Design of RFID-system for industrial after-sale service

RFID-tekniikka on radiotaajuudella toimivaa etätunnistusta, jossa hyödynnetään RFID-tunnisteiksi kutsuttuja tageja, sekä RFID-lukijoita. RFID-tekniikan käyttökohteet ovat erittäin laajat. Tässä kandidaatintyössä tutkitaan RFID-tekniikan hyödyntämismahdollisuuksia teollisuuden huoltopalvelusuhteessa. Työ keskittyy huollettavien laitteiden etätunnistamiseen mobiileja RFID-lukijoita hyödyntäen. Laitteiden tiedot noudetaan olemassa olevasta tietokannasta web-käyttöliittymän kautta. Koska laitteet koostuvat pääosin metallista, joudutaan tunnistetyyppien valintaa pohtimaan tarkasti. Metallipinnat sekä nesteet vaikuttavat erittäin negatiivisesti useiden tunnisteiden lukuetäisyyteen. Työssä keskitytään vaadittavan järjestelmän suunnittelemiseen aikaisempia tutkimuksia hyödyntäen, mutta itse järjestelmän toteutus ei kuulu tähän kandidaatintyöhön. Lopussa järjestelmän alustava suunnitelma esitellään.

Near-Threshold Computing

Valmistustekniikoiden kehittyessä IC-piireille saadaan mahtumaan yhä enemmän transistoreja. Monimutkaisemmat piirit mahdollistavat suurempien laskutoimitusmäärien suorittamisen aikayksikössä. Piirien aktiivisuuden lisääntyessä myös niiden energiankulutus lisääntyy, ja tämä puolestaan lisää piirin lämmöntuotantoa. Liiallinen lämpö rajoittaa piirien toimintaa. Tämän takia tarvitaan tekniikoita, joilla piirien energiankulutusta saadaan pienennettyä. Uudeksi tutkimuskohteeksi ovat tulleet pienet laitteet, jotka seuraavat esimerkiksi ihmiskehon toimintaa, rakennuksia tai siltoja. Tällaisten laitteiden on oltava energiankulutukseltaan pieniä, jotta ne voivat toimia pitkiä aikoja ilman akkujen lataamista. Near-Threshold Computing on tekniikka, jolla pyritään pienentämään integroitujen piirien energiankulutusta. Periaatteena on käyttää piireillä pienempää käyttöjännitettä kuin piirivalmistaja on niille alunperin suunnitellut. Tämä hidastaa ja haittaa piirin toimintaa. Jos kuitenkin laitteen toiminnassa pystyään hyväksymään huonompi laskentateho ja pienentynyt toimintavarmuus, voidaan saavuttaa säästöä energiankulutuksessa. Tässä diplomityössä tarkastellaan Near-Threshold Computing -tekniikkaa eri näkökulmista: aluksi perustuen kirjallisuudesta löytyviin aikaisempiin tutkimuksiin, ja myöhemmin tutkimalla Near-Threshold Computing -tekniikan soveltamista kahden tapaustutkimuksen kautta. Tapaustutkimuksissa tarkastellaan FO4-invertteriä sekä 6T SRAM -solua piirisimulaatioiden avulla. Näiden komponenttien käyttäytymisen Near-Threshold Computing –jännitteillä voidaan tulkita antavan kattavan kuvan suuresta osasta tavanomaisen IC-piirin pinta-alaa ja energiankulusta. Tapaustutkimuksissa käytetään 130 nm teknologiaa, ja niissä mallinnetaan todellisia piirivalmistusprosessin tuotteita ajamalla useita Monte Carlo -simulaatioita. Tämä valmistuskustannuksiltaan huokea teknologia yhdistettynä Near-Threshold Computing -tekniikkaan mahdollistaa matalan energiankulutuksen piirien valmistaminen järkevään hintaan. Tämän diplomityön tulokset näyttävät, että Near-Threshold Computing pienentää piirien energiankulutusta merkittävästi. Toisaalta, piirien nopeus heikkenee, ja yleisesti käytetty 6T SRAM -muistisolu muuttuu epäluotettavaksi. Pidemmät polut logiikkapiireissä sekä transistorien kasvattaminen muistisoluissa osoitetaan tehokkaiksi vastatoimiksi Near- Threshold Computing -tekniikan huonoja puolia vastaan. Tulokset antavat perusteita matalan energiankulutuksen IC-piirien suunnittelussa sille, kannattaako käyttää normaalia käyttöjännitettä, vai laskea sitä, jolloin piirin hidastuminen ja epävarmempi käyttäytyminen pitää ottaa huomioon.

