Alkuaineanalysaattorin keskusyksikön suunnittelu ja toteutus

Tässä diplomityössä esitellään jatkuvatoimisen alkuaineanalysaattorin kehitykseen liittyvän projektin alkuosa. Tässä osuudessa on tarkoituksena löytää analysaattorin vanhalle keskusyksikölle uusi korvaava kaupallinen prosessorikortti sekä suunnitella ja toteuttaa uudelle keskusyksikölle analysaattorin toiminnan vaatima ohjelma. Hihna-analysaattori on sulautettu reaaliaikajärjestelmä. Työssä esitellään sulautetun järjestelmän suunnittelun ja toteutuksen yleisiä toimintatapoja ja ratkaisuja. Erilaisista toteutusvaihtoehdoista esitellään niiden etuja ja haittoja. Työn toteutuksessa käytetään PC/104-standardin mukaisia valmiita kaupallisia yksiköitä. Tämä ISA-standardin laajennus soveltuu hyvin käytettäväksi sulautetussa järjestelmissä. Uudella keskusyksiköllä on mahdollista liittyä analysaattorin jäljelle jääviin yksiköihin erillisen sovitinkortin välityksellä. Työn lopputuloksena valittu toteutusratkaisu mahdollistaa analysaattorijärjestelmän vapaan jatkokehityksen, mikä ei ollut mahdollista vanhalla toteutuksella. Analysaattoriin on nyt mahdollista kehittää uusia ominaisuuksia, ja lisäksi sen nykyinen toiminta on hallitaan paremmin.

Matkapuhelinverkon MAP-protokollatoteutus älyverkkopalveluiden ohjauspisteeseen

Työssä esitellään yleiseurooppalaisen GSM-matkapuhelinjärjestelmän verkkoelementtejä ja perehdytään niiden väliseen standardoituun merkinantoprotokollaan. Lisäksi tarkastellaan protokollan lyhytsanomien välitykseen liittyviä operaatioita ja niissä tapahtunutta kehitystä standardoinnin eri vaiheissa. Tavoitteena oli toteuttaa GSM-matkapuhelinverkon merkinantoprotokollaan perustuva ohjelma, jonka tehtävänä on välittää lyhytsanomia matkapuhelin- ja lyhytsanomakeskuksen välillä. Matkapuhelimeen päättyvän lyhytsanoman välitykseen liittyy lisäksi reititystiedon hakeminen vastaanottajan kotirekisteristä. Toteutuksessa on ohjelmointirajapinta, joka helpottaa matkapuhelinverkon uusien palvelusovellusten kehittämistä. Toteutus testattiin standardoituja testitapauksia soveltaen. Yhdenmukaisuustestauksessa käytettiin apuna merkinantoanalysaattoria. Testauksessa tarkastettiin, että protokolla toimii loogisesti oikein. Suorituskykyä ei ole voitu testata todellisessa testiympäristössä, mutta ohjelmallisesti toteutettujen simulaattoreiden avulla on saatu hyviä tuloksia.

