Johdon laskentajärjestelmän suunnittelu ja toimintoperusteisen laskennan käyttöönotto tietojärjestelmähankkeen yhteydessä

Tutkimus on tehty keskisuomalaiselle pk-yritykselle vuosien 2003-2005 aikana. Tutkimusjaksolla kohdeyrityksessä on toteutettu lukuisia mittavia muutoksia ja merkittävä investointiohjelma. Tutkimuksen kannalta oleellisin muutos on ollut yrityksen tietojärjestelmien kokonaisvaltainen uudistaminen. Vanha tuotannonohjausjärjestelmä on korvattu uudella toiminnanohjausjärjestelmällä ja myös taloudenohjausjärjestelmät on uudistettu. Tutkimuksen tavoitteena on ollut laatia kokonaisvaltainen suunnitelma johdon laskentajärjestelmien kehittämiseksi ja selvittää erityisesti toimintolaskentajärjestelmän sekä suorituskyvyn mittaus- ja analysointijärjestelmän implementoinnin edellytyksiä tutkimuksen kohdeyrityksessä ja laatia konkreettinen esitys järjestelmien rakentamiseksi. Johdon laskentajärjestelmän kokonaissuunnitelmassa tarkoituksena on laatia laskentajärjestelmän loogisten elementtien kuvauksen lisäksi esitys tarvittavista sovelluksista sekä tutkia sovellusten välisiä fyysisiä rajapintoja ja suunnitella järjestelmäintegraatio siten, että johdon laskentajärjestelmän koko naissuunnitelma on mahdollista taloudellisesti toteuttaa. Tutkimuksen tavoitteena on lisäksi ollut selvittääyrityksen toimintojen kustannukset ja tuoteryhmien kannattavuudet sekä rakentaasuorituskyvyn mittaus- ja analysointijärjestelmä SAKE prosessi-malliinperustuen. Lisäksi tutkimuksen puitteissa on rakennettu erilaisia liiketoimintaa tukevia raportteja erilaisilla kehitysvälineillä. Tutkimukselle asetetut sisällölliset tavoitteet saavutettiin pääpiirteissään. Jatkuvatoimisten ja integroitujen toimintolaskentajärjestelmän sekä suorituskyvyn mittaus- ja analysointijärjestelmän rakentaminen osoittautui tutkimuksen aikana haastavaksi, joskaan ei mahdottomaksi tehtäväksi. Järjestelmien rakennustyö jatkuu tutkimuksessa esitettyihin ajatuksiin perustuen yhteistyössä ohjelmistotoimittajan kanssa edelleen ja järjestelmät valmistunevat vuosien 2005-2006 aikana.

Tytäryhtiöiden konserniohjaus ja -valvonta kuntakonsernin riskienhallinnassa Case: Imatran kaupunki

