Tuotteen suunnitteluketjun tehostaminen 3D-ympäristössä

Tämä diplomityö on tehty Andritz Oy:lle Washers & Filters tuoteryhmään. Työ on osa 3D-suunnittelujärjestelmän käyttöönottoprojektia. Tavoitteena on arvioida uuden laitesuunnittelujärjestelmän vaikutuksia yrityksen tietojärjestelmiin ja toimintatapoihin sekä etsiä potentiaalisia tulevaisuuden kehityskohteita. Suunnittelutietoa hyödyntäviä sidosryhmien edustajia haastattelemalla selvitettiin järjestelmille ja ohjelmistoille asetettavia vaatimuksia. Ohjelmistoihin tutustumalla saatiin käsitys niiden nykytilasta ja kehityssuunnista. 3D-geometrian hyödyntämiseen perustuvilla järjestelmillä voidaan poistaa päällekäistä työtä sekä lyhentää läpimenoaikoja suunnittelussa ja valmistuksessa sijoittamalla työvaiheita rinnakkain. Suurimmat 3D-suunnittelun edut saavutetaan tuotekehitysvaiheessa, tuotemuutoksia tehtäessä sekä valmistusprosesseja suunniteltaessa. Ongelmallisimmat osa-alueet tietojärjestelmien kehittämisessä ovat ensi-sijaisesti tiedonsiirto ohjelmistojen välillä, työntekijöiden muutosvastarinta sekä laadukkaiden järjestelmien korkea hinta. Laajojen tietojärjestelmä-projektien läpivienti on hyvin haastavaa ja onnistuminen vaatii kaikkien sidosryhmien mukana olemista ja tarkkaa projektin koordinointia.

3D-tuoteyhdistelmämallien ja mittakuvien tuottaminen PDM-järjestelmästä

Tämä diplomityö on selvitystyö mittakuvien ja kolmiulotteisten CAD-mallien tuottamisesta. Mittakuvat ja 3D-CAD-mallit halutaan Neles-tuotemerkin omaaville tuotteille. Olennaisena osana työssä on tuotetiedonhallintajärjestelmä AtonPDM, koska mittakuvia ja malleja toivottaisiin hallittavan AtonPDM-järjestelmällä. Työ tehdään Metso Automationin (MA) Flow Control (FC) –liiketoimintalinjalle. Nykyiset mittakuvat aiheuttavat ongelmia sekä MA:ssa että asiakkaille. MA:ssa mittakuvien tekeminen kestää kauemmin kuin asiakas toivoisi. Nykyisen mittakuvaohjelmiston riittämättömät ominaisuudet aiheuttavat lisätyötä mittakuvien valmistuksessa. Asiakkaille mittakuvien viivästyminen on suunnittelua hidastava tekijä. Mittakuvissa olevat virheet ja puutteet vaikeuttavat asiakkaan suunnittelutyötä ja saattavat päästä läpi tarkatuksien myös loppusuunnitelmiin, jolloin seurauksena voi olla rahallisia menetyksiä. Tämän päivän putkistosuunnittelu hoidetaan suurimmaksi osaksi 3D-CADohjelmistoilla. Suunnittelua helpotetaan ja nopeutetaan valmiilla komponenttien 3Dmalleilla, joihin on liitetty tuotetietoa. Työssä on haastateltu MA:n henkilökuntaa, CAD-järjestelmien toimittajia ja asiakkaita. Haastattelut ovat työn tärkein tiedonlähde. Teoriatietoa on selvitetty kirjoista, lehdistä ja internetistä. Teoriaosiossa käydään läpi tuotetiedonhallinta (Product Data Management, PDM), tietokanta ja parametrinen mallintaminen. Työn lopputuloksena on pyritty saamaan kuvaus siitä miten tuotetaan 3D-CAD-mallit ja mittakuvat Neles-tuotteista käyttäen tiedonlähteenä AtonPDM:ää ja millaisia 3Dmallien ja mittakuvien tulee olla. Malleja ja mittakuvia tuottavaan järjestelmään on etsitty ratkaisuja CAD-ohjelmistoista. Ratkaisuja on verrattu keskenään ominaisuuksien, joustavuuden ja AtonPDM yhteensopivuuden perusteella.

