Statistical Analysis and Numerics of Heat Exchanger Models

The identifiability of the parameters of a heat exchanger model without phase change was studied in this Master’s thesis using synthetically made data. A fast, two-step Markov chain Monte Carlo method (MCMC) was tested with a couple of case studies and a heat exchanger model. The two-step MCMC-method worked well and decreased the computation time compared to the traditional MCMC-method. The effect of measurement accuracy of certain control variables to the identifiability of parameters was also studied. The accuracy used did not seem to have a remarkable effect to the identifiability of parameters. The use of the posterior distribution of parameters in different heat exchanger geometries was studied. It would be computationally most efficient to use the same posterior distribution among different geometries in the optimisation of heat exchanger networks. According to the results, this was possible in the case when the frontal surface areas were the same among different geometries. In the other cases the same posterior distribution can be used for optimisation too, but that will give a wider predictive distribution as a result. For condensing surface heat exchangers the numerical stability of the simulation model was studied. As a result, a stable algorithm was developed.

Henkilöstöresurssien optimointi ja hallinta sataman operaattoriyhtiössä

Työn tavoitteena on selvittää erilaisten työaikamallien ja henkilöstön määrän vaikutuksia Finnsteven henkilöstökustannuksiin ja ylitöiden määrään. Selvitystyö toteutetaan simuloimalla vaihtoehtoisia työaikamalleja ja henkilöstömääriä tilastollisten menetelmien avulla. Työn toisena tavoitteena on ehdottaa yritykselle toimintatapaa suorittaa lopullinen henkilöstöresurssien optimointi. Työn teoriaosuudessa esitellään aluksi yritystä ja sen toimintaympäristöä. Tämän jälkeen tarkastellaan nykyisen TE-sopimuksen mahdollistamia työaikamalleja. Seuraavaksi perustellaan käytettävät tilastolliset menetelmät ja tiedonkeruumenetelmät. Edetessään työ syventyy tarkastelemaan yrityksen tekemän työn kohdentumista aikatyöhön ja ylityöhön sekä viikonpäiville että työvuoroille. Lopuksi kuvataan työn optimoinnissa käytetty logiikka, analysoidaan saatuja tuloksia ja esitellään optimointityökalun toteutussuunnitelma. Diplomityössä tehdyn selvityksen mukaan satamatyössä tehdään nykyisellään erittäin paljon ylitöitä. Siten työaikamallien optimointi on perusteltua. Optimoinnilla saavutettavat potentiaaliset kustannussäästöt ovat erittäin huomattavia. Lopullinen optimointi on haastava tehtävä, jota henkilöstöhallinto ei pysty ratkaisemaan pelkkään kokemukseensa luottaen. Tuotannonsuunnittelun avuksi tarvitaan täten työkalu, joka palvelee paitsi mallien luontia, toimii suunnittelun apuna jatkossakin.

Sadevälkkeen mallinnus ilmavalvontatutkajärjestelmää varten

Tutkat muodostavat Suomen rauhanajan ilmavalvonnan rungon. Ilmatilassa on lentokoneiden lisäksi paljon muitakin kohteita, jotka ilmavalvontatutka havaitsee. Naita ei toivottuja kaikuja kutsutaan välkkeeksi. Sadevälke on tilavuusvälkettä. Tämän työn tarkoituksena on löytää menetelmä tai malli, jolla voitaisiin mallintaa sadevälkkeen vaikutus ilmavalvontatutkassa. Toisaalta myös sadevälkkeen suodatus on työn keskeinen tavoite. Käytettyjä suodatusmenetelmiä olivat adaptiivinen suodatus ja doppler-suodatus. Suodinpankkiin eli doppler-suodatukseen lisättiin vielä CFAR Työn tuloksena voi todeta, että sadevälkkeen suodatus onnistui hyvin mutta itse sadevälkkeen mallintamista tulee kehittää edelleen. Työssä käytetyt menetelmät on esitetty algoritmimuodossa. Mittausaineiston keräys suoritettiin keskivalvontatutkalla ja SP-testerillä. Varsinaiset suodatuskokeet ja mallin testaus tehtiin Matlab-ohjelmistolla.

