tulee yksiselitteisesti täyttää.
Vähimmäisvaatimukset ovat ominaisuuksia, jotka tulee täyttää tietyllä tarkkuudella. Toiveet ovat puolestaan ominaisuuksia, joiden puuttuminen ei kaada hanketta, mutta niiden sisällyttäminen on hyvä asia. (Aalto-Yliopisto. 2018)
Taulukko 1 Vaatimuslistaesimerkki yleiseen tapaukseen.
Vaatimuslista
Vaatimus Luokka
Ominaisuuden X tulee olla suureen Y suuruinen. V
Ominaisuuden X tulee olla suurempi kuin Y. VV
Ominaisuus tulee olla väriltään X. T
Ratkaisuvaihtoehtojen arvioinnissa voidaan hyödyntää pistearviomenetelmää.
Pistearviomenetelmässä selvitetään laskennallisesti paras ratkaisu vaatimuksiin ja tavoitteisiin nähden. Menetelmässä arvioidaan vaatimusten merkityksellisyyttä, jonka pohjalta määritetään arvostelukriteerit. Yleisesti kaikki arvostelukriteerit arvioidaan ja painotetaan siten, että painoarvojen summa on yksi. Painoarvojen jälkeen kunkin kriteerin merkityksellisyys arvostellaan taulukon 2 mukaisesti, jossa ideaalinen ominaisuus saa 4 pistettä ja hylättävä ominaisuus 0 pistettä. Lopulta painotetut pisteet voidaan laskea painoarvon ja taulukon pisteiden perustella kullekin ominaisuudelle. (Jokinen, T. 2001, s.78-80)
Lähtökohtaisesti suurimman pistemäärän saanut ratkaisuvaihtoehto täyttää tuotteen vaatimukset parhaiten. Paras pistemäärä ei kuitenkaan takaa parasta lopputulosta, koska pistearviomenetelmä ei ota huonoja ominaisuuksia huomioon riittävän voimakkaasti.
Lopullisessa ratkaisuvaihtoehdon valinnassa on siis syytä tarkastella yhteispistemäärän lisäksi myös huonojen ominaisuuksien jakautumista. (Jokinen, T. 2001, s.78-80)
Taulukko 2 VDI-2225-standardin mukainen pisteytystaulukko.
Merkitys Pisteet
Erittäin hyvä 4
Hyvä 3
Riittävä 2
Juuri hyväksyttävä 1
Hylättävä 0
15
Kehittelyvaiheessa laaditaan kokoonpanoluonnos, jatkojalostetaan tuotteen teknisesti ja taloudellisesti heikkoja kohtia ja luodaan konstruktioehdotus. Kokoonpanoluonnos muodostuu tuotteen esittämisestä mittakaavassa, jolloin yleensä havaitaan teknisesti ja taloudellisesti heikkoja kohtia. Kehittäminen voi olla esimerkiksi materiaalien tai ulkomuodon optimointia erilaisilla matemaattisilla menetelmillä. Kehittämisvaiheen merkitys korostuu, jos kehitettävä tuote on liiketoiminnan kannalta merkittävä. Lopulta tuotteesta laaditaan konstruktioehdotus, kun se täyttää asetetut vaatimukset riittävällä tasolla. (Jokinen, T. 2001, s.15)
Nelivaiheisen menettelytapa päättyy viimeistelyvaiheeseen, jossa luodaan valmistuspiirustukset, osaluettelot, käyttö- ja huolto-ohjeet (Jokinen, T. 2001, s.17). Näin ollen suunnittelun lopussa lyödään lukkoon päätöksiä, joilla on suuri vaikutus tuotteen elinkaaren seuraaviin vaiheisiin. Elinkaaren suunnitteluvaihe päättyy kuitenkin vasta, kun suunniteltu laite on valmistettu ja asennettu (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 11).
Suunnitteluvaiheeseen kannattaa panostaa. Kuvassa 3 havainnollistetaan suunnittelun tärkeyttä elinkaaren kokonaiskustannusten osalta. Kuvaan on kerätty suunnittelun, käytön ja hävittämisen kustannukset pylväsdiagrammeihin. Diagrammeista nähdään, että suunnitteluun panostetut kustannukset maksavat itsensä takaisin matalampina käyttö-, huolto- ja hävittämiskustannuksina.
Kuva 3 Tuotteen elinkaaren kokonaiskustannukset mukaillen Niemann J. & Pisla A. 2021, s.20.
2.1.2 Käyttö
Elinkaaren käyttövaihe koostuu pääasiassa tuotteen käyttämisestä ja huoltamisesta. Tämän lisäksi myös tuoteparannukset ja jälleenmyynti ovat mahdollisia. (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 27) Seuraavaksi perehdytään näiden seikkojen toteutumiseen tuotteen käyttövaiheen aikana.
Tuotetta käytettäessä on huolehdittava sen toimintakunnosta, jotta se säilyy suunnitellun elinkaaren loppuun asti. (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 27) Tämä varmistetaan oikeaoppisella kunnossapidolla, joka voidaan toteuttaa käyttäjän tai ulkopuolisen toimijan toimesta. Käyttäjäkunnossapito vaatii tiedonhakua oikeiden kunnossapitotoimenpiteiden
16
määrittämiseksi, kun taas kunnossapidon kokonaisulkoistamisessa tarvittavat toimenpiteet ostetaan palveluna. (SFS-EN 13306. 2017, s.15-16) Erilaisiin kunnossapitosuunnitelmiin perehdytään tarkemmin luvussa 2.2.
Huolehtimalla tuotteen toiminnasta sen käyttövaiheessa varmistetaan asiakastyytyväisyys, mutta myös saadaan mahdollisesti palautetta tuotteen toiminnasta. Saatua palautetta voidaan hyödyntää tuotteen jatkokehityksessä. Tämän lisäksi edellä mainitut huoltosopimukset ja asiakastyytyväisyydestä huolehtiminen kasvattaa jälleenmyynnin mahdollisuuksia. (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 27)
2.1.3 Hävittäminen
Elinkaaren hävittämisvaiheen alkaminen vaihtelee määritelmästä riippuen. Hävittämisen vaihe voi alkaa hetkestä, jossa tuote ei enää tyydytä alkuperäistä omistajaa tai käyttäjää.
Toisaalta hävittämisen vaihe voidaan katsoa alkavan hetkestä, jossa tuote saavuttaa fyysisen käyttökelvottomuuden. (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 35 – 36) Euroopan komission direktiivissä puolestaan tuotteen katsotaan siirtyvän pois hyödyntämisvaiheesta, kun se luokitellaan jätteeksi. Jätettä puolestaan on aine tai esine, jonka haltija poistaa, aikoo poistaa tai on velvollinen poistamaan käytöstä. (Direktiivi 2008/98/EY, L 312/9) Määritelmän valinnasta huolimatta kaikki tuotteet tulevat joskus käyttöikänsä loppuun, jolloin niiden hävittämisestä tulee huolehtia suunnitellusti.
