Bayesian Estimation of Noise

In mathematical modeling the estimation of the model parameters is one of the most common problems. The goal is to seek parameters that fit to the measurements as well as possible. There is always error in the measurements which implies uncertainty to the model estimates. In Bayesian statistics all the unknown quantities are presented as probability distributions. If there is knowledge about parameters beforehand, it can be formulated as a prior distribution. The Bays’ rule combines the prior and the measurements to posterior distribution. Mathematical models are typically nonlinear, to produce statistics for them requires efficient sampling algorithms. In this thesis both Metropolis-Hastings (MH), Adaptive Metropolis (AM) algorithms and Gibbs sampling are introduced. In the thesis different ways to present prior distributions are introduced. The main issue is in the measurement error estimation and how to obtain prior knowledge for variance or covariance. Variance and covariance sampling is combined with the algorithms above. The examples of the hyperprior models are applied to estimation of model parameters and error in an outlier case.

Kromatografinen erotus bioetanolin valmistuksessa lignoselluloosasta

Bioetanolin tuotanto kiinnostaa monissa maissa johtuen kansainvälisissä sopimuksissa määritellyistä ilmastotavoitteista. Työssä tutkittiin laboratorio-oloissa ioninvaihtohartsien ominaisuuksien ja erotuksen olosuhteiden vaikutusta rikkihapon ja glukoosin kromatografiseen erotukseen. Tehokkaimmaksi hartsiksi osoittautui polysulfonoitu mesohuokoinen vahva kationinvaihtohartsi Finex CS100C. CS100C:lla voitiin erottaa rikkihappoa ja glukoosia tehokkaimmin korkeissa 25 p-% ja 36 p-% glukoosi- ja rikkihappo-pitoisuuksissa. Lisäksi sillä havaittiin suurin tuotto simuloidussa liikkuvassa pedissä. Yhdessä kolonnissa suoritetuissa erotuskokeissa tutkittiin hartsien erotuskykyä rikkihapolle ja glukoosille sekä virtausnopeuden vaikutusta erotukseen lämpötilassa 22 °C. Saatujen tulosten pohjalta valittiin CS11GC, CS16GC ja CS100C tarkempaan isotermin määritykseen ja simulointiin hyvän erotuskyvyn sekä keskinäisten erojen takia. Adsorptioisotermit määritettiin kolonnikokein sekä 22 °C:n että 50 °C:n lämpötilassa. Isotermeistä havaittiin, että tasapaino kiinto- ja liuosfaasien välille saavutetaan rikkihapolla alhaisella 1 cm3/min virtausnopeudella varmemmin kuin suuremmalla 2,5 cm3/min virtausnopeudella. 50 °C:n lämpötilassa hapon ja glukoosin isotermit olivat jyrkempiä kuin 22 °C:n lämpötilassa. Määritettyihin hapon ja sokerin isotermeihin sovitettiin mallit, joiden parametreja käytettiin yksittäisen kolonnin simulointiin. Simuloinnissa oli estimoitavia parametreja yhdellä kolonnilla aineensiirtokertoimet sekä läpäisykäyristä määritetyt isotermiparametrit glukoosille sekä rikkihapolle ja SMB–erotuksessa vyöhykkeiden 2 ja 3 suhteelliset virtausnopeudet. Siirryttäessä lämpötilojen 22 °C ja 50 °C välillä hartsien parametrit muuttuivat sokerille täysin ja hapolle vain aineensiirtokertoimen osalta. CS100C oli tehokkain SMB–erotuksessa korkeimmalla 0,11 cm3/min tuottavuudella 95 %:n saannon saavuttamiseksi 95 % tuotepuhtaudella raffinaatissa ja ekstraktissa.

