Computational studies for the design of process equipment with complex geometries

This study combines several projects related to the flows in vessels with complex shapes representing different chemical apparata. Three major cases were studied. The first one is a two-phase plate reactor with a complex structure of intersecting micro channels engraved on one plate which is covered by another plain plate. The second case is a tubular microreactor, consisting of two subcases. The first subcase is a multi-channel two-component commercial micromixer (slit interdigital) used to mix two liquid reagents before they enter the reactor. The second subcase is a micro-tube, where the distribution of the heat generated by the reaction was studied. The third case is a conventionally packed column. However, flow, reactions or mass transfer were not modeled. Instead, the research focused on how to describe mathematically the realistic geometry of the column packing, which is rather random and can not be created using conventional computeraided design or engineering (CAD/CAE) methods. Several modeling approaches were used to describe the performance of the processes in the considered vessels. Computational fluid dynamics (CFD) was used to describe the details of the flow in the plate microreactor and micromixer. A space-averaged mass transfer model based on Fick’s law was used to describe the exchange of the species through the gas-liquid interface in the microreactor. This model utilized data, namely the values of the interfacial area, obtained by the corresponding CFD model. A common heat transfer model was used to find the heat distribution in the micro-tube. To generate the column packing, an additional multibody dynamic model was implemented. Auxiliary simulation was carried out to determine the position and orientation of every packing element in the column. This data was then exported into a CAD system to generate desirable geometry, which could further be used for CFD simulations. The results demonstrated that the CFD model of the microreactor could predict the flow pattern well enough and agreed with experiments. The mass transfer model allowed to estimate the mass transfer coefficient. Modeling for the second case showed that the flow in the micromixer and the heat transfer in the tube could be excluded from the larger model which describes the chemical kinetics in the reactor. Results of the third case demonstrated that the auxiliary simulation could successfully generate complex random packing not only for the column but also for other similar cases.

The Role of networks in the internationalization process of Finnish design companies

Finnish design has attracted global attention lately and companies within the industry have potential in international markets. Because networks have been found to be extremely helpful in a firm’s international business operations and usefulness of networks is not fully exploited, their role in Finnish design companies is investigated. Accordingly, this study concentrates on understanding the role of networks in the internationalization process of Finnish design companies. This was investigated through describing the internationalization process of Finnish design companies, analyzing what kind of networks are related to internationalization process of Finnish design companies, and analyzing how networks are utilized in the internationalization process of Finnish design companies. The theoretical framework explores the Finnish design industry, internationalization process and networks. The Finnish design industry is introduced in general and the concept of design is defined to refer to the industries of textiles, furniture, clothing, and lighting equipment in the research. The theories of internationalization process, the Uppsala model and Luostarinen’s operation modes, are explored in detail. The Born Global theory, which is a contrary view to stage models, is also discussed. The concept of network is investigated, networks are classified into business and social networks, and network approach to internationalization is discussed. The research is conducted empirically and the research method is a descriptive case study. In this study, four case companies are investigated: the interior decoration unit of L-Fashion Group, Globe Hope, Klo Design, and Melaja Ltd. Data is collected by semi-structured interviews and the analysis is done in the following way: the case companies are introduced, their internationalization processes and networks are described and, finally, the comparison of the case companies is done in a form of cross-case analysis. This research showed that cooperation with social networks, such as locals or employees who have experience from the target market can be extremely helpful in the beginning of a Finnish design company’s internationalization process. This study also indicated that public organizations do not necessarily enhance the internationalization process in a design company point-of-view. In addition, the research showed that there is cooperation between small Finnish design companies whereas large design companies are not as open to cooperation with competitors.

Demand forecasting process design and methods in medium sized enterprise

The purpose of this thesis was to study the design of demand forecasting processes and management of demand. In literature review were different processes found and forecasting methods and techniques interviewed. Also role of bullwhip effect in supply chain was identified and how to manage it with information sharing operations. In the empirical part of study is at first described current situation and challenges in case company. After that will new way to handle demand introduced with target budget creation and how information sharing with 5 products and a few customers would bring benefits to company. Also the new S&OP process created within this study and organization for it.