Hävittämisvaiheeseen siirtyneelle tuotteelle on erilaista hävittämismenetelmiä (end-of-life strategies). Kuhunkin tilanteeseen sopivan hävittämismenetelmän valinta riippuu hävitettävän tuotteen tyypistä, ominaisuuksista ja kunnosta. Myös hävittämismenetelmien määrittely vaihtelee lähteestä riippuen. Seuraavaksi käydään kuitenkin läpi neljä yleisesti käytössä olevaa hävittämismenetelmää, jotka ovat suora uudelleenkäyttäminen, uudelleenmuokkaus, kierrätys tai tuhoaminen.
Suorassa uudelleen käyttämisessä tuote tai sen osat käytetään sellaisenaan samaan tarkoitukseen, johon tuote alun perin suunniteltiin. Kestävän kehityksen kannalta uudelleenkäyttämisen mahdollisuus on erittäin hyvä ratkaisu. Hyödyntämisvaiheen lopussa oleva tuote ei kuitenkaan aina sovellu suoraan uudelleen käytettäväksi. Tällöin omistaja voi tehdä konversion, jossa tuotteen alkuperäistä tarkoitusta muokataan siten, että tuote voi jatkaa toimintaansa. Konversio saattaa vaatia pieniä huolto- tai korjaustöitä, mutta mitään uutta ei varsinaisesti rakenneta. (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 38)
Uudelleenmuokkauksessa tuotteen elinkaarta jatketaan kunnostamalla tuote alkuperäiselle tai jopa paremmalle kuntotasolle. Suorasta uudelleen käyttämisestä poiketen, uudelleenmuokkaus vaatii väistämättä erilaisia tuotantomenetelmiä toimintakyvyn palauttamiseksi. Korjauksen jälkeen tuote vastaa kuitenkin vähintään uutta alkuperäistä tuotetta takuineen. (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 39)
Tuote voidaan kierrättää. Kierrätysasteesta riippuen tuotteen valmistuksessa käytetyt raaka-aineet palautetaan käyttöön sellaisenaan, raaka-aineiksi uustuotantoon. Parhaassa tapauksessa kuitenkin kaikki tuotteen raaka-aineet voidaan käyttää uudelleen uusien tuotteiden valmistuksessa. Kierrätys on kannattavaa niin ekologisesti kuin taloudellisesti.
17
Uusia raaka-aineita ei tarvitse hankkia luonnosta, mutta ei myöskään ostaa markkinoilta.
(Niemann J. & Pisla A 2021, s. 40)
Tuote joudutaan tuhoamaan, mikäli mitään edellä mainituista hävittämismenetelmistä ei voida käyttää. Tuotteesta tulee jätettä, kun sitä ei voida käyttää uudelleen, sen korjaaminen ei ole kannattavaa, eikä sen raaka-aineita voi kierrättää. Näin ollen tuotteen raaka-aineet joko poltetaan varastoituneen energian vapauttamiseksi tai varastoidaan jätteenkeräysasemille. (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 42)
Tuotteen elinkaaren päättymistä voidaan tutkia eri näkökulmista. Taloudellisessa mielessä tuotteen elinkaari voidaan ajatella päättyvän markkinoilta pois vetämiseen. Tällaisessa markkinalähtöisessä menetelmässä jää kuitenkin tuotteen käytönjälkeiset vaiheet tarkemmin määrittämättä. Näin ollen tuotteen käytön jälkeisten vaiheiden tutkimiseksi voidaan valita materiaalivirtaan perustuva menetelmä. Materiaalivirtoihin perustuva menetelmä ottaa huomioon myös ekologisia seikkoja.
2.2 Koneiden kunnossapito
Eurooppalaisessa standardissa SFS-EN 13306:2017 kunnossapito määritellään seuraavasti:
kaikki kohteen elinjakson aikaiset tekniset, hallinnolliset ja liikkeenjohdolliset toimenpiteet, joiden tarkoituksena on ylläpitää tai palauttaa kohteen toimintakyky sellaiseksi, että kohde pystyy suorittamaan vaaditun toiminnon.
Huollettavat tuotteet ovat kuitenkin erilaisia, jolloin huoltamisen toimenpiteet vaihtelevat.
Yleisesti huoltaminen on jaettu neljään ryhmään: huoltoon, tarkastukseen, korjaamiseen ja vaihtamiseen (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 28).
Koneita ja laitteita huolletaan, koska ne kuluvat käytössä. Kuluma itsessään voi johtua monista eri asioista, kuten rakenteen jännityksistä, kitkasta, korroosiosta, väsymisestä, ikääntymisestä tai kavitoinnista. Kulumaa varten on kuitenkin määritetty sallitut kulumavarat. (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 28)
Kulumavaralla tarkoitetaan suunniteltua rajaa, johon tietyn komponentin sallitaan kuluvan.
Kone suunnitellaan pysymään toimintakuntoisena koko kulumavaran alueella.
Kulumavaran loputtua saavutetaan kulumisraja, jolla tarkoitetaan kohtaa, jossa komponentti on kulunut loppuun. Kulumarajan jälkeen komponentin vikaantumisen riski kasvaa merkittävästi. Näin ollen kulumarajan kohdalla komponentti tulee huoltaa tai vaihtaa suunnitellusti. (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 28)
2.2.1 Kunnossapitosuunnitelmat
Kunnossapitosuunnitelma on ennalta määritetty konsepti, joka pyrkii teknisten ja taloudellisten näkökulmien pohjalta ylläpitämään tietyn kohteen toiminnallisuutta (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 29). Yleisesti kunnossapito voidaan jakaa kuvan 4 mukaisesti ennakoivaan ja korjaavaan kunnossapitoon. Toisaalta ennakoiva kunnossapito voidaan
18
jakaa edelleen kuntoon perustuvaan ja jaksotettuun menetelmään. (Järviö J. et al. 2007, s.
47) Seuraavaksi esitellään lyhyesti kunkin konseptin tunnusomaiset piirteet.
