D-luokan audiovahvistimen pääteastetopologioiden vertailu kitaravahvistinsovelluksessa

Tässä työssä tutkitaan D-luokan audiovahvistimen pääteastetopologioiden eroja teknisen toiminnan, käytännön toteutuksen ja audiosignaalin laadun näkökulmista. Tutkimuksen perusteella valitaan yksi topologia kitaravahvistinsovellukseen, jossa modulointi on toteutettu Sigma-Delta-modulaattorilla. Pääteastetopologioiden tekninen toiminta selvitetään yksityiskohtaisesti virtojen kulkureittien avulla. Simulaatioilla tutkitaan suoja-ajan ja tulosignaalin variaatioiden vaikutusta lähtösignaalin kokonaisharmoniseen säröön (THD) ja selvitetään signaalin säröytymiseen vaikuttavien tekijöiden syitä D-luokan vahvistimen pääteasteessa.

Towards input/output-free modelling of linear infinite-dimensional systems in continuous time

This dissertation describes a networking approach to infinite-dimensional systems theory, where there is a minimal distinction between inputs and outputs. We introduce and study two closely related classes of systems, namely the state/signal systems and the port-Hamiltonian systems, and describe how they relate to each other. Some basic theory for these two classes of systems and the interconnections of such systems is provided. The main emphasis lies on passive and conservative systems, and the theoretical concepts are illustrated using the example of a lossless transfer line. Much remains to be done in this field and we point to some directions for future studies as well.

D-luokan audiovahvistimen modulointimenetelmien vertailu ja valinta

Tässä työssä esitellään kaksi D-luokan audiovahvistimissa käytettyä modulointimenetelmää ja vertaillaan niiden välisiä ominaisuuksia. Esitellyt menetelmät ovat pulssinleveysmodulaatio sekä sigma-deltamodulaatio. Lisäksi työssä esitellään signaalin käsittelyssä muodostuvan kohinan ja särön syntyä ja menetelmiä niiden välttämiseksi. Menetelmien ominaisuuksien vertailuun muodostetaan simulointimallit Simulink-ohjelmalla. Simulointitulosten perusteella valitaan käytettävä modulointimenetelmä audiovahvistinsovellukseen huomioon ottaen asetetut vaatimukset ja tavoitteet. Lopuksi valitun modulointimenetelmän suunnittelun pääkohtiin kiinnitetään huomiota.

Moottorimalliton skalaarisäätö

Työssä tutkitaan nopeusanturittoman vaihtovirtakäytön skalaarisia ohjaus- ja säätömenetelmiä. Työn alussa esitetään perusteoriat taajuusmuuttajista ja oikosulkumoottoreista. Tämän jälkeen esitellään yleisimmin kirjallisuudessa esiintyneet skalaariohjaukset ja –säädöt. Vektorisäätöä ja erityisesti moottoriparametrien vaikutusta säädön toimivuuteen esitellään lyhyesti. Työn tavoitteena on ACS800 taajuusmuuttajan skalaarisäädön tutkiminen. ACS800:n nykyinen skalaarisäätö on liian sidoksissa vektorisäätöön, joten simulointien ja kirjallisuustutkimuksen tarkoituksena on täysin vektorisäädöstä eriytetyn skalaarisäädön kehitysmahdollisuuksien tutkiminen. Kirjallisuudessa esiintyneiden säätöjen avulla muodostetaan diskreettiaikainen toteutus skalaarisäädölle vaihtovirtakäytössä, jossa on käytössä virran ja välipiirijännitteen takaisinkytkentä. Säädettävää moottoria mallinnetaan jatkuvaaikaisella L-sijaiskytkennällä. Välipiirin mallinnus toimii myös jatkuva-aikaisena lukuun ottamatta välipiirin tasavirtakomponenttia, joka muodostetaan virran takaisinkytkennän ja PWM-modulaattorin kytkinasentojen avulla. Simuloinnin tarkoituksena on mallintaa skalaarisäädön suurimpia ongelmia, kuten virta- ja välijännitesäätöä. Tuloksista voidaan päätellä, että perussäädöt toimivat moitteettomasti, mutta erityisesti virtasäätöä tulisi kehittää.

