Aspects on Process Engineering in the Finnish Pulp and Paper Industry : Thesis for the Degree of Licentiate in Science of Technology

Process development will be largely driven by the main equipment suppliers. The reason for this development is their ambition to supply complete plants or process systems instead of single pieces of equipment. The pulp and paper companies' interest lies in product development, as their main goal is to create winning brands and effective brand management. Design engineering companies will find their niche in detail engineering based on approved process solutions. Their development work will focus on increasing the efficiency of engineering work. Process design is a content-producing profession, which requires certain special characteristics: creativity, carefulness, the ability to work as a member of a design team according to time schedules and fluency in oral as well as written presentation. In the future, process engineers will increasingly need knowledge of chemistry as well as information and automation technology. Process engineering tools are developing rapidly. At the moment, these tools are good enough for static sizing and balancing, but dynamic simulation tools are not yet good enough for the complicated chemical reactions of pulp and paper chemistry. Dynamic simulation and virtual mill models are used as tools for training the operators. Computational fluid dynamics will certainlygain ground in process design.

Welding time models for cost calculations in the early stages of the design process

It is generally accepted that between 70 and 80% of manufacturing costs can be attributed to design. Nevertheless, it is difficult for the designer to estimate manufacturing costs accurately, especially when alternative constructions are compared at the conceptual design phase, because of the lack of cost information and appropriate tools. In general, previous reports concerning optimisation of a welded structure have used the mass of the product as the basis for the cost comparison. However, it can easily be shown using a simple example that the use of product mass as the sole manufacturing cost estimator is unsatisfactory. This study describes a method of formulating welding time models for cost calculation, and presents the results of the models for particular sections, based on typical costs in Finland. This was achieved by collecting information concerning welded products from different companies. The data included 71 different welded assemblies taken from the mechanical engineering and construction industries. The welded assemblies contained in total 1 589 welded parts, 4 257 separate welds, and a total welded length of 3 188 metres. The data were modelled for statistical calculations, and models of welding time were derived by using linear regression analysis. Themodels were tested by using appropriate statistical methods, and were found to be accurate. General welding time models have been developed, valid for welding in Finland, as well as specific, more accurate models for particular companies. The models are presented in such a form that they can be used easily by a designer, enabling the cost calculation to be automated.

The Design and Implementation of Loudspeaker Control Network Protocols

The networking and digitalization of audio equipment has created a need for control protocols. These protocols offer new services to customers and ensure that the equipment operates correctly. The control protocols used in the computer networks are not directly applicable since embedded systems have resource and cost limitations. In this master's thesis the design and implementation of new loudspeaker control network protocols are presented. The protocol stack was required to be reliable, have short response times, configure the network automatically and support the dynamic addition and removal of loudspeakers. The implemented protocol stack was also required to be as efficient and lightweight as possible because the network nodes are fairly simple and lack processing power. The protocol stack was thoroughly tested, validated and verified. The protocols were formally described using LOTOS (Language of Temporal Ordering Specifications) and verified using reachability analysis. A prototype of the loudspeaker network was built and used for testing the operation and the performance of the control protocols. The implemented control protocol stack met the design specifications and proved to be highly reliable and efficient.

