Hakkuriteholähteen säädön suunnittelu

Diplomityö on tehty osana ETX-tutkimushanketta: 'Volyymiteholähteen suunnittelumetodien kehitys ja optimointi DFM-viitekehyksessä'. Työssä suunnitellaan hakkuriteholähteelle säätäjä. Tähän suunnittelun sektoriin syventyminen on teollisuudessa jäänyt monesti vähälle. Säätö on tavallisesti ajan puutteen ja apuvälineiden käytön osaamattomuuden tai puuttumisen takia suunniteltu kokeilemalla. Työssä muodostetaan jännitemuotoisesti säädetylle hakkurille piensignaalimallilla linearisoidut siirtofunktiot, joiden perusteella voidaan tarkastella hakkurin stabiilisuutta takaisinkytketyssä säätösilmukassa. Stabiiliustarkastelu tehdään taajuustasossa käyttäen Bode-kuvaajia. Näiden kuvaajien perusteella viritetään järjestelmään säätäjä. Säätäjän toimintaa aikatasossa tarkastellaan simuloimalla ja reaalisen laitteen toimimista laboratorioprototyypin avulla. Tulosten perusteella voidaan todeta, että jännitemuotoisella säädöllä flyback-hakkuri saadaan nopeaksi epäjatkuvalla käämivirralla. Mikäli halutaan hakkurin toimivan jatkuvalla käämivirralla, on syytä käyttää muita säätömenetelmiä, esimerkiksi huippuvirtasäätöä.

PK-YRITYKSET INNOVAATTOREINA : Satunnaisista parannuksista kohti innovaatioiden virtaa. Yhteenveto tutkimusraportista, 3/2009

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, minkälaisia innovaatioita eri toimialojen pienissä yrityksissä on kehitetty ja minkälaisia kyvykkyyksiä se on edellyttänyt. Lisäksi tavoitteena oli selvittää, kuinka suotuisana ympäristönä yritykset kokivat oman alueensa ja miten alueiden kehittämistyö on vaikuttanut yritysten kykyyn kilpailla. Teoreettiset oletukset perustuvat aikaisempiin tutkimuksiin innovaatiojohtamisen, yrittäjyyden ja pk-yritysten liiketoiminnan kehittämisen alueilta. Empiirinen aineisto on kerätty sähköpostikyselyllä tuottaen 733 kriteerit täyttävää vastausta. Kyselytutkimusta edelsi neljän alueen tapaustutkimus, jonka aikana luotiin teoreettinen rakennelma pienten yritysten innovaatiokyvykkyyden arvioimiseksi. Tämän tutkimuksen aineisto ei tue yleistä väitettä, jonka mukaan innovaatiotoiminta olisi harvinaisempaa tai vähäisempää kooltaan pienemmissä yrityksissä. Kokoa enemmän näyttäisi vaikuttavan innovaatiotoiminnan luonne ja siihen kytkeytyvä kyvykkyys. Yritysten innovaatio-toiminnan luonteen ja laajuuden perusteella tuloksista nousee neljä erilaista innovaattoriprofiilia: satunnainen parantaja, jatkuva parantaja, radikaali uudistaja ja monipuolinen kehittäjä. Innovaatiokyvykkyyttä tutkittiin seitsemän eri osatekijän suhteen. Eri profiilit omaavien yritysten kyvykkyyden tasot erosivat toisistaan merkittävästi. Tulokset vahvistavat käsityksiä siitä, että yksittäisen kyvykkyystekijän sijaan kyvykkyyskombinaatio vaikuttaa enemmän innovatiotoiminnan monipuolisuuteen. Innovaatiotoiminnan lisääntyessä ja monipuolistuessa, yritysten kyvykkyys-vaatimukset kasvavat kaikkien osatekijöiden suhteen. Yritykset ovat tiedostaneet innovaatio-kyvykkyyden kehittämisen tarpeet. Kyvykkyys on ajuri, jonka kyydissä pienet ja suuret innovaatiot syntyvät. Tämä tutkimus suosittelee, että innovaatiokyvykkyyden kehittäminen nostetaan näkyväm-mäksi tavoitteeksi. Pienissä yrityksissä luontevin tapa vahvistaa kyvykkyyksiä on integroida se yrityksen kehittämistoimintaan johtaen itse itseään ruokkivaksi prosessiksi. Haasteelliset kehittämis-tavoitteet edellyttävät monipuolista kyvykkyyksien vahvistamista ja vahvistuneet kyvykkyydet mahdollistavat entistä haastavampien kehittämistavoitteiden asettamisen. Parhaimmillaan tämä prosessi johtaa pienelle yritykselle soveltuvaan onnistumisen spiraaliin, joka samanaikaisesti kiihdyttää sekä kyvykkyyksien että innovaatioiden kehittämistä - tuotoksena jatkuva ja monipuolinen innovaatioiden virta. Tulokset vahvistavat ensimmäisessa vaiheessa toteutetun tapaustutkimuksen havaintoja siitä, että alueiden kehittämistyöstä hyötyvät yritykset, joiden kyvykkyystekijät ovat entuudestaan korkeaa tasoa. Pitkälle tuotteistetut julkiset palvelut soveltuvat parhaiten suuremmille yrityksille, joissa kehittämistoiminta on projektoitu ja kehittämistyö tehdään erillisten resurssien turvin. Sitä vastoin, valtaosassa pieniä yrityksiä kehittämistyö tapahtuu tavanomaisen liiketoiminnan ohessa ja samoilla resursseilla. Alueet tarjoavat varsin runsaasti luonteeltaan epäjatkuvia palveluja kohdistuen yksittäisten kyvykkyystekijöiden parantamiseen tai prosessin yksittäiseen vaiheeseen, usein innovaatioprosessin alkupäähän radikaalin innovaation kehittämiseksi. Tämän kyselyn tulokset suosittelevat myös toista reittiä: vahvistetaan ensin yritysten innovaatiokyvykkyyttä jatkuvaan pieniä askelia ottavaan innovaatiotoimintaan, josta matka jatkuu radikaalien uudistusten kautta moni-puoliseksi kehittämiseksi.