Tutkimuksen päätavoitteena olianalysoida Imatran kaupungin konserniohjausta ja -valvontaa tytäryhtiöihin liittyvien riskien hallitsemiseksi. Tavoitteen saavuttamiseksi tutkittiin tytäryhtiöiden konserniohjausta ja sisäistä valvontaa sekä tytäryhtiöihin liittyviä riskejä Imatran kaupunkikonsernissa. Jotta tutkimustavoite saavutettiin alatavoitteina selvitettiin konsernin, konserniohjauksen, sisäisen valvonnan, riskin ja riskienhallinnan käsitteitä sekä yleisesti että kuntaympäristössä. Lisäksi selvitettiin tutkimuksen teoreettisena viitekehyksenä käytettävää COSO-mallia. Tutkimusaineisto jakautui teoreettiseen ja empiiriseen aineistoon. Tutkimuksen teoreettista osuutta varten käytettiinaiheeseen liittyvää kirjallisuutta ja tutkimuksia. Empiirinen aineisto kerättiin haastatteluin ja organisaation tuottamia dokumentteja tutkien. Haastattelut toteutettiin teemahaastatteluina. Tutkimusstrategialtaan tutkimus oli tapaustutkimus (case study), joka tutkii olemassa olevan Imatra-konsernintytäryhtiöiden konserniohjausta ja - valvontaa. Tutkimuksessa analysoitiin yksityiskohtaista ja intensiivistä tietoa konsernin emon näkökulmasta. Todellista elämää kuvaavana tutkimus voidaan luokitella myös kvalitatiiviseksi eli laadulliseksi tutkimukseksi. Tutkimuksen perusteella voin todeta, että kaupunginhallituksen asettamat päämäärät ja tavoitteet ovat Tiian yleisiä ja jäävät konsernitasolle, joten niiden ohjausvaikutus tytäryhtiöihin ei ole kovin suuri. Tytäryhtiöiden heikosta tavoitteiden muotoilusta johtuen myös tytäryhtiöidentarkoituksenmukaisuuden ja tehokkuuden valvonta on vähäistä. Sen sijaan tytäryhteisöjen taloudellisten raporttien luotettavuus, lakien ja sääntöjen noudattaminen tulee valvottua tilintarkastusten yhteydessä. Lisäksi sisäisen tarkastuksen resurssien vähäisyyden vuoksi yksikön suorittama tytäryhtiöiden sisäisen valvonnan ja riskienhallinnan arviointi on olematonta. Myös riskienhallinnan kannalta tavoitteiden asettaminen on ollut liian suurpiirteistä ja irrallaan tytäryhtiöiden toiminnasta. Lisäksi haastattelujen mukaan sekä riskikäsite että riskienhallinnan käsite nähdään aivan liian suppeina. Ohjauksen, valvonnan sekä riskienhallinnan kannalta olisi tärkeää, että konsernin tavoitteiden asettamisen jälkeen myös tytäryhtiöille asetettaisiin selkeät mitattavat tavoitteet, joilla on yhteys kaupungin strategioihin. Tulisi myös varmistaa, että konsernissa ja sen tytäryhtiöissä on jatkuva riskien tunnistamistoiminto. Suositeltavaa on, että Imatra-konsernissa käynnistetään kokonaisvaltainen riskienhallintaprosessi.

Epävarmuuden hallinta ohjausjärjestelmien ja systemaattisen riskienhallinnan avulla

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää, miten yritykset hallitsevat liiketoimintaan liittyvää epävarmuutta ohjausjärjestelmien ja systemaattisen riskienhallinnan avulla. Ohjausjärjestelmissä keskitytään erityisesti taloudellisen kehityksen ja asetettujen tavoitteiden seurantaan käytettäviin järjestelmiin ja menetelmiin. Tutkimusmenetel-mänä käytetään kvalitatiivista analyysiä ja tutkimuksen empiirisen osan aineisto on kerätty julkisesti saatavilla olevasta informaatiosta. Tutkimuksessa käytetään poikkileikkausaineistoa. Aineisto koostuu 43 yrityksestä ja tiedot aineistoon on kerätty vuonna 2005 julkaistusta informaatiosta. Tutkimustulosten mukaan yritysten taloudellista kehitystä seurattaessa selvästi merkittävimmässä roolissa näyttää olevan budjetti. Budjetin ohella tutkitut yritykset ilmoittavat käyttävänsä eniten rullaavaa ennustamista, tuloskorttia sekä taloudellista lisäarvoa asetettujen tavoitteiden toteutumisen seurantaan. Toimialoja vertailtaessa tutkimustulokset osoittavat, että informaatioteknologiateollisuuden yritykset käyttävät laajempaa informaatiota ja suosivat tarkempaa informaatiota tuottavia ohjaus-menetelmiä, johtuen toimialalla vaikuttavista epävarmuustekijöistä ja nopeasti muuttuvasta liiketoimintaympäristöstä. Kohdeyritykset integroivat riskienhallinnan tyypillisesti johtamisjärjestelmään ja riskienhallinnan avulla tavoitellaan muun muassa asetettujen tavoitteiden saavuttamisen varmistamista.