Measuring organizational capabilities in the engineering and consulting industry

Tämän työn tarkoituksena oli tutkia kuinka organisaation kyvykkyyksiä voidaan mitata engineering- ja konsultointialalla käyttämällä ns. kyvykkyysauditointimenetelmää. Päämotiivit aineettoman omaisuuden mittaamiseksi tunnistettiin kirjallisuuskatsauksen pohjalta. Erilaisten menetelmien etuja ja haittoja tutkittiin, jotta kyvykkyysauditoinnin suorittamiseen liittyvät haasteet ja vaatimukset tulisivat tunnistetuiksi. Kyvykkyysauditoinnin rakentaminen vaati teollisuudenalan erityispiirteiden tunnistamista. Niiksi havaittiin tietointensiivisyys ja projektikeskeisyys. Auditoinnin implementaatioprosessi koostui neljästä osasta, joista kolmen ensimmäisen suorittamiseen case-yritys antoi merkittävän panoksensa. Kriittisten menestystekijöiden selvittämisen jälkeen voitiin niihin vaikuttavat organisaation kyvykkyydet tunnistaa ja arviointi suorittaa. Arvioinnit kerättiin sisäisiltä ja ulkoisilta arvioijilta, ja ne muodostivat pohjan analyysille, joka selvitti yrityksen kehittämistarpeita. Kyvykkyysauditoinnin hyödyiksi laskettiin kasvanut tietämys yrityksen vahvuuksista ja heikkouksista sekä mahdollisuus tarkkailla säännöllisesti sen kokonaissuorituskykyä ja parantaa sitä.

Application Architecture Design for an Industrial Service Company

Työssä oli tavoitteena suunnitella globaali sovellusarkkitehtuuri, joka ohjaa teollisen huoltoyrityksen sovellusten kehitystyötä. Sovellusarkkitehtuuri kuvaa tietokoneohjelmien toiminnallisuuteen loppukäyttäjien näkökulmasta ja sen laatiminen on osa strategista tietojärjestelmäsuunnittelua. Arkkitehtuurin tehtävänä on varmistaa, että tietojärjestelmät suunnitellaan kokonaisuutena tukemaan organisaation toimintaa. Arkkitehtuurin tekemistä ohjasi strategisen tietojärjestelmäsuunnittelun periatteet ja mallit. Tekniikat olivat samoja kuin projektikohtaisessa tietojärjestelmäsuunnittelussa. Sovellusarkkitehtuurin tekeminen alkoi tutustumalla yrityksessä vallitsevaan tilanteeseen sekä liiketoiminta- ja tietotekniikkastrategioihin. Tarkastelun kohteena olivat pääasiassa liiketoimintaprosessit ja käytössä olevat sovellukset. Tutustuminen tapahtui lähinnä haastatteluin ja dokumentteihin tutustumalla. Seuraavaksi johdettiin vaatimukset tulevaisuuden sovelluksille haastatteluista ja edellisen vaiheen materiaalin perusteella. Liiketoiminnan kannalta tärkeimmät vaatimukset valittiin täytettäväksi arkkitehtuurilla. Varsinaisen arkitehtuurin tekeminen oli lähinnä sovellusten valitsemisesta ja niiden keskinäisten suhteiden määrittelyä. Arkkitehtuurin perusteella määritettiin kehityshankeet.

Software Security Design and Testing

Elektroninen kaupankäynti ja pankkipalvelut ovat herättäneet toiminnan jatkuvuuden kannalta erittäin kriittisen kysymyksen siitä, kuinka näitä palveluja pystytään suojaamaan järjestäytynyttä rikollisuutta ja erilaisia hyväksikäyttöjä vastaan.

Evolutionary computing in search-based software engineering

This master’s thesis aims to study and represent from literature how evolutionary algorithms are used to solve different search and optimisation problems in the area of software engineering. Evolutionary algorithms are methods, which imitate the natural evolution process. An artificial evolution process evaluates fitness of each individual, which are solution candidates. The next population of candidate solutions is formed by using the good properties of the current population by applying different mutation and crossover operations. Different kinds of evolutionary algorithm applications related to software engineering were searched in the literature. Applications were classified and represented. Also the necessary basics about evolutionary algorithms were presented. It was concluded, that majority of evolutionary algorithm applications related to software engineering were about software design or testing. For example, there were applications about classifying software production data, project scheduling, static task scheduling related to parallel computing, allocating modules to subsystems, N-version programming, test data generation and generating an integration test order. Many applications were experimental testing rather than ready for real production use. There were also some Computer Aided Software Engineering tools based on evolutionary algorithms.