Korjaavassa kunnossapidossa huolto suoritetaan siinä vaiheessa, kun kohteena olevaan laitteeseen tulee vika. Menetelmä ei vaadi käyttäjältä erityisiä toimenpiteitä, joten se on helposti otettavissa käyttöön. Menetelmää ei kuitenkaan voi soveltaa, mikäli vikaantumisesta seuraa merkittäviä tappioita tai sen seurauksena on mahdollisuus loukkaantua. (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 29)
Jaksotettu kunnossapito perustuu määrättyihin tarkastusväleihin. Kohteen kuntoa seurataan tietyillä tarkastusväleillä, jotka voivat perustua esimerkiksi suorituskyvyn tai työnjäljen seurantaan. Menetelmän etuna onkin vikatilojen tunnistamisen mahdollisuus ennen varsinaista vikatilaa. Näin ollen menetelmä on hyvä erityisesti, jos vikaantumisesta aiheutuu suuret taloudelliset kustannukset tai hengenvaara. Menetelmä ei kuitenkaan eliminoi vikaantumisen mahdollisuutta, mutta riski yllättävään vikaantumiseen pienenee merkittävästi. Menetelmän implementointi vaatii vikatilojen, kohteen toiminnan ja elinkaaren tuntemista. (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 29-30)
Kuntoon perustuvassa kunnonvalvonnassa nojaudutaan määritettyyn tilaan. Tässä menetelmässä huolto tehdään siinä vaiheessa, kun kohde on saavuttanut ennalta määritetyn kulumarajan. Kohdan 2.2 mukaisesti komponentit on suunniteltu toimimaan normaalisti kulumarajaan asti. Näin ollen säännöllisellä seurannalla vikaantumisen riskiä saadaan Kuva 4 Kunnossapitolajit (soveltaen SFS-EN 13306. 2017)
19
pienennettyä. Menetelmä vaatii kuitenkin asianmukaisen mittalaitteiston, pätevän mittaushenkilön ja tietotaitoa kohteen kulumisesta. (Niemann J. & Pisla A 2021, s. 31) 2.2.2 Ennakoivan kunnossapidon suunnittelun periaatteet
Ennakoiva kunnossapidon suunnittelu on haastavaa. Perinteisesti kunnossapitosuunnitelmat on tehty ainoastaan valmistajien ohjeiden sekä omien kokemusten mukaan, jolloin kunnossapitoa tehdään merkittävästi liikaa. Näin ollen ylihuoltamisen estämiseksi on oleellista tuntea prosessit ja laitteet. (Järviö J. et al. 2007, s.
123)
Laitteiden lisäksi on kuitenkin syytä tuntea myös oikeat huoltomenetelmät. Kone saatetaan avata ainoastaan sen toimintakunnon havaitsemiseksi, vaikka toimintakunto voidaan joskus todeta myös koneen käydessä. Tarpeettomalla purkamisella voidaankin jopa lisätä vikaantumisen todennäköisyyttä. Näin ollen kunnossapito on syytä kohdistaa kriittisiin kohteisiin ja keskittyä löytämään näille parhaat kunnossapitomenetelmät. (Järviö J. et al.
2007, s. 75, 123)
Toisaalta kunnossapitotyöt tulee aikatauluttaa. Tietyissä tapauksissa kunnossapitotöiden suorittamisaika on kriittinen, jolloin töille voidaan asettaa tavoiteaika. Tavoiteajan avulla töiden tekemisen tehokkuutta voidaan seurata ja kehittää. Mahdollisimman tehokkaasti suoritetut tehtävät näkyvät pienempinä kunnossapidon kustannuksina. Tämän lisäksi työt on hyvä järjestää sisällön osalta mielekkäiksi kokonaisuuksiksi, jolloin niiden suorittamiseen ei kulu turhaa aikaa. (Järviö J. et al. 2007, s.83)
Kriittisten huoltokohteiden ja kunnossapitotoimenpiteiden tunnistamiseksi on kehitetty erilaisia työkaluja. Näillä työkaluilla kunnossapito voidaan suunnitella siten, että vikatilat eivät aiheuta riskitilanteita. (Järviö J. et al. 2007, s.123 – 124) Seuraavassa luvussa esitellään RCM-menetelmää, joka on yksi työkalu ennakoivan kunnossapitosuunnitelman luomiseksi.
2.2.3 Luotettavuuskeskeinen kunnossapito
Kunnossapidon määritelmän mukaisesti huollettavan kohteen toiminnallisuutta ylläpidetään erilaisilla toimenpiteillä. Etenkin uusien koneiden kohdalla ei kuitenkaan ole valmiita toimenpiteitä, jotka muodostaisivat halutun kunnossapitosuunnitelman rungon.
Näin ollen kunnossapitosuunnitelman luomiseen on kehitetty systemaattinen RCM- menetelmä, jota kutsutaan myös luotettavuuskeskeiseksi kunnossapidoksi (Moubray 1997, s. 7).
Luotettavuuskeskeinen kunnossapito on siis menetelmä ennakoivan kunnossapito- ohjelman muodostamiseksi. Menetelmässä määritetään toimenpiteet, joiden avulla tarkasteltavan kohteen toiminnallisuus säilyy sen toimintaympäristössä.
Huoltotoimenpiteiden määrittäminen perustuu seitsemään vaiheeseen, joiden avulla prosessia viedään eteenpäin. (Moubray 1997, s. 7 & Regan, N 2012, s. 22)
20
1. Toiminnot (Functions): Mitkä ovat tarkasteltavan kohteen toiminnot, ja vaaditut suorituskykyvaatimukset sen toimintaympäristössä?
2. Vikatilat (Functional Failures): Millä tavoilla kohde voi epäonnistua vaadittujen toimintojen täyttämisessä?
3. Vikatilojen syyt (Failure modes): Mikä aiheuttaa kunkin virhetilanteen?
4. Vikatilojen vaikutus (Failure effects): Mitä tapahtuu kunkin virhetilanteen aikana?
5. Vikatilojen seuraukset (Failure Consequences): Mitä seurauksia kustakin virhetilanteesta aiheutuu?
6. Ennakoivat huoltotoimet (Proactive Maintenance and Intervals): Mitä voidaan tehdä virhetilanteiden ennustamiseksi tai estämiseksi?
7. Toimenpide (Default Strategies): Mitä tehdä, jos sopivaa ennaltaehkäisykeinoa ei löydy?
Ensimmäisellä kysymyksellä lähdetään liikkeelle tunnistamalla kohteen perimmäinen tehtävä, eli asia, jonka toimintaa halutaan ylläpitää. Tämän jälkeen kysymyksillä kaksi ja kolme perehdytään mahdollisiin vikatiloihin ja niiden syihin. (Moubray 1997, s. 7) Tyypillisesti vikatilojen tunnistaminen aloitetaan pohtimalla olosuhteet, jossa vikaantuminen voi tapahtua. Vasta tämän jälkeen selvitetään mikä tilanne tai tapahtuma voi aiheuttaa kyseessä olevan vikaantumisen. (Järviö J. et al. 2007, s. 128) Vikakohtien ympärille rakentuva menetelmä on tehokas työkalu etenkin tuntemattomille tuotteille, koska vikakohtien analysoimisesta on helppo lähteä liikkeelle myös uusien teknologioiden kohdalla. (Kunttu S. et al. 2006, s. 3 – 4)
Neljännessä vaiheessa pohditaan kunkin vikatilan vaikutusta. Vaikutusten määrittelyn tukena voidaan käyttää yleisiä kysymyksiä, jotka käsittelevät vaikutuksia eri näkökulmista.