Permanent magnet synchronous motor for industrial inverter applications - analysis and design

During the latest few years the need for new motor types has grown, since both high efficiency and an accurate dynamic performance are demanded in industrial applications. For this reason, new effective control systems such as direct torque control (DTC) have been developed. Permanent magnet synchronous motors (PMSM) are well suitable for new adjustable speed AC inverter drives, because their efficiency and power factor are not depending on the pole pair number and speed to the same extent as it is the case in induction motors. Therefore, an induction motor (IM) with a mechanical gearbox can often be replaced with a direct PM motor drive. Space as well as costs will be saved, because the efficiency increases and the cost of maintenance decreases as well. This thesis deals with design criterion, analytical calculation and analysis of the permanent magnet synchronous motor for both sinusoidal air-gap flux density and rectangular air-gapflux density. It is examined how the air-gap flux, flux densities, inductances and torque can be estimated analytically for salient pole and non-salient pole motors. It has been sought by means of analytical calculations for the ultimate construction for machines rotating at relative low 300 rpm to 600 rpm speeds, which are suitable speeds e.g. in Pulp&Paper industry. The calculations are verified by using Finite Element calculations and by measuring of prototype motor. The prototype motor is a 45 kW, 600 rpm PMSM with buried V-magnets, which is a very appropriate construction for high torque motors with a high performance. With the purposebuilt prototype machine it is possible not only to verify the analytical calculations but also to show whether the 600 rpm PMSM can replace the 1500 rpm IM with a gear. It can also be tested if the outer dimensions of the PMSM may be the same as for the IM and if the PMSM in this case can produce a 2.5 fold torque, in consequence of which it may be possible to achieve the same power. The thesis also considers the question how to design a permanent magnet synchronous motor for relatively low speed applications that require a high motor torqueand efficiency as well as bearable costs of permanent magnet materials. It is shown how a selection of different parameters affects the motor properties. Key words: Permanent magnet synchronous motor, PMSM, surface magnets, buried magnets