Quality standards in e-business software development

Large enterprises have for many years employed eBusiness solutions in order to improve their efficiency. Smaller companies, however, have not been able to leverage these technologies due to the high level of know-how and resources required in implementing them. To solve this, novel software services are being developed to facilitate eBusiness adoption for the small enterprise with the aim of making B2Bi feasible not only between large organisations but also between trading partners of all sizes. The objective of this study was to find what standards and techniques on eBusiness and software testing and quality assurance fit best for building these new kinds of software considering the requirements their unique eBusiness approach poses. The research was conducted as a literature study with focus on standards on software testing and quality assurance together with standards on eBusiness. The study showed that the current software testing and quality assurance standards do not possess such characteristics as would make select standards evidently better fitted for building this type of software, which were established to be best developed as web services in order for them to meet their requirements. A selection of eBusiness standards and technologies was proposed to support this approach. The main finding in the study was, however, that these kinds of web services that have high interoperability requirements will have to be able to carry out automated interoperability and conformance testing as part of their operation; this objective dictates how the software are built and how testing during software development is to be done. The study showed that research on automated interoperability and conformance testing for web services is still limited and more research is needed to make the building of highly-interoperable web services more feasible.

Happaman hydrometallurgisen PLS-liuoksen puhdistaminen kiintoaineesta kalvosuodatustekniikalla

Tässä diplomityössä tutkittiin keraamisten mikrosuodatuskalvojen soveltuvuutta kiintoaineen erottamiseen happamasta PLS-liuoksesta eri huokoskoon omaavilla mikrosuodatuskalvoilla. Koelaitteistolla suodatettiin puhdasta vettä, kaoliinipitoista vesiliuosta sekä hapanta kuparia, kalsiumia ja kaoliinia sisältävää malliliuosta. Koeajojen tavoitteena oli saada tietoa permeaattivuon maksimimäärästä eri mikrosuodatuskalvoilla sekä tuotteen puhtaudesta. Näiden lisäksi saatiin tietoa kalvojen likaantumisesta ajon aikana. Teoriaosassa käsiteltiin yleisesti kalvosuodatusta, esitettiin yleiset kalvotekniset menetelmät ja sovellukset sekä käytiin läpi tutkimuksia samankaltaisiin kalvoihin ja sovelluksiin liittyen. Lisäksi teoriaosuudessa pohdittiin mahdollisuutta käyttää myös muita, kuin putkimoduulisia mikrosuodatuskalvoja. Myös työhön oleellisena taustana kuuluvaa hydrometallurgiaa tarkasteltiin teoreettiselta kannalta. Puhtaan veden suodatuskoetuloksista havaittiin, että kaikki kalvot jäivät selvästi valmistajan ilmoittamista arvoista. 1,0 µm CoMetas CoMem® kalvon teoreettinen vesivuo on 10 m3/(h bar) ja 3,0 µm CoMetas CoMem® teoreettinen vesivuo on yli 50 m3/(h bar). Näistä parhaimman vuon arvon sai 1,0 µm CoMetas CoMem® mikrosuodatuskalvo. Tämä kalvo oli paras sekä veden suodatuksissa että malliliuoksella tehdyillä suodatuksilla. Malliliuoksella saavutettiin n. 2000 L/(m2 h) paineen ollessa 2,0 bar ja virtausnopeuden ollessa 4,4 m/s. Vastaavat vesiajon tulokset olivat n. 1100 L/(m2 h) paineen ollessa 1,0 bar ja virtausnopeuden 2,9 m/s. Kaikki kolme käytettyä kalvoa pidättivät kaoliiniliuoksen 81–100 %:sesti. Kuparipitoista malliliuosta suodatettaessa pystyttiin vastaavasti erottamaan 77–99 % kiintoaineesta. Koeajoissa kuitenkin havaittiin huomattava vuon arvojen putoaminen, joka johtui kalvon likaantumisesta. Huomioitavaa oli kuitenkin, että hapanta malliliuosta suodatettaessa permeaattivuon arvot olivat kaoliiniliuoksen suodatuksessa saatuja vastaavia arvoja korkeammat.