Java 3D

Tämä insinöörityö kertoo Java 3D -ohjelmointirajapinnan perusteista ja sen käytöstä kolmiulotteisen tietokonegrafiikan luomisessa Java ohjelmointikielellä. Java 3D on rajapinta Java-ohjelmointikielelle, jonka avulla voidaan luoda ja käsitellä kolmiulotteista tietokonegrafiikkaa. Java 3D -rajapinnan avulla käsitellään kolmiulotteista tietokonegrafiikka erityisen maisemagraafimallin avulla. Maisemagraafi on binääripuuta muistuttava malli, joka mahdollistaa kolmiulotteisten kohteiden ja niille tapahtuvien muunnoksien käsittelyn hierarkisessa järjestyksessä. Työssä käydään läpi Java 3D -maisemagraafien luominen ja kolmiulotteisessa avaruudessa sijaitseville kappaleille tehtäviä perusoperaatioita kuten siirtoa ja kiertoa. Lisäksi käydään läpi myös erilaisia animoinnissa ja interaktiossa käytettäviä luokkia, joiden avulla ohjelmoija saa automatisoitua muunnoksia sekä käyttäjä voi antaa syötteitä hiirellä ja näppäimistöllä. Näiden lisäksi käydään läpi myös mallin valaistusta, varjoja, teksturointia sekä omien kolmiulotteisten mallien tuontia Java 3D -maailmaan. Opinnäytetyön yhteydessä on tehty myös kirjo erilaisia esimerkkejä, jotka ovat saatavilla verkkosivustolta osoitteessa http://www.pahvilaatikko.org/j3d lisäksi kopio verkkosivustosta löytyy myös opinnäytetyön mukana tulevalta cd-levyltä.

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.

Simulations of 3D Stripixel Detectors

Large Hadron Collider (LHC) is the main particle accelerator at CERN. LHC is created with main goal to search elementary particles and help science investigate our universe. Radiation in LHC is caused by charged particles circular acceleration, therefore detectors tracing particles in existed severe conditions during the experiments must be radiation tolerant. Moreover, further upgrade of luminosity (up to 1035 cm-2s-1) requires development of particle detector’s structure. This work is dedicated to show the new type 3D stripixel detector with serious structural improvement. The new type of radiation-hard detector has a three-dimensional (3D) array of the p+ and n+ electrodes that penetrate into the detector bulk. The electrons and holes are then collected at oppositely biased electrodes. Proposed 3D stripixel detector demonstrates that full depletion voltage is lower that that for planar detectors. Low depletion voltage is one of the main advantages because only depleted part of the device is active are. Because of small spacing between electrodes, charge collection distances are smaller which results in high speed of the detector’s response. In this work is also briefly discussed dual-column type detectors, meaning consisting both n+ and p+ type columnar electrodes in its structure, and was declared that dual-column detectors show better electric filed distribution then single sided radiation detectors. The dead space or in other words low electric field region in significantly suppressed. Simulations were carried out by using Atlas device simulation software. As a simulation results in this work are represented the electric field distribution under different bias voltages.

Groupware and Workflow Tools - A Case study of SAP Business Workflow Supporting System Integration in a Global Telecommunication Company

Workflow management systems aim at the controlled execution of complex application processes in distributed and heterogeneous environments. These systems will shape the structure of information systems in business and non-business environments. E business and system integration is a fertile soil for WF and groupware tools. This thesis aims to study WF and groupware tools in order to gather in house knowledge of WF to better utilize WF solutions in future, and to focus on SAP Business Workflow in order to find a global solution for Application Link Enabling support for system integration. Piloting this solution in Nokia collects the experience of SAP R/3 WF tool for other development projects in future. The literary part of this study will guide to the world of business process automation providing a general description of the history, use and potentials of WF & groupware software. The empirical part of this study begins with the background of the case study describing the IT environment initiating the case by introducing SAP R/3 in Nokia, the communication technique in use and WF tool. Case study is focused in one solution with SAP Business Workflow. This study provides a concept to monitor communication between ERP systems and to increase the quality of system integration. Case study describes a way create support model for ALE/EDI interfaces. Support model includes monitoring organization and the workflow processes to solve the most common IDoc related errors.

3D Stripixel Detectors Simulation

Solid-state silicon detectors have replaced conventional ones in almost all recent high-energy physics experiments. Pixel silicon sensors don't have any alternative in the area near the interaction point because of their high resolution and fast operation speed. However, present detectors hardly withstand high radiation doses. Forthcoming upgrade of the LHC in 2014 requires development of a new generation of pixel detectors which will be able to operate under ten times increased luminosity. A planar fabrication technique has some physical limitations; an improvement of the radiation hardness will reduce sensitivity of a detector. In that case a 3D pixel detector seems to be the most promising device which can overcome these difficulties. The objective of this work was to model a structure of the 3D stripixel detector and to simulate electrical characteristics of the device. Silvaco Atlas software has been used for these purposes. The structures of single and double sided dual column detectors with active edges were described using special command language. Simulations of these detectors have shown that electric field inside an active area has more uniform distribution in comparison to the planar structure. A smaller interelectrode space leads to a stronger field and also decreases the collection time. This makes the new type of detectors more radiation resistant. Other discovered advantages are the lower full depletion voltage and increased charge collection efficiency. So the 3D stripixel detectors have demonstrated improved characteristics and will be a suitable replacement for the planar ones.