Balanced Scorecardin implementointi ja käytön nykytila Suomessa

Lisääntynyt Balanced Scorecardin käyttö herätti kiinnostuksen tutkia, mistä BSC:ssä oli oikein kysymys. Epäonnistumiset BSC-projekteissa vaikuttivat siihen, että haluttiin tutkia, mikä nykyisissä projektimalleissa oli vikana. Kirjallisuudessa on esitetty useita BSC:n käyttöönoton projektimalleja, joista tunnetuin on Kaplanin ja Nortonin kehittämä malli. Alun perin kyseessä oli varsin operatiivinen suoritusmittaristo, jonka tavoitteena oli nostaa ei-taloudelliset mittarit taloudellisten mittareiden rinnalle. Sittemmin lähestymistapa onlaajentunut strategiapohjaiseksi johtamisen järjestelmäksi, mutta mallin rakentamisessa on vielä puutteita. Havaitut puutteet BSC-projektimalleissa loivat tarpeen uuden mallin kehittämiselle. Tutkimuksen tavoitteena oli kehittää suomalaisten yritysjohtajien ja alan asiantuntijoiden avulla BSC-projektimalli, jota käyttämällä yritykset voisivat menestyksekkäämmin toteuttaa BSC-projektinsa. Lisäksi tavoitteena oli selvittää BSC:n käytön nykytila Suomen 500 suurimmassa yrityksessä. Tutkimuksessa haluttiin myös hankkia tietoa siitä, miksi yritykset olivat lähteneet BSC-projektiin, mitkä tekijät vaikuttivat BSC-projektin onnistumiseen jamitä muutoksia yritykset olivat tehneet BSC:n käytännön kokemuksen pohjalta. Tutkimuksen teoriaosassa tarkasteltiin yrityksen strategista suunnittelua ja johtamista, yrityksen johtamisessa käytettyjä ohjausjärjestelmiä, toiminnan kehittämistä ja BSC-projektien toteuttamista. Tutkimuksen empiriisessä osassa kehitettiinkymmenvaiheinen BSC-projektin toteuttamismalli. Se tehtiin tutustumalla 15 konsultointiyrityksen tapaan toteuttaa BSC-projekti ja paneutumalla 50 yrityksen BSC-projektista saamiin kokemuksiin. Kehitettyä mallia testattiin Tulikivi-casessa,ja sitä arvioitiin kyselytutkimuksessa ja työistunnossa. Kyselytutkimuksen mukaan ensimmäiset suomalaiset yritykset aloittivat BSC:n käytön vuonna 1995. Vuonna1996 käyttö yleistyi jonkin verran, ja vuosia 1997 ja 1998 voidaan Suomessa kutsua BSC:n läpimurtovuosiksi. Vastanneista yrityksistä 23,2 % ilmoitti käyttävänsä BSC:tä. Yrityksistä 14,8 % oli ottamassa sitä käyttöön, ja 19,2 % harkitsi käyttöönottamista. Yritykset olivat lähteneet BSC-projektiin mm. paremman ohjausjärjestelmän, toiminnan tehostamisen ja muutoksen aikaansaamisen toivossa. BSC-projektin onnistumisen tärkeimpinä tekijöinä pidettiin johdon sitoutumista hankkeeseen, mittariston kytkeytymistä strategiaan ja mittareiden selkeyttä. BSC:n nähtiin vaikuttaneen yrityksissä eniten liiketoiminnan kokonaisuuden ymmärtämiseen, strategian toteutumiseen ja ei-taloudellisten asioiden seurantaan. Yrityksissä olimuutettu toimintaa mm. niin, että se suuntautuisi enemmän asiakkaisiin ja tulevaisuuteen. Tulevaisuudessa BSC:llä uskottiin olevan suurimmat vaikutukset kokonaisvaltaiseen ja strategiseen johtamiseen sekä strategian toteutumisen seurantaan. Kyselytutkimuksen perusteella voitiin osoittaa, että suuret yritykset käyttävät BSC:tä enemmän kuin pienet yritykset. Myös alueellisia eroja on: pääkaupunkiseudulla BSC:tä käytetään enemmän kuin muualla maassa. Mitä kannattavammaksi kyselyyn vastaaja arvioi yrityksensä, sitä parempana se piti tässä tutkimuksessa kehitettyä BSC-projektimallia verrattuna Kaplanin ja Nortonin kehittämään BSC-projektimalliin. BSC-projekti on niin kokonaisvaltainen, että sen onnistuminen edellyttää koko henkilöstön osallistuvan siihen. Ylimmän johdon aito sitoutuminen on välttämätöntä, jotta BSC-projekti saa riittävästi resursseja. Projektissa visio jastrategiat puretaan käytännön toimiksi, joten ilman ylimmän johdon mukanaoloa projektilla ei ole asiakasta. Keskijohto ja henkilöstö toteuttavat laaditut strategiat, jolloin heidän panoksensa on erittäin merkittävä projektin onnistumiseksi. Henkilöstö pitää saada osallistumaan mittaristotyöhön, jotta he sitoutuisivat asetettuihin tavoitteisiin. Ellei henkilöstöä saada mukaan, mittaristo jää helposti ylimmän johdon työkaluksi. Tällöin strategian toteuttaminen koko organisaatiossa on hyvin työlästä, jopa mahdotonta. Mittariston pitää olla strategialähtöinen, eikä se saa olla liian monimutkainen. Mitä alemmalle tasolle organisaatiossamennään, sitä yksinkertaisempi mittariston pitää olla. Ylimmillä tasoilla mittareita voi olla kahdeksasta kahteentoista, mutta alemmilla tasoilla niitä on oltava hieman vähemmän. Projektin nopea läpivienti yrityksessä ei saa olla itsetarkoitus, mutta nopeasti saadut konkreettiset tulokset auttavat, että projekti saa resursseja ja mahdollistavat palautteen saamisen ja oppimisen. Kerralla ei BSC:täsaada täydellisesti toimivaksi, vaan se on oppimisprosessi, joka mahdollistaa syvällisemmän strategian toteuttamiseen. Tässä tutkimuksessa kehitetty BSC-projektin toteuttamismalli perustuu kymmenien asiantuntijoiden kokemuksiin ja näkemyksiin BSC-projektin toteuttamisesta. Kyselytutkimuksesta, työistunnosta ja Tulikivi-casesta saadut tulokset osoittavat, että kehitetyn mallin avulla yrityksillä on entistä paremmat mahdollisuudet saada BSC-projekti onnistumaan. Näin tutkimuksen päätavoite saavutettiin. Muut tavoitteet saavutettiin kyselytutkimuksen tulosten avulla.