Höyry- ja kaasuturbiinin mallintaminen prosessisimulointiohjelmaan

Tässä diplomityössä on mallinnettu höyry- ja kaasuturbiini Balas -prosessisimulointi-ohjelmaan. Balas on Valtion Teknillisen Tutkimuskeskuksen kehittämä simulointiohjelma, erityisesti paperi- ja selluteollisuuden prosessien staattiseen simulointiin. Työn tavoitteena on kehittää simulointimallit höyry- ja kaasuturbiinille, sekä tutkia niiden toimivuutta vertaamalla simulointeja mittaus- ja mitoitustietoihin. Työssä on muodostettu matemaattiset mallit höyryturbiinille, höyryturbiinin säätövyöhykkeelle sekä höyryturbiinin off-design laskennalle. Kaasuturbiinille muodostettiin toimintakäyrät, joiden avulla tarkastellaan sen toimintaa off-design tilanteessa. Komponentit mallinnettiin diplomityövaiheessa Matlab-ympäristöön, josta ne siirretään Balasiin erillisessä työvaiheessa. Malleissa on kiinnitetty huomiota erityisesti niiden helppokäyttöisyyteen ja monipuolisuuteen. Höyryturbiinimalleja testattiin simuloimalla erään paperitehtaan yhteydessä toimivan voimalaitoksen vastapaineturbiini säätövyöhykkeineen ja vertaamalla simulointituloksia tehtaan mittaustietoihin. Kaasuturbiinimallia testattiin vertaamalla GE Power MS 7001 kaasuturbiinin mitoitustietoja vastaavilla parametreilla simuloituun tapaukseen.

3D Surface Modeling From Point Clouds

The goal of this thesis is to implement software for creating 3D models from point clouds. Point clouds are acquired with stereo cameras, monocular systems or laser scanners. The created 3D models are triangular models or NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) models. Triangular models are constructed from selected areas from the point clouds and resulted triangular models are translated into a set of quads. The quads are further translated into an estimated grid structure and used for NURBS surface approximation. Finally, we have a set of NURBS surfaces which represent the whole model. The problem wasn’t so easy to solve. The selected triangular surface reconstruction algorithm did not deal well with noise in point clouds. To handle this problem, a clustering method is introduced for simplificating the model and removing noise. As we had better results with the smaller point clouds produced by clustering, we used points in clusters to better estimate the grids for NURBS models. The overall results were good when the point cloud did not have much noise. The point clouds with small amount of error had good results as the triangular model was solid. NURBS surface reconstruction performed well on solid models.

Asiakaslupausmittariston rakentaminen

Tässä diplomityössä tarkastellaan teollisuusyrityksen suorituskykyä asiakkaiden näkökulmasta. Työn tavoitteena on rakentaa kohdeyritykselle yrityksen suorituskykyä asiakkaan näkökulmasta kuvaava mittaristo. Työn kirjallisuustutkimuksen perusteella tunnistetaan olennaiset menetelmät asiakaspalvelutarpeiden mittaamiseen ja analysointiin. Lisäksi työssä esitellään suorituskyvyn mittariston rakentamisen mallit ja periaatteet, sekä mittariston implementointiin vaikuttavat tekijät. Empiirisessä osassa toteutetaan avainasiakkaiden palvelutarpeiden ja yrityksen suoritustason kartoitus ja analysointi. Kohdeyritykselle rakennetaan mittariston asiakaspalvelutarpeiden perusteella, soveltuen yrityksen toimintaympäristöön ja strategisiin päämääriin. Mittaristo rakennetaa Balanced Scorecardin asiakasnäkökulman asiakaslupausmittareiden pohjalle. Työn tuloksena kohdeyritys saa kuvan palvelutasostaan. Työssä esitetyn asiakaslupausmittariston avulla kohdeyritys voi seurata ja kehittää suorituskykyään. Lisäksi työssä tuodaan ilmi tärkeitä tekijöitä, jotka vaikuttavat mittariston implementointiin ja esitetään suositusten muodossa toimintaperiaatteita implementointiprosessissa.

