Studies on integrating kinematic design method with mechanical systems simulation techniques

Theultimate goal of any research in the mechanism/kinematic/design area may be called predictive design, ie the optimisation of mechanism proportions in the design stage without requiring extensive life and wear testing. This is an ambitious goal and can be realised through development and refinement of numerical (computational) technology in order to facilitate the design analysis and optimisation of complex mechanisms, mechanical components and systems. As a part of the systematic design methodology this thesis concentrates on kinematic synthesis (kinematic design and analysis) methods in the mechanism synthesis process. The main task of kinematic design is to find all possible solutions in the form of structural parameters to accomplish the desired requirements of motion. Main formulations of kinematic design can be broadly divided to exact synthesis and approximate synthesis formulations. The exact synthesis formulation is based in solving n linear or nonlinear equations in n variables and the solutions for the problem areget by adopting closed form classical or modern algebraic solution methods or using numerical solution methods based on the polynomial continuation or homotopy. The approximate synthesis formulations is based on minimising the approximation error by direct optimisation The main drawbacks of exact synthesis formulationare: (ia) limitations of number of design specifications and (iia) failure in handling design constraints- especially inequality constraints. The main drawbacks of approximate synthesis formulations are: (ib) it is difficult to choose a proper initial linkage and (iib) it is hard to find more than one solution. Recentformulations in solving the approximate synthesis problem adopts polynomial continuation providing several solutions, but it can not handle inequality const-raints. Based on the practical design needs the mixed exact-approximate position synthesis with two exact and an unlimited number of approximate positions has also been developed. The solutions space is presented as a ground pivot map but thepole between the exact positions cannot be selected as a ground pivot. In this thesis the exact synthesis problem of planar mechanism is solved by generating all possible solutions for the optimisation process ¿ including solutions in positive dimensional solution sets - within inequality constraints of structural parameters. Through the literature research it is first shown that the algebraic and numerical solution methods ¿ used in the research area of computational kinematics ¿ are capable of solving non-parametric algebraic systems of n equations inn variables and cannot handle the singularities associated with positive-dimensional solution sets. In this thesis the problem of positive-dimensional solutionsets is solved adopting the main principles from mathematical research area of algebraic geometry in solving parametric ( in the mathematical sense that all parameter values are considered ¿ including the degenerate cases ¿ for which the system is solvable ) algebraic systems of n equations and at least n+1 variables.Adopting the developed solution method in solving the dyadic equations in direct polynomial form in two- to three-precision-points it has been algebraically proved and numerically demonstrated that the map of the ground pivots is ambiguousand that the singularities associated with positive-dimensional solution sets can be solved. The positive-dimensional solution sets associated with the poles might contain physically meaningful solutions in the form of optimal defectfree mechanisms. Traditionally the mechanism optimisation of hydraulically driven boommechanisms is done at early state of the design process. This will result in optimal component design rather than optimal system level design. Modern mechanismoptimisation at system level demands integration of kinematic design methods with mechanical system simulation techniques. In this thesis a new kinematic design method for hydraulically driven boom mechanism is developed and integrated in mechanical system simulation techniques. The developed kinematic design method is based on the combinations of two-precision-point formulation and on optimisation ( with mathematical programming techniques or adopting optimisation methods based on probability and statistics ) of substructures using calculated criteria from the system level response of multidegree-of-freedom mechanisms. Eg. by adopting the mixed exact-approximate position synthesis in direct optimisation (using mathematical programming techniques) with two exact positions and an unlimitednumber of approximate positions the drawbacks of (ia)-(iib) has been cancelled.The design principles of the developed method are based on the design-tree -approach of the mechanical systems and the design method ¿ in principle ¿ is capable of capturing the interrelationship between kinematic and dynamic synthesis simultaneously when the developed kinematic design method is integrated with the mechanical system simulation techniques.