Rahavirta-analyysit, erityisesti kassavirtalaskelma, kunnan talouden ohjauksen apuvälineenä

 The aim of this research was to determine whether a cash basis financial statement would give additional value for the financial management of a local government and whether the cash flow statement would assist in getting a true and fair view of the financial position of the local government. The goal was to develop a cash flow statement and cash flow based key ratios for the needs of local government and the possibilities to utilise them were studied. In the theoretical part of this work, the literature review section,municipal economy, the main objectives and key ratios of financial control in municipal financial management, central control systems, control instruments and different financial statements were studied. In the empirical part the possibilities of utilising the information of these different financial statements as onecontrol instrument of municipal financial management were compared. Also empirical testing of the exploitation of these financial statements was carried out. The suggestion for municipal cash flow statement and its key ratios were defined on the basis of the theoretical and empirical parts. The results show that the municipal cash flow statement is most effective in a three-part form: cash flow from ordinary operations, cash flow from investments and funding cash flow. The added value of the cash flow statement comes from its ability to better attest the financial ability for investments better than the profit and loss account. Themunicipal cash flow statement is therefore especially suitable when analysing of the sufficiency of money. In addition to absolute ratios, such as the financial margin, also relative cash basis ratios such as the financial margin percentage, liquidity percentage and investment income financing percentage are important. Also the simple cash based calculation about receiving and using money is applicable to local governments. The statement could be a part of municipal financial statements, budgets and annual reports. On the other hand, working capital flow and expense and revenue flow statements do not give added value for municipal financial management.

Mittausjärjestelmä IGBT:n lämpötilan määrittämiseen

Tässä diplomityössä tutustutaan IGBT:n ja tehodiodin rakenteisiin, lämmön muodostumiseen kyseisissä komponenteissa sekä menetelmiin, joilla komponenttien lämpötilat voidaan määrittää. Työssä suunnitellaan ja rakennetaan mittausjärjestelmä, jolla IGBT:n ja tehodiodin lämpötilat voidaan määrittää suoraan mittaamalla sekä matemaattisten mallien avulla. Mittausjärjestelmä koostuu DC-chopper -kytkennästä, kuormavirran, välipiirin jännitteen sekä lämpötilan mittauksista. Lämpötilan mittauksissa käytettiin komponenttien pintoihin liitettyjä termopareja. Matemaattisia malleja varten mittausjärjestelmään lisättiin välipiirin jännitteen sekä kuormavirran mittaus. Laitteiston ohjaus sekä mittaustulosten tallentaminen toteutettiin dSPACE -laitteistolla. Mittausjärjestelmän toimivuus testattiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston Säätötekniikan laboratoriossa tehdyillä mittauksilla.

Robottihitsauksen tehokas käyttöönotto

Työn tavoitteena oli selvittää uuden robottihitsaussolun käyttöönotto siten, että se tapahtuu mahdollisimman tehokkaasti ja taloudellisesti. Uudella robotilla on tarkoitus hitsata nykyisin käsinhitsattavia kauhakuormaajien takarunkoja sekä alihankintana tilattavia kauhoja. Tuotannon kotiuttamisella alihankinnasta ja hitsauksen robotisoinnilla pyritään nostamaan omaa tuotantovolyymiä ja pienentämään valmistuskustannuksia. Työn teoriaosuudessa selvitettiin tyypilliset robotiikkaan liittyvät asiat, kuten robotit, niiden ohjaus ja ohjelmointi sekä perusteet hitsauksen robotisoinnista. Lisäksi käsiteltiin hitsattavan tuotteen suunnittelu- ja valmistusnäkökohtia ja hitsauksen kustannuslaskennan perusteet. Työn käytännön osuudessa tehtiin kartoitus kahden valitun takarunkomallin soveltuvuudesta robottihitsaukseen ja muutosehdotuksia, joilla voidaan parantaa runkojen robottihitsattavuutta. Lisäksi käytiin läpi hitsauksen nykytilanne osavalmistuksesta aina hitsauksen jälkeiseen viimeistelyyn. Hitsauksen kustannusten selvittämistä varten tehtiin taulukkolaskentaohjelma, jolla tehtiin esimerkkinä kuvitteellinen kustannussäätölaskelma. Tuottavuusmittari laadittiin niin, että sillä voidaan mitata sekä robotin että kokohitsaustapahtuman tehokkuutta pitkällä ja lyhyellä aikavälillä. Näiden lisäksi laadittiin sisäinen ohje robottihitsattavien kappaleiden silloitukseen sekä suunnittelijoille ohjeistus huomioitavista asioista suunniteltaessa kappaletta robottihitsaukseen.