Monivaiheisen höyryturbiinin optimointi

Tässä diplomityössä optimoitiin nelivaiheinen 1 MWe höyryturbiinin prototyyppimalli evoluutioalgoritmien avulla sekä tutkittiin optimoinnista saatuja kustannushyötyjä. Optimoinnissa käytettiin DE – algoritmia. Optimointi saatiin toimimaan, mutta optimoinnissa käytetyn laskentasovelluksen (semiempiirisiin yhtälöihin perustuvat mallit) luonteesta johtuen optimoinnin tarkkuus CFD – laskennalla suoritettuun tarkastusmallinnukseen verrattuna oli jonkin verran toivottua pienempi. Tulosten em. epätarkkuus olisi tuskin ollut vältettävissä, sillä ongelma johtui puoliempiirisiin laskentamalleihin liittyvistä lähtöoletusongelmista sekä epävarmuudesta sovitteiden absoluuttisista pätevyysalueista. Optimoinnin onnistumisen kannalta tällainen algebrallinen mallinnus oli kuitenkin välttämätöntä, koska esim. CFD-laskentaa ei olisi mitenkään voitu tehdä jokaisella optimointiaskeleella. Optimoinnin aikana ongelmia esiintyi silti konetehojen riittävyydessä sekä sellaisen sopivan rankaisumallin löytämisessä, joka pitäisi algoritmin matemaattisesti sallitulla alueella, muttei rajoittaisi liikaa optimoinnin edistymistä. Loput ongelmat johtuivat sovelluksen uutuudesta sekä täsmällisyysongelmista sovitteiden pätevyysalueiden käsittelyssä. Vaikka optimoinnista saatujen tulosten tarkkuus ei ollut aivan tavoitteen mukainen, oli niillä kuitenkin koneensuunnittelua edullisesti ohjaava vaikutus. DE – algoritmin avulla suoritetulla optimoinnilla saatiin turbiinista noin 2,2 % enemmän tehoja, joka tarkoittaa noin 15 000 € konekohtaista kustannushyötyä. Tämä on yritykselle erittäin merkittävä konekohtainen kustannushyöty. Loppujen lopuksi voitaneen sanoa, etteivät evoluutioalgoritmit olleet parhaimmillaan prototyyppituotteen optimoinnissa. Evoluutioalgoritmeilla teknisten laitteiden optimoinnissa piilee valtavasti mahdollisuuksia, mutta se vaatii kypsän sovelluskohteen, joka tunnetaan jo entuudestaan erinomaisesti tai on yksinkertainen ja aukottomasti laskettavissa.

Kuntouttavan työn kehitysmahdollisuudet ja taloudelliset vaikutukset metsäteollisuusyrityksessä

Metsäteollisuudessa henkilöstön keski-ikä on monen muun toimialan tavoin noussut merkittävästi viime vuosina. Samaan aikaan työt ovat monipuolistuneet, ja henkilöstöä on vähennetty kustannustehokkuuden nimissä. Osittain näiden tekijöiden seurauksena sairauspoissaolot ovat nousseet, ja niiden aiheuttamat kustannukset ovat vuosittain hyvin merkittävät. Lisäksi työkyvyttömyys- ja tapaturmaeläköitymisten kustannukset ovat keskimäärin nousseet uuden maksuluokkajärjestelmän käyttöönoton myötä. Sairauspoissaolojen alentamisen ja eläköitymisten ehkäisemiseksi on vuosien varrella hyödynnetty erilaisia käytäntöjä ja toimintamalleja, joiden vaikutusalueet vaihtelevat työturvallisuudesta työhönpaluun tukemiseen. Erilaisia uudelleensijoituksia ja työtehtävien räätälöintejä on mahdollisuuksien mukaan pyritty toteuttamaan, mutta näiden esteenä on pääosin ollut yhteistyön ja tiedon puute, haastava ajankohta, sekä erilaiset negatiiviset asenteet. Kuntouttavalla työllä tarkoitetaan eri osapuolten kanssa yhdessä sovittua, määräaikaista ja normaalista poikkeavaa toimintaa, jolla pyritään vähentämään osatyökykyisen työntekijän pitkiä poissaoloja sekä poistamaan mahdollinen varhaisen eläköitymisen uhka. Tämän tutkimuksen aikana kehitetyn kuntouttavan työn uuden toimintamallin tavoitteena on edelleen lisätä tietoisuutta ja yhteistyötä eri osapuolten välillä sekä vaikuttaa omalta osaltaan työnantajan sairauspoissaolojen ja eläköitymisten aiheuttamiin kustannuksiin.