Näitä näkökulmia ovat vikaantumisen näkyvyys, riskit ympäristölle tai terveydelle ja vikaantumisen vaikutus laitteen toimintaan. (Järviö J. et al. 2007, s. 129)
Vikatilojen yksityiskohtainen analysointi tuottaa usein lukuisia mahdollisia vikaantumistapoja. Näin ollen seurauksiltaan suurimpien vikatilojen tunnistamiseksi vikatilat kannattaa luokitella. Pakottamalla seuraukset jäsenneltyyn muotoon, tunnistetaan kunnossapidon kannalta merkittävimmät seuraukset. (Järviö J. et al. 2007, s. 129)
Järviö (2007, s.129) luokittelee vikojen seuraukset viiteen ryhmään, jotka ovat piilevät seuraukset, ympäristö- ja turvallisuusseuraukset, sekä toiminnalliset ja ei-toiminnalliset seuraukset. Vastaavasti Regan (2012, s.126) luokittelee vikojen seurauksia turvallisuuden, ympäristön, toiminnallisuuden ja ei-toiminnallisuuden perusteella. Reganin lähestymistavassa kaikki neljä seuraustyyppiä voivat kuitenkin olla piileviä tai näkyviä.
21
Kunkin vikakohdan seurauksen luokittelun ja sopivan kunnossapitotoimenpiteen määrittämisen apuna käytetään päätöksentekokaaviota. Päätöksentekokaavion runko muodostuu kuvan 5 mukaisesti edellä kuvatuista seurausluokista. Tämän jälkeen kaavion lohkot jatkuvat erilaisilla kunnossapitolajeilla, joita ovat ennakoiva kunnonvalvonta, aikataulutettu korjaus- ja vaihtotoimenpide sekä näiden yhdistelmä. (Regan N. 2012, s.100, 104)
Kunnossapitolajeja on siis kolme päätyyppiä. Ennakoivalla kunnonvalvonnalla tarkoitetaan tietyin väliajoin suoritettavaa valvontaa, jonka avulla voidaan tunnistaa vikaantuminen ennen kuin se aiheuttaa laitteen toimimattomuuden. Aikataulutettu korjaustoimenpide on puolestaan tietyin väliajoin tehtävä korjaustoimenpide, jolla palautetaan kohteen kunto hyväksyttävälle tasolle. Aikataulutetussa vaihtotoimenpiteessä komponentti vaihdetaan kokonaan uuteen tietyllä aikavälillä. (Regan, N 2012, s. 123, 136).
Kuva 5 RCM päätöksentekokaavio (soveltaen Regan N. 2012, s 126).
Kuvan 5 kaaviossa edetään systemaattisesti vastaamalla lohkojen sisältämiin kysymyksiin.
Aluksi lähdetään siis liikkeelle vian näkyvyyden perusteella. Tämän jälkeen arvioidaan vikakohdan seurausta turvallisuuden, ympäristön ja toiminnallisuuden kannalta. Lopulta
22
kunkin vikakohdan osalta edetään sopivan kunnossapitolajin määrääviin lohkoihin. (Regan N. 2012, s.100 – 101, 124)
Kunnossapitolajien välillä edetään tietyin rajoituksin. Lohkon mukainen laji hyväksytään ainoastaan, jos se on teknisesti toteutettavissa ja kannattava tehdä. Tällöin tulee varmistettua, että kunkin vikakohdan osalta päädytään varmasti parhaaseen kunnossapitolajiin. (Regan, N. 2012, s. 123)
Kaikille vikakohdille ei kuitenkaan löydy sopivaa kunnossapitolajia. Tällöin kaaviossa päädytään joko pakolliseen tai toivottavaan uudelleensuunnitteluun. Uudelleensuunnittelu on pakollista, jos vikakohta on hengenvaarallinen tai ympäristölle haitallinen.
Toiminnallisten vikojen osalta uudelleensuunnittelu on suotavaa. (Kanninen O. 2013, s.30) Lopulta varsinainen kunnossapitotoimenpide määritetään tapauskohtaisesti.
Kunnossapitotoimenpide voi olla esimerkiksi tarkastus, vianetsintä tai korjaava toimenpide.
Näin ollen kaavion avulla saadaan vastaus RCM-menetelmän kysymyksiin 5 – 7. (Regan, N.
2012, s. 100, 183)
RCM-menetelmää voidaan hyödyntää myös muuten kuin kunnossapitosuunnitelman luomiseen. Kunnossapitosuunnitelman ohella menetelmää voidaan soveltaa esimerkiksi kohteen hätä- ja vikamenettelyjen luomiseen, käyttö- ja koulutusmateriaalien päivittämiseen tai jopa laitteen uudelleensuunnitteluun (Regan, N 2012, s. 4). Erityisen tehokkaan menetelmästä tekeekin sen sovellettavuus käytännössä mille tahansa kohteelle (Regan, N 2012, s. 1).
2.2.4 Tarkastusvälien määrittäminen
Luvun 2.2.3 mukaisesti kunnossapitolaji voi olla aikataulutettu, jolloin se perustuu määrättyyn tarkastusväliin. Sopivan tarkastusvälin määrittäminen on kuitenkin syytä tehdä johdonmukaisesti. Seuraavaksi esitellään laskennallinen tapa tarkastusvälien määrittämiseksi.
Järviö (2007, s.77) esittää kaavan 1 tarkastusvälien määrittämiseksi. Kaavassa otetaan huomioon tarkasteltavan laitteen käytettävyysvaatimus sekä laitteen keskimääräinen aika vikaantumisen ja kuntoon saattamisen välillä (Mean time between failures, MTBF). MTBF on siis aika, jonka laite keskimääräisesti pysyy toimintakuntoisena.
Käytettävyysvaatimuksella tarkoitetaan puolestaan prosenttilukua, joka kuvaa laitteen toimintakunnossa olemista.
Sopiva tarkastusväli kuukausissa voidaan siis määrittää kaavan 1 mukaisesti:
𝑇𝑎𝑟𝑘𝑎𝑠𝑡𝑢𝑠𝑣ä𝑙𝑖 = 2 ∙ (100% − 𝑘ä𝑦𝑡𝑒𝑡𝑡ä𝑣𝑦𝑦𝑠𝑣𝑎𝑎𝑡𝑖𝑚𝑢𝑠) ∙ 𝑀𝑇𝐵𝐹 (1)
23
2.3 Tyypillisiä voimansiirron komponentteja
Teknisesti, taloudellisesti ja ekologisesti järkevän kokonaisuuden saavuttamiseksi tulee suunniteltavaan laitteeseen valita sopivat komponentit. Tuntemalla perustiedot tyypillisistä voimansiirron komponenteista voidaan haarukoida täysin epäsopivat komponenttiyhdistelmät pois jo suunnittelun alkuvaiheessa. Näin ollen seuraavaksi tutustutaan moottoreihin, kytkimiin, vaihteistoihin ja jarruihin, jotta myöhemmin muodostettavat teräsveistoksen konseptit ovat lähtökohtaisesti järkeviä.
2.3.1 Moottorit
Moottorilla tarkoitetaan tässä laitetta, jolla tuotetaan energiasta mekaanista liikettä.