Polttoaineen reaktiivisuuden määrittäminen kiertoleijupoltossa

Kehitettäessä leijupolttotekniikkaa entistä ympäristöystävällisemmäksi ja tehokkaammaksi tarvitaan lisää tietoa polttoaineen käyttäytymisestä tulipesässä. Polttoaineen palamisprofiili ja reaktiivisuus vaikuttavat oleellisesti esimerkiksi voimalaitoskattilan lämmönsiirtopintojen sijoitteluun ja suunnitteluun sekä ohjausjärjestelmän toteutukseen. Varsinkin monipolttoainekattiloilla ohjausjärjestelmän toimivuus joutuu koetukselle esimerkiksi kuormanmuutostilanteissa ja äkillisissä polttoaineen syöttöhäiriöissä. Tässä työssä on aluksi tutustuttu kiertoleijupolton ilmiöihin ja niiden matemaattiseen mallintamiseen. Lisäksi esitetään katsaus eri prosessiolosuhteiden vaikutuksesta palamiseen kiertoleijuolosuhteissa. Työn tutkimusosassa kehitettiin menetelmä polttoaineen reaktiivisuuden määrittämiseksi kiertoleijupoltossa. Kehitetty menetelmä koostuu koesarjasta ja matemaattisesta simulointimallista. Koetoiminta suoritettiin VTT Energian laboratoriokokoluokan kiertoleijukoelaitteella. Koesarja polttoaineen reaktiivisuuden määrittämiseksi sisältää eri kaasukomponenttien profiilimittauksia ja dynaamisia muutoskokeita. Menetelmän avulla voidaan tutkia eri polttoaineiden reaktiivisuuksia sekä polttoaineen reaktiivisuuden ja tietyn prosessiolosuhteen välistä riippuvuutta. Suorittamalla koeajomatriisin mukaiset kokeet tietyissä prosessiolosuhteissa voidaan polttoaineen reaktiivisuus selvittää koetulosten ja simulointimallin perusteella.

Kenttäväylien hyödyntäminen voimalaitosten ohjausjärjestelmissä

Tässä diplomityössä on tutkittu eri kenttäväylätekniikoita, sekä niiden hyödyntämisellä saatavia taloudellisia ja teknisiä etuja Finreilan tuotevalikoimaan kuuluvien prosessilaitosten ohjausjärjestelmissä. Työssä on vertailtu laitosautomaation toteutuskustannukset sekä perinteisellä että kenttäväyliä hyödyntävillä ohjausjärjestelmillä. Kustannukset on huomioitu läpi koko projektin, sähkösuunnittelusta laitoksen käyttöönottoon. Markkinoilla on tänä päivänä useita, erityyppisiä väyläratkaisuja. Väyläratkaisujen tarpeen ja niille asetettujen vaatimuksien selvittämiseksi esitellään työssä ensin ohjausjärjestelmien rakenne, yleisimmät kenttälaitteet sekä tiedonsiirron kerrosmalli. Kenttäväylätekniikasta esitellään perusrakenteet ja –komponentit, standardointi sekä kaupalliset kenttäväyläsovellukset. Kustannusten ja suunnitteluprosessin painotusten selvittämiseksi suunnitellaan esimerkkilaitokseen ohjausjärjestelmä, hyödyntäen kenttäväylätekniikkaa. Vertailua varten on haettu tiedot vuonna 1998 perinteisellä automaatiolla toteutetun laitoksen kustannuksista Finreila Oy:n taloushallintajärjestelmästä ja projektiaineistosta. Kenttäväylätoteutuksen kustannusarviot perustuvat laitetoimittajien tarjouksiin, sähkö- ja automaatiosuunnittelijoiden haastatteluihin sekä saatuihin käyttökokemuksiin kenttäväylistä. Työ on laadittu siten, että sitä voidaan käyttää yrityksen uusien työntekijöiden koulutuksessa, mikäli laitoksissa siirrytään käyttämään kenttäväylätekniikkaa. Kustannusvertailujen perusteella voidaan sanoa, että kyseisen tyyppisessä laitoksessa saavutetaan noin 17 % kustannussäästö automaatiojärjestelmän toteutuksessa. Suurin hyöty kenttäväylistä saadaan kuitenkin järjestelmän käyttöaikana tarkentuneiden mittausten ja paremmin kohdennettavien huoltotoimenpiteiden kautta tulevista säästöistä.