Michael Agricola Christiano Salutem

Porvoo : Werner Söderström osakeyhtiö 1907 : Porvoo

Manuale Lapponicum. Tat lie: Praude-kiete-kirieg, joite mij adnestop, nabmatom: / [Johannes Tornæus]

Stockholmis : Heinrich Keyser ludni / Tan Jägen, 1648

Ranking Regional Innovation Policies: DEA-based Benchmarking in an European Setting

Seudullinen innovaatio on monimutkainen ilmiö, joka usein sijaitsee paikallisten toimijoiden keskinäisen vuorovaikutuksen kentässä. Täten sitä on perinteisesti pidetty vaikeasti mitattavana ilmiönä. Työssä sovellettiin Data Envelopment Analysis menetelmää, joka on osoittautunut aiemmin menestyksekkääksi tapauksissa, joissa mitattavien syötteiden ja tuotteiden väliset suhteet eivät ole olleet ilmeisiä. Työssä luotiin konseptuaalinen malli seudullisen innovaation syötteistä ja tuotteista, jonka perusteella valittiin 12 tilastollisen muuttujan mittaristo. Käyttäen Eurostat:ia datalähteenä, lähdedata kahdeksaan muuttujsta saatiin seudullisella tasolla, sekä mittaristoa täydennettiin yhdellä kansallisella muuttujalla. Arviointi suoritettiin lopulta 45 eurooppalaiselle seudulle. Tutkimuksen painopiste oli arvioida DEA-menetelmän soveltuvuutta innovaatiojärjestelmän mittaamiseen, sillä menetelmää ei ole aiemmin sovellettu vastaavassa tapauksessa. Ensimmäiset tulokset osoittivat ylipäätään liiallisen korkeita tehokkuuslukuja. Korjaustoimenpiteitä erottelutarkkuuden parantamiseksi esiteltiin ja sovellettiin, jonka jälkeen saatiin realistisempia tuloksia ja ranking-lista arvioitavista seuduista. DEA-menetelmän todettiin olevan tehokas ja kiinnostava työkalu arviointikäytäntöjen ja innovaatiopolitiikan kehittämiseen, sikäli kun datan saatavuusongelmat saadaan ratkaistua sekä itse mallia tarkennettua.

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.

Kartonkikoneen tuotannonsuunnittelu jalostuslähtöisesti

Työn tarkoituksena oli selvittää monipope-menetelmän taustaa, menetelmän karkea tekninen toteutus, sovellettavuus kartonkikone KA1:n tuotantoon ja menetelmän mukanaan tuomat edut ja haitat, sekä ratkaisumallit mahdollisten tuotannollisten häiriötilanteiden ratkaisemista varten. Työssä selvitettiin myös tuotannon, tuotannon-suunnittelun, varastoinnin, asiakaspalvelun ja tuottavuuden tehostamista monipope-menetelmän avulla, sekä tuotannonsuunnittelun jalostuslähtöisyyden korostamista. Työn kirjallisuusosassa käsitellään lyhyesti toiminnanohjauksen, tuotannonsuunnittelun ja materiaalinhallinnan perusteiden lisäksi tuotannon-suunnittelussa hyödynnettävän tietojärjestelmän toimintaa ja kartonkitehtaan tuotantoprosessi kartonkikoneiden ja muovipäällystyskoneiden osalta. Kokeellisessa osassa perehdyttiin tuotannon ja tuotannonsuunnittelun tämän hetkiseen tilaan, selvitettiin monipope-menetelmän idea ja sen karkea tekninen toteutus ja tutkittiin monipopemenetelmän sovellettavuutta pohjautuen toteutuneeseen tuotantoon ja nykyisiin tuotannon rajoitteisiin. Välivarastointikapasiteetin rajoittaminen johti päällystyskapasiteetin uudelleen organisoimisen ja nykyisen kapasiteetin riittävyyden selvittämiseen koetrimmitysten avulla. Lisäksi selvitettiin uuden menetelmän avulla saavutettavaa tuotannon nousua erityisesti jatkojalostuksen osalta. Monipope-menetelmän sovellettavuustutkimuksissa havaittiin uuden menetelmän tuovan mukanaan lukuisia etuja ja säästöjä muun muassa materiaalikulujen alentumisen ja vähentyneiden työvaiheiden kautta. Kartonkikone KA1:n tuotteiden jatkojalostuksen tuotannon nousuksi määritettiin noin 2 %:ia ja tämän lisäksi uusi menetelmä yksinkertaistaisi ja helpottaisi koko kartonkitehtaan rullaliikennettä ja varastojen hallintaa. Menetelmä toisi uusia toimintamalleja KA1:n tuotannon häiriötilanteiden varalle, lisäisi tuotannonsuunnittelun joustavuutta ja helpottaisi myös asiakaspalvelun ja laaduntarkkailun kehittämistä. Tutkimuksen tuloksena voidaan todeta, että monipope-menetelmän tuomat edut ovat kiistattomat. Menetelmän soveltamisen mahdollisuuksia tulisikin miettiä jatkossa investointeja suunnitellessa, jotta menetelmän toteuttaminen kohtuullisin investointikustannuksin nykyisten tuotantoedellytysten lisäksi olisi mahdollista.