Hajautettuun ryhmitykseen soveltuva tilannekuvajärjestelmä : näkökulmana viestihuoltokomppania

Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää laajalla maantieteellisellä alueella hajautetusti toi-mivan joukon tilannekuvan muodostumista viestihuoltokomppaniaan näkökulmasta. Tut-kimuksen pääkysymys on: Mikä tilannekuvajärjestelmistä on soveltuvin viestihuoltokomp-panian käyttöön? Arvioinnissa otetaan huomioon vaihtoehtoisten tiedonsiirtotapojen käytön vaatimus sotilaallisessa toimintaympäristössä. Tutkimuksessa vaatimusmäärittely on koko-naisuus, jolla saadaan tuloksia monisyisen prosessin kautta. Yleiskuvauksen laatiminen toteutetaan kirjallisuustutkimuksella. Vaatimusten ja havaintojen kerääminen toteutetaan lomakekyselynä. Jäsentelyyn, muokkaukseen ja vertailuun käytetään laadullista tarkastelua, kirjallisuusselvitystä ja vertailua. Tietotekniikan käyttämisen tulisi vapauttaa resursseja tietomassojen rutiininomaisesta käsit-telystä ymmärryksen luomiseen ja päätöksen tekoon. Tiedon lähettäminen laitteelta toiselle edellyttää niiden yhdistämistä toisiinsa. Verkkojen topologioista käsitellään keskeiset (väy-lä, rengas ja tähti). Verkkoratkaisuista käsitellään kolme yleisintä (asiakas-palvelin-, push- ja vertais-verkko). Siirtotiet jaetaan kahteen ryhmään. Johdollisten siirtoteiden toteutuksesta käsitellään kolme päätyyppiä (koaksiaalikaapeli, parikaapeli ja optiset kuidut). Langattomi-en siirtoteiden toteutuksesta käsitellään neljä päätyyppiä (kaupalliset matkaviestimet, TET-RA-tekniikka, kenttäradiot ja radiolinkit). VHK:n vaatimusmäärittelyssä esiin nousi kolme kokonaisuutta. Hajautus arvioi järjestel-män käyttöä ja sen ulottuvuutta. Turvallisuus arvioi järjestelmän toimivuuden ja teknisten ratkaisujen turvallisuutta. Käyttö arvioi järjestelmän käyttämisen helppouteen ja teknisten ratkaisujen saatavuuteen liittyviä seikkoja. Vaatimusmäärittelyn kautta varsinaiseen vertai-luun valittiin neljä järjestelmää. CORE-järjestelmän kehittäminen ja kuvaus ovat hyvät. Irisweb on jo lähtökohtaisesti suun-niteltu toimintaympäristöltään vastaamaan niihin tarpeisiin, joita VHK:lla on, joten toimin-not vastaavat tarpeita hyvin. MATI sisältää käytössä testatun, kestävän ja nopeasti käyt-töönotettavan kokonaisuuden. Eri järjestelmien tekniset ratkaisut pohjautuvat paljon samoi-hin tekniikoihin, osalla on sama tiedonsiirtoalusta. Järjestelmien soveltuvuus eri osa-alueisiin vaihteli. Tutkimuksen tuloksena soveltuvin järjestelmä on MATI. Tulevaisuudessa eriytyvien järjestelmien sulauttaminen ja niiden parhaiden ominaisuuksien yhdistäminen näyttäisi olevan ainoa suunta. COTS-tekniikan käyttäminen ja SOA suunnit-telun pohjana ohjaavat kehitystä kohti verkostokeskeisyyttä.

