Building Dynamic Data Centers for Fast Delivery of New Data and Data Updates

Poster at Open Repositories 2014, Helsinki, Finland, June 9-13, 2014

Exchange of Product-related Data between a Pulp and Paper Machinery Supplier and Its Partners

Kiihtyvä kilpailu yritysten välillä on tuonut yritykset vaikeidenhaasteiden eteen. Tuotteet pitäisi saada markkinoille nopeammin, uusien tuotteiden pitäisi olla parempia kuin vanhojen ja etenkin parempia kuin kilpailijoiden vastaavat tuotteet. Lisäksi tuotteiden suunnittelu-, valmistus- ja muut kustannukset eivät saisi olla suuria. Näiden haasteiden toteuttamisessa yritetään usein käyttää apuna tuotetietoja, niiden hallintaa ja vaihtamista. Andritzin, kuten muidenkin yritysten, on otettava nämä asiat huomioon pärjätäkseen kilpailussa. Tämä työ on tehty Andritzille, joka on maailman johtavia paperin ja sellun valmistukseen tarkoitettujen laitteiden valmistajia ja huoltopalveluiden tarjoajia. Andritz on ottamassa käyttöön ERP-järjestelmän kaikissa toimipisteissään. Sitä halutaan hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti, joten myös tuotetiedot halutaan järjestelmään koko elinkaaren ajalta. Osan tuotetiedoista luo Andritzin kumppanit ja alihankkijat, joten myös tietojen vaihto partnereiden välillä halutaan hoitaasiten, että tiedot saadaan suoraan ERP-järjestelmään. Tämän työn tavoitteena onkin löytää ratkaisu, jonka avulla Andritzin ja sen kumppaneiden välinen tietojenvaihto voidaan hoitaa. Tämä diplomityö esittelee tuotetietojen, niiden hallinnan ja vaihtamisen tarkoituksen ja tärkeyden. Työssä esitellään erilaisia ratkaisuvaihtoehtoja tiedonvaihtojärjestelmän toteuttamiseksi. Osa niistä perustuu yleisiin ja toimialakohtaisiin standardeihin. Myös kaksi kaupallista tuotetta esitellään. Tarkasteltavana onseuraavat standardit: PaperIXI, papiNet, X-OSCO, PSK-standardit sekä RosettaNet. Lisäksi työssä tarkastellaan ERP-järjestelmän toimittajan, SAP:in ratkaisuja tietojenvaihtoon. Näistä vaihtoehdoista parhaimpia tarkastellaan vielä yksityiskohtaisemmin ja lopuksi eri ratkaisuja vertaillaan keskenään, jotta löydettäisiin Andritzin tarpeisiin paras vaihtoehto.

Tiedonvaihto - ja tietojärjestelmäyhteentoimivuus kahden sotilaallisen koalition välillä

Tämä diplomityö käsittelee kahden sotilaallisen koalition yhteentoimivuuden haasteita ja toteutusta kaupallisintyökaluin. Työ pohjautuu kahteen todelliseen, palvelusuuntautunutta arkkitehtuurisuunnittelua (SOA) hyödyntäneeseen integraatioprojektiin jotka on toteutettu Suomen IBM:n Palveluyksikössä vuosina 2006 - 2007. Työn tavoitteena on ollut tutkia sotilaallisten koalitioiden järjestelmä - ja tiedonvaihtoyhteentoimivuuden menetelmiä, näkökulmia ja teknistä toteutusta kaupallisin ohjelmistotuottein ja yhteistä tietomallia käyttäen. Lisäksi esitetään puolustustoimialan erityispiirteet tietojärjestelmätoimittajien ohjelmistokehitys - prosesseihin liittyen. Tätä varten tutkittiin koalitioiden käyttöön tarkoitettuja olemassa olevia ohjelmistoarkkitehtuureja ja yhteentoimivuusmalleja sekä sovitettiin niitä SOA - arkkitehtuuriajatteluun. Työn teoreettisena pohjana käytettiin organisatorisen ja teknisen yhteentoimivuuden kuvaavaa Layers of Coalition Interoperability (LCI) - mallia, minkä jälkeen mallin teknistä osiota käytettiin pohjana SOA - palveluihin perustuvan esimerkkijärjestelmän kehittämiseen kahden kuvitteellisen koalition tiedonvaihtoa varten. Työn keskeisinä tuloksina on syntynyt suunnitelma koalitioiden taustajärjestelmien yhdistämisestä dynaamisten SOA- palveluiden avulla yhteiseen JC3IEDM - tietomalliin. Tämä tietomalli vuorostaan antaa mahdollisuuden järjestelmän laajentamiseen esimerkiksi avustusjärjestöjen, poliisivoimien ja terveydenhuollon organisaatioiden tarpeisiin.