Virtuaaliprototyypin käyttö roottorin dynamiikan analysoinnissa

Työn tavoitteena oli selvittää kaupallisen dynamiikansimulointiohjelmiston soveltuvuus roottoridynamiikan analysointiin. Työssä keskityttiin erityisesti roottorin dynamiikkaan vaikuttavien epäideaalisuuksien mallintamiseen. Simulointitulosten tarkkuutta selvitettiin mittauksilla. Lisäksi vertailtiin yleiskäyttöisen dynamiikan simulointiohjelmiston ja roottoridynamiikan erikoisohjelmiston teoriaa. Tutkittava roottori oli paperikoneen putkitela. Telan joustavuus kuvattiin elementtimenetelmällä ratkaistujen moodien avulla. Elementtimallissa huomioitiin telan vaipan seinämänpaksuusvaihtelu, joka vaikuttaa telan massa- ja jäykkyysjakaumaan. Dynamiikkaohjelmistossa mallinnettiin telan tuennasta tulevat herätteet. Dynamiikkaohjelmistona käytettiin ADAMS:ia ja FEM-ohjelmana ANSYS:stä. Tuloksista havaittiin käytetyn menetelmän soveltuvan roottoridynamiikan analysointiin ja roottorin epäideaalisuuksien mallintamiseen. Simulointimallilla saatiin esille murtolukukriittiset pyörimisnopeudet ja telan kriittinen pyörimisnopeus vastasi hyvin mittaustuloksia.

Designing a modular, open and expandable Bluetooth-platform

Lähitulevaisuudessa langattomien järjestelmien kaupalliset mahdollisuudet tulevat olemaan valtavia. Tutkiaksemme tulevia tarpeita, tässä diplomityössä esitellään kuinka voidaan suunnitella ja toteuttaa avoin langaton asiakas-palvelin järjestelmä. Järjestelmänä päätettiin käyttää Bluetooth:ia. Tutkituista langattomista standardeista Bluetooth sopii parhaiten akkukäyttöiselle laitteelle, jonka tulee olla monipuolinen. Lisäksi Bluetooth:iin on liitetty suuria kaupallisia odotuksia ja yksi työn tavoitteista olikin tutkia, ovatko nämä odotukset realistisia. Bluetooth:iin havaittiin liittyvän paljon ylimainontaa ja, sen todettiin olevan monimutkainen. Sillä on kuitenkin paljon ominaisuuksia ja erilaisten käyttöprofiilien avulla sitä voidaan käyttää monenlaisiin tehtäviin. Suunniteltu järjestelmä ajaa socket-palvelinta Bluetooth-yhteyden päällä. Tietyntyyppiseen liikenteeseen erikoistuneet socket:t tarjoavat vaaditun laajennattavuuden. Palvelin toteutetiin Linux-säikeenä ja se hallitsee Bluetooth protokollapinoa sekä sovelluksia, joita suoritetaan palvelimella. Näiden sovelluksien palvelut ovat muiden käytössä Bluetooth:n kautta.

Analysis of Crankshaft Using Multibody Dynamics

Työn tavoitteena oli löytää tarkka menetelmä kampiakselin vaurioitumisriskin laskentaan vertailemalla eri laskentamenetelmiä. Lopuksi suoritettiin simulointi monikappalejärjestelmälle käyttäen elastisia malleja todellisista rakenteista. Simulointiohjelmana käytettiin AVL:n kehittämää Excite:ia.