Methods of Design and Testing of Real Time Systems

Teollusuussovelluksissa vaaditaan nykyisin yhä useammin reaaliaikaista tiedon käsittelyä. Luotettavuus on yksi tärkeimmistä reaaliaikaiseen tiedonkäsittelyyn kykenevän järjestelmän ominaisuuksista. Sen saavuttamiseksi on sekä laitteisto, että ohjelmisto testattava. Tämän työn päätavoitteena on laitteiston testaaminen ja laitteiston testattavuus, koska luotettava laitteistoalusta on perusta tulevaisuuden reaaliaikajärjestelmille. Diplomityössä esitetään digitaaliseen signaalinkäsittelyyn soveltuvan prosessorikortin suunnittelu. Prosessorikortti on tarkoitettu sähkökoneiden ennakoivaa kunnonvalvontaa varten. Uusimmat DFT (Desing for Testability) menetelmät esitellään ja niitä sovelletaan prosessorikortin sunnittelussa yhdessä vanhempien menetelmien kanssa. Kokemukset ja huomiot menetelmien soveltuvuudesta raportoidaan työn lopussa. Työn tavoitteena on kehittää osakomponentti web -pohjaiseen valvontajärjestelmään, jota on kehitetty Sähkötekniikan osastolla Lappeenrannan teknillisellä korkeakoululla.

Operational Knowledge in Process Design

Työn tarkoituksena on selvittää, miten käyttötietämystä hyödynnetään prosessisuunnittelussa. Tavoitteena on löytää keinoja parantaa käyttötietämyksen hallintaa suunnitteluprosessin aikana ja selvittää, vaikuttaako tämä prosessisuunnittelun laatuun.Prosessisuunnittelun laatua arvioidaan seitsemällä kriteerillä, jotka ovat investointikustannukset, käyttökustannukset, turvallisuus, ympäristövaikutukset, käytettävyys, innovatiivisuus ja aikataulu. Suunnitteluprosessi jaetaan kolmeen vaiheeseen: esisuunnitteluun, perussuunnitteluun ja detaljisuunnitteluun. Prosessisuunnittelua, investointiprojektia, prosessisuunnittelun laatukriteerejä, suunnitteluprosessin eri vaiheita ja käyttötietämyksen luokittelua tarkastellaan yleisesti. Työssä selvitettiin käyttötietämyksen hyödyntämistä Kemiralla. Aluksi muotoiltiin yleisiä väittämiä käyttötietämyksen hyödyntämisestä Kemiran ulkopuolisten eri alojen asiantuntijoiden haastattelujen perusteella. Tämän jälkeen Kemiran prosessisuunnittelijat arvioivat väittämiä. Arvioiden perusteella tehtiin johtopäätöksiä yleisesti käyttötietämyksen hyödyntämisestä prosessisuunnittelussa. Seuraavaksi haastateltiin kahdessa erityyppisessä case-projektissa mukana olleita henkilöitä ja muotoiltiin yleiset väittämät näihin projekteihin sopiviksi. Projekteissa mukana olleet henkilöt arvioivat väittämiä, ja näiden arvioiden perusteella projekteja vertailtiin keskenään. Lopussa esitetään johtopäätökset kaikkien väittämien arvioiden perusteella. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että käyttötietämystä voidaan hyödyntää kaikissa suunnittelun vaiheissa, mutta paras hyöty saadaan perus- ja detaljisuunnittelussa. Käyttötietämyksellä voidaan vaikuttaa joihinkin prosessisuunnittelun laatukriteereihin, kuten esimerkiksi käytettävyyteen ja turvallisuuteen enemmän kuin muihin. Kemiralle suositellaan nykyisten tiedonhallintamenetelmien kehittämistä, jotta käyttötietämyksen saatavuus ja sen siirtäminen paranisi. Pr