Vastaanottoprosessin nopeuttaminen ja virheiden eliminointi RFID-tekniikan avulla

Työn tavoitteena oli tutkia ja kehittää saapuvan tavaran vastaanottoprosessia poistaen siitä Lean-oppien mukaisesti hukkaa. Kehitys tehtiin lisäämällä vastaanoton tiedonsiirtoautomatiikkaa, ja toteutus tehtiin RFID-tekniikan avulla. Tutkielman teoreettisena taustana ovat Lean-opit, joiden avulla tavoitteena oli eliminoida hukka, suunnitella vastaanottoprosessi uudelleen ja kehittää sitä edelleen. Keskeisenä tehtävänä oli löytää ne tekniikan valintaan vaikuttavat tekijät, joilla case-yrityksessä saatiin käyttövarma RDIF-tekniikka käyttöön. Tutkielmassa kerrotaan myös, miten tekniikan käyttöönotto toteutettiin. Lopuksi esitetään tuloksia ja päätelmiä uudistetusta prosessista ja kerrotaan niistä jatkotoimenpiteistä, joiden avulla teknologian käyttöä voidaan edelleen laajentaa. The aim of this study was analyze and develop the inbound receiving process of removing waste according of Lean-thinking. Development was done by raising inbound transmission automation implementation done by RFID- technology. The theoretical background was Lean –thinking; how to re-design process further development to eliminate waste. The main task was to find a reliable RFID- technology and the choice of technology factors were taken into account in the case company and how the technology was implemented. Finally, the presented results and conclusions of re-design process and possibilities to expand the technology to the case company processes.

Vesikäyttöisen koneen venttiilikoneiston suunnittelu

Vedellä toimivat koneet ovat nykypäivänä jo vanha keksintö. Vuosien saatossa tämä tekniikka on kehittynyt öljyllä toimiviin hydraulisiin koneisiin. Nykyisin insinöörit kuitenkin yrittävät kehittää vedestä voimanlähteen koneille muuttamalla veden kemiallisen molekyylirakenteen H20 epävakaaseen, mutta runsasenergiseen vetykaasuun H2. Perinteisen hydrauliikkasylinterin toiminta perustuu nesteen kokonpuristumattomuuteen, paineeseen sekä venttiilien oikea-aikaiseen toimintaan, jota tässä työssä sovelletaan vahvasti. Tämä hydrauliikkatekniikka on ollut olemassa jo pitkään, mutta tiedettävästi vesikäyttöiset koneet ovat olleet modernin hydrauliikkatekniikan innoittajia. Aikaisimmat sovellutukset vievät juurensa aina 1600-luvun alkupuolelle, mutta hydrauliikka nesteiden kehittyessä vesikäyttöisten koneiden suunnittelu voimansiirrosta muuttui turbiineiksi.

Communication Solutions for LVDC Island Networks

Production and generation of electrical power is evolving to more environmental friendly technologies and schemes. Pushed by the increasing cost of fossil fuels, the operational costs of producing electrical power with fossil fuels and the effect in the environment, like pollution and global warming, renewable energy sources gain con-stant impulse into the global energy economy. In consequence, the introduction of distributed energy sources has brought a new complexity to the electrical networks. In the new concept of smart grids and decen-tralized power generation; control, protection and measurement are also distributed and requiring, among other things, a new scheme of communication to operate with each other in balance and improve performance. In this research, an analysis of different communication technologies (power line communication, Ethernet over unshielded twisted pair (UTP), optic fiber, Wi-Fi, Wi-MAX, and Long Term Evolution) and their respective characteristics will be carried out. With the objective of pointing out strengths and weaknesses from different points of view (technical, economical, deployment, etc.) to establish a richer context on which a decision for communication approach can be done depending on the specific application scenario of a new smart grid deployment. As a result, a description of possible optimal deployment solutions for communication will be shown considering different options for technologies, and a mention of different important considerations to be taken into account will be made for some of the possible network implementation scenarios.

RFID-teknologia ja kulunvalvontajärjestelmät

RFID on radioaaltoja hyväksikäyttävä langaton kommunikointitekniikka, jota käytetään tunnistamaan tunnisteella merkittyjä esineitä tai ihmisiä yksilöinä. RFID on jo pitkään ollut tunnettu tekniikka, mutta vasta viime vuosikymmeninä sitä on alettu hyödyntämään kaupallisesti eri sovellusaloilla. Kandidaatintyön tarkoituksena on tehdä yleiskatsaus RFID:n historiaan, järjestelmien osiin ja niiden toimintaan sekä kartoittaa RFID-markkinoiden nykytilaa ja lähitulevaisuutta sekä globaalilta kannalta että Suomessa. Lopuksi työssä tarkastellaan RFID-perusteisten kulunvalvontajärjestelmien perusominaisuuksia ja niiden toimintaa.

