Simulating the performance of paper machine control

The topic of this thesis is the simulation of a combination of several control and data assimilation methods, meant to be used for controlling the quality of paper in a paper machine. Paper making is a very complex process and the information obtained from the web is sparse. A paper web scanner can only measure a zig zag path on the web. An assimilation method is needed to process estimates for Machine Direction (MD) and Cross Direction (CD) profiles of the web. Quality control is based on these measurements. There is an increasing need for intelligent methods to assist in data assimilation. The target of this thesis is to study how such intelligent assimilation methods are affecting paper web quality. This work is based on a paper web simulator, which has been developed in the TEKES funded MASI NoTes project. The simulator is a valuable tool in comparing different assimilation methods. The thesis contains the comparison of four different assimilation methods. These data assimilation methods are a first order Bayesian model estimator, an ARMA model based on a higher order Bayesian estimator, a Fourier transform based Kalman filter estimator and a simple block estimator. The last one can be considered to be close to current operational methods. From these methods Bayesian, ARMA and Kalman all seem to have advantages over the commercial one. The Kalman and ARMA estimators seems to be best in overall performance.

The Productivity, Economy and Quality of Welding in the Different Geographical Areas of China - Today and in the Future

This master’s thesis gives out the real situation of the China welding industry and factories nowadays in different geographical areas, in order to inform the Finnish companies who have the willing to find a Chinese welding subcontractor a proper and correct selection concept by analyzing and supplying the information of different scale and form welding factories in different Chinese areas. The first section of this thesis gives out the general situation about the co-operation between China and Finland in the welding industry, also includes the general introduction of the Chinese welding industry. The second section gives out the geographical compartmentalization result of Chinese welding industry, which is where and how many areas will be studied in this thesis. The main body of this thesis is the real information of welding productivity, welding cost, and welding quality in China. All the information was collected from real factories in China by the author. The last section of this thesis is the improvements to the Chinese welding factories that have the willing to become a subcontractor, and the suggestions to the Finnish companies who may find a Chinese welding factory as their subcontractor in future.

Orthogonal function method in modelling paper web quality variation

This work is devoted to the analysis of signal variation of the Cross-Direction and Machine-Direction measurements from paper web. The data that we possess comes from the real paper machine. Goal of the work is to reconstruct the basis weight structure of the paper and to predict its behaviour to the future. The resulting synthetic data is needed for simulation of paper web. The main idea that we used for describing the basis weight variation in the Cross-Direction is Empirical Orthogonal Functions (EOF) algorithm, which is closely related to Principal Component Analysis (PCA) method. Signal forecasting in time is based on Time-Series analysis. Two principal mathematical procedures that we used in the work are Autoregressive-Moving Average (ARMA) modelling and Ornstein–Uhlenbeck (OU) process.

Role and regulatory mechanisms of heat shock factor 2

Protein homeostasis is essential for cells to prosper and survive. Various forms of stress, such as elevated temperatures, oxidative stress, heavy metals or bacterial infections cause protein damage, which might lead to improper folding and formation of toxic protein aggregates. Protein aggregation is associated with serious pathological conditions such as Alzheimer’s and Huntington’s disease. The heat shock response is a defense mechanism that protects the cell against protein-damaging stress. Its ancient origin and high conservation among eukaryotes suggest that the response is crucial for survival. The main regulator of the heat shock response is the transcription factor heat shock factor 1 (HSF1), which induces transcription of genes encoding protective molecular chaperones. In vertebrates, a family of four HSFs exists (HSF1-4), with versatile functions not only in coping with acute stress, but also in development, longevity and cancer. Thus, knowledge of the HSFs will aid in our understanding on how cells survive suboptimal circumstances, but will also provide insights into normal physiological processes as well as diseaseassociated conditions. In this study, the function and regulation of HSF2 have been investigated. Earlier gene inactivation experiments in mice have revealed roles for HSF2 in development, particularly in corticogenesis and spermatogenesis. Here, we demonstrate that HSF2 holds a role also in the heat shock response and influences stress-induced expression of heat shock proteins. Intriguingly, DNA-binding activity of HSF2 upon stress was dependent on the presence of intact HSF1, suggesting functional interplay between HSF1 and HSF2. The underlying mechanism for this phenomenon could be configuration of heterotrimers between the two factors, a possibility that was experimentally verified. By changing the levels of HSF2, the expression of HSF1-HSF2 heterotrimer target genes was altered, implementing HSF2 as a modulator of HSF-mediated transcription. The results further indicate that HSF2 activity is dependent on its concentration, which led us to ask the question of how accurate HSF2 levels are achieved. Using mouse spermatogenesis as a model system, HSF2 was found to be under direct control of miR-18, a miRNA belonging to the miR-17~92 cluster/Oncomir-1 and whose physiological function had remained unclear. Investigations on spermatogenesis are severely hampered by the lack of cell systems that would mimic the complex differentiation processes that constitute male germ cell development. Therefore, to verify that HSF2 is regulated by miR-18 in spermatogenesis, a novel method named T-GIST (Transfection of Germ cells in Intact Seminiferous Tubules) was developed. Employing this method, the functional consequences of miR-18-mediated regulation in vivo were demonstrated; inhibition of miR- 18 led to increased expression of HSF2 and altered the expression of HSF2 target genes Ssty2 and Speer4a. Consequently, the results link miR-18 to HSF2-mediated processes such as germ cell maturation and quality control and provide miR-18 with a physiological role in gene expression during spermatogenesis.Taken together, this study presents compelling evidence that HSF2 is a transcriptional regulator in the heat shock response and establishes the concept of physical interplay between HSF2 and HSF1 and functional consequences thereof. This is also the first study describing miRNA-mediated regulation of an HSF.