Power of Photos and Video in Education

Konferenssiesitelmä: PHOTOGRAPHY NEXT International Conference at Moderna museet and Nordiska Museet, Stockholm, 4-5 February, 2010

Kolmiulotteisen kulttuuriperintökohteen digitointiprosessi

Dokumenttien, valokuvien, videon ja äänen digitoinnin rinnalle on syntynyt tarve digitoida kohteita kolmiulotteisesti. Kolmiulotteinen digitointi asettaa digitoinnille uusia haasteita, sillä kohteista on kerättävissä hyvin paljon dataa. Digitointia varten tarvitaan siis prosessi jossa määritellään mitä kohteesta tulee digitoida ja miten tämä tehdään, jotta työ pystytään tekemään järkevässä ajassa järkevin kustannuksin. Työssä tutkittiin kirjallisuustutkimuksen ja kolmen digitointikohteen kautta miten prosessi tulisi muodostaa. Lopputuloksena muotoutui prosessimalli, jossa vaiheittain toteutetaan erilaisten työryhmien kanssa digitointisuunnitelma, laitevalinnat sekä digitointityö. Prosessin avulla digitointihankkeen suunnittelu helpottuu ja kustannusten sekä projektin etenemisen esittely asiakkaalle on yksinkertaista.

Poptähden muotokuva. Myytit, arkkityypit ja Michael Jacksonin video Smooth Criminal (1988)

Tämä tutkielma käsittelee poptähti Michael Jacksonin tähtikuvaa populaarina myyttinä arkkityyppien näkökulmasta. Tutkimus käsittelee myös tähteyden historiaa ja siirtymää klassisesta Hollywood -tähteydestä postmoderniin tähteyteen. Tutkimus pyrkii selvittämään Jacksonin positiota kulttuurisella tähtikentällä ja sitä, mitä uutta rajatilasankarin, initiaation ja tricksterin arkkityypit voivat kertoa tunnetusta poptähdestä. Tutkimusaineistoksi on valittu Jacksonin Moonwalker –elokuva (1988) ja sen sisällä oleva Smooth Criminal -osio, joka sisältää juonellisen tarinan ja musiikkivideokohtauksen. Smooth Criminal -musiikkikohtaus viittaa kulta-ajan Hollywood -tähden Fred Astairen Band Wagon –musikaalin (1953) Girl Hunt Ballet -musikaalinumeroon. Tutkimuksen kulttuurihistoriallisessa osiossa tuodaan vertailuun Astairen ja Jacksonin erilaiset tähteydet, videoiden narratiivit ja sankaruudet, joita tähdet ilmentävät narratiiveissa. Arkkityyppeihin keskittyvässä osiossa sama Smooth Criminal -narratiivi luetaan uudestaan näiden kolmen arkkityypin kautta, jolloin Jacksonin tähtikuvasta avautuu uusia aspekteja. Tutkimuksen teoreettisen rungon muodostavat sveitsiläisen analyyttisen psykologian perustajan Carl Gustav Jungin teoria arkkityypeistä ja tätä teoriaa soveltava postjungilainen tutkimus. Tutkimuksen kulttuurihistoriallinen puoli pohjaa perinteiseen tähtitutkimukseen ja erityisesti Richard Dyerin sekä Edgar Morinin teoksiin. Käytän postjungilaista elokuva- ja tähtitutkimusta tutkimuksessani, joista tärkeimpiä ovat John Izodin ja Luke Hockleyn teokset. Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että tähteys on kulttuurisidonnaista ja ilmentää omaa aikaansa. Astairen tähteys ja narratiivin sankaruus koostuu muutamista pelkistetyistä aspekteista. Jackson on tähtenä eräänlainen hybridisankari, jossa yhdistyvät monet vastakkaiset merkitykset. Rajatilasankarin, initiaation ja tricksterin arkkityypit ovat kaikki löydettävissä tutkinnan kohteena olevasta narratiivista. Arkkityyppien kautta voi nähdä, että Jacksonin ilmensi tähteydessään myös näitä kaikille ihmisille yhteisiä psyykkisiä sisältöjä, mikä voi osaltaan selittää hänen globaalia suosiotaan.

