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.

Ylläpitosuunnittelun laadun arviointi ja mittaaminen

Tässä diplomityössä tutkittiin suunnittelupalvelun laatuun vaikuttavia tekijöitä sekä etsittiin keinoja mitata suunnittelupalvelun laatua. Diplomityön lähtökohtana oli tilanne, jossa suunnittelutoimisto toimittaa ylläpitosuunnittelupalvelua paperi- ja metsäteollisuuden alan yritykselle. Työssä selvitettiin yleisesti, mistä suunnittelupalvelun laatu muodostuu. Tärkeä osa työtä oli tutkia kyselytutkimuksen avulla, onko tilaajalla ja toimittajalla samanlaiset näkemykset laadun osalta. Kyselyt suoritettiin sekä haastatteluin että kirjallisesti. Vastauksia saatiin kaikkiaan 45 kappaletta. Kohdejoukko oli tarkasti määritelty koostuen sekä tilaajan että toimittajan edustajista. Työssähavaittiin, että suunnittelupalvelun laatuun ja toimittajan valintaan vaikuttavat hyvin paljon itse suunnitelmien laadun lisäksi henkilökohtaiset kokemukset palvelusta. Pahimmiksi riskitekijöiksi ylläpitosuunnittelulle koettiin lähtötietoihin liittyvät ongelmat sekä aikataulujen pettäminen. Näiden lisäksi työssä tehtiin selvitys suunnittelupalvelun laadun mittaristosta, jonka oikealla käytöllä voitaisiin luoda ohjausvaikutus suunnittelupalveluprosessiin paremman laadun ja tehokkaamman toiminnan aikaansaamiseksi.

Thick XML client and technology of its construction

Nykyään kolmeen kerrokseen perustuvat client-server –sovellukset ovat suuri kinnostuskohde sekä niiden kehittäjille etta käyttäjille. Tietotekniikan nopean kehityksen ansiosta näillä sovelluksilla on monipuolinen käyttö teollisuuden eri alueilla. Tällä hetkellä on olemassa paljon työkaluja client-server –sovellusten kehittämiseen, jotka myös tyydyttävät asiakkaiden asettamia vaatimuksia. Nämä työkalut eivät kuitenkaan mahdollista joustavaa toimintaa graafisen käyttöliittyman kanssa. Tämä diplomityö käsittelee client-server –sovellusten kehittamistä XML –kielen avulla. Tämä lähestymistapa mahdollistaa client-server –sovellusten rakentamista niin, että niiden graafinen käyttöliittymä ja ulkonäkö olisivat helposti muokattavissa ilman ohjelman ytimen uudelleenkääntämistä. Diplomityö koostuu kahdesta ostasta: teoreettisesta ja käytännöllisestä. Teoreettinen osa antaa yleisen tiedon client-server –arkkitehtuurista ja kuvailee ohjelmistotekniikan pääkohdat. Käytannöllinen osa esittää tulokset, client-server –sovellusten kehittämisteknologian kehittämislähestymistavan XML: ää käyttäen ja tuloksiin johtavat usecase– ja sekvenssidiagrammit. Käytännöllinen osa myos sisältää esimerkit toteutetuista XML-struktuureista, jotka kuvaavat client –sovellusten kuvaruutukaavakkeiden esintymisen ja serverikyselykaaviot.

Object-oriented development of client / server application: case study of service control software

Tässä työssä on esitetty sen ohjelmiston kehittämisen prosessi, joka on tarkoitettu annettavien palveluiden valvottavaksi käyttäen prototyyppimallia. Raportti sisältää vaatimusten, kohteisiin suunnatun analyysin ja suunnittelun, realisointiprosessien kuvauksen ja prototyypin testauksen. Ohjelmiston käyttöala – antavien palveluiden valvonta. Vaatimukset sovellukselle analysoitiin ohjelmistomarkkinoiden perusteella sekä ohjelmiston engineeringin periaatteiden mukaisesti. Ohjelmiston prototyyppi on realisoitu käyttäen asiakas-/palvelinhybridimallia sekä ralaatiokantaa. Kehitetty ohjelmisto on tarkoitettu venäläisille tietokonekerhoille, jotka erikoistuvat pelipalvelinten antamiseen.