Silloitushitsauksen robotisointi

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia ja selvittää kuormakoneen takarunkorakenteen silloitushitsauksen robotisointia. Työ päätettiin rajata koskemaan vain tiettyä moduulia takarungosta. Työssä kartoitettiin tarvittava laitteisto, selvitettiin runkomoduulin silloitusajat sekä arvioitiin investoinnin kannattavuutta. Silloituksen suorittavan järjestelmän vaatimuksena oli, että sen tulee asettaa osat paikoilleen hitsauskiinnittimeen ja tehdä tarvittavat silloitushitsaukset automaattisesti. Sopivaksi laitteistoksi osoittautui taloudellisuuden ja toiminnallisuuden näkökulmasta yhdestä kappaleenkäsittely- sekä hitsausrobotista muodostuva järjestelmä. Kappaleenkäsittelijän ohjauksessa käytetään konenäköä sekä osien paikannuksessa että laadunvarmistuksessa. Robotit liikkuvat yhteisellä lineaariradalla, jonka rinnalla on kappaleenkäsittelylaitteistoja hitsauskiinnittimineen. Robotisoinnin käyttöönotolla yhden takarungon moduulien kokoonpanoon ja silloitukseen käytettävä aika pienenee alle puoleen manuaaliseen työhön verrattuna. Näin saavutetaan merkittäviä kustannussäästöjä. Lisäksi hitsauskiinnittimet voivat olla verrattain yksinkertaisia manuaalityöhön verrattuna, jolloin myös säästetään työkaluinvestoinneissa. Robotisointiprojektin jatkotoimenpiteitä ovat laajamittaiset tuotantosimulaatiot layoutin, laitteiston sekä työkiertojen tarkaksi määrittämiseksi. Lisäksi itse tuotetta on muokattava paremmin robottisilloitukseen sopivaksi.

Suunnittelulla ja ruo´on hyötykäytöllä tehokkuutta rantojen hoitoon : Tuloksia ja kokemuksia VELHO-hankkeesta