Tarjoustoiminnankehittäminen projektiliiketoiminnassa - tiedonhallinta ja työkalut

Työn tavoitteena on tehdä pohjatutkimus tarjoustoiminnan kehittämiseksi Larox Oyj:ssä. Työssä hahmotetaan haastatteluiden avulla tämänhetkiset ongelma-alueet tarjoustoiminnassa ja tiedonhallinnassa. Nykyisin suurimpina kehityshaasteina ovat rutiinityön manuaalinen hallinta, tiedon hankala saatavuus ja selkeiden yhteisten pelisääntöjen puuttuminen tarjoustoiminnassa. Näihin haasteisiin pyritään löytämään ratkaisuvaihtoehtoja. Työ sisältää teoriaosan, jossa käydään läpi projektin ominaispiirteitä, tarjoustoiminnan osuutta projektiliiketoiminnassa, elinkaarenaikaisen tiedonhallinnan keinoja sekä massaräätälöinnin toimintaperiaatteita. Tarjoustoimintaa pyritään kehittämään käsitellyn teorian, benchmark-vierailuilta saatujen ideoiden sekä haastatteluissa tulleiden toiveiden pohjalta. Tuloksena saadaan kehitysideat pitkäjänteiseen kehitystyöhön sekä nopeasti toteutettaviin toimenpiteisiin. Keskeinen kehitysidea on tarjouskonfiguraattorin kehitystyön aloittaminen. Sen avulla pyritään vähentämään tarjousinsinöörien työtaakkaa. Silloin tarjousinsinööreille jää aikaa toteuttaa osaamistaan haastavampien ja suurempien tarjouksien tekemisessä. Tuloksena on saatu neliportainen kehityspolku, jota kulkemalla päästään kohti hahmotettua tavoitetilaa. Työn tuloksia käytetään hyväksi aloitettaessa konfiguraattorin kehitys Laroxilla sekä kehitettäessä koko tarjoustoimintaa ja elinkaarenaikaista tiedonhallintaa yrityksessä.

Kysynnän ennustaminen sekä informaatiovirtojen integrointi tuotannonohjaukseen arvoketjun tehostamiseksi

Tässä työssä on tarkasteltu kokoonpano-osien valmistajan näkökulmasta eri keinoja tehostaa tilaus-toimitusketjua sekä mahdollisuuksia parantaa samalla omaa tuotannonohjausta ja suunnittelua. Kysynnän heilahteluihin on pystyttävä varautumaan koko ketjun tasolla, jotta suurilta piiskavaikutuksilta voitaisiin välttyä sekä taattaisiin koko ketjun tehokas toiminta. Piiskavaikutus korostuu erityisesti ketjun alapäässä toimivaan yritykseen. Yritykset eivät kilpaile enää pelkästään keskenään. Kilpailu tapahtuu yhä enemmän ja enemmän myös kokonaisten arvoketjujen välillä. Arvoketjujen toimivuuden pohjana on tehokas informaationvaihto sekä yhteistyö informaation tehokkaaseen hyödyntämiseen. Käytännön tasolla arvoketjun logistista tehokkuutta voidaan lisätä informaation vaihdon lisäämisellä siirtymällä sähköisen tiedon siirtoon (EDI). Tuotannonsuunnittelun tehostamiseksi ja varastoihin sidottujen pääomien vapauttamiseksi on siirrytty toimittajan hallinnoiman varastoinnin (VMI) käyttöön. Kysynnän ennustamisella pyritään tasaamaan kysynnän heilahteluja sekä helpottamaan resurssien varaamista ja raaka-aineiden tilauksia. Näillä toimilla on pystytty tehostamaan tilausten käsittelyä sekä tuotannonohjausta. Lisäksi läpinäkyvyyden lisääntyminen on sitouttanut kahden arvoketjussa peräkkäin toimivan yrityksen toimintaa.