Server Virtualization

Virtualisoinnin ideana on kuvata tietotekniikkaan liittyvät laiteresurssit ryhminä. Kun jonkin tehtävän suoritukseen tarvitaan resursseja, ne kerätään erikseen jokaisesta ryhmästä. Virtualisoinnin yksi osa-alue on palvelimen tai palvelinten virtualisointi, jossa pyritään hyödyntämään palvelinlaitteisto mahdollisimman tehokkaasti. Tehokkuus saavutetaan käyttämällä erillisiä instansseja, joita kutsutaan virtuaalikoneiksi. Tässä diplomityössä esitellään ja verrataan erilaisia palvelinten virtualisointimalleja ja tekniikoita, joita voidaan käyttää IA-32 arkkitehtuurin kanssa. Eroa virtualisoinnin ja eri partitiointitekniikoiden välillä tarkastellaan erikseen. Lisäksi muutoksia, joita palvelinten virtualisointi aiheuttaa infrastruktuuriin, ympäristöön ja laitteistoon käsitellään yleisellä tasolla. Teorian oikeellisuutta todistettiin suorittamalla useita testejä käyttäen kahta eri virtualisointiohjelmistoa. Testien perusteella palvelinten virtualisointi vähentää suorituskykyä ja luo ympäristön, jonka hallitseminen on vaikeampaa verrattuna perinteiseen ympäristöön. Myös tietoturvaa on katsottava uudesta näkökulmasta, sillä fyysistä eristystä ei virtuaalikoneille voida toteuttaa. Jotta virtualisoinnista saataisiin mahdollisimman suuri hyöty tuotantoympäristössä, vaaditaan tarkkaa harkintaa ja suunnitelmallisuutta. Parhaat käyttökohteet ovat erilaiset testiympäristöt, joissa vaatimukset suorituskyvyn ja turvallisuuden suhteen eivät ole niin tarkat.

Measuring mobile WAP protocol based services

WAP tulee olemaan tulevaisuudessa tärkeässä roolissa, kun etsitään sopivaa tiedonsiirtoprotokollaa uusille mobiilipalveluille. Vaikka WAP jollain tavalla epäonnistui ensimmäisessä tulemisessaan sen suosio varmasti tulevaisuudessa tulee kasvamaan. WAP:in heikko suosio ei johtunut niinkään protokollan tiedonsiirto ominaisuuksista, vaan WAP-palveluiden kehittymättömyydestä. Tulevaisuuden palvelut kuitenkin ovat kehittyneempiä ja WAP:in suosio tulee kasvamaan. Viimeisimpänä WAP:ia käyttävänä palveluna on esitelty MMS. Kun uudet WAP:iin pohjautuvat palvelut yleistyvät, asettaa se uusia vaatimuksia myös WAP gateway:lle. Työssä tarkastellaan erilaisia mahdollisuuksia mitata mobiilisti WAP palvelujen palvelun tasoa. Työssä myös toteutetaan mobiili WAP palveluiden mittauskomponentti, joka toimii osana laajempaa ohjelmistoa. Tarkoituksena on toteuttaa mittauskomponentti, joka emuloi mahdollisimman hyvin todellista loppukäyttäjää.

Protocol Specific Embedded Operating System

Sulautettujen järjestelmien määrä kuten niiden sisältämä älykkyyskin ovat viime vuosina kasvaneet merkittävästi. Sulautettujen ohjelmistojen yleistymistä ja monipuolistumista on edesauttanut sulautettujen laitteistojen prosessointitehon merkittävä kehittyminen, jonka myötä entistä vaativampien ohjelmistojen totetuttaminen sulautetusti on mahdollistunut. Seuraavana sulautettujen järjestelmien kehitysaskeleena on nähtävissä järjestelmien kommunikointikyvyn paraneminen ja siten uusien ja uudentyyppisten sulautettujen ratkaisujen toteuttaminen. VTT on päättänyt tutkia sulautettujen järjestelmien kommunikointia ja kehittää sulautettun protokolla-alustan. Tutkimuksen perusta on CVOPS protokollajärjestelmä, jota jatkokehittämällä pyritään toteuttamaan sulautettu protokollajärjestelmä, µCVOPS. Tässä diplomityössä esitetään kommunikaation sulautetulle järjestelmälle asettamia vaatimuksia, järjestelmän suunnittelu ja prototyypitys sulautetulla laitteistolla. Prototyypitykseen on käytetty sulautettua DragonBall mikrokontrolleria jonka käyttöjärjestelmänä käytettiin sulautettua Linux:a. Tälle alustalle on tehty CVOPS:sta modifioitu versio, jolla µCVOPS:ia pystytään simuloimaan.