Toimitusketjun häiriöt ja riskienhallinta valmistustoimintaa harjoittavassa yrityksessä

Tutkielman tavoitteena on tarkastella toimitusketjun riskejä ja riskienhallintamenetelmiä valmistustoimintaa harjoittavan yrityksen näkökulmasta. Kiristynyt maailmanlaajuinen kilpailu sekä toimintaympäristön kansainvälistyminen ovat lisänneet etenkin valmistustoimintaa harjoittavien yritysten toimitusketjuihin kohdistuvien riskitekijöiden määrää. Riskitekijät voivat olla lähtöisin toimitusketjun sisältä tai ulkopuolisesta liiketoimintaympäristöstä. Yrityksen tulee tunnistaa ja arvioida toimitusketjun merkittävimmät riskitekijät sekä niistä mahdollisesti aiheutuvien seurausten vaikutukset. Toimitusketjun riskien lisäksi työssä perehdytään riskienhallinnan merkitykseen sekä erilaisiin hankintatoiminnan riskienhallintamenetelmiin. Riskienhallinnan tarkoitus on löytää yrityksen kannalta oikeat menetelmät kulloisenkin riskitekijän seurausten hallitsemiseksi. Teoriaosuuden jälkeen työn empiriaosuus pyrkii selvittämään kohdeyrityksen toiminnan kannalta merkittävimmät toimitusketjun riskitekijät sekä tutkimaan yrityksen hyödyntämiä riskienhallintamenetelmiä.

Innovative Culture – Searching for Innovativeness in a Construction Company

The purpose of the thesis is to study innovativeness in a context of the construction industry especially the front-end of the innovation process. The construction industry is often considered an old-fashioned manufacturing industry. Innovations and innovativeness are rarely linked to the industry. The construction industry, as well as other industries in Finland, is facing challenges such as productivity, the climate change and internationalization. The meaning of innovations is greater than ever in continuously changing markets, for standing out from competitors or increasing the competitiveness. Traditional production methods, tight building regulations, unique buildings, one-of-a-kind project organizations and highlighting the cheapest price in building contracts are particular challenges in the construction industry. The research questions of the thesis were: - What kind of factors shift the existing company culture towards innovativeness? - What are the phases of the front-end of the innovation process? - What kind of tools and methods enable managing the front-end of the innovation process? The theoretical part of the thesis bases on the literature review. The research methodology of the empirical part was the action research and qualitative approach. Empirical data was collected by the theme interviews from three companies. The results were practical methods and experiences from innovation activities of the companies. The results of the thesis can be clarified as follows: enhancement of the innovation activities requires support and commitment of the top management, innovative culture and innovation strategy. Innovativeness can be promoted by systematical methods for example collecting ideas from employees. Controlling and managing the front-end phase is essential to succeeding. Despite that managing the front-end is the most challenging part of the innovation process, development and management of that save companies’ money, resources and prevents useless investments. Further clarification and studies are needed to find out furthermore functional tools and methods to manage innovations and implementing them to the culture of the companies.

Demonstration Platform for Visual Quality Metrics

This thesis presents two graphical user interfaces for the project DigiQ - Fusion of Digital and Visual Print Quality, a project for computationally modeling the subjective human experience of print quality by measuring the image with certain metrics. After presenting the user interfaces, methods for reducing the computation time of several of the metrics and the image registration process required to compute the metrics, and details of their performance are given. The weighted sample method for the image registration process was able to signifigantly decrease the calculation times while resulting in some error. The random sampling method for the metrics greatly reduced calculation time while maintaining excellent accuracy, but worked with only two of the metrics.