Lean Six Sigma in a Manufacturing Lead Time Improvement Project

The objective of this research is to demonstrate the use of Lean Six Sigma methodology in a manufacturing lead time improvement project. Moreover, the goal is to develop working solutions for the target company to improve its manufacturing lead time. The theoretical background is achieved through exploring the literature of Six Sigma, Lean and Lean Six Sigma. The development will be done in collaboration with the related stakeholders, by following the Lean Six Sigma improvement process DMAIC and by analyzing the process data from the target company. The focus of this research is in demonstrating how to use Lean Six Sigma improvement process DMAIC in practice, rather than in comparing Lean Six Sigma to other improvement methodologies. In order to validate the manufacturing system’s current state, improvement potential and solutions, statistical tools such as linear regression analysis were used. This ensured that all the decisions were as heavily based on actual data as possible. As a result of this research, a set of solutions were developed and implemented in the target company. These solutions included batch size reduction, bottleneck shift, first-in first-out queuing and shifting a data entry task from production planners to line workers. With the use of these solutions, the target company was able to reduce its manufacturing lead time by over one third.

Improvement of Operational Efficiency effectiveness (OEE) using Six Sigma DMAIC Methodology — Case Bottomer line AD2378

Overall Equipment Effectiveness (OEE) is the key metric of operational excellence. OEE monitors the actual performance of equipment relative to its performance capabilities under optimal manufacturing conditions. It looks at the entire manufacturing environment measuring, in addition to the equipment availability, the production efficiency while the equipment is available to run products, as well as the efficiency loss that results from scrap, rework, and yield losses. The analysis of the OEE provides improvement opportunities for the operation. One of the tools used for OEE improvement is Six Sigma DMAIC methodology which is a set of practices originally developed to improve processes by eliminating defects. It asserts the continuous efforts to reduce variation in process outputs as key to business success, as well as the possibility of measurement, analysis, improvement and control of manufacturing and business processes. In the case of the Bottomer line AD2378 in Papsac Maghreb Casablanca plant, the OEE figures reached 48.65 %, which is below the accepted OEE group performance. This required immediate actions to achieve OEE improvement. This Master thesis focuses on the application of Six Sigma DMAIC methodology in the OEE improvement on the Bottomer Line AD2378 in Papsac Maghreb Casablanca plant. First, the Six Sigma DMAIC and OEE usage in operation measurement will be discussed. Afterwards, the different DMAIC phases will allow the identification of improvement focus, the identification of OEE low performance causes and the design of improvement solutions. These will be implemented to allow further tracking of improvement impact on the plant operations.

Multilevel converter modulation: implementation and analysis

Multilevel converters provide an attractive solution to bring the benefits of speed-controlled rotational movement to high-power applications. Therefore, multilevel inverters have attracted wide interest in both the academic community and in the industry for the past two decades. In this doctoral thesis, modulation methods suitable especially for series connected H-bridge multilevel inverters are discussed. A concept of duty cycle modulation is presented and its modification is proposed. These methods are compared with other well-known modulation schemes, such as space-vector pulse width modulation and carrier-based modulation schemes. The advantage of the modified duty-cycle modulation is its algorithmic simplicity. A similar mathematical formulation for the original duty cycle modulation is proposed. The modified duty cycle modulation is shown to produce well-formed phase-to-neutral voltages that have lower total harmonic distortion than the space-vector pulse width modulation and the duty cycle modulation. The space-vector-based solution and the duty cycle modulation, on the other hand, result in a better-quality line-to-line voltage and current waveform. The voltage of the DC links in the modules of the series-connected H-bridge inverter are shown to fluctuate while they are under load. The fluctuation causes inaccuracies in the voltage production, which may result in a failure of the flux estimator in the controller. An extension for upper-level modulation schemes, which changes the switching instants of the inverter so that the output voltage meets the reference voltage accurately regardless of the DC link voltages, is proposed. The method is shown to reduce the error to a very low level when a sufficient switching frequency is used. An appropriate way to organize the switching instants of the multilevel inverter is to make only one-level steps at a time. This causes restrictions on the dynamical features of the modulation schemes. The produced voltage vector cannot be rotated several tens of degrees in a single switching period without violating the above-mentioned one-level-step rule. The dynamical capabilities of multilevel inverters are analyzed in this doctoral thesis, and it is shown that the multilevel inverters are capable of operating even in dynamically demanding metal industry applications. In addition to the discussion on modulation schemes, an overvoltage in multilevel converter drives caused by cable reflection is addressed. The voltage reflection phenomenon in drives with long feeder cables causes premature insulation deterioration and also affects the commonmode voltage, which is one of the main reasons for bearing currents. Bearing currents, on the other hand, cause fluting in the bearings, which results in premature bearing failure. The reflection phenomenon is traditionally prevented by filtering, but in this thesis, a modulationbased filterless method to mitigate the overvoltage in multilevel drives is proposed. Moreover, the mitigation method can be implemented as an extension for upper-level modulation schemes. The method exploits the oscillations caused by two consecutive voltage edges so that the sum of the oscillations results in a mitigated peak of the overvoltage. The applicability of the method is verified by simulations together with experiments with a full-scale prototype.