On convergence of transforms based on parabolic scaling

This thesis studies properties of transforms based on parabolic scaling, like Curvelet-, Contourlet-, Shearlet- and Hart-Smith-transform. Essentially, two di erent questions are considered: How these transforms can characterize H older regularity and how non-linear approximation of a piecewise smooth function converges. In study of Hölder regularities, several theorems that relate regularity of a function f : R2 → R to decay properties of its transform are presented. Of particular interest is the case where a function has lower regularity along some line segment than elsewhere. Theorems that give estimates for direction and location of this line, and regularity of the function are presented. Numerical demonstrations suggest also that similar theorems would hold for more general shape of segment of low regularity. Theorems related to uniform and pointwise Hölder regularity are presented as well. Although none of the theorems presented give full characterization of regularity, the su cient and necessary conditions are very similar. Another theme of the thesis is the study of convergence of non-linear M ─term approximation of functions that have discontinuous on some curves and otherwise are smooth. With particular smoothness assumptions, it is well known that squared L2 approximation error is O(M-2(logM)3) for curvelet, shearlet or contourlet bases. Here it is shown that assuming higher smoothness properties, the log-factor can be removed, even if the function still is discontinuous.

Boundary identification in the domain of a parabolic partial differential equation

Bakgrunden och inspirationen till föreliggande studie är tidigare forskning i tillämpningar på randidentifiering i metallindustrin. Effektiv randidentifiering möjliggör mindre säkerhetsmarginaler och längre serviceintervall för apparaturen i industriella högtemperaturprocesser, utan ökad risk för materielhaverier. I idealfallet vore en metod för randidentifiering baserad på uppföljning av någon indirekt variabel som kan mätas rutinmässigt eller till en ringa kostnad. En dylik variabel för smältugnar är temperaturen i olika positioner i väggen. Denna kan utnyttjas som insignal till en randidentifieringsmetod för att övervaka ugnens väggtjocklek. Vi ger en bakgrund och motivering till valet av den geometriskt endimensionella dynamiska modellen för randidentifiering, som diskuteras i arbetets senare del, framom en flerdimensionell geometrisk beskrivning. I de aktuella industriella tillämpningarna är dynamiken samt fördelarna med en enkel modellstruktur viktigare än exakt geometrisk beskrivning. Lösningsmetoder för den s.k. sidledes värmeledningsekvationen har många saker gemensamt med randidentifiering. Därför studerar vi egenskaper hos lösningarna till denna ekvation, inverkan av mätfel och något som brukar kallas förorening av mätbrus, regularisering och allmännare följder av icke-välställdheten hos sidledes värmeledningsekvationen. Vi studerar en uppsättning av tre olika metoder för randidentifiering, av vilka de två första är utvecklade från en strikt matematisk och den tredje från en mera tillämpad utgångspunkt. Metoderna har olika egenskaper med specifika fördelar och nackdelar. De rent matematiskt baserade metoderna karakteriseras av god noggrannhet och låg numerisk kostnad, dock till priset av låg flexibilitet i formuleringen av den modellbeskrivande partiella differentialekvationen. Den tredje, mera tillämpade, metoden kännetecknas av en sämre noggrannhet förorsakad av en högre grad av icke-välställdhet hos den mera flexibla modellen. För denna gjordes även en ansats till feluppskattning, som senare kunde observeras överensstämma med praktiska beräkningar med metoden. Studien kan anses vara en god startpunkt och matematisk bas för utveckling av industriella tillämpningar av randidentifiering, speciellt mot hantering av olinjära och diskontinuerliga materialegenskaper och plötsliga förändringar orsakade av “nedfallande” väggmaterial. Med de behandlade metoderna förefaller det möjligt att uppnå en robust, snabb och tillräckligt noggrann metod av begränsad komplexitet för randidentifiering.