IFC-tietomallin mukaisen tiedon jäsentäminen, käsittely ja siirto

Työssä tutkittiin IFC (Industrial Foundation Classes)-tietomallin mukaisen tiedoston jäsentämistä, tiedon jatkoprosessointia ja tiedonsiirtoa sovellusten välillä. Tutkittiin, mitä vaihtoehtoja tiedon siirron toteuttamiseksi ohjelmallisesti on ja mihin suuntaan tiedon siirtäminen on menossa tulevaisuudessa. Soveltavassa osassa toteutettiin IFC-standardin mukaisen ISO10303-tiedoston (Osa 21) jäsentäminen ja tulkitseminen XML-muotoon. Sovelluksessa jäsennetään ja tulkitaan CAD-ohjelmistolla tehty IFC-tiedosto C# -ohjelmointikielellä ja tallennetaan tieto XML-tietokantaan kustannuslaskentaohjelmiston luettavaksi.

Yhteisvikaparametrien määritys

Tässä kandidaatintyössä selvitetään yhteisvikaparametrien määritysprosessia todennäköisyysperustaista riskianalyysia varten Teollisuuden Voiman Olkiluodossa käytössä olevien Olkiluoto-1 ja Olkiluoto-2 ydinvoimalaitosyksiköiden osalta. Kandidaatintyön tavoitteena on selvittää yhteisvikaparametrien määrittämisen yleiset työvaiheet ja tutkia alkuperäisen selvityksen jälkeen käytettäväksi tulleen ICDE-yhteisvika-aineiston soveltamismahdollisuudet Olkiluodon laitosyksiköihin.

Dynaamisen lämmönsiirtomallin kehittäminen

Dynaamisia simulointimalleja tarvitaan, jotta voidaan tarkastella järjestelmän käyttäytymistä ajan funktiona. Simulointimallilla voidaan simuloida järjestelmän lähtö erilaisilla herätteillä. Mallin avulla saadaan myös tarkempi käsitys järjestelmästä ja sen osa-alueista, koska simulointimallista voidaan tarkastella sellaisia asioita, jotka voivat olla oikeasta järjestelmästä vaikeasti mitattavia. Tässä työssä kehitetään LUT Energian hyötysuhdemittapaikan keskikokoista kalorimetriä approksimoiva dynaaminen lämmönsiirtomalli käyttäen Matlab® Simulink -ohjelmistoa. Kehitetyn lämmönsiirtomallin tarkkuutta arvioidaan todellisella järjestelmällä tehdyillä mittauksilla. Työssä käytetään karkeita approksimaatioita, jotka tulee korvata tarkemmilla matemaattisilla malleilla jatkokehitystä varten. Työssä kehitetty dynaaminen lämmönsiirtomalli approksimoi todellisen järjestelmän vastetta lämmitysvaiheessa keskimääräisenvirheen ±0,19 °C tarkkuudella.