Tyypillisesti erilaisissa laitteissa käytetään sähkömoottoreita, hydraulimoottoreita ja polttomoottoreita. Seuraavissa luvuissa keskitytään kuitenkin sähkö- ja hydraulimoottoreihin, koska ne ovat relevantteja tämän tutkimuksen kannalta.
Sähkömoottorit
Sähkömoottori muuntaa sähkövirran pyörimisliikkeeksi. Sähkömoottorit voidaan jakaa yleisesti tasasähkömoottoreihin (DC motor) ja vaihtovirtamoottoreihin (AC motor), joista kummastakin voidaan erottaa edelleen erilaisia moottorityyppejä. Tasasähkömoottorit ovat olleet yleisesti käytössä niiden korkean liikkeellelähtömomentin, tasaisen pyörimisnopeudensäädön sekä nopean suunnanvaihtokyvyn vuoksi. Nykyisin vaihtovirtamoottorit ovat kuitenkin lunastaneet paikkansa teollisuuden yleisimmin käytettynä sähkömoottorina niiden matalan huoltotarpeen, korkean suorituskyvyn ja energiatehokkuuden ansiosta. (Polka D. 2003, s. 69, 90)
Oikosulkumoottori on tyypillisin vaihtovirtamoottori ja samalla yleisin teollisuudessa käytetty sähkömoottori (Polka D. 2003, s.90). Yksinkertaisen rakenteensa ansiosta oikosulkumoottori on huoltovapaa. Lisäksi moottorien saatavuus on hyvä, koska toimittajia on runsaasti saatavilla. (Airila M. et al. 1997, s.726 – 727, 731)
Oikosulkumoottorien pyörimisnopeutta säädetään napaparien lukumäärän valinnalla, jättämäsäädöllä tai taajuussäädöllä. Taajuussäätö taajuusmuuttajalla mahdollistaa laajimmat säätömahdollisuudet ja on näin ollen yleinen oikosulkumoottorien säätömenetelmä. Oikosulkumoottorin pyörimisnopeutta säätäessä tulee kiinnittää huomiota moottorin lämpenemiseen, koska pitkään ryömintänopeudella ajaessa moottori lämpenee voimakkaasti. Toisaalta myös sähkömoottorien hyötysuhde laskee matalilla pyörimisnopeuksilla. (Airila M. et al. 1997, s.726 – 727, 731)
Vaihtovirtamoottorien luokittelussa käytetään joko NEMA (National Electrical Manufacturers Association) tai IEC (International Electrotechnical Comission) ohjeistuksia.
Luokittelu moottorien koon, teknisten ominaisuuksien ja suojauksen osalta perustuu erilaisiin kirjain- ja numerokoodeihin. Euroopassa on yleisesti käytössä IEC-standardit.
(Polka D. 2003, s.115 – 116)
Tasavirtamoottori on väistynyt monissa kohteissa oikosulkumoottorien tieltä. Kehittyneen tasasuuntaustekniikan avulla tasavirtamoottoreita voidaan kuitenkin käyttää myös
24
vaativissa kohteissa. Haittapuolena on kuitenkin hiiliharjojen kuluminen, jonka takia moottori tarvitsee oikosulkumoottoreita enemmän huoltoa. Lisäksi tasavirtamoottoreiden hyötysuhde on 3 – 10 prosenttiyksikköä oikosulkumoottoreita huonompi. (Airila M. et al.
1997, s.729, 731) Hydraulimoottorit
Hydraulinen moottori muuntaa pumpun tuottaman hydraulisen tehon pyörimisliikkeeksi.
Pumpulta tuleva paineenalainen neste ohjataan moottorin sisällä kammioihin, joissa paine muodostaa syrjäytyselimiin voiman. Lopulta paineen muodostama voima saa aikaan moottoria pyörittävän momentin. (Kauranne H. et al. 2013, s.174)
Hydraulisesta moottorista riippuen liike voi olla rajoitettua tai rajoittamatonta. Rajoitetulla liikkeellä tarkoitetaan sitä, että moottorin kiertymä on enintään 360 astetta. Tässä luvussa keskitytään kuitenkin rajoittamattomiin moottoreihin, jotka voidaan edelleen jakaa erilaisiin alaryhmiin rakenteen, käyntinopeuden, säätötavan tai pyörimissuunnan mukaan.
(Kauranne H. et al. 2013, s.173, 208)
Hydraulimoottoreita voidaan jaotella monella tavalla. Rakenteen perusteella hydrauliset moottorit voidaan jakaa hammaspyörä- siipi- ja mäntämoottoreihin. Toisaalta ohjauksen osalta hydraulimoottorit voidaan jakaa vakio- ja säätötilavuusversioihin. Pyörimissuunnan perusteella moottorit voidaan vielä erottaa yksi- tai kaksisuuntaisiin moottoreihin. Oikean moottorin valinnassa on kuitenkin syytä lähteä liikkeelle vaaditusta pyörimisnopeudesta.
Hidaskäyntiset moottorit pyörivät tyypillisesti 1-150 rpm, keskinopeuksiset 10-750 rpm ja nopeakäyntiset 300-5000 rpm. (Kauranne H. et al. 2013, s.173)
Vakiotilavuusmoottoreiden pyörimisnopeus tietyllä tilavuusvirralla on vakio, jolloin pyörimisnopeutta voidaan säätää muuttamalla tilavuusvirtaa esimerkiksi venttiileillä.
Pyörimissuunnan muutokset eivät kuitenkaan ole yleensä mahdollisia.
Säätötilavuusmoottoreissa pyörimisnopeuden muuttaminen tapahtuu puolestaan muuttamalla moottorin kierrostilavuutta. (Kauranne H. et al. 2013, s.173)
2.3.2 Kytkimet
Kytkimellä tarkoitetaan tässä komponenttia, jolla voidaan kytkeä irti pyörivät akselit toisistaan. Käyttökohteesta riippuen kytkimet voidaan luokitella yleisesti joko ulkoisesti ohjattaviin tai itsetoimiviin kytkimiin. Ulkoisesti ohjattavien kytkimien ohjaus voi tapahtua mekaanisesti, sähkömagneettisesti, pneumaattisesti tai hydraulisesti. Itseohjautuvien kytkimien toiminta voi puolestaan perustua esimerkiksi pyörimisnopeuteen, vääntömomenttiin tai pyörimissuuntaan. Itseohjautuvat kytkimet voidaan edelleen luokitella kytkentätapahtuman perusteella työtoimisiksi tai lepotoimisiksi. Työtoimisissa kytkimissä kytkin laukeaa, kun käyttövoima poistetaan, kun taas lepotoiminenkytkin laukeaa tietyllä käyttövoimalla. (Airila M. et al. 1997, s.610)
Sopivan kytkimen valinnassa on otettava huomioon toiminnalliset, konstruktiiviset ja käyttöympäristöön liittyvät vaatimukset. Toiminnallisia vaatimuksia ovat esimerkiksi siirrettävä momentti, momenttisysäykset, pyörimisnopeus, kytkentätaajuus ja kytkimeen
25
kohdistuva lämpörasitus. Lisäksi erityisvaatimuksia voi olla kytkennän pehmeys, pieni toimintaviive tai tyhjäkäyntimomentti. Rakenteellisia vaatimuksia ovat kytkimen koko, asennuskohta ja haluttu ohjaustapa. Käyttöympäristöön liittyviä vaatimuksia puolestaan ovat esimerkiksi valinta märän tai kuivan kytkimen välillä, huoltoväli sekä korjausnäkökohdat, kuten säädön tarve ja helppous. (Airila M. et al. 1997, s.620-621) 2.3.3 Vaihteistot
Vaihteistolla tarkoitetaan tässä laitetta, jolla välitetään pyörivää liikettä kahden akselin välillä tietyllä välityssuhteella. Vaihteiston toimintaperiaate voi perustua hihna- ketju tai hammasvälitykseen. (Uicker J. J. et al. 2011, s.330) Tässä luvussa tutustutaan kuitenkin tarkemmin hammasvaihteisiin.