Ohutlevyn taivuttaminen pienerätuotannossa

Tutkimuksessa on selvitetty ohutlevyn taivuttamismenetelmien tärkeimmät kustannustekijät ja menetelmien taloudelliset käyttöalueet. Vertailtavina menetelminä on käsinsärmäys, robotisoitu särmäys, taivutusautomaatti ja taivutuskone. Tulosta on sovellettu Hackman Metos Oy:n keittiölaitteiden tuotantoon. Tutkimusmenetelminä oli haastattelututkimus, kirjallisuustutkimus, työntutkimustulosten käyttö, ryhmäteknologian soveltaminen ja kokeellinen tutkimus. Särmäysrobotin tärkein kustannustekijä on ohjelmointiaika, mikä vaikuttaa ratkaisevasti sen soveltuvuuteen pienerätuotantoon. Nykyisten särmäyssolujen taloudellinen käyttöalue on tuhansien kappaleiden vuosivolyymi satojen kappaleiden eräkoolla. taivutusautomaatin ohjelmointi- ja asetusajat ovat erittäin lyhyet ja sen tärkein kustannustekijä on käyttöaste. Mikäli käyttöaste on korkea, taivutusautomaatti on kannattava pienerätuotannossa pienille vuosivolyymeille. Taivutusautomaatin käyttöönotossa tuotteiden suunnittelu on tärkeä tekijä, sillä särmättäväksi suunnitellut osat eivät välttämättä sovellu taivutusautomaatilla taivutettavaksi. Taivutuskoneen investointikustannus on alhaisempi kuin särmäyspuristimen, mutta sillä on paljon tuotteen valmistettavuuden liittyviä rajoituksia. Taivutuskone on kannattava investointi, mikäli tuotannossa on paljon levyjä, joiden taivutukset ovat samaan suuntaan ja ne vaativat kaksi särmääjää. Tutkimuksen perusteella Hackman Metso Oy:ssä teknis-taloudellisin taivutusmenetelmä on käsinsärmäys. Tuotannon kasvaessa taivutusautomaatti tulee olemaan särmäysrobottia edullisempi. Taivutuskoneella on niin paljon valmistettavuusrajoituksia, että se ei sovellu yrityksen tuotantoon.

Oliopohjaisen ohjelmiston kehitysprosessi CASE: Sonera TradeXpress Mapper

Työ kartoittaa yleisemmin ohjelmistonkehitysprosesseille asetettavia vaatimuksia ja selvittää yksityiskohtaisemmin niiden soveltamista ja vaikutusta uusien ominaisuuksien suunnittelussa Soneran TradeXpress Mapper ohjelmistoon. Kyseinen työkalu mahdollistaa muun muassa EDI-viestien muokkaamisen graafisesti. Työn tuloksena syntyi selvitys ohjelmistonkehitysprosessien perusteista ja niiden soveltamisessa oliopohjaiseen systeemityöhön. Prosessin avulla voitiin ohjelma tehdä tarkemmin asiakkaan vaatimusten mukaiseksi ja uusien ominaisuuksien lisääminen onnistui helposti.

Diskreetin optimoinnin käyttö mekatronisen koneen virtuaalisuunnittelussa

Työn tavoitteena oli selvittää konetekniikan osastolla valmistetun optimointiohjelman soveltuvuutta virtuaaliprototyyppisen optimointiin. Lisäksi työn tavoitteena oli selvittää virtuaaliprototyyppien avulla tapahtuvan optimoinnin rajoitteet ja mahdollisuudet todellisilla optimointitehtävillä. Optimaze-ohjelma yhdistettiin simulointiohjelmistoon käyttäen apuna merkkitiedostoja ja simulointiohjelmiston sisäisiä makroja. Saadun optimointiympäristön toimivuus testattiin kahdella todellista puomia optimoivalla optimointitehtävällä. Simulointiohjelmistona käytettiin ADAMS:ia ja optimointialgoritmina differentiaalievoluutiota. Tuloksista havaittiin optimointiohjelman soveltuvan virtuaaliprototyyppien optimointiin. Raskaiden mallien optimoinnin huomattiin kuitenkin olevan liian hidas prosessi. Tutkimuksessa todettiinkin asian vaativan lisää tutkimista ja kehitystyötä.

Development of a PC Tool for Estimating Pressure Drops in Forced-convection Boiler Tubes