Methods of genetic diversity creation and functional display for directed evolution experiments

Protein engineering aims to improve the properties of enzymes and affinity reagents by genetic changes. Typical engineered properties are affinity, specificity, stability, expression, and solubility. Because proteins are complex biomolecules, the effects of specific genetic changes are seldom predictable. Consequently, a popular strategy in protein engineering is to create a library of genetic variants of the target molecule, and render the population in a selection process to sort the variants by the desired property. This technique, called directed evolution, is a central tool for trimming protein-based products used in a wide range of applications from laundry detergents to anti-cancer drugs. New methods are continuously needed to generate larger gene repertoires and compatible selection platforms to shorten the development timeline for new biochemicals. In the first study of this thesis, primer extension mutagenesis was revisited to establish higher quality gene variant libraries in Escherichia coli cells. In the second study, recombination was explored as a method to expand the number of screenable enzyme variants. A selection platform was developed to improve antigen binding fragment (Fab) display on filamentous phages in the third article and, in the fourth study, novel design concepts were tested by two differentially randomized recombinant antibody libraries. Finally, in the last study, the performance of the same antibody repertoire was compared in phage display selections as a genetic fusion to different phage capsid proteins and in different antibody formats, Fab vs. single chain variable fragment (ScFv), in order to find out the most suitable display platform for the library at hand. As a result of the studies, a novel gene library construction method, termed selective rolling circle amplification (sRCA), was developed. The method increases mutagenesis frequency close to 100% in the final library and the number of transformants over 100-fold compared to traditional primer extension mutagenesis. In the second study, Cre/loxP recombination was found to be an appropriate tool to resolve the DNA concatemer resulting from error-prone RCA (epRCA) mutagenesis into monomeric circular DNA units for higher efficiency transformation into E. coli. Library selections against antigens of various size in the fourth study demonstrated that diversity placed closer to the antigen binding site of antibodies supports generation of antibodies against haptens and peptides, whereas diversity at more peripheral locations is better suited for targeting proteins. The conclusion from a comparison of the display formats was that truncated capsid protein three (p3Δ) of filamentous phage was superior to the full-length p3 and protein nine (p9) in obtaining a high number of uniquely specific clones. Especially for digoxigenin, a difficult hapten target, the antibody repertoire as ScFv-p3Δ provided the clones with the highest affinity for binding. This thesis on the construction, design, and selection of gene variant libraries contributes to the practical know-how in directed evolution and contains useful information for scientists in the field to support their undertakings.

Industrial-Scale hydrothermal carbonization of waste sludge materials for fuel production

Hydrothermal carbonization (HTC) is a thermochemical process used in the production of charred matter similar in composition to coal. It involves the use of wet, carbohydrate feedstock, a relatively low temperature environment (180 °C-350 °C) and high autogenous pressure (up to 2,4 MPa) in a closed system. Various applications of the solid char product exist, opening the way for a range of biomass feedstock materials to be exploited that have so far proven to be troublesome due to high water content or other factors. Sludge materials are investigated as candidates for industrial-scale HTC treatment in fuel production. In general, HTC treatment of pulp and paper industry sludge (PPS) and anaerobically digested municipal sewage sludge (ADS) using existing technology is competitive with traditional treatment options, which range in price from EUR 30-80 per ton of wet sludge. PPS and ADS can be treated by HTC for less than EUR 13 and 33, respectively. Opportunities and challenges related to HTC exist, as this relatively new technology moves from laboratory and pilot-scale production to an industrial scale. Feedstock materials, end-products, process conditions and local markets ultimately determine the feasibility of a given HTC operation. However, there is potential for sludge materials to be converted to sustainable bio-coal fuel in a Finnish context.