Multimedia johtajakoulutuksessa : teoreettinen tarkastelu multimedian käytettävyydestä varusmiesten johtajakoulutuksen opetuksessa

Tutkimuksessa selvitettiin interaktiivisen multimedian käytettävyyttä varusmiesten johtajakoulutuksessa ja kuinka multimedia opetusmateriaalina tukee johtajakoulutuksen keskeisten tavoitteiden saavuttamista. Samalla tutkimuksessa haluttiin jäsentää johtajakoulutuksen teoriataustaa ja multimediaoppimisen kognitiivisia prosesseja. Tutkimuksen kohteena oli johtajakoulutuksessa käytössä oleva Johtajakoulutus -multimediaopetusmateriaali. Tutkimus toteutettiin laadullisena teoreettisena tutkimuksena. Tutkimuksen teoreettisena viitekehyksenä ovat multimedia opetusvälineenä, oppiminen kognitiivisena prosessina sekä konstruktivistinen oppimiskäsitys ja transformatiivinen oppiminen. Oppimisen kognitiivista prosessia tarkasteltiin multimediaoppimisen kognitiivisen teoriaan pohjautuen. Tutkimuksen aineistona olivat aihealueeseen liittyvä kirjallisuus ja aikaisempi tutkimus sekä Johtajakoulutus - multimedia. Multimediaa analysoitiin teorialähtöisen sisällönanalyysin keinoin. Tutkimuksen pääongelmana oli selvittää miten multimedia opetusvälineenä tukee johtajakoulutuksen kasvatustavoitteen ja syväjohtaminen -oppimisohjelman oppimistavoitteiden saavuttamista. Tutkimuksessa ilmeni, että multimedia soveltuu erityisesti itseopiskeluun tarjoamalla riittävästi informaatiota johtajakoulutuksen keskeisimmistä opetussisällöistä. Multimedia opetusmateriaalina antaa monipuolisia mahdollisuuksia tukea lähiopetusta. Kouluttajien opetustyötä ja multimedian tehokasta opetuskäyttöä tukisi multimediaan käyttöön liittyvä pedagoginen käsikirjoitus. Johtajakoulutus -multimedian toteutus vastasi hyvin multimediaoppimisen kognitiivisen teorian periaatteita ja sen monipuolinen sisältö tukee konstruktivistisen oppimiskäsityksen mukaista oppimista. Teoreettisen tarkastelun perusteella multimedia soveltuu hyvin johtajakoulutuksen opetusmateriaaliksi. Jatkotutkimuksella olisi tarpeellista selvittää kouluttajien ja oppijoiden kokemuksia multimedian käytöstä sekä sen avulla saavutettavista oppimistuloksista.

CFD Modelling of Direct Contact Condensation in Suppression Pools by Applying Condensation Models of Separated Flow

The condensation rate has to be high in the safety pressure suppression pool systems of Boiling Water Reactors (BWR) in order to fulfill their safety function. The phenomena due to such a high direct contact condensation (DCC) rate turn out to be very challenging to be analysed either with experiments or numerical simulations. In this thesis, the suppression pool experiments carried out in the POOLEX facility of Lappeenranta University of Technology were simulated. Two different condensation modes were modelled by using the 2-phase CFD codes NEPTUNE CFD and TransAT. The DCC models applied were the typical ones to be used for separated flows in channels, and their applicability to the rapidly condensing flow in the condensation pool context had not been tested earlier. A low Reynolds number case was the first to be simulated. The POOLEX experiment STB-31 was operated near the conditions between the ’quasi-steady oscillatory interface condensation’ mode and the ’condensation within the blowdown pipe’ mode. The condensation models of Lakehal et al. and Coste & Lavi´eville predicted the condensation rate quite accurately, while the other tested ones overestimated it. It was possible to get the direct phase change solution to settle near to the measured values, but a very high resolution of calculation grid was needed. Secondly, a high Reynolds number case corresponding to the ’chugging’ mode was simulated. The POOLEX experiment STB-28 was chosen, because various standard and highspeed video samples of bubbles were recorded during it. In order to extract numerical information from the video material, a pattern recognition procedure was programmed. The bubble size distributions and the frequencies of chugging were calculated with this procedure. With the statistical data of the bubble sizes and temporal data of the bubble/jet appearance, it was possible to compare the condensation rates between the experiment and the CFD simulations. In the chugging simulations, a spherically curvilinear calculation grid at the blowdown pipe exit improved the convergence and decreased the required cell count. The compressible flow solver with complete steam-tables was beneficial for the numerical success of the simulations. The Hughes-Duffey model and, to some extent, the Coste & Lavi´eville model produced realistic chugging behavior. The initial level of the steam/water interface was an important factor to determine the initiation of the chugging. If the interface was initialized with a water level high enough inside the blowdown pipe, the vigorous penetration of a water plug into the pool created a turbulent wake which invoked the chugging that was self-sustaining. A 3D simulation with a suitable DCC model produced qualitatively very realistic shapes of the chugging bubbles and jets. The comparative FFT analysis of the bubble size data and the pool bottom pressure data gave useful information to distinguish the eigenmodes of chugging, bubbling, and pool structure oscillations.