Globaalien asiakkuuksien hallinta

Työn tavoitteena on luoda lukijalle yleiskuva siitä, mitä globaalien asiakkuuden hallinta on. Lisäksi selvitetään, millaisella strategialla globaalien asiakkuuksien hallinnassa voidaan menestyä. Työ on tehty kirjallisuustutkimuksena. GAM on globalisaation myötä kehittynyt muoto hallita asiakassuhteita. Sitä käytetään, kun sekä myyjä- että ostajayritys toimivat globaalisti. GAM:ia tarvitaan siksi, että globalisaatio on muuttanut sekä asiakkaiden tarpeita että yritysten strategisia tavoitteita. Tulevaisuudessa GAM:in rooli tulee olemaan vielä merkittävämpi. GAM:in käyttö ei ole helppoa. Se vaatii yrityksiltä paljon resursseja, ja usein sen käyttöönotto ei suju odotusten mukaisesti. Kaikki yritykset kohtaavat haasteita ja ongelmia globaalien asiakkuuksien hallinnassa. Yritysten väliset erot menestymisessä johtuvat siitä, kuinka haasteita hallitaan, ja siitä, miten strategiat toteutetaan. Globaalin asiakkuuksien hallinnan avulla voidaan saavuttaa huomattavia taloudellisia ja strategisia hyötyjä. Menestystä voidaan saavuttaa kovin erilaisilla GAM-strategioilla, ja jokaisen yrityksen tulee löytää itselleen sopiva tapa. Toteutustavasta huolimatta kommunikaatio ja luottamus ovat avaintekijöitä suhteen rakentamisessa.

RetroEm - Jälkiasennettava hiukkassuodatin

RetroEm-tutkimuksen tarkoituksena on saada tietoa jälkiasennettavista hiukkassuodattimista. Suomen autovero uudistui vuoden 2008 alussa, siten että uusien autojen autovero lasketaan niiden CO2-päästöistä. Dieselautoissa on pienempi kulutus kuin bensiiniautoissa. Tästä johtuen CO2-päästöt ovat pienemmät dieselautoissa. Tämä on laskenut diesel-autojen hintaa. Dieselautojen halvemmasta hinnasta johtuen uusien dieselautojen määrä on kasvussa eli dieselautojen päästöjen määrä lisääntyy. Dieselautojen pakokaasupäästöistä terveydelle haitallisten pienhiukkasten määrä kasvaa. Pienhiukkasia pystytään suodattamaan uusista ja vanhoista jälkiasennettavan hiukkassuodattimen avulla. Jälkiasennettavalla hiukkassuodattimella pitäisi saada valmistajan mukaan 30 - 70 %:n hyötysuhde. Jälkiasennettavat hiukkassuodattimet hankittiin Diagno Finland Oy:n kautta saksasta Twintec-yrityksestä. Testiautoina oli vuoden 2007 VW Passat 1.9 TDI ja vuoden 2001 BMW 530dA. Mittaukset suoritettiin joulukuussa 2007. Mittaukset onnistuivat hyvin. Lämpötilamittauksista selvisi, että hiukkassuodattimessa on tarpeeksi kuuma, että regenerointi toimii. Passatissa hiukkassuodattimen hyötysuhde jäi hieman heikommaksi kuin BMW:llä, mutta saavutettiin valmistajan lupailtu arvo 30 - 70 %:ia. Passatissa hiukkasia oli noin 28 % vähemmän kun ilman hiukkassuodatinta. BMW:llä hiukkassuodattimen kanssa hiukkaset vähenivät noin 58 %. Jälkiasennettavat hiukkassuodattimet toimivat oikein ja saivat puhdistettua hiukkaspäästöjä. RetroEm-tutkimusta on tarkoitus jatkaa BMW:llä ja Passatilla. Tarkoituksena on myös saada 5 - 8 uutta dieselautoa, joihin asennetaan eri valmistajan jälkiasennettava hiukkassuodatin.

Aaltovoimalaitteen toimintaperiaatteen analysointi

Diplomityö tehtiin Wello Oy:n toimeksiannosta. Wello Oy on vesi- ja tuulivoimaratkaisuihin keskittynyt yritys, joka kehittää aaltovoimalaitekonseptia. Työssä selvitettiin aaltovoimaan liittyviä ilmiöitä ja aaltovoimalaitteen mekaanista konseptia ja tehtiin arvio niiden tehokkuudesta. Työssä käytettiin kaupallisia simulointityökaluja kuten monikappaledynamiikan simulointiohjelmaa MSC.ADAMS R3:a ja yleistä matematiikka ohjelmaa Matlab Simulink:ia. Simulointimallia käytettiin arvioimaan laitteen yleistä käyttäytymistä. Lisäksi laitteen analyyttisiä malleja käytettiin laitteen toimintaperiaatteen selvitykseen. Simulointia käytettiin kelluvan laitteen mekanismin tutkimukseen. Tuloksiin pohjautuen laitteelle määriteltiin teoreettiset maksimiteho rajat ja rajoitteet, jotka vaikuttavat laitteen tehokkuuteen.