SMB-laitteiston suunnittelu hydrometallurgisiin sovelluksiin

Työn tarkoituksena oli suunnitella, ohjelmoida ja koekäyttää SMB-laitteisto (Simulated Moving Bed) hydrometallurgisiin erotuksiin. Simuloitu liikkuvapeti saadaan aikaan vaihtamalla sisään- ja ulostuloporttien paikkaa nestevirran suuntaan. Tällöin aikaansaadaan kiintoaineen vastavirtaus minkä johdosta erotustehokkuus kasvaa. Komponenttien retentiotaipumuseroista johtuen komponentit liikkuvat eri nopeuksilla kolonnijärjestelmässä. Enemmän pidättäytyvät komponentit liikkuvat nestevirtaa vastaan ja vähemmän pidättäytyvät komponentit nestevirran mukana. Hydrometallurgiassa vastavirtauksen käyttöä ei ole tieteellisissä julkaisuissa käsitelty laajalti ja saatavilla oleva informaatio onkin kaupallisten yritysten tuottamaa. Hydrometallurgiassa vastavirtausta käyttävissä ioninvaihtolaitteistoissa hyödynnetään irrallisia regenerointivyöhykkeitä. Venttiilijärjestelmän osalta päädyttiin ratkaisuun jossa käytetään yhtä kiertoventtiiliä kullekin virralle, minkä lisäksi kolonnien väleillä käytetään solenoidiventtiiliä. Tämä järjestelmä mahdollistaa yleisimpien SMB-menetelmien käytön mukaan lukien irralliset vyöhykkeet. Laitteiston ohjauksesta vastaa LabVIEW 2010:llä ohjelmoitu ohjelmisto, joka sisältää kaikkien tarvittavien laitteiden ohjausrutiinit. Se mahdollistaa venttiilien synkroniset ja epäsynkroniset vaihdot. Laitteiston puhdistusta varten on ohjelmistoon rakennettu oma rutiini venttiilejä varten. Pumppujen osalta ohjelmisto mahdollistaa vakiovirtauksen sekä lineaaristen ja porrasmuotoisten gradienttien käytön. Ongelmatilanteita varten ohjelmisto valvoo pumppujen ja venttiilien toimintaa ja pysäyttää laitteiston tarvittaessa. Koekäytön avulla pystyttiin todentamaan laitteiston toimivuus.