Energiatehokkuuden merkitys Suomen energiapolitiikassa

Tämän diplomityön tarkoituksena on selvittää Suomen poliittisten päättäjien sekä heidän sidosryhmien mielipiteitä energiatehokkuuden lisäämisestä erityisesti yritysten näkökulmasta. Tämän lisäksi työssä selvitetään poliittisten päättäjien tärkeimpiä sidosryhmiä energiapoliittisia asioita käsiteltäessä. Tutkimuksen teoriaosassa keskitytään energiatehokkuuden kehittymiseen, energiatehokkuuden hyötyihin, keinoihin energiatehokkuuden edistämiseksi sekä uusimpiin energiatehokkuutta koskeviin strategioihin, lainsäädäntöihin ja sopimuksiin. Tutkimusaineisto kerätään laadullisella ja määrällisellä tutkimusmenetelmällä. Tarvittavan informaation saamiseksi suoritetaan eduskunnan talous-, tulevaisuus- ja ympäristövaliokunnalle kysely, joka toteutetaan Internetin välityksellä. Sidosryhmiltä tieto kerätään haastatteluilla. Tutkimustuloksien mukaan energiatehokkuuteen ei ole panostettu tarpeeksi Suomessa ja se on yksi keskeisimmistä keinoista torjua ilmastonmuutos. Yleisesti ottaen asenteet energiatehokkuuden lisäämiseksi ovat selvästi parantuneet viimevuosien aikana. Tärkeimmäksi sidosryhmäksi nousi selkeästi Työ- ja elinkeinoministeriö, mutta myös Energiateollisuus ry sekä kansalais- ja ympäristöjärjestöt koettiin tärkeiksi.

Commodity Price Driven Risk Management from Viewpoint of High Grade Steel Alloys

The study of price risk management concerning high grade steel alloys and their components was conducted. This study was focused in metal commodities, of which nickel, chrome and molybdenum were in a central role. Also possible hedging instruments and strategies for referred metals were studied. In the literature part main themes are price formation of Ni, Cr and Mo, the functioning of metal exchanges and main hedging instruments for metal commodities. This section also covers how micro and macro variables may affect metal prices from the viewpoint of short as well as longer time period. The experimental part consists of three sections. In the first part, multiple regression model with seven explanatory variables was constructed to describe price behavior of nickel. Results were compared after this with information created with comparable simple regression model. Additionally, long time mean price reversion of nickel was studied. In the second part, theoretical price of CF8M alloy was studied by using nickel, ferro-chrome and ferro-molybdenum as explanatory variables. In the last section, cross hedging possibilities for illiquid FeCr -metal was studied with five LME futures. Also this section covers new information concerning possible forthcoming molybdenum future contracts as well. The results of this study confirm, that linear regression models which are based on the assumption of market rationality, are not able to reliably describe price development of metals at issue. Models fulfilling assumptions for linear regression may though include useful information of statistical significant variables which have effect on metal prices. According to the experimental part, short futures were found to incorporate the most accurate information concerning the price movements in the future. However, not even 3M futures were able to predict turning point in the market before the faced slump. Cross hedging seemed to be very doubtful risk management strategy for illiquid metals, because correlations coefficients were found to be very sensitive for the chosen time span.

