3D-robottipoimintajärjestelmän kehittäminen

Lasertekniikkaa hyödyntävä 3D-kuvaustekniikka tuo uusia mahdollisuuksia robotilla suoritettavaan kasastapoimintaan. Kasasta otetun syvyyskuvan avulla tuotteista voidaan määrittää perinteisen XY-paikkatiedon lisäksi tuotteen korkeus- ja asentotieto. Näitä uusia ominaisuuksia hyödyntämällä robotilla voidaan suorittaa yksittäisen tuotteen poiminta kasasta eri korkeuksilta ja eri asennoista. Diplomityö kuuluu osana Master Automation Groupin ensimmäiseen 3D-tekniikkaan perustuvaan MAG PixCell 3D -robosoituun kappaleenkäsittelysoluun. Työn tavoitteena on kehittääsyvyyskuvan käsittelyyn algoritmeja, joiden avulla robotilla voidaan poimia yksitellen kasassa olevia metallisia saksen teriä. Algoritmien tarkoituksena on varmistaa kasasta löydettyjen terien poimittavuus sekä määrittää poimittavien terien korkeudet ja asennot. Tarkastusten jälkeen robotille välitetään terien XYZ-koordinaatti- ja asentotiedot.

Toimintojen kuormitusten mallintaminen ja toimintolaskennan käyttöönottomahdollisuudet kokoonpanokonepajassa

Työn tavoitteena oli kehittää yrityksen liiketoimintaprosessikuvausta, mallintaa eräiden siinä esitettyjen toimintoryhmien ja yksittäisten toimintojen kuormitukset sekä tutkia toimintolaskennan käyttöönottomahdollisuuksia yrityksessä. Työssä on tuotu esille kapasiteettiin ja resursseihin liittyviä käsitteitä, kuten kapasiteettipäätösten ajoitus, resurssitarvesuunnittelu ja resurssien kohdistaminen. Työssä on myös tarkasteltu perinteisen kustannuslaskennan ja toimintolaskennan välisiä eroja. Aiempaa tutkimustietoa on käytetty asetettujen tavoitteiden saavuttamiseen. Liiketoimintaprosessikuvausta on muokattu vastaamaan paremmin yrityksen nykyistä rakennetta. Toimintojen kuormitukset on mallinnettu liiketoimintaprosessikuvauksesta ja kyselyistä saadun tiedon perusteella. Toimintolaskennan käyttöönottomahdollisuuksien arviointiperusteena on käytetty toimintolaskennan laskennallista toteutettavuutta yrityksessä. Työn ensimmäinen tulos on yksinkertaisempi ja monikäyttöisempi liiketoimintaprosessikuvaus, jota voidaan käyttää henkilöstöhallinnossa ja yrityksen toiminnan kehittämiseen. Toinen tulos on kuormitusmalli, jota voidaan käyttää muun muassa tulevaisuuden kapasiteettitarpeen arvioimiseen. Työnkolmas tulos on analyysi toimintolaskennan käyttöönottomahdollisuuksista ja työnumeroperusteisen kustannusten kohdistamisen periaatteet.

Talonrakennushankkeen logististen kustannusten mallintaminen

Logistiikan kehittämisen merkitys on suuri rakennusalan yritysten kilpailukyvylle. Tutkimuksen kohdeyrityksessä ei tunnettu logistiikkakustannuksia ja tämän takia eri toimitusketjuvaihtoehtojen kustannusvaikutuksia ei voitu vertailla. Ilman kustannustietoja toiminnan kehittäminen ja kilpailukyky kärsivät. Rakentamisen kehittämisen nopein tehostamis- ja kustannussäästöpotentiaali onkin logistiikassa. Tutkimuksen tavoite oli luoda helppokäyttöinen, nopea, ymmärrettävä ja luotettavaa informaatiota tarjoava toimitusketjuratkaisija, jonka avulla voidaan löytää kustannustehokkain toimitusketju projektitietojen perusteella. Alustava mallinnus ja testaus suoritettiin Excel-ohjelmalla. Malli laski logistiset kustannukset kustannustekijäkohtaisesti yhteen huomioiden tutkimuksen rajaukset. Osa rakennusalan tuotteista aiheuttaa huomattavan määrän kokonais- sekä logistisista kustannuksista, kun taas tiettyjen tuotteiden kustannukset ovat vain pieniä. Eri talotyypeille voidaan löytää yleisiä ohjesääntöjä toimitusketjujen käytöstä, mutta työmailla on aina myös tuotteita, jotka kannattaa tuoda joko terminaali- tai suorana toimituksena. Työmaiden olosuhteet ja toimitusmäärät ovatkin varsin ratkaisevassa asemassa toimitustapaa valittaessa. Edellä mainittuja tutkimustuloksia tukivat alan kirjallisuus sekä mallin testaustulokset.