Varsinais-Suomen ELY-keskuksen toteuttamassa VELHO-hankkeessa kehitettiin kustannustehokkaita ratkaisuja ranta-alueiden umpeenkasvun aiheuttamiin ongelmiin luomalla uusi konsepti ranta-alueiden monikäyttösuunnitteluun, edistämällä järviruo’on hyötykäyttöä ja valmistelemalla esityksiä uuteen maaseudun kehittämisohjelmaan. Tässä julkaisussa esitellään työn tulokset ja johtopäätökset. Hankkeessa laadittiin kolme ranta-alueiden monikäyttösuunnitelmaa: Mynälahden Sarsalanaukko ja Musta-aukko, Oukkulanlahti – Naantalinaukko ja Eurajoen - Luvian rannikko. Suunnitelmissa sovitettiin yhteen ranta-alueiden eri käyttömuotoja ja pyrittiin löytämään optimaalinen verkosto hyötykäyttöön leikattavien ruovikoiden, avoimena pidettävien merenrantaniittyjen ja säilytettävien ruovikoiden välille. Kustannustehokkuuteen pyrittiin kohdentamalla hoitotoimet laajoihin kokonaisuuksiin sekä järviruo’on hyötykäytöllä. Suunnitelmat laadittiin laajassa osallistavassa prosessissa. Hankkeessa laadituissa ranta-alueiden monikäyttösuunnitelmissa esitettiin erilaisia maankäyttötavoitteita ja hoitosuosituksia yli 2000 hehtaarille. Ruovikoiden ja rantaniittyjen lisäksi suunnittelun kohteena olivat myös rantojen läheiset peltoalueet, reunavyöhykkeet ja muut perinnebiotoopit. Hoitotoimilla tavoitellaan alueiden luonnon monimuotoisuuden ja vesien tilan paranemista, maiseman avartumista ja virkistyskäytön helpottumista. Ruovikoiden erilaisia leikkuumenetelmiä (talvileikkuut, vesileikkuut, maaleikkuut) testattiin 90 hehtaarin alalla. Rantaniittyjen kunnostuksessa testattiin maaleikkuun lisäksi ruovikon niittomurskausta. Ruokomassan hyötykäyttökokeissa testattiin kahden eri ruokolaadun eli tuoreen kesäruo’on ja kuivan talviruo’on esikäsittelyä ja hyötykäyttöä energiantuotannossa (poltto, biokaasutus) ja maataloudessa (maanparannusaine, viherlannoite, kuivike, katemateriaali). Maaseudun kehittämisohjelmaan tehtiin esityksiä tukimuotojen kehittämiseksi: rantaniittyjen kunnostuksen lisääminen ja hoidon laadun parantaminen, ruovikoiden vesileikkuut ravinteiden poistajina sekä ruokomassojen käyttö maan orgaanisen aineen lisääjänä. Hankkeen kokemusten mukaan yksi kustannustehokkaimmista hoito- ja käyttöketjuista on ruovikon leikkuu loppukesällä ja siitä kertyvän massan käyttö ranta-alueiden läheisillä pelloilla viherlannoitteena ja maanparannusaineena. Yhden hehtaarin ruovikon kesäleikkuulla poistetaan keskimäärin 80 kg typpeä ja 7 kg fosforia. Vesiensuojelullisten hyötyjen lisäksi leikkuulla parannetaan umpeenkasvusta kärsivien lajien elinoloja, lisätään rantojen vetovoimaisuutta ja edistetään luonnonhoitoyrittäjyyden edellytyksiä. Peltokäytössä käsittelyketju on lyhyt eikä se vaadi pitkiä kuljetusmatkoja. Ruokomassa kierrättää ravinteita takaisin pelloille ja parantaa maan rakennetta. Järviruo’on hyötykäytöllä ei pystytä kattamaan koko leikkuu- ja käyttöketjun kustannuksia. Leikkuusta ja hyötykäytöstä saatavien monien eri aineellisten ja aineettomien ekosysteemipalveluhyötyjen vuoksi toimintaan on tarpeen suunnata yhteiskunnan tukea ja luoda käytännön toteutusta edistäviä tukimuotoja. Kustannustehokkuutta voidaan edelleen parantaa laitteita ja menetelmiä kehittämällä.