Tuotantofilosofiat

Työssä esitellään käytetyimpiä tuotantofilosofioita. Tuotantofilosofia on hyvin laaja käsite ja sen vuoksi myös jotkin esiteltävistä menetelmistä ovat hyvin kaukana toisistaan. Työ koostuu teoriaosiosta, jossa on esitelty kukin tuotantofilosofia ja lopuksi johtopäätöksiä-osiossa käsitellään sitä, kuinka menetelmät liittyvät toisiinsa. Työssä esitellään JIT/JOT-tuotanto, Lean-tuotanto, Monozukuri, Modulointi, Standardointi, Strategiatyö, Six Sigma, TQM, TPM, QFD, MFD, Simulointi, Digitaalinen valmistus, DFX ja ns. uudet tuotantofilosofiat. Eri menetelmistä löytyvää lähdemateriaalia on tarjolla monipuolisesti, josta johtuen menetelmistä on voitu esitellä vain pääpiirteet. Tuotantofilosofioiden avulla voidaan saavuttaa monia eri asioita. Osa menetelmistä on luotu tuotannon tehostamiseksi ja yksinkertaistamiseksi, osa puolestaan lisää tuotannon tai koko yrityksen laatutasoa ja osa puolestaan helpottaa tuotteiden suunnittelu-työtä. Moni esiteltävistä filosofioista ei istu yksinomaan yhteen edellä mainituista kategorioista vaan kattaa laajempia alueita pitäen sisällään jopa kaikkia kolmea mainittua tulosta. Näiden lisäksi työssä on esitelty lyhyesti uusia tuotantofilosofioita, jotka ovat hieman irrallisia kokonaisuuksia verrattuna muihin työssä esiteltäviin filosofioihin. Työn tarkoituksena on auttaa hahmottamaan suurta kokonaisuutta jonka tuotantofilosofiat tuottavat. On tärkeää osata hahmottaa filosofioiden riippuvuus toisistaan ja se, että otettaessa käyttöön jotain tuotantofilosofiaa, tarkoittaa se myös mahdollisesti monen muunkin asian huomioonottamista. Tätä näkökantaa selvennetään johtopäätöksissä.

Non-Markovian Dynamics in Continuous Variable Quantum Systems

The present manuscript represents the completion of a research path carried forward during my doctoral studies in the University of Turku. It contains information regarding my scientific contribution to the field of open quantum systems, accomplished in collaboration with other scientists. The main subject investigated in the thesis is the non-Markovian dynamics of open quantum systems with focus on continuous variable quantum channels, e.g. quantum Brownian motion models. Non-Markovianity is here interpreted as a manifestation of the existence of a flow of information exchanged by the system and environment during the dynamical evolution. While in Markovian systems the flow is unidirectional, i.e. from the system to the environment, in non-Markovian systems there are time windows in which the flow is reversed and the quantum state of the system may regain coherence and correlations previously lost. Signatures of a non-Markovian behavior have been studied in connection with the dynamics of quantum correlations like entanglement or quantum discord. Moreover, in the attempt to recognisee non-Markovianity as a resource for quantum technologies, it is proposed, for the first time, to consider its effects in practical quantum key distribution protocols. It has been proven that security of coherent state protocols can be enhanced using non-Markovian properties of the transmission channels. The thesis is divided in two parts: in the first part I introduce the reader to the world of continuous variable open quantum systems and non-Markovian dynamics. The second part instead consists of a collection of five publications inherent to the topic.