Oliopohjaisen mallinnuksen käyttömahdollisuudet erään ohjelmistotuotteen eri kehitysvaiheissa

Oliopohjainen lähestymistapa on varsin uusi toimintaperiaate käytännön ohjelmistotuotantoprosesseissa. Oliopohjaisuus mahdollistaa nopean ja tehokkaan ohjelmistotuotannon sekä tuottaa uudelleenkäytettäviä luokkia. Tässä työssä tutkitaan oliopohjaisen mallinnuksen käyttömahdollisuuksia erään ohjelmistotuotteen kehityksessä ja keskitytään tuotteen määrittely- ja suunnitteluvaiheisiin. Tavoitteena on konkretisoida tarkastelun kohteena olevalle yritykselle oliopohjaisen mallinnuksen käyttötavat ja -mahdollisuudet osana yrityksen ohjelmistotuotantoprosessia. Työssä tarkastellaan yleisiä oliopohjaisen mallinnuksen toimintoja määrittely- ja suunnitteluvaiheissa. Erityisesti tarkastellaan yrityksen omaa ohjelmistotuotantoprosessia, TE Objectia, ja sen yhtymäkohtia yleisen oliopohjaisen mallinnuksen kanssa. Työssä kuvataan ohjelmistotuote, mallinnetaan ohjelmistotuotteen osa TE Objectia hyödyntäen ja pohditaan TE Objectin soveltuvuutta kyseisen tuotteen määrittelyyn ja suunnitteluun. Oliopohjaisen mallinnuksen todetaan sopivan hyvin tarkastellun tuotepohjaisen ohjelmiston kehitykseen. Tarkasteltavan tuotteen kehityksen pääpaino on uudelleenkäytettävyydellä, jota oliopohjainen mallintaminen erityisesti tukee. Kohdeyrityksen oman ohjelmistotuotantoprosessin, TE Objectin, todetaan vastaavan hyvin yleistä oliopohjaista mallinnusta määrittely- ja suunnitteluvaiheissa ja sitä suositellaan hyödynnettävän tarkastellun tuotteen määrittelyyn ja suunnitteluun soveltuvin osin. Työssä mallinnettiin kohdeyrityksen tuotteen osa esimerkinomaisesti, mikä konkretisoi TE Objectin käyttömahdollisuuksia osana yrityksen ohjelmistotuotantoprosessia.

Achieving Traceability

Tämä diplomityö käsittelee vaatimusmäärittelyä. Erityinen keskittymisalue on vaatimusten jäljitettävyys. Vaatimusmäärittely on osa ohjelmistokehitysprosessia. Insinöörit tietävät, että ymmärtääkseen ongelmaa on sen lähtökohdat ymmärrettävä. Tästä huolimatta määrittelyvaihe epähuomioidaan helposti. Diplomityössä kartoitetaan ensin vaatimusmäärittelyä järjestelmäprojektin osana. Vaatimusmäärittelyn rakennetta tarkennetaan ja sen sisältöä tuodaan esille. Olemassaolevana projektina analysoidaan, kuinka Soneran Mobile Pay osaston suorittama vaatimusmäärittely on toteutunut Mobile Payment Platform projektin alkuvaiheessa. Lähinnä keskitytään näyttämään, kuinka vaatimukset on kirjattu ylös. Tämän jälkeen tarkastellaan jäljitettävyyden olemusta. Työssä kartoitetaan lukijalle, mitä jäljitettävyys tarkoittaa. Kartoituksen jälkeen käydään läpi jäljitettävyyttä tukevia toimenpiteitä Sonera Mobile Payn tuotekehitysprosessissa.