DFMA- Analysis and Aspects of Applying Internet Based Collaborative Design for Axial Eccentric Oil-Pump Design

The integrated system of design for manufacturing and assembly (DFMA) and internet based collaborative design are presented to support product design, manufacturing process, and assembly planning for axial eccentric oil-pump design. The presented system manages and schedules group oriented collaborative activities. The design guidelines of internet based collaborative design & DFMA are expressed. The components and the manufacturing stages of axial eccentric oil-pump are expressed in detail. The file formats of the presented system include the data types of collaborative design of the product, assembly design, assembly planning and assembly system design. Product design and assembly planning can be operated synchronously and intelligently and they are integrated under the condition of internet based collaborative design and DFMA. The technologies of collaborative modelling, collaborative manufacturing, and internet based collaborative assembly for the specific pump construction are developed. A seven-security level is presented to ensure the security of the internet based collaborative design system.

Design of adjustable packaging line

Diplomityön tavoite oli tutkia, mitä toimintoja ja tekniikoita uusi, joustava kartonkipakkauslinja sisältää ja mitkä suuntaukset pakkausteollisuudessa tulevat olemaan tärkeitä tulevaisuudessa. Pakkauslinjan päätoimintoja tarkasteltiin nykyisten jatulevaisuuden tekniikoiden pohjalta. Erityisesti tarkasteltiin laser-sovellusten käytön mahdollisuutta pakkauslinjan eri osatoiminnoissa. Katsaus pakkausteollisuuden tulevaisuuden näkymiin luotiin kirjallisuuden ja aikaisempien tutkimusten pohjalta, minkä perusteella työssä oletetaan, että yksilölliset ja monitoimipakkaukset tulevat lisääntymään tulevaisuudessa. Eri tuotantoerien välillä olevat asetusajat tulee saada minimoitua, mutta millä keinoin joustavuus on saavutettavissa? Yksi ratkaisu pakkausten valmistamisessa on käyttää robottisolua, mikä on mahdollista luultavasti ainakin kuppimuotoisten pakkausten kohdalla. Muutenkin robotiikka on lisääntymässä pakkausteollisuudessa. Digitaalisten painotekniikoiden kehitys on mahdollistanut yksilölliset painatukset. Tulevaisuudessa painatus on mahdollista tehdä pakkauslinjan loppupäässä, jopa vasta täytön ja suljennan jälkeen. Laserleikkaus on jo nyt käytössä, mutta tulevaisuudessa myös saumaus ja perinteinen nuuttaus on mahdollista tehdä lasersovelluksia käyttäen. Kehittynyt, väyläpohjainen ohjausjärjestelmä on tulevaisuudessa välttämätön joustavassa pakkauslinjassa. Internetin välityksellä toimiva etäohjattu virheenkorjausdiagnostiikka tulee myös olemaan itsestäänselvyys tulevaisuudessa. Kustannussäästöjä voidaan saavuttaa käyttämälläpakkauslinjassa modulaarista rakennetta. Standardiosien ja standardiosajärjestelmien käyttäminen pienentää myös käyttö- ja huoltokustannuksia. Tärkeää on kuitenkin muistaa, ettei joustavuutta voida saavuttaa pelkästään yhtä ominaisuutta tai tekniikkaa hyödyntäen vaan monia menetelmiä yhdistäen. Suunniteltavan pakkauslinjan toiminta on myös hyvä varmistaa käyttäen apuna mallinnusta ja simulointia.

Design of a Condition Monitoring System for a Glass Wool Production Line

Työn tarkoituksena oli suunnitella kunnonvalvontajärjestelmä kahdelle lasivillan tuotantolinjalle. Suunnitteluprosessin lisäksi työssä on esitelty erilaisia kunnonvalvontamenetelmiä. Työn alussa on kerrottu erilaisista kunnonvalvontamenetelmistä, joilla voidaan seurata erilaisten laitteiden ja koneiden toimintakuntoa.Erityisesti työssä on tarkasteltu teollisuudessa yleistyviä kunnonvalvonnan värähtelymittauksia. Työssä suunniteltu kunnonvalvontajärjestelmä perustuu viiteen eri menetelmään, jotka ovat värähtelymittaus, lämpötilanmittaus lämpökameralla, lämpötilanmittaus kannettavalla mittarilla, kuuntelu elektronisella stetoskoopilla ja pyörivien osien kunnontarkkailu stroboskoopilla. Kunnonvalvontajärjestelmän suunnittelu on tehty useassa eri vaiheessa. Ensin työssä on kartoitettu tuotannon kannalta tärkeimmät laitteet ja niiden mahdolliset vikaantumistavat. Seuraavaksi on valittu sopivat kunnonvalvontamenetelmät ja tehty mittaussuunnitelma, jossa on esitetty eri laitteille suoritettavat mittaukset ja mittausten aikavälit.Lopuksi työssä on esitelty muutama esimerkkitapaus kunnonvalvontamenetelmien käytöstä sekä kerrottu mahdollisista tulevaisuuden kehitysmahdollisuuksista.