Reconstruction of 3D Planar Objects with Partial Occlusion

Kolmiulotteisten kappaleiden rekonstruktio on yksi konenäön haastavimmista ongelmista, koska kappaleiden kolmiulotteisia etäisyyksiä ei voida selvittää yhdestä kaksiulotteisesta kuvasta. Ongelma voidaan ratkaista stereonäön avulla, jossa näkymän kolmiulotteinen rakenne päätellään usean kuvan perusteella. Tämä lähestymistapa mahdollistaa kuitenkin vain rekonstruktion niille kappaleiden osille, jotka näkyvät vähintään kahdessa kuvassa. Piilossa olevien osien rekonstruktio ei ole mahdollista pelkästään stereonäön avulla. Tässä työssä on kehitetty uusi menetelmä osittain piilossa olevien kolmiulotteisten tasomaisten kappaleiden rekonstruktioon. Menetelmän avulla voidaan selvittää hyvällä tarkkuudella tasomaisista pinnoista koostuvan kappaleen muoto ja paikka käyttäen kahta kuvaa kappaleesta. Menetelmä perustuu epipolaarigeometriaan, jonka avulla selvitetään molemmissa kuvissa näkyvät kappaleiden osat. Osittain piilossa olevien piirteiden rekonstruointi suoritetaan käyttämäen stereonäköä sekä tietoa kappaleen rakenteesta. Esitettyä ratkaisua voitaisiin käyttää esimerkiksi kolmiulotteisten kappaleiden visualisointiin, robotin navigointiin tai esineentunnistukseen.

Kuristettujen isotermisen vesivirtausten kolmidimensionaalinen mallintaminen

Työssä on tutkittu CFX ja Fluent virtauslaskentaohjelmien soveltavuutta kuristet-tujen isotermisten vesivirtausten kolmidimensionaaliseen mallintamiseen. Teoriaosassa on esitelty virtausta hallitsevat perusyhtälöt sekä eri kavitaatioteori-oita kavitaatiokuplan syntymisestä tuhoutumiseen. Laskennallisessa osassa esitellään käytetyt virtauslaskentaohjelmat ja laskentatapaukset sekä verrataan saatuja tuloksia aiemmin suoritettuihin mittauksiin. Työn pääpaino oli tutkia käytettyjen virtauslaskentaohjelmien soveltuvuutta kuris-tettujen virtauksien mallinnukseen.

Laatujärjestelmän rakentaminen ja laatukäsikirjan mallintaminen energiayhtiölle

Työ on osa Kotkan Energia Oy:ssä toteutettua laatuprojektia. Työllä haettiin uutta, oikeaa suuntaa jo aiemmin käynnistetylle laadun kehitykselle. Työn tavoitteena oli rakentaa yhtiölle asiakaslähtöinen laatujärjestelmä, joka kattaa kaikki Kotkan Energian toiminnot. Lisäksi diplomityöhön kuului järjestelmän dokumentointi ja erityisesti laatukäsikirjan mallintaminen. Laatujärjestelmän pohjana käytettiin ISO DIS 9001:2000 -laatustandardiehdotusta. Uudistetun standardiluonnoksen katsottiin palvelevan vanhoja ISO-laatustan-dardeja paremmin energiayhtiön tarpeita, koska ehdotus korostaa asiakastyytyväisyyttä, prosessiajattelua ja jatkuvaa parantamista. Diplomityöprojekti jakaantui selkeästi kolmeen osaan. Ensimmäisessä vaiheessa laatujärjestelmän ja laadun kehittämisen nykytilanne kartoitettiin haastattelujen ja aiemmin laaditun laatumateriaalin avulla. Selvityksen perusteella toisessa vaiheessa tehtiin kehitysehdotuksia ja -suunnitelmia sekä käynnistettiin järjestelmän perusrakenteiden luominen ja henkilöstön koulutus. Laatujärjestelmän keskeisiä osia rakennettiin yhteistyössä koko henkilöstön kanssa. Diplomityön kolmannessa vaiheessa Kotkan Energian menettelytavat dokumentoitiin laatukäsikirjan asiakirjoiksi. Dokumentointiin sisältyivät sekä vanhat, uudistetut että suunnitellut toimintaperiaatteet. Samalla käynnistettiin myös prosessien menettelyohjeiden laatiminen. Laatuprojektin aikana kehitettiin useita uusia ja toimivia käytäntöjä sekä niihin liittyviä dokumentteja. Näiden luotujen menettelytapojen kautta on jo saatu aikaan laadun parannusta. Osana työtä luotiin Kotkan Energian prosessien kuvaustapa. Muita tärkeimpiä ideoituja ja toteutettuja uusia työkaluja laadun hallintaan ovat tiimisopimus, asiakaspalautelomake, toimittajien arviointilomake, poikkeamaraportti sekä koulutus- ja matkatietolomake. Laatujärjestelmän viimeistelyyn ja kehittämiseen liittyvät ideat jalostettiin jatkosuunnitelmiksi.

