Fusion weld metal solidification:Continuum from weld interface to centerline

We present a brief résumé of the history of solidification research and key factors affecting the solidification of fusion welds. There is a general agreement of the basic solidification theory, albeit differing - even confusing - nomenclatures do exist, and Cases 2 and 3 (the Chalmers' basic boundary conditions for solidification, categorized by Savage as Cases) are variably emphasized. Model Frame, a tool helping to model the continuum of fusion weld solidification from start to end, is proposed. It incorporates the general solidification models, of which the pertinent ones are selected for the actual modeling. The basic models are the main solidification Cases 1…4. These discrete Cases are joined with Sub-Cases: models of Pfann, Flemings and others, bringing needed Sub-Case variables into the model. Model Frame depicts a grain growing from the weld interface to its centerline. Besides modeling, the Model Frame supports education and academic debate. The new mathematical modeling techniques will extend its use into multi-dimensional modeling, introducing new variables and increasing the modeling accuracy. We propose a model: melting/solidification-model (M/S-model) - predicting the solute profile at the start of the solidification of a fusion weld. This Case 3-based Sub-Case takes into account the melting stage, the solute back-diffusion in the solid, and the growth rate acceleration typical to fusion welds. We propose - based on works of Rutter & Chalmers, David & Vitek and our experimental results on copper - that NEGS-EGS-transition is not associated only with cellular-dendritic-transition. Solidification is studied experimentally on pure and doped copper with welding speed range from 0 to 200 cm/min, with one test at 3000 cm/min. Found were only planar and cellular structures, no dendrites - columnar or equiaxed. Cell sub structures: rows of cubic elements we call "cubelettes", "cell-bands" and "micro-cells", as well as an anomalous crack morphology "crack-eye", were detected, as well as microscopic hot crack nucleus we call "grain-lag cracks", caused by a grain slightly lagging behind its neighbors in arrival to the weld centerline. Varestraint test and R-test revealed a change of crack morphologies from centerline cracks to grainand cell boundary cracks with an increasing welding speed. High speed made the cracks invisible to bare eye and hardly detectable with light microscope, while electron microscope often revealed networks of fine micro-cracks.

Optimizing Mobile Java Location-Based Services in Symbian OS

This thesis evaluates methods for obtaining high performance in applications running on the mobile Java platform. Based on the evaluated methods, an optimization was done to a Java extension API running on top the Symbian operating system. The API provides location-based services for mobile Java applications. As a part of this thesis, the JNI implementation in Symbian OS was also benchmarked. A benchmarking tool was implemented in the analysis phase in order to implement extensive performance test set. Based on the benchmark results, it was noted that the landmarks implementation of the API was performing very slowly with large amounts of data. The existing implementation proved to be very inconvenient for optimization because the early implementers did not take performance and design issues into consideration. A completely new architecture was implemented for the API in order to provide scalable landmark initialization and data extraction by using lazy initialization methods. Additionally, runtime memory consumption was also an important part of the optimization. The improvement proved to be very efficient based on the measurements after the optimization. Most of the common API use cases performed extremely well compared to the old implementation. Performance optimization is an important quality attribute of any piece of software especially in embedded mobile devices. Typically, projects get into trouble with performance because there are no clear performance targets and knowledge how to achieve them. Well-known guidelines and performance models help to achieve good overall performance in Java applications and programming interfaces.

Raskaan kaluston tiedonkeruujärjestelmä sulautettuna Java-ohjelmistona

Tämä insinöörityö tehtiin Sesca Logistics IT Oy:lle osana Tekesin VAMOS-hanketta. Logistiikan alan yritysten resursseja on kuluttanut puutteellinen ja hidas tietojen kulku toimiston ja ajoneuvon välillä. Perinteisesti ajoneuvosta tarvittujen tietojen kerääminen on tapahtunut kynällä paperille, ja tiedonkulku on perustunut puhelinyhteyteen toimiston ja ajoneuvon kuljettajan välillä. Työn tavoitteena oli toteuttaa automaattinen tietojenkeruu ajoneuvosta sekä ajoneuvon sisältämistä laitteista. Reaaliaikainen raskaan kaluston tiedonkeruujärjestelmä mahdollistaa ajoneuvoista automaattisesti kerättyjen tietojen helpon seurannan Internetin välityksellä. Työssä suunniteltiin raskaan kaluston ajoneuvotietokoneen sulautettu ohjelmisto sekä palvelinpään ohjelmisto ajoneuvosta lähetettyjen tietojen vastaanottamiseen. Työ aloitettiin arkkitehtuurisuunnittelulla, jonka tuloksena hahmotettiin järjestelmän olellisimmat komponentit sekä valittiin sopivimmat protokollat komponenttien väliseen tiedonsiirtoon Internet-verkossa. Ajoneuvotietokoneen ohjelmisto toteutettiin sulautettuna ohjelmistona Java ME -teknologialla, jossa hyödynnettiin UML-mallinnusta sekä tunnettuja suunnittelumalleja (design patterns). Palvelinpään tietojen vastaanottoohjelmisto toteutettiin Java SE -teknologialla. Työn lopputuloksena syntyi reaaliaikanen ja hajautettu tietojärjestelmä logistiikan alan tarpeisiin. Tietojärjestelmä kykenee tuottamaan reaalaikaista tietoa ajoneuvon sijainnista sekä ajoneuvon CAN-väylän sisältämistä tiedoista. Lisäksi tietojärjestelmä mahdollistaa tienhoitoajoneuvojen aurojen ja suolasirottimen seurannan. Tietojärjestelmän avulla yritykset voivat seurata kustannustehokkuuttaan ja saada nopeammin yksityiskohtaisempia tietoja ajoneuvojen tilasta.