A Method for reducing throughput-time in industrial electronics

Lyhyet toimitusajat tuovat yrityksille kilpailuetua nopeasti muuttuvassa teollisuusympäristössä. Tämän diplomityön ensisijaisena tavoitteena on löytää kirjallisuuden avulla yrityksen käyttöön soveltuva menetelmä, joka soveltuu systemaattiseen läpimenoaikojen lyhentämiseen. Tärkeää on myös varmistaa valitun menetelmän soveltuvuus kohdeyrityksen ympäristöön. Työn toisena tavoitteena on ymmärtää, että minkälaisella panostuksella yhden päivän läpimenoaika voidaan saavuttaa. Kirjallisuustutkimuksen avulla on valittu tarkoitukseen sopiva toimintamalli. Menetelmä on testattu yhdellä tuotantolinjalla ja saadut tulokset sekä palaute osoittavat, että se näyttäisi soveltuvan kohdeyrityksen käyttöön. Tuotantolinjalle on tehty toimintasuunnitelma yhden päivän toimitusajan saavuttamiseksi vuoden 2013 aikana. Haasteen laajuutta koko kohdeyrityksessä on tutkittu erillisessä ideointisessiossa. Session tulosten perusteella on tehty prioriteettilista, joka antaa käsityksen toimitusajan merkittävän lyhentämisen vaatimuksista. Yleisesti ottaen kysynnän vaihtelun hallinta on suurin haaste, mutta useita ratkaisuvaihtoehtoja tämän hallitsemiseksi on tunnistettu.

Lean, Six Sigma ja Total Welding Management hitsaavassa verkostossa

Diplomityössä tarkastellaan hitsaavan verkoston laadunhallintaa ja siinä ilmeneviä erilaisia ongelmakohtia. Tämän lisäksi työssä tarkastellaan kolmen eri laatutyökalun Lean, Six Sigma ja Total Welding Management soveltamista hitsaavan verkoston laadunhallinnassa. Teoriaosassa käsitellään sekä yleisesti että hitsauksen osalta laatua ja laadunhallintaa, sekä edellä mainittuja laatutyökaluja. Tutkimusosaan tietoja hitsaavista verkostoista kerättiin kaikkiaan kolmesta eri verkostosta. Näiden kerättyjen tietojen pohjalta tarkasteltiin valittujen laatutyökalujen soveltuvuutta verkostomaiseen käyttöön. Verkostoitunut toiminta aiheuttaa monia uusia haasteita yritysten laadunhallinnalle verrattuna yksittäisiin hitsaaviin yrityksiin. Suurimpia tutkimuksessa havaittuja ongelmakohtia ovat suunnittelun ja valmistuksen yhteistyön erilaiset puutteet, laatutasoon ja sen varmistukseen liittyvät asiat, sekä verkoston sisälle syntyvä niin sanottu hiljainen tieto ja sen häviäminen. Tutkimuksen tarkastelujen perusteella havaittiin, että kaikkien tutkimukseen valitun kolmen laatutyökalun soveltaminen myös verkostomaisessa toiminnassa on mahdollista, mutta se vaatii huomattavasti suurempaa työpanosta kuin soveltaminen yksittäisessä yrityksessä. Myös näiden kaikkien kolmen työkalun yhtä aikainen käyttö on mahdollista. Juuri oikean työkalun valitseminen kullekin hitsaavalle verkostolle vaatii tarkkaa perehtymistä verkostoon ja sen tilanteeseen.