Markkinaehtoinen hinnoittelu ja loppuasiakasmyynnin mallintaminen sähkökaupan riskienhallinnassa

Markkinauudistuksen myötä sähkökauppa pörssin kautta on lisääntynyt voimakkaasti ja tukkusähkölle on muodostunut yleisesti tunnustettu markkinahinta. Pörssikauppaan sisältyy monia riskejä, joiden hallinta on pörssikauppaa harjoittavan osapuolen toiminnan edellytys. Tukkusähkön hinnan markkinaehtoinen määräytyminen ja pörssikaupan riskit ovat muuttaneet sähkön vähittäismyynnin hinnoittelutarpeita. Työssä esitetään markkinaehtoinen hinnoittelumenetelmä, jossa markkinahinta-, aluehinta- ja profiiliriskit otetaan huomioon. Erityisesti tutkitaan hinnoittelussa vaikeimmin huomioitavissa olevan profiiliriskin muodostumista ja esitetään menetelmä sen hallintaan. Lisäksi esitetään menetelmät suojaustason optimointiin ja suojaustuotteiden toimitusjaksoista poikkeavan sähköntoimituksen hinnoitteluun. Kilpaillussa ympäristössä pärjää parhaiten se, joka toimii kustannustehokkaimmin ja hallitsee riskinsä parhaiten. Työn lopuksi esitetään kuinka myyntisopimuskannan salkuttamista voidaan käyttää hyväksi näihin tavoitteisiin pyrittäessä.

Moottoripolttoaineiden ominaisuuksien mallintaminen

Työn tavoitteena on selvittää voidaanko neuroverkkoa käyttää mallintamaan ja ennustamaan polttoaineen vaikutusta nykyaikaisen auton päästöihin. Näin pystyttäisiin vähentämään aikaa vievien ja kalliiden koeajojen tarvetta. Työ tehtiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja Fortum Oy:n yhteistyöprojektissa. Työssä tehtiin kolme erilaista mallia. Ensimmäisenä tehtiin autokohtainen malli, jolla pyrittiin ennustamaan autokohtaista käyttäytymistä. Toiseksi kokeiltiin mallia, jossa automalli oli yhtenä syötteenä. Kolmantena yritettiin kiertää eräitä aineiston ongelmia käyttämällä "sumeutettuja" polttoaineiden koostumuksia. Työssä käytettiin MLP-neuroverkkoa, joka opetettiin backpropagation algoritmilla. Työssä havaittiin ettei käytettävissä olleella aineistolla ja käytetyillä malleilla pystytä riittävällä tarkkuudella mallintamaan polttoaineen vaikutusta päästöihin. Aineiston ongelmia olivat mm. suuret mittausvarianssit, aineiston pieni määrä sekä aineiston soveltumattomuus neuroverkolla mallintamiseen.

3D-suunnittelujärjestelmän ja tuotetiedonhallintajärjestelmän integrointi

3D-suunnittelujärjestelmät ovat tärkeitä työkaluja tuotetiedon luomista ja muokkaamista varten, joten niiden tehokas toiminta yhdessä tuotetiedonhallintajärjestelmien kanssa on erittäin tärkeää. 3D-suunnittelujärjestelmien kehityksen seurauksena 3D-malleihin voidaan sisällyttää entistä enemmän tuotetietoa, jolloin tehokas tiedon tallentaminen ja sen hallinta kasvattaa merkitystään. 3D-malleihin sisältyvää tietoa, kuten esimerkiksi kappaleen painoa tai geometriaa, halutaan myös tarkastella ilman tiettyä 3D-järjestelmää. Tuotetiedon hallinta on ollut jo pitkään tärkeä osa tuotteen suunnitteluprosessia. Tuotetiedon hallintaan sisältyy tiedon luomista, keräämistä ja muokkaamista koko tuotteen eliniän ajan. Näitä tietoja voivat olla esimerkiksi piirustukset, 3D-mallit, mittauspöytäkirjat, kokouspöytäkirjat, mallistoluettelot, lujuuslaskelmat, huoltoraportit jne. Tuotetiedonhallintajärjestelmä pitää huolta kaikesta tästä tiedosta ja sen kautta tuotteisiin liittyvää tietoa voidaan myös muokata ja jakaa tehokkaasti. Tässä diplomityössä tutkittiin näiden kahden järjestelmän integraation toteutusta erilaisilla menetelmillä. Työn tarkoituksena oli valita Valtra Oy:n tarkoituksiin parhaiten sopiva menetelmä tuotetiedon siirtämiseksi järjestelmien välillä tehokkaasti. Työn tuloksena annetaan suositus käytettävistä menetelmistä ja työkaluista.