Problems of the architecture design in the system integration

This thesis studies the problems and their reasons a software architect faces in his work. The purpose of the study is to search and identify potential factors causing problens in system integration and software engineering. Under a special interest are non-technical factors causing different kinds of problems. Thesis was executed by interviewing professionals that took part in e-commerce project in some corporation. Interviewed professionals consisted of architects from technical implementation projects, corporation's architect team leader, different kind of project managers and CRM manager. A specific theme list was used as an guidance of the interviews. Recorded interviews were transcribed and then classified using ATLAS.ti software. Basics of e-commerce, software engineering and system integration is described too. Differences between e-commerce and e-business as well as traditional business are represented as are basic types of e-commerce. Software's life span, general problems of software engineering and software design are covered concerning software engineering. In addition, general problems of the system integration and the special requirements set by e-commerce are described in the thesis. In the ending there is a part where the problems founded in study are described and some areas of software engineering where some development could be done so that same kind of problems could be avoided in the future.

Mechanical Design of Hydraulic Vise

The general task of clamping devise is to connect the parts to the machining centers so that the work piece could be fixed on its position during the whole machining process. Additionally, the work piece should be clamped easily and rapidly by the machine users. The purpose of this Master’s thesis project was to develop a product design and find out the dimensioning of a hydraulic vise system for Astex Engineering OY, which was taking care of the general principles of product design and development during the design process. Throughout the process, the needs of manufacturing and assembling were taken into consideration for the machinability and minimization of the cost of manufacturing. The most critical component of the clamping devise was modeled by FEM for the issue of strength requirements. This 3D model was created with Solidworks and FEM-analysis was done with Cosmos software. As the result of this design work, a prototype of the hydraulic vise was manufactured for Astex Engineering OY and the practical test.

DFM(A)- aspects for a fixed electrical attenuator design

The goal of this paper is to describe a complete and extensive prototype design of a fixed electrical attenuator. The paper starts by describing the function and by giving some basic information about the attenuators. After a comprehensive description of the component, the facts of reverse engineering are discussed. The method itself is applied to ease manufacturing and design stages of this component. Information about materials and applied manufacturing technologies are also included in this report. By applying some specified DFMA-aspects the final design turned out to be a potential prototype device to be manufactured and for further analyse.

DFM(A)- aspects for a horn antenna design

In this paper aspects of design for manufacturability and assembly (DFMA) are applied to the design of coaxially fed standard gain horn antenna for 1.70 - 2.60 GHz. Possibilities to utilize cross-technological approach method is examined. Methods of DFMA for laser processing are covered and practical design guides and methods are developed. Antenna construction for easy manufacturing and specialized performance is shown. Required dimensions and tolerances are discussed and suitable materials for laser processing are selected.

DFM(A)- aspects for an sma connector design

In this research, manufacturability analysis is made for an SMA connector. Analysis and aspects of applying virtual prototyping for an SMA connector design and manufacturing are also investigated. Special questionnaires for the component and machining are made in order to enable necessary information to ensure DFM(A) –aspects of products. The aspects of easy manufacturing for machining the SMA connector are collected. Material selection is discussed, and manufacturing stages of prototype manufacturing are presented. The main focus of this research is on prototype manufacturing, but also aspects considering volume production are discussed. A special purpose SMA connector is designed for printed circuit board edge mounting.

Literature review on permanent magnet generators design and dynamic behavior

This paper is a literature review which describes the construction of state of the art of permanent magnet generators and motors constructing and discusses the current and possible application of these machines in industry. Permanent magnet machines are a well-know class of rotating and linear electric machines used for many years in industrial applications. A particular interest for permanent magnet generators is connected with wind mills, which seem to be becoming increasingly popular nowadays. Geared and direct-driven permanent magnet generators are described. A classification of direct-driven permanent magnet generators is given. Design aspects of permanent magnet generators are presented. Permanent magnet generators for wind turbines designs are highlighted. Dynamics and vibration problems of permanent magnet generators covered in literature are presented. The application of the Finite Element Method for mechanical problems solution in the field of permanent magnet generators is discussed.