Hammasvaihteilla välitetään suuria momentteja erilaisten hammaspyörien avulla. Näin ollen hammasvaihteita käytetään usein siinä vaiheessa, kun hihnavälitys alkaa luistamaan.
Hammasvaihteita voidaan käyttää joustavasti yhdensuuntaisten, samansuuntaisten, risteävien tai eri tasolla sijaitsevien akseleiden välissä. (Jindal U. C. 2010, s. 639).
Seuraavaksi käydään läpi tarkemmin yleisesti käytettäviä hammasvaihteita sekä niiden ominaisuuksia.
Yhdensuuntaisten akseleiden tapauksessa käytetään yleisesti lieriöhammasvaihteita.
Lieriöhammasvaiheet ovat yksinkertaisia suunnitella, edullisia valmistaa ja omaavat hyvän hyötysuhteen. Suunnitteluvaatimuksista riippuen lieriöhammasvaihde voidaan suunnitella vinohampaisilla hammaspyörillä, jolloin saavutetaan erityisen suuri momentinsiirtokyky ja käyttönopeus, mutta myös matala melutaso. (Uicker J. J. et al. 2011, s.365)
Risteävien akseleiden tapauksessa käytetään esimerkiksi kartio- tai kierukkavaihdetta.
Oikean vaihteiston lopullinen valinta perustuu kuitenkin vaadittuun käyttönopeuteen, momentinsiirtokykyyn ja hyötysuhteeseen. Tyypillisesti kierukkavaihteella saadaan toisioakselille erittäin hidas pyörimisnopeus ja siten suuri momentti. Kierukkavaihteen hammaspyörien liukuva kontakti laskee kuitenkin hyötysuhdetta. Kartiovaihteilla puolestaan saavutetaan hyvä hyötysuhde ja suuri käyttönopeus. (Uicker J. J. et al. 2011, s.365)
Hammaspyörien ja vipujen avulla voidaan koota mekanismeja, joita hyödynnetään erikoisvaihteissa. Tällaisena erikoisvaihteena voidaan pitää planeettavaihdetta, joka muodostuu ulkopuolisesta rengaspyörästä ja sen sisällä pyörivästä keskuspyörästä.
Keskuspyörässä on kiinni hammaspyöriä, jotka on yhdistetty toisiinsa kuljettimella. Kuljetin toimii vaihteiston käyttöakselina, kun keskuspyörä kiinnitetään laitteen runkoon. Edellä kuvatulla planeettavaihteella saadaan aikaiseksi hyvin suuria välityssuhteita suhteessa vaihteen kokoon. Hyötysuhde on kuitenkin varsin huono. (Airila M. et al. 1997, s.751) 2.3.4 Jarrut
Jarruilla pysäytetään, hidastetaan tai pidetään paikalla liikkuvia osia.
Pysäyttämisprosessissa liikkuvan kohteen liike-energia absorboidaan lämmöksi kitkan avulla. Näin ollen jarruissa keskitytään ominaisuuksiin, joilla lämpöä saadaan johdettua
26
tehokkaasti pois jarrusysteemistä. Usein jarrujen tehoa rajoittaakin ennemmin lämmönsiirtokyky kuin saatava mekaaninen jarrutusteho. Jarruttava kitka saadaan aikaiseksi erilaisilla kitkapinnoilla, joita voidaan liikuttaa mekaanisesti, sähköisesti, pneumaattisesti tai hydraulisesti. (Jindal U. C. 2010, s. 596)
Jarrutustapahtumasta riippuen voidaan valita joko pidätys-, pysäytys-, säätö-, tai kuormitusjarru. Pidätysjarrut estävät nimensä mukaisesti liikkeen toiseen tai molempiin suuntiin. Pidätysjarrun kytkentä tapahtuu usein vasta koneen pysähtymisen jälkeen tai hyvin hitaassa liikkeessä. Pysäytys- tai säätöjarruilla puolestaan voidaan hidastaa liikkuvaa kohdetta pysähtymiseen tai haluttuun nopeuteen. Kuormitusjarrut taas ovat käytössä erilaisissa kuormituskokeissa. Seuraavaksi käydään tarkemmin läpi yleisiä jarrutyyppejä, joita ovat levy-, kenkä- ja vannejarrut. (Airila M. et al. 1997, s.628-629)
Levyjarruja on yleisesti käytössä teollisuuden laitteissa ja ajoneuvoissa. Levyjarrun toiminta perustuu runkoon kiinnitettävään levyyn, jota vasten painetaan erilaisia kitkapintoja.
Esimerkiksi sähkömoottorien yhteyteen sijoitettavassa sähkömagneettisessa levyjarrussa sähkövirran katkaisu vapauttaa jarrulevyn, joka painautuu jousivoiman avulla runkoon kiinnitettyä levyä vasten. Toinen yleisesti käytetty levyjarrutyyppi on osalevyjarru, jossa jarrupalat painetaan molemmin puolin pyörivää levyä vasten. (Airila M. et al. 1997, s.629) Osalevyjarrulla saadaan aikaiseksi erittäin suuri jarruteho. Jarrutustehoon voidaan vaikuttaa yksinkertaisesti muuttamalla jarrulevyn kokoa tai kitkapintojen lukumäärää.