Älykkäiden ohjausjärjestelmien käyttö puutavarakuormaimen väsymiskestoiän parantamisessa

Työn tavoitteena oli tutkia älykkäiden ohjausjärjestelmien käyttöä mekatronisen koneen väsymiskeston parantamisessa. Älykkäiden järjestelmien osalta työssä keskityttiin lähinnä neuroverkkojen ja sumean logiikan mahdollisuuksien tutkimiseen. Tämän lisäksi työssä kehitettiin väsymiskestoikää lisäävä älykkäisiin järjestelmiin perustuva ohjausalgoritmi. Ohjausalgoritmi liitettiin osaksi puutavarakuormaimen ohjausta. Ohjaimen kehittely suoritettiin aluksi simulointimallien avulla. Laajemmat ohjaimen testaukset suoritettiin laboratoriossa fyysisen prototyypin avulla. Tuloksena puutavarakuormaimen puomin väsymiskestoikäennuste saatiin moninkertaistettua. Väsymiskestoiän parantumisen lisäksi ohjainalgoritmi myös vaimentaa kuormaimen värähtelyä.

Pienten päivittäistavarakauppojen energiatalouden parantaminen

Työn tavoitteena oli löytää keinoja, joiden avulla kylmälaite- ja ilmanvaihtojärjestelmien toimintaa voitaisiin kehittää ja myymälöiden energiataloutta parantaa. Johtopäätökset sekä jatkotoimenpide-ehdotukset tehtiin koekohteista saatujen mittaustulosten sekä laskennallisten tavoitekulutusten perusteella. Tutkimus koski alle 400 m2 päivittäistavarakauppoja, joita Suomessa oli vuoden 2002 lopussa 3 011 kappaletta. Tutkimuksessa koekohteina toimineet kaksi Siwa-myymälää kuuluvat yli 450 Suomessa toimivan Siwan myymäläketjuun. Koekohteista saatujen tutkimustulosten pohjalta energiansäästötoimenpiteitä voidaan kohdistaa myös muihin Siwa-myymälöihin, jolloin energiansäästöt kasvavat huomattaviksi. Koekohteissa kylmälaitteiden osuus sähköenergiankulutuksesta oli merkittävin. Lämmönkulutuksissa suurten erojen syynä olivat koekohteiden erilaiset lauhdelämmöntalteenottojärjestelmät. Tehokkaalla lauhdelämmön talteenotolla onkin suuri merkitys myymälöiden energiatalouteen. Tulevaisuudessa elektronisten ohjausjärjestelmien käyttö tulee lisääntymään pienissä päivittäistavarakaupoissa. Ohjausjärjestelmällä saavutettavia etuja ovat energiankulutuksen minimointi, lämpötilojen tarkempi säätö- ja valvonta, lämpötilojen rekisteröinti ja kaukovalvonta. Muita myymälän energiatalouden kannalta tärkeitä tekijöitä ovat lauhdelämmön talteenotto, määräajoin tapahtuvat laitehuollot, kylmäntarpeen minimointi, energiatehokkaiden kylmäkalusteiden käyttö sekä kylmäkalusteet huomioiva myymäläsuunnittelu.