A Co-Processor Approach for Efficient Java Execution in Embedded Systems

This thesis deals with a hardware accelerated Java virtual machine, named REALJava. The REALJava virtual machine is targeted for resource constrained embedded systems. The goal is to attain increased computational performance with reduced power consumption. While these objectives are often seen as trade-offs, in this context both of them can be attained simultaneously by using dedicated hardware. The target level of the computational performance of the REALJava virtual machine is initially set to be as fast as the currently available full custom ASIC Java processors. As a secondary goal all of the components of the virtual machine are designed so that the resulting system can be scaled to support multiple co-processor cores. The virtual machine is designed using the hardware/software co-design paradigm. The partitioning between the two domains is flexible, allowing customizations to the resulting system, for instance the floating point support can be omitted from the hardware in order to decrease the size of the co-processor core. The communication between the hardware and the software domains is encapsulated into modules. This allows the REALJava virtual machine to be easily integrated into any system, simply by redesigning the communication modules. Besides the virtual machine and the related co-processor architecture, several performance enhancing techniques are presented. These include techniques related to instruction folding, stack handling, method invocation, constant loading and control in time domain. The REALJava virtual machine is prototyped using three different FPGA platforms. The original pipeline structure is modified to suit the FPGA environment. The performance of the resulting Java virtual machine is evaluated against existing Java solutions in the embedded systems field. The results show that the goals are attained, both in terms of computational performance and power consumption. Especially the computational performance is evaluated thoroughly, and the results show that the REALJava is more than twice as fast as the fastest full custom ASIC Java processor. In addition to standard Java virtual machine benchmarks, several new Java applications are designed to both verify the results and broaden the spectrum of the tests.

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.

Non-resorbable glass fibre-reinforced composite with porous surface as bone substitute material: Experimental studies in vitro and in vivo focused on bone-implant interface

The development of load-bearing osseous implant with desired mechanical and surface properties in order to promote incorporation with bone and to eliminate risk of bone resorption and implant failure is a very challenging task. Bone formation and resoption processes depend on the mechanical environment. Certain stress/strain conditions are required to promote new bone growth and to prevent bone mass loss. Conventional metallic implants with high stiffness carry most of the load and the surrounding bone becomes virtually unloaded and inactive. Fibre-reinforced composites offer an interesting alternative to metallic implants, because their mechanical properties can be tailored to be equal to those of bone, by the careful selection of matrix polymer, type of fibres, fibre volume fraction, orientation and length. Successful load transfer at bone-implant interface requires proper fixation between the bone and implant. One promising method to promote fixation is to prepare implants with porous surface. Bone ingrowth into porous surface structure stabilises the system and improves clinical success of the implant. The experimental part of this work was focused on polymethyl methacrylate (PMMA) -based composites with dense load-bearing core and porous surface. Three-dimensionally randomly orientated chopped glass fibres were used to reinforce the composite. A method to fabricate those composites was developed by a solvent treatment technique and some characterisations concerning the functionality of the surface structure were made in vitro and in vivo. Scanning electron microscope observations revealed that the pore size and interconnective porous architecture of the surface layer of the fibre-reinforced composite (FRC) could be optimal for bone ingrowth. Microhardness measurements showed that the solvent treatment did not have an effect on the mechanical properties of the load-bearing core. A push-out test, using dental stone as a bone model material, revealed that short glass fibre-reinforced porous surface layer is strong enough to carry load. Unreacted monomers can cause the chemical necrosis of the tissue, but the levels of leachable resisidual monomers were considerably lower than those found in chemically cured fibre-reinforced dentures and in modified acrylic bone cements. Animal experiments proved that surface porous FRC implant can enhance fixation between bone and FRC. New bone ingrowth into the pores was detected and strong interlocking between bone and the implant was achieved.