Integration of JINR Information Resources

Presentation at Open Repositories 2014, Helsinki, Finland, June 9-13, 2014

Reasoning over knowledge-based generation of situations in context spaces to reduce food waste

With the ever-growing amount of connected sensors (IoT), making sense of sensed data becomes even more important. Pervasive computing is a key enabler for sustainable solutions, prominent examples are smart energy systems and decision support systems. A key feature of pervasive systems is situation awareness which allows a system to thoroughly understand its environment. It is based on external interpretation of data and thus relies on expert knowledge. Due to the distinct nature of situations in different domains and applications, the development of situation aware applications remains a complex process. This thesis is concerned with a general framework for situation awareness which simplifies the development of applications. It is based on the Situation Theory Ontology to provide a foundation for situation modelling which allows knowledge reuse. Concepts of the Situation Theory are mapped to the Context Space Theory which is used for situation reasoning. Situation Spaces in the Context Space are automatically generated with the defined knowledge. For the acquisition of sensor data, the IoT standards O-MI/O-DF are integrated into the framework. These allow a peer-to-peer data exchange between data publisher and the proposed framework and thus a platform independent subscription to sensed data. The framework is then applied for a use case to reduce food waste. The use case validates the applicability of the framework and furthermore serves as a showcase for a pervasive system contributing to the sustainability goals. Leading institutions, e.g. the United Nations, stress the need for a more resource efficient society and acknowledge the capability of ICT systems. The use case scenario is based on a smart neighbourhood in which the system recommends the most efficient use of food items through situation awareness to reduce food waste at consumption stage.

Ion-exchange resins as stationary phase in reactive chromatography

Dynamic behavior of bothisothermal and non-isothermal single-column chromatographic reactors with an ion-exchange resin as the stationary phase was investigated. The reactor performance was interpreted by using results obtained when studying the effect of the resin properties on the equilibrium and kinetic phenomena occurring simultaneously in the reactor. Mathematical models were derived for each phenomenon and combined to simulate the chromatographic reactor. The phenomena studied includes phase equilibria in multicomponent liquid mixture¿ion-exchange resin systems, chemicalequilibrium in the presence of a resin catalyst, diffusion of liquids in gel-type and macroporous resins, and chemical reaction kinetics. Above all, attention was paid to the swelling behavior of the resins and how it affects the kinetic phenomena. Several poly(styrene-co-divinylbenzene) resins with different cross-link densities and internal porosities were used. Esterification of acetic acid with ethanol to produce ethyl acetate and water was used as a model reaction system. Choosing an ion-exchange resin with a low cross-link density is beneficial inthe case of the present reaction system: the amount of ethyl acetate as well the ethyl acetate to water mole ratio in the effluent stream increase with decreasing cross-link density. The enhanced performance of the reactor is mainly attributed to increasing reaction rate, which in turn originates from the phase equilibrium behavior of the system. Also mass transfer considerations favor the use ofresins with low cross-link density. The diffusion coefficients of liquids in the gel-type ion-exchange resins were found to fall rapidly when the extent of swelling became low. Glass transition of the polymer was not found to significantlyretard the diffusion in sulfonated PS¿DVB ion-exchange resins. It was also shown that non-isothermal operation of a chromatographic reactor could be used to significantly enhance the reactor performance. In the case of the exothermic modelreaction system and a near-adiabatic column, a positive thermal wave (higher temperature than in the initial state) was found to travel together with the reactive front. This further increased the conversion of the reactants. Diffusion-induced volume changes of the ion-exchange resins were studied in a flow-through cell. It was shown that describing the swelling and shrinking kinetics of the particles calls for a mass transfer model that explicitly includes the limited expansibility of the polymer network. A good description of the process was obtained by combining the generalized Maxwell-Stefan approach and an activity model that was derived from the thermodynamics of polymer solutions and gels. The swelling pressure in the resin phase was evaluated by using a non-Gaussian expression forthe polymer chain length distribution. Dimensional changes of the resin particles necessitate the use of non-standard mathematical tools for dynamic simulations. A transformed coordinate system, where the mass of the polymer was used as a spatial variable, was applied when simulating the chromatographic reactor columns as well as the swelling and shrinking kinetics of the resin particles. Shrinking of the particles in a column leads to formation of dead volume on top of the resin bed. In ordinary Eulerian coordinates, this results in a moving discontinuity that in turn causes numerical difficulties in the solution of the PDE system. The motion of the discontinuity was eliminated by spanning two calculation grids in the column that overlapped at the top of the resin bed. The reactive and non-reactive phase equilibrium data were correlated with a model derived from thethermodynamics of polymer solution and gels. The thermodynamic approach used inthis work is best suited at high degrees of swelling because the polymer matrixmay be in the glassy state when the extent of swelling is low.