Tuotteen suunnitteluketjun tehostaminen 3D-ympäristössä

Tämä diplomityö on tehty Andritz Oy:lle Washers & Filters tuoteryhmään. Työ on osa 3D-suunnittelujärjestelmän käyttöönottoprojektia. Tavoitteena on arvioida uuden laitesuunnittelujärjestelmän vaikutuksia yrityksen tietojärjestelmiin ja toimintatapoihin sekä etsiä potentiaalisia tulevaisuuden kehityskohteita. Suunnittelutietoa hyödyntäviä sidosryhmien edustajia haastattelemalla selvitettiin järjestelmille ja ohjelmistoille asetettavia vaatimuksia. Ohjelmistoihin tutustumalla saatiin käsitys niiden nykytilasta ja kehityssuunnista. 3D-geometrian hyödyntämiseen perustuvilla järjestelmillä voidaan poistaa päällekäistä työtä sekä lyhentää läpimenoaikoja suunnittelussa ja valmistuksessa sijoittamalla työvaiheita rinnakkain. Suurimmat 3D-suunnittelun edut saavutetaan tuotekehitysvaiheessa, tuotemuutoksia tehtäessä sekä valmistusprosesseja suunniteltaessa. Ongelmallisimmat osa-alueet tietojärjestelmien kehittämisessä ovat ensi-sijaisesti tiedonsiirto ohjelmistojen välillä, työntekijöiden muutosvastarinta sekä laadukkaiden järjestelmien korkea hinta. Laajojen tietojärjestelmä-projektien läpivienti on hyvin haastavaa ja onnistuminen vaatii kaikkien sidosryhmien mukana olemista ja tarkkaa projektin koordinointia.

Strategisten reaalioptioiden mallintaminen Monte Carlo -simulointimenetelmällä, case Voest Alpine Stahl Ag

Tutkielman päätavoitteena oli selvittää, miten Monte Carlo –simulointi soveltuu strategisten reaalioptioiden arvonmääritykseen. Tutkielman teoriaosuudessa käytiin läpi reaalioptioteoriaa ja Monte Carlo –simulointimenetelmää toiminta-analyyttisella tutkimusotteella. Tuloksena todettiin, että simulointimenetelmää on reaalioptioiden yhteydessä yleensä käytetty, kun muu menetelmä ei ole ollut mahdollinen. Tutkielman pääpaino on tapaustutkimukseen pohjautuvassa empiriaosuudessa, jossa rakennettiin päätöksentekometodologista tutkimusotetta seuraten simulointimalli, jolla tutkittiin Voest Alpine Stahl Ag:n vaihtoehtoisten hinnoittelustrategioiden taloudellista vaikutusta. Mallin rakentaminen perustui yrityksen tilinpäätösaineistoon. Havaittiin, ettei yritys ole valitsemansa strategian vuoksi juurikaan menettänyt tuottoja, mutta toisaalta pelkkä tilinpäätösaineisto ei riitä kovin luotettavaan tarkasteluun. Vuosikertomusten antaman tiedon pohjalta analysoitiin lisäksi yrityksen toiminnassa havaittuja reaalioptioita. Monte Carlo –simulointimenetelmä sopii reaalioptioiden arvonmääritykseen, mutta kriittisiä tekijöitä ovat mallin rakentaminen ja lähtötietojen oikeellisuus. Numeerisen mallin rinnalla on siksi aiheellista suorittaa myös laadullista reaalioptioanalyysia.