Employees’ continuous learning and job satisfaction - effects on productivity

In today’s knowledge intense economy the human capital is a source for competitive advantage for organizations. Continuous learning and sharing the knowledge within the organization are important to enhance and utilize this human capital in order to maximize the productivity. The new generation with different views and expectations of work is coming to work life giving its own characteristics on learning and sharing. Work should offer satisfaction so that the new generation employees would commit to organizations. At the same time organizations have to be able to focus on productivity to survive in the competitive market. The objective of this thesis is to construct a theory based framework of productivity, continuous learning and job satisfaction and further examine this framework and its applications in a global organization operating in process industry. Suggestions for future actions are presented for this case organization. The research is a qualitative case study and the empiric material was gathered by personal interviews concluding 15 employee and one supervisor interview. Results showed that more face to face interaction is needed between employees for learning because much of the knowledge of the process is tacit and so difficult to share in other ways. Offering these sharing possibilities can also impact positively to job satisfaction because they will increase the sense of community among employees which was found to be lacking. New employees demand more feedback to improve their learning and confidence. According to the literature continuous learning and job satisfaction have a relative strong relationship on productivity. The employee’s job description in the case organization has moved towards knowledge work due to continuous automation and expansion of the production process. This emphasizes the importance of continuous learning and means that productivity can be seen also from quality perspective. The normal productivity output in the case organization is stable and by focusing on the quality of work by improving continuous learning and job satisfaction the upsets in production can be handled and prevented more effectively. Continuous learning increases also the free human capital input and utilization of it and this can breed output increasing innovations that can increase productivity in long term. Also job satisfaction can increase productivity output in the end because employees will work more efficiently, not doing only the minimum tasks required. Satisfied employees are also found participating more in learning activities.

Continuous Counter-current Solvent Extraction of Magnesium and Calcium from Lithium-rich Brine

Solvent extraction of calcium and magnesium impurities from a lithium-rich brine (Ca ~ 2,000 ppm, Mg ~ 50 ppm, Li ~ 30,000 ppm) was investigated using a continuous counter-current solvent extraction mixer-settler set-up. The literature review includes a general review about resources, demands and production methods of Li followed by basics of solvent extraction. Experimental section includes batch experiments for investigation of pH isotherms of three extractants; D2EHPA, Versatic 10 and LIX 984 with concentrations of 0.52, 0.53 and 0.50 M in kerosene respectively. Based on pH isotherms LIX 984 showed no affinity for solvent extraction of Mg and Ca at pH ≤ 8 while D2EHPA and Versatic 10 were effective in extraction of Ca and Mg. Based on constructed pH isotherms, loading isotherms of D2EHPA (at pH 3.5 and 3.9) and Versatic 10 (at pH 7 and 8) were further investigated. Furthermore based on McCabe-Thiele method, two extraction stages and one stripping stage (using HCl acid with concentration of 2 M for Versatic 10 and 3 M for D2EHPA) was practiced in continuous runs. Merits of Versatic 10 in comparison to D2EHPA are higher selectivity for Ca and Mg, faster phase disengagement, no detrimental change in viscosity due to shear amount of metal extraction and lower acidity in stripping. On the other hand D2EHPA has less aqueous solubility and is capable of removing Mg and Ca simultaneously even at higher Ca loading (A/O in continuous runs > 1). In general, shorter residence time (~ 2 min), lower temperature (~23 °C), lower pH values (6.5-7.0 for Versatic 10 and 3.5-3.7 for D2EHPA) and a moderately low A/O value (< 1:1) would cause removal of 100% of Ca and nearly 100% of Mg while keeping Li loss less than 4%, much lower than the conventional precipitation in which 20% of Li is lost.

Production Quality Analysis of Special Elevator Cars Based on Six Sigma Approach

Project scope is to utilize Six Sigma DMAIC approach and lean principles to improve production quality of the case company. Six Sigma tools and techniques are explored through a literature review and later used in the quality control phase. The focus is set on the Pareto analysis to demonstrate the most evident development areas in the production. Materials that are not delivered to the customer or materials that damaged during transportation comprise the biggest share of all feedbacks. The goal is set to reduce these feedbacks by 50 %. Production observation pointed out that not only material shortages but also over-production is a daily situation. As a result, an initial picking list where the purchased and own production components can be seen, is created, reduction of over- and underproduction and material marking improvement are seen the most competitive options so that the goal can be reached. The picking list development should still continue to make sure that the list can be used not only in the case study but also in the industrial scale. The reduction of material missing category can be evaluated reliably not sooner than in few years because it takes time to gather the needed statistical information.