Modeling of electrolyte sorption – from phase equilibria to dynamic separation systems

In this thesis, general approach is devised to model electrolyte sorption from aqueous solutions on solid materials. Electrolyte sorption is often considered as unwanted phenomenon in ion exchange and its potential as an independent separation method has not been fully explored. The solid sorbents studied here are porous and non-porous organic or inorganic materials with or without specific functional groups attached on the solid matrix. Accordingly, the sorption mechanisms include physical adsorption, chemisorption on the functional groups and partition restricted by electrostatic or steric factors. The model is tested in four Cases Studies dealing with chelating adsorption of transition metal mixtures, physical adsorption of metal and metalloid complexes from chloride solutions, size exclusion of electrolytes in nano-porous materials and electrolyte exclusion of electrolyte/non-electrolyte mixtures. The model parameters are estimated using experimental data from equilibrium and batch kinetic measurements, and they are used to simulate actual single-column fixed-bed separations. Phase equilibrium between the solution and solid phases is described using thermodynamic Gibbs-Donnan model and various adsorption models depending on the properties of the sorbent. The 3-dimensional thermodynamic approach is used for volume sorption in gel-type ion exchangers and in nano-porous adsorbents, and satisfactory correlation is obtained provided that both mixing and exclusion effects are adequately taken into account. 2-Dimensional surface adsorption models are successfully applied to physical adsorption of complex species and to chelating adsorption of transition metal salts. In the latter case, comparison is also made with complex formation models. Results of the mass transport studies show that uptake rates even in a competitive high-affinity system can be described by constant diffusion coefficients, when the adsorbent structure and the phase equilibrium conditions are adequately included in the model. Furthermore, a simplified solution based on the linear driving force approximation and the shrinking-core model is developed for very non-linear adsorption systems. In each Case Study, the actual separation is carried out batch-wise in fixed-beds and the experimental data are simulated/correlated using the parameters derived from equilibrium and kinetic data. Good agreement between the calculated and experimental break-through curves is usually obtained indicating that the proposed approach is useful in systems, which at first sight are very different. For example, the important improvement in copper separation from concentrated zinc sulfate solution at elevated temperatures can be correctly predicted by the model. In some cases, however, re-adjustment of model parameters is needed due to e.g. high solution viscosity.

Modelling ecological values in heterogeneous and dynamic landscapes with geospatial data

Our surrounding landscape is in a constantly dynamic state, but recently the rate of changes and their effects on the environment have considerably increased. In terms of the impact on nature, this development has not been entirely positive, but has rather caused a decline in valuable species, habitats, and general biodiversity. Regardless of recognizing the problem and its high importance, plans and actions of how to stop the detrimental development are largely lacking. This partly originates from a lack of genuine will, but is also due to difficulties in detecting many valuable landscape components and their consequent neglect. To support knowledge extraction, various digital environmental data sources may be of substantial help, but only if all the relevant background factors are known and the data is processed in a suitable way. This dissertation concentrates on detecting ecologically valuable landscape components by using geospatial data sources, and applies this knowledge to support spatial planning and management activities. In other words, the focus is on observing regionally valuable species, habitats, and biotopes with GIS and remote sensing data, using suitable methods for their analysis. Primary emphasis is given to the hemiboreal vegetation zone and the drastic decline in its semi-natural grasslands, which were created by a long trajectory of traditional grazing and management activities. However, the applied perspective is largely methodological, and allows for the application of the obtained results in various contexts. Models based on statistical dependencies and correlations of multiple variables, which are able to extract desired properties from a large mass of initial data, are emphasized in the dissertation. In addition, the papers included combine several data sets from different sources and dates together, with the aim of detecting a wider range of environmental characteristics, as well as pointing out their temporal dynamics. The results of the dissertation emphasise the multidimensionality and dynamics of landscapes, which need to be understood in order to be able to recognise their ecologically valuable components. This not only requires knowledge about the emergence of these components and an understanding of the used data, but also the need to focus the observations on minute details that are able to indicate the existence of fragmented and partly overlapping landscape targets. In addition, this pinpoints the fact that most of the existing classifications are too generalised as such to provide all the required details, but they can be utilized at various steps along a longer processing chain. The dissertation also emphases the importance of landscape history as an important factor, which both creates and preserves ecological values, and which sets an essential standpoint for understanding the present landscape characteristics. The obtained results are significant both in terms of preserving semi-natural grasslands, as well as general methodological development, giving support to science-based framework in order to evaluate ecological values and guide spatial planning.