Tiedon hajautus johtamisjärjestelmässä ja DDS-teknologia

Verkostokeskeisessä sodankäynnissä tietojärjestelmien suurimpana haasteena on oikean tiedon hajauttaminen oikeaan paikkaan ja aikaan. Tietojärjestelmissä esitettävän ilmatilannekuvan tulee vastata reaalimaailman tilannetta parhaalla mahdollisella tavalla. Ilmatorjunnassa reaaliaikaisuus nousee erityisen suureen rooliin nopeasti liikkuvien kohteiden takia. Tämä diplomityö on tehty Insta DefSec Oy:ssä liittyen johtamisjärjestelmän uudistamishankkeeseen. Työn vaatimuksina olivat standardeihin perustuvat ratkaisut, joista keskeisimmäksi nousi Data Distribution Service -standardi (DDS) ja sen hyödyntäminen osana johtamisjärjestelmän tiedon hajautusta. Työssä esitellään johtamisjärjestelmien tiedon hajautukseen liittyviä haasteita sekä paikallisessa että maantieteellisesti hajautetussa toimintaympäristössä. Työssä toteutettiin liityntäohjelmisto nykyisen ja uuden johtamisjärjestelmän välille. Liityntäohjelmiston tehtävänä on tuottaa reaaliaikaista ilmatilannekuvaa nykyisestä johtamisjärjestelmästä uuteen johtamisjärjestelmään. DDS-standardin toteuttavana välikerrosarkkitehtuurina käytettiin OpenSplice DDS -tuotetta. Valittu teknologia tarjoaa edistykselliset julkaisija–tilaaja-mallin mukaiset menetelmät tiedon reaaliaikaiseen hajauttamiseen. DDS:n arkkitehtuuri ja palvelun laadun mekanismit mahdollistavat tiedon hajautuksen sodanajan johtamisjärjestelmille.

Suojavaatemateriaalien kemikaaliläpäisevyyden testaaminen metyylisalisylaatilla -mittaus- ja analyysimenetelmien kehittäminen ja validointi

Tässä diplomityössä kehitettiin mittaus- ja analyysimenetelmät suojavaatemateriaalien kemikaaliläpäisevyyden testaamiseksi sekä neste- että kaasumaisella metyylisalisylaatilla. Kehitystyö tehtiin standardin SFS-EN ISO 6529 pohjalta. Tämä standardi kuvaa kuitenkin varsin yleisellä tasolla suojavaatemateriaalien kemikaaliläpäisevyyden testimenetelmät, eikä se ole mikään tarkka työohje. Näytteenotto- ja analyysimenetelmät joudutaan siis valitsemaan sekä validoimaan jokaiselle kemikaalille erikseen, tässä tapauksessa metyylisalisylaatille. Työn tarkoituksena oli kehittää toimivat menetelmät ja laitteistot siten, että olisi mahdollista suorittaa metyylisalisylaatin määritys on-line mittauksena läpäisytestauksessa. Läpäisytestaustoiminnan nopeuttamiseksi työssä myös suunniteltiin ja rakennettiin laitteistot kolmen rinnakkaisen testikennon yhdenaikaista testausta varten sekä kaasumaisen että nestemäisen metyylisalisylaatin ollessa testikemikaalina. Havaittiin, että UV/VIS-spektrofotometri varustettuna läpivirtauskyvetillä ja näyteenottopumpulla on toimiva ja käyttökelpoinen analyysimenetelmä metyylisalisylaatin määrittämiseen nesteistä on-line mittauksena läpäisyn testauksessa. Kaasumaisen metyylisalisylaatin tapauksessa määritysmenetelmänä päädyttiin käyttämään kokonaishiilivetyanalysaattoria, joka on varustettu liekki-ionisaatiodetektorilla. Molemmissa tapauksissa saatiin aikaan toimivat ja on-line mittauksiin kykenevät näytteenotto- ja määritysmenetelmät, joilla loppukäyttäjä voi suorittaa laajempaa läpäisytestausta.