Kaksifaasivirtauksen kuvaamiseen käytettävät mallit, ja menetelmät kaksifaasivirtauksen painehäviön määrittämiseksi kehittyvät yhä monimutkaisimmiksi. Höyrystinputkissa tapahtuvien painehäviöiden arvioinnin vaatiman laskennan suorittamiseksi tietokoneohjelman kehittäminen on välttämätöntä. Tässä työssä on kehitetty itsenäinen PC-ohjelma painehäviöiden arvioimiseksi pakotetulle konvektiovirtaukselle pystysuorissa höyrykattilan höyrystinputkissa. Veden ja vesihöyryn aineominaisuuksien laskentaan käytetään IAPWS-IF97 –yhtälökokoelmaa sekä muita tarvittavia IAPWS:n suosittelemia yhtälöitä. Höyrystinputkessa kulloinkin vallitsevan virtausmuodon määrittämiseen käytetään sovelluskelpoisia virtausmuotojen välisiä rajoja kuvaavia yhtälöitä. Ohjelmassa käytetään painehäviön määritykseen kirjallisuudessa julkaistuja yhtälöitä, virtausmuodosta riippuen, alijäähtyneelle virtaukselle, kupla-, tulppa- ja rengasvirtaukselle sekä tulistetun höyryn virtaukselle. Ohjelman laskemia painehäviöarvioita verrattiin kirjallisuudesta valittuihin mittaustuloksiin. Laskettujen painehäviöiden virhe vaihteli välillä –19.5 ja +23.9 %. Virheiden itseisarvojen keskiarvo oli 12.8 %.

Electronic Commerce - Advantages and Requirements through Supply Chain

Työ käsittelee Metso Paper Servicen varaosa- ja kulutusosatuotelinjojen mahdollisuuksia sähköiseen liiketoimintaan ulkoisten asiakkaiden kanssa sekä sähköisten transaktioiden vaikutuksia, etuja ja edellytyksiä. Työssä selvitetään Metson ja sen kymmenen kotimaisen asiakastehtaan myynti- ja ostoprosessin toiminta. Prosessimallin avulla arvioidaan valmiuksia sähköisiin transaktioihin nykyisessä myynti- ja ostotoiminnassa. Tarkastelu painottuu toimintoihin tarjontaketjun eri vaiheissa. Teknisiä näkökohtia käsitellään kokonaiskuvan luomiseksi. Lisäksi työssä arvioidaan muutoksia, joita sähköinen liiketoiminta aiheuttaisi. Haastatteluin tehdyssä tutkimuksessa kartoitetaan näkemyksiä sähköiseen liiketoimintaan erilaisilla organisaation tasoilla. Kokonaisnäkemys syntyy erilaisista näkökulmista sähköiseen kauppaan. Sähköiseen liiketoimintaan suhtaudutaan myönteisesti. Kokemuksia on kuitenkin vielä vähän. Vaikka hankkeita sähköisen liiketoiminnan lisäämiseksi on vireillä, yhtä tärkeää on parantaa valmiuksia tehostamalla paitsi informaatiovirtaa, myös materiaalivirtaa.

Kuumahierteen laadun ja energiankulutuksen optimointi

Kuumahierteen menestyksekäs kehitys on vähentänyt kemiallisten massojen käyttöä painopapereiden raaka-aineena. Hiertäminen kuluttaa kuitenkin huomattavasti enemmän energiaa muihin massanvalmistusmenetelmiin verrattuna. Tämän työn tavoitteena oli optimoida Stora Enson Varkauden tehtaiden uuden TMP-linjan massan laatua ja energiankäyttöä. Työ koostui jauhimien monimuuttujakoeajoista, Metso Paperin painekoeajosta sekä koko TMP-linjaa koskevista tarkistusajoista. Monimuuttujakoeajot suoritettiin 600 t vuorokausituotannolla 60 % kuorimohakesuhteella. Jauhatuksen kokonaisenergiankulutuksen rajaksi sovittiin vanhojen jauhinlinjojen perusteella 2,3 MWh/t. Massan laadun kriittisimmäksi tekijäksi osoittautui vetoindeksi, joten optimoinnin tavoitteeksi muodostui vetoindeksin kehittäminen annetun energiankulutuksen puitteissa. Kuumahierteen laadun kehittymisen kannalta merkittävin vaihe oli hakkeen kuituuntuminen. Kuituuntumisen tulee tapahtua riittävän korkeassa lämpötilassa ligniinin pehmenemisen ja kuitujen joustavuuden saavuttamiseksi sekä alhaisella intensiteetillä, jolloin kuituja ei katkota. Ensimmäisen vaiheen jauhatuksen EOK:n on oltava vähintään 1,00 MWh/t, jolloin toisen vaiheen jauhatus vaatii energiaa vähintään 0,70 MWh/t. Rejektijauhimen tuotantotason tulisi olla mahdollisimman suuri ja intensiiviseen jauhatukseen käytettävän ominaisenergian noin 1,00 MWh/t.