Jarrutusteho kasvaa suurentamalla jarrulevyn halkaisijaa tai lisäämällä jarrupalojen lukumäärää. (Airila M. et al. 1997, s.629)
Kenkä- eli rumpujarrussa jarrukenkiä painettaan pyörivää jarrurumpua vasten sisä- tai ulkopuolelta. Molemmissa rumpujarrutyypeissä kengät on tyypillisesti kiinnitetty laitteen runkoon, josta niitä liikutetaan erilaisilla vipu- ja nivelmekanismeilla. (Airila M. et al. 1997, s.630-632) Kenkäjarruilla saadaan suuri jarrutusteho pienellä voimalla, joten niitä käytetään laajasti teollisuudessa ja ajoneuvojen jarruina. (Jindal U. C. 2010, s. 620)
Vannejarru muodostuu runkoon kiinnitettävästä pyörivästä rummusta ja sen ympärille asetetusta kitkapintaisesta vanteesta. Jarrutus tapahtuu kiristämällä vannetta erilaisilla vipukonstruktioilla. (Airila M. et al. 1997, s.630-632) Vannejarrulla saadaan aikaiseksi suuri jarrutusteho pienellä voimalla, mutta jarrutus voidaan tehdä vain yhteen pyörimissuuntaan.
Vannejarruja käytetään esimerkiksi hätäjarruina. (Jindal U. C. 2010, s. 620) 2.3.5 Sähkö- ja hydraulijärjestelmän vertailu
Yhdistelemällä erilaisia komponentteja saadaan muodostettua järjestelmiä eri käyttötarkoituksiin. Kullakin järjestelmän komponentilla on kuitenkin omat edut ja haitat, jotka heijastuvat koko järjestelmän ominaisuuksiin. Näin ollen on mielekästä vertailla yleisellä tasolla sähköistä ja hydraulista järjestelmää, joita voidaan käyttää vastaavissa käyttökohteissa.
Hydraulijärjestelmien etu on niiden suunnittelun vapaus ja komponenttien hyvät teho- painosuhteet. Teho siirretään letkuja pitkin, jolloin komponentit voidaan sijoittaa
27
joustavasti rakenteisiin. Toisaalta komponentit ovat pienikokoisia ja niillä saadaan aikaiseksi suuria voimia ja momentteja. Lisäksi ylikuormitustilanteet eivät ole kriittisiä, koska toimilaitteita voidaan kuormittaa pysähdykseen asti. (Kauranne H. et al. 2013, s.1-3, Airila M. et al. 1997, s.692)
Hydraulijärjestelmän haittapuolena voidaan kuitenkin nähdä pitkien letkujen osalta kasvavat siirtohäviöt, jolloin järjestelmän kokonaishyötysuhde laskee. Lisäksi väliaineena käytetyn nesteen ominaisuudet ovat lämpötilasta riippuvia. Tämän lisäksi nestekierron korkea paine luo säännöllisen tarpeen huollolle, jotta estetään esimerkiksi vuodot.
Öljyvuodot voivat olla turvallisuus- ja ympäristöriski. (Kauranne H. et al. 2013, s.1-3, Airila M. et al. 1997, s.692)
Sähköjärjestelmillä saavutetaan korkea hyötysuhde ja erittäin hyvä rakenteellinen muunneltavuus. Toimilaitteet voidaan sijoittaa vapaasti, koska sähkövirta kulkee joustavasti sähköjohtoja pitkin. Sähköjohdoissa kulkeva sähkövirta ei myöskään ole altis ympäristön muutoksille, kuten lämpötilaeroille. Tämän lisäksi sähköjärjestelmien ohjaaminen on yksinkertaista ja komponenttien määrä on vähäinen, koska ei tarvita esimerkiksi erillistä hydraulikoneikkoa käyttöpaineen luomiseksi. Toisaalta sähkökomponenteissa on yleisesti ottaen huono teho-painosuhde. Johtojen rikkoontuessa myös turvallisuusriski kasvaa sähköiskujen osalta. (Kauranne H. et al. 2013, s.1-3, Polka D. 2003, s. 69, 90)
2.4 Teräsveistoksen suunnittelua koskevat määräykset
EU:n tavoitteisiin pyritään erityyppisillä oikeudellisilla säädöksillä, kuten erilaisilla asetuksilla ja direktiiveillä. Asetukset ovat sitovia säädöksiä, joita tulee noudattaa kaikissa EU-maissa. Direktiivit puolestaan määrittelevät tavoitteet, joihin jokaisen EU-maan on yllettävä oman lainsäädännön puitteissa. (Europa 2021) Näin ollen uutta tuotetta suunnitellessa on selvitettävä mahdollinen suunnittelua koskeva direktiivi tai asetus. Tässä luvussa tarkastellaan määräyksiä, jotka mahdollisesti koskevat liikkuvaa teräsveistosta.
Tämän lisäksi käydään läpi tuotteen CE-merkintää (ransk. Conformité Européenne).
2.4.1 CE-merkintä
Tuotteen valmistaja osoittaa CE-merkinnän avulla tuotteen olevan tietyn direktiivin tai asetuksen mukainen. (Tukes 2021) CE-merkintä on siis tae siitä, että kone noudattaa suunnittelussa käytettyä direktiiviä. On kuitenkin syytä muistaa, että CE-merkintä osoittaa ainoastaan niiden direktiivien säännösten mukaisuuden, joita valmistaja soveltaa.
(Direktiivi 2006/42/EY, s.26, 29)
CE-merkintä ilmaistaan yhdenmukaisella kilvellä, jossa kirjaimet ”CE” koostuvat direktiivissä määrätyn mallin mukaisesti. Merkinnän ilmaiseva kilpi kiinnitetään koneeseen näkyvästi ja pysyvällä tavalla. Lisäksi kilven välittömässä läheisyydessä tulee olla valmistajan tai tämän valtuutetun edustajan nimi. Tietyissä laadunvarmistusmenettelyissä vaaditaan CE-merkinnäin yhteyteen myös tunnistenumero. (Direktiivi 2006/42/EY, s.26, 67)
28 2.4.2 Standardi ja harmonisoitu tuotestandardi
Kielitoimiston sanakirjan mukaan standardi tarkoittaa määrämenettelyllä laadittua ja vahvistettua normatiivista asiakirjaa. Standardissa voidaan esittää teollisuustuotteiden ominaisuuksia, valmistus- ja testausmenetelmiä, luonnontieteellisiä suureita ja yksikköjä tai muita sääntöjä, ohjeita tai määritelmiä. Standardit ovat siis yhteisesti hyväksyttyjä asiakirjoja, jotka esittävät ratkaisuja toistuviin ongelmiin. Standardien noudattaminen ei kuitenkaan ole pakollista. (Kotimaisten kielten keskus 2021)
Harmonisoitu tuotestandardi on tiettyä tuoteryhmää koskeva standardi, joka on julkaistu EU-komission virallisessa lehdessä. Harmonisoidut standardit laatii eurooppalainen standardoimisjärjestö CEN (ransk. Comité Européen de Normalisation). Harmonisoidut standardit määrittävät tuotteilta vaaditut ominaisuudet, valmistuksen laadunvalvonnan vaatimukset ja CE-merkinnässä ilmoitettavat tiedot. (hEN Helpdesk 2021)
2.4.3 Rakennustuoteasetus 305/2011
EU jäsenvaltioiden säännöksissä edellytetään, että rakennuskohteet suunnitellaan ja toteutetaan turvallisiksi ja ympäristöystävällisiksi. Nämä säännökset puolestaan vaikuttavat rakennustuotteita koskeviin vaatimuksiin. Näin ollen rakennustuotteita koskien on säädetty rakennustuoteasetus 305/2011, jonka tavoitteena on varmistaa yhdenmukaiset standardit ja arviointiasiakirjat rakennustuotteiden perusominaisuuksien suoritustasojen arvioimiseksi. (Rakennustuoteasetus 305/2011/EU, s. 5)
Rakennetuoteasetuksessa 305/2011/EU rakennustuotteella tarkoitetaan:
tuotetta tai tuotejärjestelmää, joka valmistetaan ja saatetaan markkinoille käytettäväksi pysyvinä osina rakennuskohteissa tai niiden osissa ja jonka suoritustaso vaikuttaa rakennuskohteen suoritustasoon rakennuskohteen perusvaatimusten osalta.