Improving and User Interface to E-Procurement Software Used in Asset Accounting and Investigating Effects to Efficiency

This diploma thesis has been done to international organization which takes care from the accounting actions of two major companies. In this organization are used three different purchasing tools which are used when new asset master data is wanted to input to SAP R/3- system. The aim of this thesis is to find out how much changing the user interface of one of these three e-procurement programs will affect to overall efficiency in asset accounting. As an addition will be introduced project framework which can be used in future projects and which help to avoid certain steps in the development process. At the moment data needs to be inputted manually with many useless mouse clicks and data needs to be searched from many various resources which slow down the process. Other organization has better tools at the moment than the myOrders system which is under investigation Research was started by exploring the main improvement areas. After this possible defects were traced. Suggested improvements were thought by exploring literature which has been written from usability design and research. Meanwhile also directional calculations from the benefits of the project were done alongside with the analysis of the possible risks and threats. After this NSN IT approved the changes which they thought was acceptable. The next step was to program them into tool and test them before releasing to production environment. The calculations were made also from implemented improvements and compared them to planned ones From whole project was made a framework which can be utilized also to other similar projects. The complete calculation was not possible because of time schedule of the project. Important observation in the project was that efficiency is not improved not only by changing the GUI but also improving processes without any programming. Feedback from end user should be also listened more in development process. End-user is after all the one who knows the best how the program should look like.

Java-kieleen perustuvien www-sovellusten suorituskyvyn testaus ja parantaminen

Testauksesta on tullut oleellinen, yhä tärkeämpi sovelluskehitysprojektien osa. Sovelluksilta vaaditaan luotettavuutta kaikilla niiden toiminnan osa-alueilla. Suorituskykyyn liittyvät asiat ovat keskeinen osa näitä vaatimuksia erityisesti, kun kyse on Internetissä toimivista www-sovelluksista. Aluksi työssä esitellään erilaisia sovellusten testausmenetelmiä. Siinä kerrotaan yleisimmistä menetelmistä, joiden avulla pyritään sovelluksista löytämään vääränlaiset toimintatavat suhteessa niiden määriteltyihin toimintatapoihin. Testauksen tulosten avulla pystytään keskittymään oikeisiin kohtiin sovellusten toiminnan korjaamisessa. Työssä analysoidaan www-sovellusten rakennetta yleisen kerrosarkkitehtuurin eri kerrosten ominaisuuksia ja niihin sisältyviä keskeisimpiä sovellusten suorituskykyyn vaikuttavia tekijöitä kuvaillen. Näiden, www-sovellusten eri osien suorituskykyyn vaikuttavien ominaisuuksien perusteella esitellään esimerkkejä, kuinka Java-kieleen perustuvien www-sovellusten suorituskykyä voidaan parantaa. Lisäksi työssä kuvataan, kuinka erityisesti ilmaisella Apache JMeter-sovelluksella voidaan Java-kieleen perustuvien www-sovellusten suorituskykyä mitata. Työn tuloksena esitellään lopuksi suorituskyvyn testaus- ja parannusprosessi. Sen tarkoitus on selkeyttää erityisesti Java-kieleen perustuvien www-sovellusten suorituskyvyn testauksessa ja parannuksessa huomioon otettavia asioita.

Numeerisia menetelmiä Java-kielellä

Java-kieli on ottanut paikkansa web-ohjelmoinnin alueella, mutta tieteellisissä laskentatehtävissä se on lyhyehkön historiansa aikana jäänyt muiden ohjelmointikielten varjoon. Tutkielmassa selvitettiin, miten kieli soveltuu matemaattisten ongelmien ratkaisuun. Tutkimusta varten kehitettiin esimerkkiohjelmia eri numeerisen matematiikan osaalueille, kuten integrointiin, derivointiin, interpolointiin ja juurenhakuun; painopiste oli lineaarialgebran sovelluksissa. Eri matriisihajotelmien käyttöön perustuvia esimerkkejä tehtiin useampia. Kaikki ohjelmat toteutettiin siten, että niitä on mahdollista käyttää verkossa erilaisilla tietokonekokoonpanoilla. Tämä on kiinteä osa Java-kielen ideologiaa. Tutkielmaan kuuluvalla web-sivustolla kaikki ohjelmat lähdekoodeineen ovat kiinnostuneiden käytettävissä. Sivustoa on mahdollista kehittää ja laajentaa entisestään, sillä monet numeriikan osa-alueet jäivät vielä käsittelemättä. Ohjelmat lähdekoodeineen sekä kaikkien valmiiden luokkien lähdekoodit löytyvät myös tutkielman mukana tulevalta CD-ROM-levyltä. Esimerkkien pohjalta saatujen kokemusten perusteella todettiin, että Java-kielellä on mahdollista toteuttaa matemaattisia ohjelmia, vaikka kielellä onkin puutteensa; esimerkiksi Javan omat matemaattiset luokat ovat sellaisenaan riittämättömät vaativiin sovelluksiin. Tämä saattaa osittain selittää laimean kiinnostukseen kielen mahdollisuuksiin tieteellisessä käytössä. Java on kuitenkin vielä kehittyvä kieli, joten tulevaisuudessa aukeavat mahdollisuudet jäävät nähtäväksi.