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.

Design,implementation and use of an Internet kiosk as an an information system for CNC machinists

Tätä diplomityötä sponsoroi suuri Isobritannialainen lentokoneteollisuudessa toimiva yritys, joka huomasi että globaalin tuotantostrategian ollessa painopisteenä ja tietoteknisten järjestelmien kuten CAD/CAM ollessa merkittävänä osana tuotantoa, on löydettävä ymmärrys siitä, mitkä ovat tuotannon tietojärjestelmien tarpeet ja onko niiden kehittämisestä hyötyä yritykselle.Diplomityössä selitetään Internet teknologiaan perustuvan kioskin kehittämisestä tietotukijärjestelmäksi tuotanto-osastolle, jossa valmistetaan moottorin osia CNC-koneilla. Kioskeissa on piirteitä, jotka voisivat osoittautua hyödyllisiksi myös tuotantoympäristöissä ja siksi tässä työssä tutkitaan kioskiin perustuvaa lähestymistapaa tuotantoympäristöön sovellettuna.Diplomityö kuvaa informaatiokioskin kehittämistä alkaen alkuvaatimusten keruusta tietojärjestelmää varten, tietojärjestelmän suunnittelu- ja kehitysvaiheen sekä lopuksi analysoi kioskin onnistuneisuutta tuotantoympäristössä käytettävyystutkimuksen avulla, joka suoritettiin sen jälkeen kun kioski oli implementoitu tehtaassa.Johtopäätökset osoittavat, että kioski on hyvin implementoitavissa tuotantoympäristöön ja todistaa, että tuotantoinformaation jakelu sähköisessä muodossa on huomattavasti tehokkaampaa kuin paperilla. Käyttäjien kommentit osoittavat että kioski on sopiva heidän tietotarpeisiinsa ja siitä on hyötyä heidän työlleen. Kioski tarjoaa hyötyjä tuotantotason lisäksi myös johtotasolle.

Customer expectation study in product development process and its role in strategy formulation

Tämä työ on tehty kansainväliselle metsäteollisuusyritykselle. Työn lähtökohtana oli tarve tutkia yrityksen mahdollisuuksia laajentaa toimintaansa uudelle markkinasegmentille, eläinruokapakkausmarkkinoille. Johtuen maailmanlaajuisesta eläinruoankulutuksen kasvusta, eläinruokapakkaukset ovat yritykselle mielenkiintoinen uusi markkina-alue. Onnistunut markkinoilletulo vaatii asiakastarpeiden ja -odotusten huomioimista tuotekehitys- ja markkinastrategian muodostamisessa. Tämän työn tavoitteena oli selvittää asiakkaiden odotuksia eläinruokapakkauksille, sekä mallintaa alalla vallitsevia ostoprosesseja. Asiakastarvetutkimus suunniteltiin perustuen kirjallisuuteen ja alustaviin markkina- ja asiakasanalyyseihin. Alustavat analyysit ovat tarpeellisia lähtötilanteen ja trendien selvittämiseksi. Itse tutkimus toteutettiin semi-konstruktoituna teemahaastatteluna. Haastateltavat edustivat USA:n ja Euroopan johtavia eläinruokavalmistajia ja pakkausten jatkojalostajia. Työn tuloksena saatiin yksityiskohtaista tietoa asiakkaiden odotuksista eläinruokapakkauksille, paperin ominaisuuksille ja paperitoimittajille. Lisäksi mallinnettiin ostoprosesseja paperitoimittajien, pakkausten jalostajien ja eläinruokavalmistajien välillä. Tulosten perusteella on analysoitu yrityksen mahdollisuuksia menestyä uudella markkinasegmentillä. Lisäksi työssä annettiin ehdotuksia tuotekehitys- ja markkinastrategian muodostamiseen.