Automatisoidut rajatarkastukset

Tutkimuksessa ”Automatisoidut rajatarkastukset” selvitetään mitä automatisoidut rajatarkastukset tarkoittaa, mihin se perustuu, mikä se on ja miksi siihen halutaan siirtyä. Tutkimuksessa automatisoiduilla rajatarkastuksilla ei tarkoiteta pelkästään passin tarkastavaa automaattista porttia, vaan laajemmin rajatarkastustekniikan muuttumista automaattisemmaksi. Tutkimuksessa selvennetään rajaturvallisuutta yleisesti. Pääpaino tutkimuksessa on automatisoitujen rajatarkastusten kokonaisuuden selvittämisessä. Suomessa Automatisoidut rajatarkastukset ovat vielä suunnittelu-, kehittely- ja kokeiluasteella. Yhdysvalloissa on Smart Border -niminen rajatarkastusmalli jo käytössä jossain määrin. Myös muualla maailmalla on kokeilukäytössä erilaisia automaattisia rajatarkastuslaitteita. Automatisoiduilla rajatarkastuksilla halutaan vastata tämän päivän haasteisiin rajaturvallisuutta vastaan. Automatisoiduissa rajatarkastuksissa käytetään tämän hetkistä huipputekniikkaa. Tekniikka onkin yksi automatisoitujen rajatarkastusten peruspilareista. Smart Borderin tavoitteena on rajankulun parantaminen ja peruspilarit siihen ovat: seulonta, biometriikka ja informaatioteknologia. Näillä työkaluilla paranee niin rajaturvallisuus, kuin valtion sisäinenkin yleinen järjestys ja turvallisuus. Tutkimus on tehty perehtymällä erilaisiin lähdemateriaaleihin Smart Borderin periaatteista, biometriikasta sekä Suomen automatisoitujen rajatarkastusten kehittämissuunnitelmista. Tutkimuksessa on ollut haasteellista aiheen tuoreus. Suomen automatisoituja rajatarkastuksia koskien lähdemateriaalia on ollut vain vähän saatavilla johtuen kehittely- ja kokeiluvaiheesta, eikä aiheesta ei ole vielä tehty muita tutkimuksia. Yhdysvaltojen Smart Borderista, biometriikan soveltuvuudesta rajaturvallisuuteen sekä automatisoinnista yleisellä tasolla on ollut enemmän materiaalia saatavilla. Lisäksi haasteena on aiheen nopea kehittyminen. Muutoksia tapahtuu nopeasti ja tutkimuksen kolmevuotisen elinkaaren ajalle mahtuu paljon muuttuvia asioita.

UG2-päivitetyn Hawkin Head-Up Displayn toiminta

UG2-päivitys korvasi vanhan Hawkin mittareita nykyaikaisella Head-Up Displaylla. Tutkielmassa selvitetään kuinka UG2-päivitetyn Hawkin Head-Up Display toimii. Tämä selvitetään tutustumalla laitteen tekniseen toimintaan sekä selvittämällä mitä merkkejä ja arvoja HUD:illa esitetään eri tilanteissa. UG2-päivitys mahdollistaa jatkossa HUD:in merkkien päivittämisen helposti tietokoneen avulla, eikä laitteita tarvitse vaihtaa. Tutkimus on kvalitatiivinen, ja siinä tehdään deskriptiivinen tutkimus yhden laitteen toiminnasta. Tärkeimpinä lähteinä käytetään ilmavoimien omaa materiaalia koskien kyseistä päivitystä ja ohjaajan koulutukseen käytettävää Air Crew Manual (ACM) -ohjekirjaa. Ulkopuolisista lähteistä on selvitetty laitteen teknistä toimintaa ja arvojen sijoitteluun sovittuja sääntöjä ja normeja. Tutkielmassa selviää, että HUD on ensisijaisesti käytettävä näyttö, joka siirtää ohjaajan katseen ulos ohjaamosta. Tekniikka luo haasteita näyttölaitteen koolle, koska arvot heijastetaan ja tarkennetaan äärettömään, luoden ohjaajalle vain pienen kohdan, jossa arvot näkyvät. Merkkien sijainti noudattaa Basic-T -mallia, jolla analogisten mittareiden helppolukuisuus on siirretty HUD:ille. Tutkimuksen mukaan merkkien tulee myös sijaita lähellä toisiaan. Tutkielman johtopäätökset rakentuvat koneiden ja laitteiden yhteensopivuuden ympärille. HUD siirtää ohjaajan katseen ulos koneesta, joten se tuo lisää koulutusmahdollisuuksia. Poistamalla tietoja HUD:ilta lennon aikana, joutuisi ohjaaja tukeutumaan muihin arvoihin ja näköönsä, näin parantaen tilannetietoisuutta. Tämä parantaisi ohjaajan toimintaa kaikissa koneissa, varsinkin laitteiden vikatilanteissa. Lisäksi HUD:in merkit olisi sovitettava yhteen sähköisten varamittareiden, Hawkissa BFI:n kanssa, jotta siitä saataisiin ”mini-HUD”.