Koneinvestoinnin suunnittelu valmistavaan teollisuuteen

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutustua ohutlevyjen nykyaikaisiin koneellisiin leikkausmenetelmiin ja tutkia niiden soveltuvuutta yrityksen tarpeisiin. Kohdeyrityksessä investoinnin tarve jakautui tuottavuusinvestoinnin, korvausinvestoinnin ja strategisen investoinnin kesken. Tavoitteena oli luoda investointipolku, jonka avulla poissuljettiin menetelmät, jotka eivät soveltuneet yrityksen tuotantoon. Työn kirjallisuusosuudessa tarkastellaan teoriatietoja, jotka liittyvät yleisesti nykyaikaisiin ohutlevyjen leikkausmenetelmiin sekä investointiprojektin suunnitteluun ja toteutuksen teoriaan. Lisäksi käsitellään investointeihin liittyviä kannattavuus- ja kustannuslaskennan perusperiaatteita. Työn empiirisessä osassa selvitettiin yrityksen ohutlevyosien valmistuksen periaatteita nykytila-analyysin avulla. Tämän perusteella määritettiin nykyaikaisista markkinoilla olevista menetelmistä yritykselle soveltuvin. Tutkimuksen perusteella laserleikkaus oli menetelmistä soveltuvin. Perusinvestoinniltaan laser oli vaihtoehtoisista menetelmistä kallein, mutta se soveltui käytettävyyden, tehokkuuden, joustavuuden ja muiden ominaisuuksiensa perusteella parhaiten tuotannon tarpeisiin. Työn merkittävimmät tulokset osoittivat, että investoinnin kannattavuus riippui koneelle saatavasta käyttösuhteesta. Uusien koneiden tehokkuus lyhentäisi tuotannon läpimenoaikoja, mutta ilman riittävää kapasiteetin käyttöastetta kappaleiden omakustannusarvo nousisi. Lopputulokset ja suositukset on esitetty työn lopussa.

Ketterien sovelluskehityskäytäntöjen soveltaminen J2EE-kehitykseen

Yritysohjelmistojen kehittäminen on monesti aikataulukriittistä ja tuottavuusvaatimukset ovat korkeita. Työssä kehitettiin tyypillisen web-käyttöliittymän omaavan J2EE-sovelluksen koontiin soveltuva koontimenetelmä, joka hyödyntää XP:n (Extreme Programming) sovelluskehityskäytäntöjä. Tärkeimpiä näistä on automatisoitu testaus, jonka päätyypit ovat automatisoitu yksikkö- ja integrointitestaus. Työn aikana asetettiin tavoitteet koontimenetelmälle sekä evaluointiin ja valittiin markkinoilla olevista työkaluista toimeksiantajan ympäristöön sopiva joukko. Koontimenetelmän toteutuksen tarkastelussa havaittiin, että XP:n käytännöt soveltuvat J2EE-sovelluskehitykseen ja tarpeelliset työkalut tähän ovat olemassa.

Ketterien ohjelmistokehitysmenetelmien soveltaminen innovaatioprosessiin

Kandidaatin työmme tarkoitus on tutkia voisiko ketteriä ohjelmistokehitysmenetelmiä soveltaa innovaatioprosessiin. Innovaatioprosessissa on hyvin samankaltaiset vaiheet kuin perinteisessä ohjelmistokehitysprosessissa eli vesiputousmallissa. Vesiputousmallin ongelmia on ratkaistu ketterien menetelmien keinoin, joten päätimme lähteä tutkimaan löytyisikö perinteisen ohjelmistokehitysprosessin ja innovaatioprosessin ongelmista yhteneviä piirteitä. Oletimme, että jos ongelmat yhtenevät tarpeeksi, voisi ketteristä menetelmistä löytyä keinoja innovaatioprosessin ongelmien ratkaisemiseen. Tavoitteena on löytää innovaatioprosessin parannuskohteita, joihin ketteristä menetelmistä löytyisi ratkaisu joko kokonaan tai osittain. Aluksi tarkastellaan innovaatioprosessin historiaa, kehitystä ja ongelmia. Innovaatioprosessin tutkimisen jälkeen käydään läpi järjestelmäkehitysprosessin historiaa, kehitystä ja ongelmia. Järjestelmäkehitysprosessin jälkeen käydään läpi merkittävimmät ketterät menetelmät, jotka ovat ratkaisseet perinteisen ohjelmistokehitysprosessin keskeisiä ongelmia. Työmme lopussa on innovaatioprosessin ja järjestelmäkehitysprosessin synteesi. Synteesissä tutkitaan ongelmien yhtenevyyttä ja ketterien menetelmien ratkaisuja ongelmiin. Synteesissä myös pohdimme, mitä ketterien menetelmien työkaluista voisi soveltaa innovaatioprosessin. Työn johtopäätös on, että ketteristä menetelmistä löytyy sovellettavia työtapoja innovaatioprosessiin. Työn laajuus estää soveltamisen mahdollisuuksien tarkemman tutkimisen ja yksittäisten ketterien työtapojen soveltaminen osaksi innovaatioprosessia olisikin hyvä jatkotutkimuksen aihe.