Yleisesti rakennustuoteasetuksen alaisuuteen luokitellaan rakennustuotteet, jotka tulee CE- merkitä. CE-merkintä on puolestaan pakollinen, mikäli tuote saatetaan markkinoille ja sille on olemassa harmonisoitu tuotestandardi. (Saari T. 2013, s. 11)
2.4.4 Konedirektiivi 2006/42/EY
Konedirektiivin 2006/42/EY mukaan koneiden aiheuttamien yhteiskunnallisten tapaturmien kustannuksia voidaan alentaa suunnittelemalla ja rakentamalla koneet turvallisiksi sekä asentamalla ja huoltamalla ne asianmukaisesti. Konedirektiivissä tarkoitetaan koneella:
toisiinsa liitettyjen osien tai komponenttien yhdistelmää, jossa on tai joka on tarkoitettu varustettavaksi muulla kuin välittömällä ihmis- tai eläinvoimalla toimivalla voimansiirtojärjestelmällä ja jossa ainakin yksi osa tai komponentti on liikkuva ja joka on kokoonpantu erityistä toimintoa varten.
29
Ennen käyttöönottoa konedirektiivin alaisuuteen lukeutuville koneille tehdään erilaisia toimenpiteitä. Nämä direktiivin mukaiset toimenpiteet on esitetty alla.
- Valmistajan on varmistettava, että kone täyttää sitä koskevat olennaiset turvallisuus- ja terveysvaatimukset.
- Valmistajan on varmistettava, että tekninen rakennetiedosto on käytettävissä.
- Valmistajan on huolehdittava tarvittavan tiedon, kuten ohjeiden, saatavuudesta.
- Valmistajan on suoritettava asianmukainen vaatimustenmukaisuuden arviointimenettely.
- Valmistajan on laadittava liitteessä EY vaatimustenmukaisuusvakuutus ja varmistettava, että se on koneen mukana.
- Valmistajan on kiinnitettävä koneeseen CE-merkintä.
2.5 Suunnittelun tukena käytettävä standardointi
Standardeja voidaan käyttää suunnittelun tukena. Sopivan standardin löytäminen voi kuitenkin vaatia aikaa. Näin ollen seuraavaksi esitetään mahdollisia teräsveistoksen suunnittelun ja arvioinnin kannalta oleellisia standardeja.
Eurocode-ohjelma pitää sisällään rakenteita koskevia standardeja. Nämä standardit on koottu alla olevaan taulukkoon 3. Taulukosta käy ilmi standardin numero, mutta on syytä huomata, että standardi saattaa pitää sisällään useita osia. (SFS-EN 1993-1-1)
Taulukko 3 Eurocode standardit.
EN 1990 Eurokoodi Rakenteiden suunnitteluperusteet.
En 1991 Eurokoodi 1 Rakenteiden kuormat.
EN 1992 Eurokoodi 2 Betonirakenteiden suunnittelu EN 1993 Eurokoodi 3 Teräsrakenteiden suunnittelu.
EN 1994 Eurokoodi 4 Betoni-teräs -liitosrakenteiden suunnittelu.
En 1995 Eurokoodi 5 Puurakenteiden suunnittelu.
EN 1996 Eurokoodi 6 Muurattujen rakenteiden suunnittelu.
EN 1997 Eurokoodi 7 Geotekninen suunnittelu.
EN 1998 Eurokoodi 8 Maanjäristysmitoitus.
EN 1999 Eurokoodi 9 Alumiinirakenteiden suunnittelu.
Kunnossapidon suunnittelun tukena voidaan käyttää SFS-EN 13306:2017-standardia.
Standardissa esitellään yleistä termistöä, jota käytetään erityyppisissä kunnossapidon toimissa. Täsmällisten määritelmien avulla voidaan määritellä kunnossapitotoimet, joiden avulla varmistetaan kohteen käytettävyys, turvallisuus ja ympäristövaikutukset. (SFS-EN 13306:2017, s.4)
Riskienarvioinnin apuna voidaan käyttää ISO 12100:2010-standardia. Standardissa esitetään yleisiä ohjeita päätöksentekoon, jotta suunnittelijat osaavat suunnitella koneista turvallisia niiden käyttöympäristössä. Ohjeet perustuvat tietämykseen ja kokemukseen koneiden suunnittelusta, käytöstä, epätavallisista tapahtumista, tapaturmista ja riskeistä.
Standardissa esitettyjen menettelytapojen avulla voidaan siis tunnistaa ja arvioida riskikohtia, jotka voivat ilmetä koneen elinkaaren eri vaiheissa. Lopulta standardin
menettelytapojen avulla voidaan poistaa vaaroja tai pienentää niiden toteutumisen riskiä.
(SFS-EN ISO 12100, s.5 – 6)
30
Elinkaariarviointi (Life-Cycle Assesment) on menetelmä, jossa kootaan ja arvioidaan tuotteen tai järjestelmän ympäristövaikutuksia koko sen elinkaaren ajan. Tämä elinkaariarviointimenetelmä on standardoitu ISO 14040-standardisarjalla. Sarjan sisältämät standardit keskittyvät kuvaamaan eri vaiheita, joita elinkaariarvioinnin suorittaminen vaatii. Nämä vaiheet ovat tavoitteiden ja soveltamisalan määrittely, inventaarioanalyysi, vaikutusarviointi ja tulosten tulkitseminen. (Curran, M. A. 2015, s. 29 – 30 & SFS-EN ISO 1404)
Tavoitteiden ja soveltamisalan määrittelyssä tunnistetaan syy elinkaariarvioinnille, rajataan tutkimuksen reunaehdot, asetetaan oletukset ja oletettu lopputulos. Inventaarioanalyysissä määritetään energiankulutus sekä ympäristölliset päästöt kussakin elinkaaren vaiheessa.
Elinkaaren vaikutusarvioinnissa puolestaan arvioidaan päästöjen vaikutusta terveydelle ja ympäristölle. Lopulta tulokset analysoidaan ja kootaan esiteltävään muotoon. (Curran, M.
A. 2015, s. 29 – 30 & SFS-EN ISO 1404)