Imatran tehtaiden jätevesipäästöjen hallinta- ja analysointityökalun kehittäminen

Työn tavoitteena oli kehittää Stora Enso Oyj:n Imatran tehtaille Wedge-pohjainen analysointityökalu, jolla voidaan hallita prosessi- ja päästötietojen yhteys nykyistä paremmin. Wedgeen määriteltiin päästömittauksia, olennaisia prosessimittauksia ja tarpeelliset laskennat kuormituksen ennustamiseksi lähtien tuotantoprosessien tilasta. Työssä tehtiin kemialliselle ja biologiselle jätevedenpuhdistamolle meneville jätevesille laskennallisia malleja, joita verrattiin mitattuihin arvoihin. Kemialliselle jätevedenpuhdistamolle meneville jätevesille tehtiin malli jäteveden virtaamalle. Biologiselle jätevedenpuhdistamolle meneville jätevesille tehtiin mallit jäteveden virtaamalle sekä COD-, AOX- ja alkuainekuormituksille. Alkuaineista työhön otettiin mukaan natrium, rikki ja kloori. Teoriaosassa on käsitelty sellu- ja paperitehtaiden vedenkäyttöä, tehtaan eri osastojen jätevesikuormitusta, jäteveden puhdistusmenetelmiä sekä prosessidatan käsittelymenetelmiä. Kokeellisessa osassa on esitelty mitattujen ja laskennallisten mallien yhteyttä. Suurin osa laskennallisista malleista näyttää seuraavan kohtuullisen hyvin mitattuja arvoja. Kokeellisessa osassa on myös havainnollistettu esimerkkien avulla mallien hyödyntämistä. Työn hyötynä on normaalien kuormitusvaihteluiden ja häiriöpäästöjen entistä tarkempi ja nopeampi erottelu. Pitkällä tähtäimellä Wedge-ohjelman avulla pystytään keskittämään jätevesikuormituksen vähentämistoimenpiteet olennaisimpiin kohteisiin.

Mechanical closing of the paperboard package and the effect of the shape of paperboard package to its manufacturability

The main objective of this thesis was to design a hinge and a closing mechanism for the plastic rim of a paperboard package. Of the hinge and closing mechanisms the 3D-models were designed using SolidWorks program and the functionality of the mechanisms was tested with rapid prototype models. When a mechanism that worked was found, the manufacturability of the mechanisms was tested in an injection molding machine with changeable inserts. Another objective of this thesis was to test the effect of the shape of paperboard package to its manufacturability. The effect of the packages shape was tested with plastic tools made for three different shaped trays. Suggestions for further research were made according to the results of the thesis.

Safety Culture and Maritime Personnel’s Safety Attitudes: Interview Report

”METKU –projektissa” (Merenkulun turvallisuuskulttuurin kehittäminen) tutkitaan kansainvälisen turvallisuusjohtamiskoodin (ISM-koodin) vaikutuksia merenkulun turvallisuuteen ja etsitään kehittämiskohteita merenkulun turvallisuusjohtamisen parantamiseksi. Tämä haastatteluraportti on laadittu METKU –projektin yhteistyössä työpakettien 1 ja 2 kesken. Tähän raporttiin haastateltiin yhteensä 94 merenkulun ammattilaista. Suurimman osan haastateltavista muodostivat aktiiviset merenkulkijat: miehistön jäsenet, päällystö ja alusten päälliköt. Haastattelukohteena oli seitsemän suomalaista varustamoa. Haastatteluissa kerättiin merenkulkijoiden kokemuksia ja mielipiteitä ISM-koodin vaikutuksesta heidän käytännön työhönsä. Suomalaiset merenkulkijat uskovat, että tänä päivänä varustamoiden johtajat ovat hyvin sitoutuneita turvallisuuteen. Myös miehistön asenteet turvallisuuteen ovat ISM-koodin käytön myötä parantuneet. Haasteltavien yhteinen huoli kohdistui jatkuvan parantamisen toimivuuteen. Kaikki haastatellut ryhmät olivat samaa mieltä siitä, että poikkeamien raportointi ei ISMkoodin vaatimuksesta huolimatta toimi kunnolla. ISM-koodin käyttöön otosta on ollut merenkululle selkeää hyötyä. Haastateltavat esittivät hyötyinä parantuneen yhteistyön ja tiedonkulun alusten ja varustamon välillä sekä sen, että merenkulun toiminnan laatu on parantunut. Monet haastateltavat korostivat, että ISM-koodin selkeät turvallisuusvastuut yhtiölle on ollut merkittävä hyöty. Itse ISM-koodiin merenkulkijoilla ei ollut juurikaan huomauttamista. Sen sijaan turvallisuusjohtamisen käytännön toteutuksessa nähtiin parantamisen varaa. ISMkoodin aiheuttamina ongelmina mainittiin mm. lisääntynyt byrokratia ja liian monimutkaiset ja yksityiskohtaiset turvallisuuskäsikirjat. Monet haastateltavat toivovat, että ISM-koodin käytännön soveltamiseen laadittaisiin ohjeita.