Software testing design and implementation in a small software company

Monet ohjelmistoyritykset ovat alkaneet kiinnittää yhä enemmän huomiota ohjelmistotuotteidensa laatuun. Tämä on johtanut siihen, että useimmat niistä ovat valinneet ohjelmistotestauksen välineeksi, jolla tätä laatua voidaan parantaa. Testausta ei pidä rajoittaa ainoastaan ohjelmistotuotteeseen itseensä, vaan sen tulisi kattaa koko ohjelmiston kehitysprosessi. Validaatiotestauksessa keskitytään varmistamaan, että lopputuote täyttää sille asetetut vaatimukset, kun taas verifikaatiotestausta käytetään ennaltaehkäisevänä testauksena, jolla pyritään poistamaan virheitä jo ennenkuin ne pääsevät lähdekoodiin asti. Työ, johon tämä diplomityö perustuu, tehtiin alkukevään ja kesän aikana vuonna 2003 Necsom Oy:n toimeksiannosta. Necsom on pieni suomalainen ohjelmistoyritys, jonka tutkimus- ja kehitysyksikkö toimii Lappeenrannassa.Tässä diplomityössä tutustutaan aluksi ohjelmistotestaukseen sekä eri tapoihin sen organisoimiseksi. Tämän lisäksi annetaan yleisiä ohjeita testisuunnitelmien ja testaustapausten tekoon, joita onnistunut ja tehokas testaus edellyttää. Kun tämä teoria on käyty läpi, esitetään esimerkkinä kuinka sisäinen ohjelmistotestaus toteutettiin Necsomilla. Lopuksi esitetään johtopäätökset, joihin päädyttiin käytännön testausprosessin seuraamisen jälkeen ja annetaan jatkotoimenpide-ehdotuksia.

Product Definition Process for Mobile Radio System Product

Työn tarkoituksena oli tutkia tuotteen määrittelyyn liittyvää kirjallisuutta ja perehtyä tuotteen määrittelytyön nykytilaan kohdeyrityksessä. Näihin molempiin perustuen muodostetaan prosessimalli tuotteen määrittelytyölle kohdeyrityksessä. Työssä käsitellään prosessijohtamisen pääperiaatteet sekä tuotteen määrittelyä koskevaa kirjallisuutta ja tutkimuksia. Koska kysessä oleva tuote on suurelta osalta ohjelmistotuote, ohjelmistojen suunnittelua, erityisesti ohjelmistovaatimusten hallintaa ja ohjelmistojen määrittelyä, on myös tarkasteltu työssä. Tuotteen määrittelyn haasteita on käsitelty yksityiskohtaisemmin, esimerkiksi dokumentointia, prosessin kulkua, vaatimusten epävakaisuutta sekä muutoksia. Kohdeyritys ja sen ongelmakohdat esitellään ja luodaan prosessimalli. Tämä malli esittelee seuraavat prosessit: raakavaatimusten hallinta -prosessin, roadmapping -prosessin, esisuunnittelu- ja spesifikaatioprosessin ja julkaisun suunnittelu -prosessin. Kaikki nämä ovat vaiheita ennen varsinaisen tuotekehitysprojektin aloittamista. Työssä esitellään myös kolmetasoinen dokumentaatiomalli.

Design Patterns in EPOC Software Development

Työssä tutkittiin oliosuunnittelumalleja EPOC-käyttöjärjestelmässä. Työssä tutkittiin sekä yleisiä suunnittelumalleja että EPOC-ympäristössä esiintyviä oliorakenteita, niiden aiheuttamia vaatimuksia sovelluksille sekä niiden käyttämisestä saatavia hyötyjä. Työssä toteutettiin EPOC-ohjelmiston suunnittelu hyödyntäen suunnittelumalleja ja periaatteita. Oliosuunnittelumallit ovat yleistyneet huomattavasti viime vuosina. Suunnittelumallien lähtökohtana ovat sekä yleiset että ympäristökohtaiset suunnitteluperiaatteet ja säännöt. Suunnittelumallit ovat osa isompaa rakennekokonaisuutta, joka käsittää sekä prosessi-, analyysi-, arkkitehtuuri- ym. malleja. Oliosuunnittelumallit nopeuttavat ja helpottavat suunnittelua sekä parantavat uudelleenkäytettävyyttä korkeammalla abstraktiotasolla. EPOC on tulevaisuuden mobiililaitteiden yleisimpiä käyttöjärjestelmiä. EPOC on kokonaisuudessaan oliopohjainen ja sisältää lukuisia oliorakenteita, joiden ymmärtäminen on sovelluskehityksen kannalta elintärkeää. Koska ympäristöt, joissa EPOC-käyttöjärjestelmää käytetään, ovat yleensä resurssien puolesta rajoittuneita, on yleisten suunnittelumallien käytössä oltava tarkkana. EPOC vaatii yleisiin suunnittelumalleihin muutoksia ja estää joidenkin käytön kokonaan.