Paperinvalmistuslinjan energiankulutuksen mittaaminen paperitehtaassa

Tämän diplomityön tarkoituksena on selvittää paperinvalmistuslinjan energiankulutusmittaus paperitehtaalla ja kehittää sen perusteella mittausmenetelmä. Tavoitteena on tutkia ja ohjeistaa mittaustapahtuma, kun apuna käytetään prosessimittauksia. Diplomityön teoriaosassa käsitellään paperinvalmistuslinjaa ja sen osaprosesseja sekä paperitehtaan prosessiohjausjärjestelmiä. Lisäksi työssä kerrotaan kirjallisuudesta löytyvistä paperitehtaan energiankulutusmittauksista, taseiden soveltamisesta paperinvalmistuslinjaan, osaprosessien energiankulutuskohteista ja energiakäytön arvioinnista. Näiden tietojen perusteella kehitetään mittausmenetelmä, joka soveltuu normaalituotannossa oleviin LWC-, SC-, sanomalehti-, kartonki- ja hienopaperinvalmistuslinjoihin sekä näiden osaprosesseille. Kehitettyä mittausmenetelmää testattiin case-tapauksiin ja kokemuksia kirjattiin ylös. Mittausmenetelmän suurin rajoite on prosessin paperitehdaskohtaisuus. Menetelmästä rajataan pois ilmanvaihto-, lämminvesi- ja jäähdytysvesijärjestelmien energiavirrat, koska näistä ei yleensä ole riittävästi mittauksia. LTO:ssa poistoilmasta talteen otettu energiavirta kuitenkin otetaan huomioon. Se vähentää korvausilman lämmittämiseen tarvittavaa energiaa. Diplomityössä selvisi, että paperivalmistuslinjan energiankulutusmittaus voidaan tehdä kustannustehokkaasti ja kattavasti hyödyntäen olemassa olevia prosessimittauksia. Mittaustuloksista on mahdollista laskea ominaisenergiankulutus, jota voidaan verrata toisiin linjoihin kun mittauksissa otetaan huomioon prosessin parametrit, mittalaitteiden mittausalue, ajankohta, mittapisteiden määrä ja sijainti.

Sähkökäyttöjen kaapelivärähtelyt

Taajuudenmuuttajan kytkennän synnyttämä nopea jännitemuutos aiheuttaa pitkään moottorikaapeliin sähköisen värähtelyilmiön. Ilmiö on tullut erityisesti esille uusien nopeasti kytkevien puolijohdetehokytkimien ilmestyttyä markkinoille. Taajuudenmuuttajan lähtöön asennettu jännitteen nousunopeutta rajoittava suodin vähentää kaapelivärähtelyä, mutta riittävän pitkässä kaapelissa värähtely on voimakasta lähtösuotimesta huolimatta. Kaapelivärähtelyilmiön seurauksena moottorikaapelin taajuudenmuuttajan puoleiseen päähän syntyy voimakas virtavärähtely ja moottorin puoleiseen päähän voimakas jännitevärähtely. Sähkökäyttöjen vektorisäätöalgoritmit tekevät ohjauspäätöksiä moottorikaapelin taajuudenmuuttajan päästä tehtyjen virtamittausten perusteella. Säädön päätösväli on niin lyhyt, että kaapelin virtavärähtely ehtii häiritä säädön toimintaa. Tässä työssä on esitetty kaapelivärähtelyä kuvaava taajuudenmuuttajan lähtösuotimen huomioon ottava siirtofunktioperustainen matemaattinen malli. Mallin avulla kaapelivärähtelyilmiötä voi analysoida lineaarisen säätöteorian menetelmillä. Virtavärähtelyn moottorisäätöön tuomiin ongelmiin ratkaisuksi on esitetty virran mittasignaalin käsittelemistä analogisella ja digitaalisella suotimella. Simulointitulosten perusteella ratkaisua voidaan pitää toimivana. Lopuksi esitetään, kuinka avaruusvektoriteorian mukaista induktiomoottorimallia ja kaapelivärähtelymallia voidaan simuloida yhdessä.

Tarkkoihin matkustajatietoihin perustuva hissiohjausjarjestelma

Työssä esitetään geneettisten algoritmien käyttöön perustuva hissiohjausjärjestelmä, jossa ohjauspaatosten tekemisessä hyödynnetään tarkkoja matkustajatietoja. Tämä hissiohjausjärjestelmä soveltuu käytettäväksi muun muassa kohde-allokointiin perus-tuvassa hissijärjestelmässä, jossa matkustajat antavat hissikutsun yhteydessä kohde-kerrostietonsa. Esitetty ohjausjärjestelmä soveltuu käytettäväksi ulkokutsun välittömään tai jatkuvaan allokointiin perustuvassa hissijärjestelmässä. Työn kirjallisessa osuudessa esitetään parannuksia aiemmin esitettyihin hissiohjausjärjestelmiin ja käydään läpi erilaisia kohde-allokointiin perustuvia hissijärjestelmiä. Työssä kuvataan uusi matkustaja-ohjaustapa, joka vähentää matkustajan tekemän hissikutsun välittömään palveluun liittyviä hissiohjausongelmia. Tarkkoja matkustajatietoja hyödyntämällä hissijärjestelmä kykenee sekä tarjoamaan matkustajille yksilöllistä palvelua että kuljettamaan matkustajia tehokkaasti.