Toimintajärjestelmän hallintaohjelmiston suunnittelu ja toteutus yritysverkostojen käyttöön

Tässä diplomityössä kuvataan sähköisen toimintajärjestelmän hallintaohjelmiston toteuttaminen yritysverkostojen käyttöön. Jokainen toimintajärjestelmän osa on kuvattu erikseen ja sitä vastaamaan on toteutettu oma osio, joka vastaa nykyisten standardien ja spesifikaatioiden vaatimuksiin. Tämän työn standardit ja spesifikaatiot ovat ISO 9001:2000 (laatustandardi), ISO 14001 (ympäristöstandardi) ja OHSAS 18001 (turvallisuusjärjestelmäspesifikaatio). Hallintaohjelmistolla pystytään ylläpitämään toimintajärjestelmän perusosat, joita ovat prosessikuvaukset, asiakirjat, raportit ja mittarit. Ohjelma toteutetaan servlet-tekniikalla web-ympäristöön. Tietokantaratkaisuna käytetään SQL:ää, joka sopii hyvin yhteen Javan kanssa. Käyttöliittymänä on selain, mikä osaltaan helpottaa käyttöönottoa yrityksissä, koska erillisiä asennuksia käyttäjien koneisiin ei tarvita. Ohjelma on tarkoitettu asennettavaksi yrityksen sisäverkkoon.

Tietojärjestelmän hankinta asiantuntijaorganisaation projektiliiketoiminnantueksi

Työn tavoitteena oli löytää Vahanen Yhtiöille uusi asiantuntijaorganisaation projektiliiketoimintaa tukeva tietojärjestelmä. Vahasella on käytössään projektinhallintaohjelma, mutta se ei tarjoa riittäviä työkaluja laajentuvan ja kansainvälistyvän organisaation projektien hallintaan. Myös ohjelman kehitys on lopetettu. Työn kirjallisuusosa muodostaa teoriarungon käytännön toteutukselle. Kirjallisuusosa käsittelee asiantuntijaorganisaatiota ja sen projektiliiketoimintaa sekä projektien hallintaan liittyviä tietojärjestelmiä. Käytännön projektityössä käyttäjähaastatteluilla kartoitettiin tarpeet, jotka toimivat toiminnallisina kriteereinä uutta ohjelmaa valittaessa. Samalla etsittiin ongelmakohtia nykyisissä toimintatavoissa. Kun tarpeet olivat tiedossa, voitiin systemaattinen ohjelman valintaprosessi toteuttaa. Valintaprosessissa kartoitettiin markkinoilla olevat ohjelmat, määritettyjen kriteerien perusteella ohjelmia karsittiin ja lopputuloksena soveltuvin ohjelma valitaan.Diplomityön lopputuloksena kahdesta Vahasen tarpeisiin soveltuvimmasta ohjelmasta suoritettiin vertailu, jonka perusteella Vahasen johto tekee päätöksen. Ratkaisevana tekijänä valintapäätöksessä on minkä painoarvon toiminnallisuuksien eroavaisuudet, ohjelman kustannukset ja toimittajaan kohdistuva riski saavat.