Evaluation and implementation process for commercial elevator landing doors

Tason ovet voivat olla joko itsesuunniteltuja ja -tehtyjä, tai itse malli ja tuote voidaan ostaa myös yrityksen ulkoa. Tätä make-or-buy kysymystä pohdittaessa ilmenee monta tekijää, jotka vaikuttavat päätökseen. Jos yritys käsittää ostamisen parempana vaihtoehtona, tuote tarvitsee myösimplementointisuunnitelman. Tämän työn päätavoite oli luoda arviointi- ja implementointiprosessi kaupallisille hissin tason oville. Muut tavoitteet olivat: selvittää syyt tälle erikoiselle toiminnolle, löytää kaupallisten ovien käyttöön liittyvät edut ja haitat, sekä luoda kriteerit tason ovien arvioinnille. Lopputuloksena saatiin, että tämän prosessin suorittajan pitää sitoutua arviointi- ja implementointiprosessiin,ja että myös virtuaalitehdas tarvitaan täydentämään arviointivaihetta. Mutta tärkein havainto oli, että tulevaisuuden ovistrategia ei ole vielä täysin päätetty ja siitä syystä yrityksen omat ovimallit pitäisi testata ja verrata niitä kaupallisiin ovimalleihin käyttämällä tämän työn arviointiprosessia.

Facilitating coordination improvement efforts in cross-functional process development programs

Business process improvement is a common approach in increasing the effectiveness of an organization. It can be seen as an effort to increase coordination between units. Process improvement has proved to be challenging, and most management consultation firms facilitate organizations in this kind of initiatives. Cross-functional improvement is one of the main areas for internal consultants as well. However, the needs, challenges and means of cross-functional help have been rarely discussed in the literature. The objective of this thesis is on one hand to present a conceptual and descriptive framework to help understand the challenges of facilitating coordination improvement efforts in cross-functional improvement programs, and on the other hand to develop and test feasible solutions for some facilitation situations. The research questions are: 1. Why and in what kind of situations do organizations need help in developing coordination in cross-functional processes? 2. How can a facilitator help organizations in improving coordination to develop cross-functional processes? The study consists of two parts. The first part is an overview of the dissertation, and the second part comprises six research publications. The theoretical background for the study are the differentiation causing challenges in cross-functional settings, the coordination needed to improve processes, change management principles, methods and tools, and consultation practises. Three of the publications introduce tools for helping in developing prerequisites, planning responsibilities and supporting learning during the cross-functional program. The three other papers present frameworks to help understand and analyse the improvement situation. The main methodological approaches used in this study are design science research, action research and case research. The research data has been collected from ten cases representing different kinds of organizations, processes and developing situations. The data has been collected mainly by observation, semi-structured interviews and questionnaires. The research contributes to the rare literature combining coordination theories and process improvement practises. It also provides additional understanding of a holistic point of view in process improvement situations. The most important contribution is the addition to the theories of facilitating change in process improvement situations. From the managerial point of view, this study gives advice to managers and consultants in planning and executing cross-functional programs. The main factors increasing the need for facilitation are the challenges for differentiation, challenges of organizational change in general, and the novelty of initiatives and improvement practices concerning process development. Organizations need help in creating the prerequisites to change, in planning initiatives, easing conflict management and collaboration between groups, as well as supporting the learning of cross-functional improvement. The main challenges of facilitation are combining the different roles as a consultant, maintaining the ownership for the improvement project with the client, and supporting learning in the client organization.