Methods and Models for Accelerating Dynamic Simulation of Fluid Power Circuits

The objective of this dissertation is to improve the dynamic simulation of fluid power circuits. A fluid power circuit is a typical way to implement power transmission in mobile working machines, e.g. cranes, excavators etc. Dynamic simulation is an essential tool in developing controllability and energy-efficient solutions for mobile machines. Efficient dynamic simulation is the basic requirement for the real-time simulation. In the real-time simulation of fluid power circuits there exist numerical problems due to the software and methods used for modelling and integration. A simulation model of a fluid power circuit is typically created using differential and algebraic equations. Efficient numerical methods are required since differential equations must be solved in real time. Unfortunately, simulation software packages offer only a limited selection of numerical solvers. Numerical problems cause noise to the results, which in many cases leads the simulation run to fail. Mathematically the fluid power circuit models are stiff systems of ordinary differential equations. Numerical solution of the stiff systems can be improved by two alternative approaches. The first is to develop numerical solvers suitable for solving stiff systems. The second is to decrease the model stiffness itself by introducing models and algorithms that either decrease the highest eigenvalues or neglect them by introducing steady-state solutions of the stiff parts of the models. The thesis proposes novel methods using the latter approach. The study aims to develop practical methods usable in dynamic simulation of fluid power circuits using explicit fixed-step integration algorithms. In this thesis, twomechanisms whichmake the systemstiff are studied. These are the pressure drop approaching zero in the turbulent orifice model and the volume approaching zero in the equation of pressure build-up. These are the critical areas to which alternative methods for modelling and numerical simulation are proposed. Generally, in hydraulic power transmission systems the orifice flow is clearly in the turbulent area. The flow becomes laminar as the pressure drop over the orifice approaches zero only in rare situations. These are e.g. when a valve is closed, or an actuator is driven against an end stopper, or external force makes actuator to switch its direction during operation. This means that in terms of accuracy, the description of laminar flow is not necessary. But, unfortunately, when a purely turbulent description of the orifice is used, numerical problems occur when the pressure drop comes close to zero since the first derivative of flow with respect to the pressure drop approaches infinity when the pressure drop approaches zero. Furthermore, the second derivative becomes discontinuous, which causes numerical noise and an infinitely small integration step when a variable step integrator is used. A numerically efficient model for the orifice flow is proposed using a cubic spline function to describe the flow in the laminar and transition areas. Parameters for the cubic spline function are selected such that its first derivative is equal to the first derivative of the pure turbulent orifice flow model in the boundary condition. In the dynamic simulation of fluid power circuits, a tradeoff exists between accuracy and calculation speed. This investigation is made for the two-regime flow orifice model. Especially inside of many types of valves, as well as between them, there exist very small volumes. The integration of pressures in small fluid volumes causes numerical problems in fluid power circuit simulation. Particularly in realtime simulation, these numerical problems are a great weakness. The system stiffness approaches infinity as the fluid volume approaches zero. If fixed step explicit algorithms for solving ordinary differential equations (ODE) are used, the system stability would easily be lost when integrating pressures in small volumes. To solve the problem caused by small fluid volumes, a pseudo-dynamic solver is proposed. Instead of integration of the pressure in a small volume, the pressure is solved as a steady-state pressure created in a separate cascade loop by numerical integration. The hydraulic capacitance V/Be of the parts of the circuit whose pressures are solved by the pseudo-dynamic method should be orders of magnitude smaller than that of those partswhose pressures are integrated. The key advantage of this novel method is that the numerical problems caused by the small volumes are completely avoided. Also, the method is freely applicable regardless of the integration routine applied. The superiority of both above-mentioned methods is that they are suited for use together with the semi-empirical modelling method which necessarily does not require any geometrical data of the valves and actuators to be modelled. In this modelling method, most of the needed component information can be taken from the manufacturer’s nominal graphs. This thesis introduces the methods and shows several numerical examples to demonstrate how the proposed methods improve the dynamic simulation of various hydraulic circuits.

Leadership in the mobile smartphone market

The mobile telecommunications industry has been going through an enormous revolution, especially after mid-1990 when smartphones were introduced to the market. As a consequence, the smartphone market’s dynamism is requesting companies to operate differently in the way they do business. After a long period occupying the leader position in the smartphones manufacturers’ rank, Nokia was outperformed by Apple and Samsung during 2011 and since then has been on the third place. Nevertheless, Nokia is battling for regaining the leadership in such a competitive and high-velocity growing market and that is what this research is about. This research covers the competitive and strategic forces that shape dynamic industries whereas the main purpose is to elucidate the main factors that contribute to a company’s above-average performance and ultimately determine its leadership in the mobile smartphone market. Therefore, this exploratory qualitative research was conducted as a desk research, which utilized various secondary sources of data in the knowledge area of strategic management such as theories about competitive advantages and dynamic capabilities of firms, innovation, and strategy. This research is enriched with a case study about Nokia: how the company has been organizing its corporate structure to support the strategies and hence how it has been competing in the smartphone market is analyzed, taking into account many contemporary data sources, including market analysts’ and business experts’ opinions. As a result of the classic literature exploration and the case study assay, a framework for deeper analysis of the competitiveness of firms in dynamic markets was developed. The conclusion that emerged from this research is that the success of a firm results from the interplay of various factors. To regain the leader position in the mobile smartphone market is a challenging task that requires Nokia to reinvent its core strategy for taking charge of the smartphones’ industry transformation through for example the adoption of the open innovation concept. It is imperative that Nokia designs and implement a breakthrough strategy as well as embraces the uncertainty of the smartphone market competition as an opportunity for discontinuous innovation development with the ultimate goal of recovering the leadership.