Dynamic Runtime Variation and Branding in S60 Software

Diplomityössä tutkitaan keinoja brändätä ja varioida S60-ohjelmistoja dynaamisesti ja ajonaikaisesti. S60 on kehitysalusta, jota käyttävät useat puhelinvalmistajat ja heidän puhelimiaan käyttävät lukuisat eri operaattorit. Operaattorit haluavat puhelimiensa tai osan puhelimen sovelluksista erottuvan kilpailijoista heidän omalla brändillään ja tämän takia täytyy olla keinot joko koko puhelimen, tai valittujen sovellusten brändäykselle. Osa sovelluksista saatetaan haluta vaihtavan käytettyä brändiä sen käyttämien resurssien, kuten verkkopalvelimen, mukaan. Variointidataa tulee myös pystyä jakamaan eri sovellusten tai sovellusten osien kesken. Työssä esitellään Symbian käyttöjärjestelmä ja S60 kehitysympäristö, sekä pohditaan Symbianin turvallisuuskäytäntöjen tuomia haasteita variointidatan jakamiseen eri sovellusten välillä. Olemassaolevia variointitapoja tutkitaan työn mahdolliseksi pohjaksi. Työ sisältää esittelyn projektista, jossa kehitettiin erään S60 sovelluksen dynaaminen brändäystoteutus, joka myös mahdollistaa variointidatan jakamisen eri sovellusten kanssa.

Preparative ion exchange for salt solutions

Työssä tutkittiin moniarvoisten metalliformiaattien valmistusta ioninvaihto-menetelmällä. Kirjallisuustutkimus käsitteleetunnettuja alumiiniformiaatin ja rautaformiaatin valmistusmenetelmiä, kationinvaihtohartsien ominaisuuksia, ioninvaihtohartsien selektiivisyyttä ja alumiinin, raudan, magnesiumin ja sinkin vesikemiaa. Laboratoriokokeiden avulla tutkittiin sinkki-, magnesium-, rauta(II)- ja alumiiniformiaattien valmistusta ioninvaihdolla. Kokeet suoritettiin kolonnissa, joka oli pakattu makrohuokoisella tai geelimäisellä vahvalla kationin-vaihtohartsilla. Hartsi vaihdettiin natriummuodosta metallimuotoon metallikloridi- tai metallisulfaattiliuoksella.Metalli eluoitiin hartsista natriumformiaatilla. Formiaattien valmistus onnistui makrohuokoista vahvaa kationinvaihtohartsia käyttämällä. Rauta(II)formiaatin valmistus oli vaikeampaa kuin muiden formiaattien, koska rauta(II) hapettui osittain rauta(III):ksi valmistuksen aikana. Alumiiniformiaattia valmistettiin käyttäen sekä makrohuokoista että geelimäistä hartsia. Makrohuokoisen hartsin havaittiin soveltuvan geelimäistä hartsia paremmin alumiiniformiaatin valmistukseen. Kungeelimäistä hartsia käytettiin, noin 30 % alumiinista jäi kiinni hartsiin eikä siten eluoitunut. Ioninvaihdon selektiivisyyskertoimien saamiseksi suoritettiin tasapainokokeita. Selektiivisyyskertoimia käytettiin ioninvaihtokolonnin dynaamisessa simuloinnissa. Ioninvaihdon simuloiminen dynaamisella kolonnimallilla onnistui hyvin.