Kuivajätteen hyödyntämisprosessi

Jätemäärät Suomessa ja useimmissa muissakin maissa ovat kasvavia tehostuneesta kierrätyksestä huolimatta. Kaatopaikka on edelleen yleisin jätteen loppusijoituspaikka. Sinne päätyy paljon kierrätettäväksi kelpaavaa materiaalia muun muassa kuitumateriaalia, joka olisi käyttökelpoista uusiomassan raaka-ainetta. Metso Paper Oy on kehittänyt prosessin, jolla voidaan erottaa kuitumateriaali kuiva- tai energiajätteestä. Prosessista on rakennettu siirrettavä koelaitteisto, jonka tarkoituksena on osoittaa, että kuidun talteenotto kuivajätteestä on mahdollista sekä taloudellisesti mielekästä. Työn alkuosassa tarkastellaan uusiokuidun ominaisuuksia ja sen käyttökohteita. Lisäksi tarkastellaan kuivajätteen hyödyntämistä hylsykartongin ja kierrätettävän muovin raaka-aineena. Työn tavoitteena on arvioida erilaisten raaka-aineiden soveltuvuutta prosessiin koeajotulosten pohjalta sekä tarkastella saavutettuja massan laatuarvoja ja niiden soveltuvuutta erilaisiin paperi- ja kartonkituotteisiin. Ominaisuuksiltaan uusiokuitu on aina ensikuitua heikompi. Kuivajätteestä voidaan prosessilla erottaa kuitua, joka laadultaan kelpaa ainakin ruskeisiin pakkausmateriaaleihin.

Kalvoerotusprosessin esikäsittely

Työn tavoitteena oli tutkia kiertoveden puhdistamiseen käytetyn kalvosuodatuksen esikäsittelymenetelmien vaikutusta ultrasuodatukseen. Suodatettava vesi oli kierrätyskuitua käyttävän paperikoneen kiekkosuotimen kirkassuodosta. Koeajon loppuosassa käytettiin biokirkassuodosta. Paperitehtaassa oli suljettu vesikierto. Pilot-laitteistona käytettiin Metso PaperChemin OptiFilter CR550/40 ultrasuodatusyksikköä. Testatut kalvot olivat C30 kalvoja. Suodatuksissa seurattiin esikäsittelymenetelmien vaikutusta permeaatin määrään ja laatuun. Ultrasuodatus tehtiin sekä ilman esikäsittelyä että lamelliselkeytin esikäsittelynä. Esikäsittelykemikaalina käytettiin talkkia. Ultrasuodatuksissa havaittiin, että suodatuslämpötilalla oli suora vaikutus kapasiteettiin. Lämpötila vaikutti lineaarisesti kirkassuodoksen ja biokirkassuodoksen permeaattivuohon. Lämpötila nostettiin 55oC:een suodatuslämpötilasta 35 – 40oC. Korkeassa lämpötilassa kirkassuodos oli kapasiteetiltaan suurempi kuin biokirkassuodos. Konsentrointiajoista nähtiin, että ultrasuodatuksen syötön konsentraatioaste vaikutti kirkassuodoksen permeaattivuohon. Syötön konsentraatioastetta lisättäessä kapasiteetti laski. Konsentrointiajoja vertailtaessa havaitaan, että ilman esikäsittelyä vuo laski konsentroitaessa nopeammin kuin suodatuksissa, joissa käytettiin esikäsittelyä. Lamelliselkeyttimellä ja talkilla esikäsitelty suodatus laski kapasiteettia vähiten. Konsentraatioasteen nostaminen lisäsi konsentraatin kemiallista hapenkulutusta. Konsentraatin viskositeetti nousi konsentraatioastetta lisättäessä. Analyysitulosten perusteella saadaan ultrasuodatuskalvoille tyypilliset reduktiot. COD-reduktio oli 10 – 30 %, anionisuuden 40 – 70 % ja värin 80 – 90 %. Vuon kanssa korreloivat pH, uuteaine, ligniini, viskositeetti ja hemiselluloosat.