EFQM-mallin implementointi osaksi johtamisjärjestelmää

Diplomityön tavoitteena oli tutkia kohdeyrityksen EFQM-mallin ja toimintajärjestelmän yhdistämistä niin, että niistä voitaisiin rakentaa yksi yhtenäinen johtamisjärjestelmä. Tarkoituksena oli rakentaa ratkaisumalli, jonka avulla mainitut mallit saataisiin liitettyä osaksi käytännön johtamis- ja kehittämistyövälineitä. Työ on toimintatutkimus, joka rakentuu erillisistä teoria- ja empiriaosioista. Teoriaosassa käsitellään yritystoiminnan perustekijöitä, johtamista tukevia menetelmiä sekä EFQM-mallia. Soveltavassa osuudessa näiden teoreettisten viitekehysten pohjalta rakennetaan ratkaisu alkuperäisen tavoitteen mukaisesti. Onnistuneen järjestelmien yhdistämisen lähtökohtana on, että yrityksen perustekijät ovat kunnossa. Johdon vahva sitoutuminen projektiin on keskeisessä asemassa, jotta syntyvä järjestelmä saadaan palvelemaan yrityksen tavoitteita. Oikein rakennettuna järjestelmä helpottaa päätöksentekoa sekä toimii vahvana tukena strategiselle ja operatiiviselle johtamiselle.

SaaS-ohjelmiston asiakastuki

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli luoda palvelumallit, valita sopivat työkalut ja prosessit erään SaaS-ohjelmiston asiakastuelle. Esitettävät ratkaisut tuli valita niin, että ne mahdollistavat laadukkaan ja henkilöriippumattomasti skaalautuvan asiakastuen rakentamisen. Työn teoreettinen viitekehys pohjautuu tiedon ja tiedonluonnin näkökulmaan. Työssä sovellettiin Ikujiro Nonakan teoriaa organisaatioiden tiedonluontiprosessista, koska case-yrityksen tuottamat asiakastukipalvelut pohjautuvat voimakkaasti tietoon ja tietämykseen. Tietointensiivisyyden näkökulma on otettu huomioon myös palvelumallien, työkalujen ja prosessien valinnassa. Työn tuloksena löydettiin mallit, menetelmät ja työkalut vastaamaan työn alkuperäisiä vaatimuksia. Tutkimuksen tuloksia on jo pystytty testaamaan käytännössä. Tutkimuksen kirjallisen katsauksen ja empiirisenosan välille pystyttiin osoittamaan vahva yhteys toisiinsa. Työn tuloksia voidaan soveltaa asiakastuen kehittämisessä useilla eri toimialoilla, niin isoissa kuin pienissäkin organisaatioissa aina yksityisen sektorin toimijoista, julkisen talouden yrityksiin tai yhteisöihin.