Tuotantoympäristön jatkuva parantaminen

Tutkimuksen tavoitteena oli luoda kohdeyritykseen toimintamalli, jonka avulla saadaan osallistettua työntekijät, tiiminvetäjät ja työnjohto tuotannon jatkuvaan parantamiseen sekä parannettua tuotannon takaisinkytkentää tiimitasolla. Tutkimus rajattiin pilottitiimiin sekä tiimissä olevien työpisteiden kautta reititettyihin tuotteisiin. Ennen tutkimuksen aloitusta yrityksellä oli jo olemassa sähköinen aloitejärjestelmä, mutta sen käyttö oli organisaation uudelleen järjestelyjen myötä vähentynyt. Tutkimuksen teoriaosassa tutustuttiin jatkuvan parantamisen kulttuuriin ja työkaluihin. Lisäksi tutustuttiin laadunhallinnan sisältöön, käsitteistöön ja laadunvalvontatyökaluihin sekä tuotannon mittareihin. Teorian pohjalta tutkimuksessa luotiin jatkuvan parantamisen toimintamalli, joka tunnistaa ja eliminoi prosessissa olevaa hukkaa osallistamalla pilottitiimin työntekijöitä hukkakorttien avulla. Lisäksi tutkimuksessa luotiin toimintamalli tuotannon kehitysideoiden raportointiin ja käsittelyyn. Tuotannon takaisinkytkentää kehitettiin luomalla pilottitiimiin tuloskortti sekä perustamalla yritykseen päiväkatsauskäytäntö. Tutkimuksessa suoritettiin myös toimihenkilötason kehitysprojekteja käyttäen apuna teoriassa esiteltyjä malleja ja työkaluja. Tuloksena saatiin toimintamalli, joka tuottaa työntekijämäärään suhteutettuna enemmän kehitysideoita sekä käsittelee ne tehokkaammin kuin sähköinen aloitejärjestelmä. Hukkakorteilla toteutetun hukan raportoinnin kautta tunnistettiin ja raportoitiin seitsemän viikon tarkasteluajanjakson aikana yhteensä 23,6 tuntia hukka-aikaa. Tiimin tuloskortin avulla tiimin työntekijät pystyivät viikkotasolla seuraamaan oman tiiminsä suorituskykyä tavoitearvoihin verrattuna. Tämä näkyi muun muassa tiimin suoritustason nousuna. Kehitysprojektien avulla saatiin parannettua pilottitiimin toiminnan ja tuotteiden laatua. Päiväkatsauskäytännön avulla saatiin osallistettua tiiminvetäjät ongelmaratkaisuun sekä tuotannon suorituskyvyn varmistamiseen.

Development and characterization of thin printed films for gas sensing applications

The monitoring and control of hydrogen sulfide (H2S) level is of great interest for a wide range of application areas including food quality control, defense and antiterrorist applications and air quality monitoring e.g. in mines. H2S is a very poisonous and flammable gas. Exposure to low concentrations of H2S can result in eye irritation, a sore throat and cough, shortness of breath, and fluid retention in the lungs. These symptoms usually disappear in a few weeks. Long-term, low-level exposure may result in fatigue, loss of appetite, headache, irritability, poor memory, and dizziness. Higher concentrations of 700 - 800 ppm tend to be fatal. H2S has a characteristic smell of rotten egg. However, because of temporary paralysis of olfactory nerves, the smelling capability at concentrations higher than 100 ppm is severely compromised. In addition, volatile H2S is one of the main products during the spoilage of poultry meat in anaerobic conditions. Currently, no commercial H2S sensor is available which can operate under anaerobic conditions and can be easily integrated in the food packaging. This thesis presents a step-wise progress in the development of printed H2S gas sensors. Efforts were made in the formulation, characterization and optimization of functional printable inks and coating pastes based on composites of a polymer and a metal salt as well as a composite of a metal salt and an organic acid. Different processing techniques including inkjet printing, flexographic printing, screen printing and spray coating were utilized in the fabrication of H2S sensors. The dispersions were characterized by measuring turbidity, surface tension, viscosity and particle size. The sensing films were characterized using X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray diffraction, atomic force microscopy and an electrical multimeter. Thin and thick printed or coated films were developed for gas sensing applications with the aim of monitoring the H2S concentrations in real life applications. Initially, a H2S gas sensor based on a composite of polyaniline and metal salt was developed. Both aqueous and solvent-based dispersions were developed and characterized. These dispersions were then utilized in the fabrication of roll-to-roll printed H2S gas sensors. However, the humidity background, long term instability and comparatively lower detection limit made these sensors less favourable for real practical applications. To overcome these problems, copper acetate based sensors were developed for H2S gas sensing. Stable inks with excellent printability were developed by tuning the surface tension, viscosity and particle size. This enabled the formation of inkjet-printed high quality copper acetate films with excellent sensitivity towards H2S. Furthermore, these sensors showed negligible humidity effects and improved selectivity, response time, lower limit of detection and coefficient of variation. The lower limit of detection of copper acetate based sensors was further improved to sub-ppm level by incorporation of catalytic gold nano-particles and subsequent plasma treatment of the sensing film. These sensors were further integrated in an inexpensive wirelessly readable RLC-circuit (where R is resistor, L is inductor and C is capacitor). The performance of these sensors towards biogenic H2S produced during the spoilage of poultry meat in the modified atmosphere package was also demonstrated in this thesis. This serves as a proof of concept that these sensors can be utilized in real life applications.