Matrix Analytic Analysis of Delays in Communication Systems

Tässä päättötyössä annetaan kuvaus kehitetystä sovelluksesta Quasi Birth Death processien ratkaisuun. Tämä ohjelma on tähän mennessä ainutlaatuinen ja sen avulla voi ratkaista sarjan tehtäviä ja sitä tarvitaan kommunikaatio systeemien analyysiin. Mainittuun sovellukseen on annettu kuvaus ja määritelmä. Lyhyt kuvaus toisesta sovelluksesta Quasi Birth Death prosessien tehtävien ratkaisuun on myös annettu

Meesauunin polttovyöhykkeen lämmönsiirron ja palamisen mallinnus

Tälle diplomityölle on antanut alkusysäyksen tarve kehittää käytössä olevaa meesauunin simulointiohjelmaa. Simulointiohjelma mallintaa meesauunin stationaaritilan toimintaa. Sillä voidaan tutkia uunin konstruktion muutosten vaikutuksia uunin toimintaan. Ohjelma on tehty 1980-luvun alkupuolella. Sen aikaisten tietokoneiden laskentatehojen vuoksi ohjelman käyttämään laskentamalliin on jouduttu tekemään joukko erilaisia yksinkertaistuksia laskenta-ajan lyhentämiseksi. Tässä diplomityössä keskityttiin tutkimaan meesauunin polttovyöhykkeen lämmönsiirron ja palamisen mallinnusta. Työssä luotiin aluksi tarvittavat massa- ja energiataseet sekä esitettiin tarvittavat lämmönsiirtoyhtälöt. Sen jälkeen kehitettiin uusi polttoaineen 1D-palamismalli. Palamismalli tehtiin VTT:n tekemien 3D-mallinnusten perusteella. Polttoaineina käytettiin maakaasua ja polttoöljyä. Uusi palamismalli lisättiin simulointiohjelmaan. Lisäksi simulointiohjelmasta muutettiin savukaasun emissiviteetin laskenta ja lämmönsiirto uunin ulkopinnasta ympäristöön. Tuloksena saatiin aikaan uusi tarkempi kuvaus lämmönsiirrosta ja palamisesta meesauunissa.

Lämmönvaihtimien likaantumisen ja ylimenokorroosion tutkiminen raakaöljyn tislauksessa.

Työssä tutkittiin raakaöljyn tislausyksikön esilämmityksen lämmönvaihtimien likaantumista erillisen likaantumisenseurantaohjelman avulla. Ohjelmaan syötetään prosessitiedot eri lämmönvaihtimille, joista ohjelma laskee likaantumiskertoimet sekä kokonaislämmönsiirtokertoimet puhtaalle ja likaiselle lämmönvaihtimelle. Lisäksi työssä perehdyttiin raakaöljyn suolanpoistoon ja ylimenokorroosioon. Työn kirjallisessa osassa tutustuttiin lämmönsiirtoa kuvaaviin suureisiin ja eri lämmönvaihdinratkaisuihin. Lämmönvaihtimien likaantumismekanismeja ja erilaisia rakenteellisia ratkaisuja tarkasteltiin laajasti. Kirjallisessa osassa perehdyttiin myös ylimenokorroosion ja suolanpoiston ongelmiin. Kokeellisen osan tarkoituksena oli likaantumisen seurantaohjelman virheiden korjaaminen ja likaisten lämmönvaihtimien etsiminen. Likaantumisen seurantaohjelmalla suoritettiin kuusi eri ajoa. Ohjelmaan syötettävät lähtötiedot tarkastettiin ja virheelliset korjattiin. Ajojen perusteella arvioitiin lämmönvaihtimien likaantumista, puhdistustarvetta sekä pohjaöljylämmönvaihtimien pesun vaikutusta prosessin toimintaan. Ylimenokorroosion ja suolanpoiston seurantaraportteihin ja analyyseihin perehdyttiin ja prosessin tilaa arvioitiin. Lämmönvaihtimien puhdistus vähentää lämpö- ja painehäviöitä esilämmönvaihtimilla. Esilämmityksen lämmönvaihtimien puhdistus, varsinkin pohjaöljylämmönvaihtimien, on kannattavaa jo lyhyelläkin aikavälillä. Optimaalisia prosessi toimintoja arvioitaessa pitää kuitenkin tarkastella koko esilämmitystä ja kaikkia siihen vaikuttavia muuttujia. Lämmönvaihtimien likaantumista voidaan vähentää myös tehostamalla suolanpoistajien toimintaa.