Idea- ja innovaatioporfolion hallinta

Tässä kandidaatintyössä tarkastellaan idea- ja innovaatioportfolion hallintaa, portfoliojohtamista sekä näihin soveltuvia erilaisia menetelmiä yrityksen näkökulmasta. Tavoitteena on luoda yleiskatsaus yleisimpiin käytettyihin menetelmiin ja viitekehyksiin. Lähteinä työssä on käytetty sähköisiä tietokantoja ja alan kirjallisuutta. Käytetyimmät portfolion hallintamenetelmät voidaan jakaa neljään ryhmään: taloudelliset ja rahamääräiset mittarit, liiketoimintastrategiat, portfoliokartat tai kupla-diagrammit, scorecard:it eli pisteytystaulukot sekä tarkistuslistat. Idea- ja innovaatioportfolion hallinnan tavoitteena on luoda yrityksen kannalta mahdollisimman tehokas ja tuottava portfolio, joka on kuitenkin linjassa yrityksen strategian kanssa. Portfolion projekteille jaettavissa olevat resurssit ovat niukat, joten resurssien jakoon ja tehokkaaseen hyödyntämiseen tulee kiinnittää huomiota. Portfolion tasapainottamiseksi on hyvä tarkastella kehitys- ja tutkimusprojektien määrää, kokoa ja riskiä. Teknologiatiekartta on yrityksen strateginen työkalu, jolla se voi suunnata toimintaansa kohti sen visiota. Teknologiatiekartta koostuu yrityksen valitsemista markkinoista, niille suunnatuista tuotteista tai palveluista, sekä näiden vaatimista tuotekehitysprojekteista ja teknologioista. Projektien etenemistä voidaan tarkastella stage-gate -mallin avulla. Stage-gate jakaa projektin porteilla eri vaiheisiin. Jokaisen portin läpäistäkseen projektin tulee täyttää sille asetetut vaatimukset. Menetelmät eivät takaa menestystä, vaan yrityksen on valittava itselleen sopivat menetelmät siten, että ne tukevat portfoliojohtamista ja sopivat yhteen yrityskulttuurin kanssa. Pelkkä mittareihin tuijottaminen ei riitä, vaan niiden taakse on myös osattava katsoa ja huomioida yrityksen strategia.

Comparison Structure Analysis

This study presents an automatic, computer-aided analytical method called Comparison Structure Analysis (CSA), which can be applied to different dimensions of music. The aim of CSA is first and foremost practical: to produce dynamic and understandable representations of musical properties by evaluating the prevalence of a chosen musical data structure through a musical piece. Such a comparison structure may refer to a mathematical vector, a set, a matrix or another type of data structure and even a combination of data structures. CSA depends on an abstract systematic segmentation that allows for a statistical or mathematical survey of the data. To choose a comparison structure is to tune the apparatus to be sensitive to an exclusive set of musical properties. CSA settles somewhere between traditional music analysis and computer aided music information retrieval (MIR). Theoretically defined musical entities, such as pitch-class sets, set-classes and particular rhythm patterns are detected in compositions using pattern extraction and pattern comparison algorithms that are typical within the field of MIR. In principle, the idea of comparison structure analysis can be applied to any time-series type data and, in the music analytical context, to polyphonic as well as homophonic music. Tonal trends, set-class similarities, invertible counterpoints, voice-leading similarities, short-term modulations, rhythmic similarities and multiparametric changes in musical texture were studied. Since CSA allows for a highly accurate classification of compositions, its methods may be applicable to symbolic music information retrieval as well. The strength of CSA relies especially on the possibility to make comparisons between the observations concerning different musical parameters and to combine it with statistical and perhaps other music analytical methods. The results of CSA are dependent on the competence of the similarity measure. New similarity measures for tonal stability, rhythmic and set-class similarity measurements were proposed. The most advanced results were attained by employing the automated function generation – comparable with the so-called genetic programming – to search for an optimal model for set-class similarity measurements. However, the results of CSA seem to agree strongly, independent of the type of similarity function employed in the analysis.