Ympäristöjohtaminen tienrakennushankkeessa

Tässä diplomityössä tutkittiin tienrakentamisen aikaista ympäristöjohtamista. Työn tavoitteena oli arvioida jo toteutuneen infrastruktuuriprojektin rakentamisen aikaisen ympäristöjohtamisen onnistumista, verrata toteutunutta ympäristöjohtamista standardiin SFS-EN ISO 14001 ja löytää standardin avulla kehitysehdotukset vastaavanlaisten projektien toteuttamisen aikaiseen ympäristöjohtamiseen tulevaisuudessa. Työ toteutettiin tutkimalla esimerkkiprojektin ympäristönsuojelulle ja ympäristövaikutusten seurannalle tehtyjä suunnitelmia, projektin rakentamisen aikana koottua laatuaineistoa, projektin aikana pidettyjä kokouksia ja tiedotustilaisuuksia sekä haastattelemalla projektin ympäristöjohtamisen toteutuksen kannalta avainhenkilöitä. Tutkimuksessa havaittiin, että jos projektijohto hyödyntäisi ISO 14001 standardia ym-päristöjohtamisensa perustana vastaavanlaisissa tienrakennusprojekteissa, pystyisi se kehittämään projektin urakoitsijoiden hankintavaihetta, projektin aikaista sisäistä ja ulkoista viestintää sekä projektinjohdon toteuttamaa laadunvalvontaa projektin aikana. ISO 14001 standardin hyödyntäminen projektin toteuttamisen aikaisessa ympäristöjoh-tamisessa vaatisi projektin ylimmän johdon sitoutumista standardin noudattamiseen. Ympäristöjohtaminen tulee implementoida osaksi projektijohtamista ja sen toimijoilla tulee olla konkreettista vaikutusvaltaa projektin toimintaan. Projektijohdon sitoutuminen standardin mukaisuuteen antaa puitteet ja käytännöt sekä vaatia että valvoa projektin toimijoiden ympäristönsuojelun toteutumista, raportointia ja viestintää.

Production Quality Analysis of Special Elevator Cars Based on Six Sigma Approach

Project scope is to utilize Six Sigma DMAIC approach and lean principles to improve production quality of the case company. Six Sigma tools and techniques are explored through a literature review and later used in the quality control phase. The focus is set on the Pareto analysis to demonstrate the most evident development areas in the production. Materials that are not delivered to the customer or materials that damaged during transportation comprise the biggest share of all feedbacks. The goal is set to reduce these feedbacks by 50 %. Production observation pointed out that not only material shortages but also over-production is a daily situation. As a result, an initial picking list where the purchased and own production components can be seen, is created, reduction of over- and underproduction and material marking improvement are seen the most competitive options so that the goal can be reached. The picking list development should still continue to make sure that the list can be used not only in the case study but also in the industrial scale. The reduction of material missing category can be evaluated reliably not sooner than in few years because it takes time to gather the needed statistical information.

Control of Bubbling Fluidized Bed Conditions

The objectives of this master’s thesis were to understand the importance of bubbling fluidized bed (BFB) conditions and to find out how digital image processing and acoustic emission technology can help in monitoring the bed quality. An acoustic emission (AE) measurement system and a bottom ash camera system were evaluated in acquiring information about the bed conditions. The theory part of the study describes the fundamentals of BFB boiler and evaluates the characteristics of bubbling bed. Causes and effects of bed material coarsening are explained. The ways and methods to monitor the behaviour of BFB are determined. The study introduces the operating principles of AE technology and digital image processing. The empirical part of the study describes an experimental arrangement and results of a case study at an industrial BFB boiler. Sand consumption of the boiler was reduced by optimization of bottom ash handling and sand feeding. Furthermore, data from the AE measurement system and the bottom ash camera system was collected. The feasibility of these two systems was evaluated. The particle size of bottom ash and the changes in particle size distribution were monitored during the test period. Neither of the systems evaluated was ready to serve in bed quality control accurately or fast enough. Particle size distributions according to the bottom ash camera did not correspond to the results of manual sieving. Comprehensive interpretation of the collected AE data requires much experience. Both technologies do have potential and with more research and development they may enable acquiring reliable and real-time information about the bed conditions. This information could help to maintain disturbance-free combustion process and to optimize bottom ash handling system.