Mobiilin työajanhallinnan ohjelmistokehitys

Työajan seuranta ja kohdistaminen oikeisiin kustannuslajeihin on yrityksen suorituskyvyn ja kasvun kannalta usein välttämättömyys. Tässä työssä tutkitaan mobiiliteknologioiden mahdollisuuksia ja soveltuvuutta tuottaa palveluita työajan hallinnointiin, valitaan sopiva arkkitehtuuri ja kehitetään Java ME –teknologialla prototyyppi, joka on helposti integroitavissa yrityksen nykyisiin palvelinpuolen järjestelmiin ja tietokantoihin. Työn sovellusosuudessa kuvataan prototyypin ohjelmoinnissa käytetyt työkalut, menetelmät, ongelmakohdat sekä niiden ratkaisut. Suunnitelluissa käyttötapauksissa tapahtumatiedot syötetään manuaalisesti puhelimen käyttöliittymän kautta tai automatisoidummin kerätään kustannuskohdistetietoa työkohteisiin sijoitetuista NFC-tageista. Työaikaleimaamista testattiin emulaattorilla ja oikealla matkapuhelimella. Lopputuloksena asiakkaan työajanhallinnan tapahtumat siirtyvät langattomasti ja reaaliaikaisesti yrityksen webpalvelimelle JSON-formaatissa.

Suunnitelma WWW-palvelun monikanavaistamiseksi

Tämän diplomityön tavoitteena on kuvata suunnitelma, jossa alun perin WWW-ympäristöön kehitettyä palvelua muokataan siten, että palvelu skaalautuu mahdollisimman hyvin tulevaisuuden laajennuksiin. Selainpohjaisten palveluiden lisäksi esimerkiksi mobiili-palvelut ja erilaiset työpöytäsovellusintegraatiot ovat kasvattaneet suosiotaan. Samoin eri palveluiden välisestä yhteistoiminnasta on kasvanut merkittävä osa Internet-palveluiden loppukäyttäjilleen tarjoamaa palvelukokonaisuutta. Esimerkkejä WWW-palveluiden integroinneista päätelaitteille ovat hakukoneiden ja pikaviestimien mobiili-versiot, ja palveluiden yhteistoiminnasta erilaisten uutispalveluiden ja sosiaalisten palveluiden, kuten Facebook, väliset yhteisölinkitykset. Tässä diplomityössä selvitetään aluksi Internet-pohjaisten palveluiden kehitystä sekä tutustutaan tarkemmin palveluiden monikanavaisuuteen. Tämän jälkeen käydään läpi loppukäyttäjien saatavilla olevia päätelaitteita verkkoyhteyksineen ja WWW-palveluiden suunnittelumalleja. Suunnittelun lähtökohtana oli se, että erilaisten päätelaitteiden, päätelaitteiden ohjelmistojen ja käytössä olevien verkkoyhteyksien muodostamien palvelualustojen liittäminen palveluun olisi mahdollisimman yksinkertaista. Ja tukea uusien palvelualustojen käyttäjien ja sisällön sovittamista olemassa olevaan palveluun. Työn lopputuloksena on suunnitelma, joka pohjautuu välikerroksen rakentamiseen uusien palvelualustojen ja vanhan palvelun väliin. Palveluun tarjotaan välikerroksen kautta personoitu rajapinta luotetuille asiakkaille sekä kaikille avoin julkinen rajapinta. Välikerros suunniteltiin yksinkertaisella REST-arkkitehtuurityylillä, mikä mahdollistaa palvelun tarjonnan turvallisesti ja tehokkaasti. Tähän välikerrokseen lisätään käyttäjän- ja sisällönhallinnan komponentteja pitämään huolen palvelun eheydestä. Tämä diplomityö osoittaa, että oikealla arkkitehtuurilla suunniteltu monikerroksinen väliohjelmisto tarjoaa tehokkaan tavan integroida ja hallinnoida uusia alustoja.

The National Digital Library of Finland – Public Interface FINNA

Aki Lassilan esitys IFLA-konferenssissa Helsingissä 14.8.2012.