Pakkauseräkokojen mallintaminen hankintalogistiikassa

Opinnäytetyön tavoite oli pakkauseräkokojen mallintaminen ABB Oy, Drivesin hankintalogistiikassa. Tavoite oli kaksiosainen; toisaalta toimittajille on jatkuvasti lähetettävä tieto pakkauksesta tilauksen mukana, ja toisaalta tietoa tarvitaan myös sisäiseen käyttöön raportoinnin muodossa. Tarkoitus on siis erottaa tilauseräkoko ja pakkauseräkoko. Työn teoriaosuudessa esitellään keskeisiä tekijöitä, joilla on vaikutusta tilaus- ja toimitusketjujen hallintaan. Tarkasteltaessa pakkauseräkokoja koko toimitusketjun näkökulmasta, on prosessien hallinta hyvin keskeisessä asemassa. Tämä puolestaan asettaa vaatimuksia sekä komponenttien toimitusketjuille että tuotannon ohjaamiselle. Pakkauseräkokojen mallintamiseen vaikuttaa pakkausalan yleiset standardit. Eräkokojen kustannuksia ja hyö-tyjä tulee tarkastella koko prosessin kannalta. Tilausohjautuvassa tuotannossa toimitusajat ovat yksi tärkeimmistä kilpailukeinoista. Tämän takia toiminnan suunnittelu ja ennakointi on erityisen tärkeää. Ennakoinnin tulisi olla mahdollisimman läpinäkyvää kaikille toimitusketjuun osallistuville, jossa yhteistyön merkitys on suuri. Työn tuloksena esitellään kehitettyä matemaattista mallia, joka perustuu tuotanto- ja ma-teriaalivolyymien laskelmiin sekä eri organisaatiotahojen välillä käytyihin keskusteluihin parannusehdotuksista. Laskelmien yksityiskohtaiset tulokset ovat vain toimeksiantajan käyttöön. Optimaaliset ratkaisuehdotukset muodostettiin laskelmien analysoinnin pohjalta.

Paineosien hankintaprosessin mallintaminen

Tämän työn tavoitteena oli kuvata paineosien hankintaprosessin nykytilamalli kohdeyrityksessä. Tutkimuksessa pyrittiin selvittämään paineosien hankintaprosessiin kriittisimmin vaikuttavia tekijöitä. Tutkimus oli osa yrityksessä vuonna 2007 käynnistettyä paineosien hankinnan ehityshanketta. Kirjallisuuteen perustuen määriteltiin merkittävimmät seikat prosessi johtamisessa ja prosessien kehittämisessä sekä projektiliiketoiminnan asettamat vaatimukset hankintaprosessille. Kohdeyrityksen henkilökuntaa haastattelemalla selvitettiin paineosien hankintaprosessia ja siihen kriittisimmin vaikuttavia tekijöitä, tietoja sekä dokumentteja. Hankintaprosessin nykytilamalli kuvattiin prosessikaavioina. Haastatteluista koostettiin prosessin nykytila-analyysi ja kehitysehdotukset prosessin parantamiseksi. Tutkimuksessa mallinnettu nykytilamalli jalostettiin yleiseksi hankinnan prosessimalliksi. Hankinnan prosessikaaviot liitettiin osaksi kohdeyrityksen johtamisjärjestelmää ja työohjeita.

Java 3D

Tämä insinöörityö kertoo Java 3D -ohjelmointirajapinnan perusteista ja sen käytöstä kolmiulotteisen tietokonegrafiikan luomisessa Java ohjelmointikielellä. Java 3D on rajapinta Java-ohjelmointikielelle, jonka avulla voidaan luoda ja käsitellä kolmiulotteista tietokonegrafiikkaa. Java 3D -rajapinnan avulla käsitellään kolmiulotteista tietokonegrafiikka erityisen maisemagraafimallin avulla. Maisemagraafi on binääripuuta muistuttava malli, joka mahdollistaa kolmiulotteisten kohteiden ja niille tapahtuvien muunnoksien käsittelyn hierarkisessa järjestyksessä. Työssä käydään läpi Java 3D -maisemagraafien luominen ja kolmiulotteisessa avaruudessa sijaitseville kappaleille tehtäviä perusoperaatioita kuten siirtoa ja kiertoa. Lisäksi käydään läpi myös erilaisia animoinnissa ja interaktiossa käytettäviä luokkia, joiden avulla ohjelmoija saa automatisoitua muunnoksia sekä käyttäjä voi antaa syötteitä hiirellä ja näppäimistöllä. Näiden lisäksi käydään läpi myös mallin valaistusta, varjoja, teksturointia sekä omien kolmiulotteisten mallien tuontia Java 3D -maailmaan. Opinnäytetyön yhteydessä on tehty myös kirjo erilaisia esimerkkejä, jotka ovat saatavilla verkkosivustolta osoitteessa http://www.pahvilaatikko.org/j3d lisäksi kopio verkkosivustosta löytyy myös opinnäytetyön mukana tulevalta cd-levyltä.