Vaatimustenkäsittely ohjelmistopalveluyrityksessä

Vaatimustenkäsittely on erittäin tärkeä osa-alue tehtäessä uusia ohjelmistoja. Vaatimustenkäsittely ei ole vain vaatimusmääritettydokumentin kokoamista ohjelmistoprojektin alussa vaan siihen sisältyy vaatimusten määrittely, hallinta ja todentaminen koko ohjelmiston elinkaaren ajan. Ohjelmistopalveluyrityksessä vaatimustenkäsittelyn merkitys korostuu entisestään ja tällaisella yrityksellä on oltava toimiva vaatimustenkäsittelyprosessi. Tässä työssä esitellään vaatimustenkäsittelyn teoriaa, prosesseihin liittyvää laadunvalvontaa sekä prosessien arviointi ja -kehittämismalleja. Työssä tarkastellaan kahden erityyppisen ohjelmistopalveluyrityksen vaatimustenkäsittelyä ja esitetään havaintoja prosessimalleista. Työn tuloksena esitetään johtopäätöksiä vaatimustenkäsittelystä ja siihen liittyvistä prosesseista sekä laadunvalvonnasta.

CFD simulation of complex phenomena containing suspensions and flow throughporous media

There is an increasing reliance on computers to solve complex engineering problems. This is because computers, in addition to supporting the development and implementation of adequate and clear models, can especially minimize the financial support required. The ability of computers to perform complex calculations at high speed has enabled the creation of highly complex systems to model real-world phenomena. The complexity of the fluid dynamics problem makes it difficult or impossible to solve equations of an object in a flow exactly. Approximate solutions can be obtained by construction and measurement of prototypes placed in a flow, or by use of a numerical simulation. Since usage of prototypes can be prohibitively time-consuming and expensive, many have turned to simulations to provide insight during the engineering process. In this case the simulation setup and parameters can be altered much more easily than one could with a real-world experiment. The objective of this research work is to develop numerical models for different suspensions (fiber suspensions, blood flow through microvessels and branching geometries, and magnetic fluids), and also fluid flow through porous media. The models will have merit as a scientific tool and will also have practical application in industries. Most of the numerical simulations were done by the commercial software, Fluent, and user defined functions were added to apply a multiscale method and magnetic field. The results from simulation of fiber suspension can elucidate the physics behind the break up of a fiber floc, opening the possibility for developing a meaningful numerical model of the fiber flow. The simulation of blood movement from an arteriole through a venule via a capillary showed that the model based on VOF can successfully predict the deformation and flow of RBCs in an arteriole. Furthermore, the result corresponds to the experimental observation illustrates that the RBC is deformed during the movement. The concluding remarks presented, provide a correct methodology and a mathematical and numerical framework for the simulation of blood flows in branching. Analysis of ferrofluids simulations indicate that the magnetic Soret effect can be even higher than the conventional one and its strength depends on the strength of magnetic field, confirmed experimentally by Völker and Odenbach. It was also shown that when a magnetic field is perpendicular to the temperature gradient, there will be additional increase in the heat transfer compared to the cases where the magnetic field is parallel to the temperature gradient. In addition, the statistical evaluation (Taguchi technique) on magnetic fluids showed that the temperature and initial concentration of the magnetic phase exert the maximum and minimum contribution to the thermodiffusion, respectively. In the simulation of flow through porous media, dimensionless pressure drop was studied at different Reynolds numbers, based on pore permeability and interstitial fluid velocity. The obtained results agreed well with the correlation of Macdonald et al. (1979) for the range of actual flow Reynolds studied. Furthermore, calculated results for the dispersion coefficients in the cylinder geometry were found to be in agreement with those of Seymour and Callaghan.

A Survey and Classification of Software Testing Tools

Software testing is one of the essential parts in software engineering process. The objective of the study was to describe software testing tools and the corresponding use. The thesis contains examples of software testing tools usage. The study was conducted as a literature study, with focus on current software testing practices and quality assurance standards. In the paper a tool classifier was employed, and testing tools presented in study were classified according to it. We found that it is difficult to distinguish current available tools by certain testing activities as many of them contain functionality that exceeds scopes of a single testing type.

Modulaarisen rakentamisen vaikutus liiketoimintaprosessiin - case kohdeorganisaatio

Backround of this master thesis is previously recognized possibility to build housing units by a new modular building method. This master thesis aims to examine how modular building method influences to business process in the case organization: how will the process change and to whom will the change influence. To examine this, there is a need to declare as-is and to-be processes and find out the changes of the process. Modular building method is a radical change when comparing it to existing. The findings are that modular building method will produce utility by repeating. It needs time and repeating to achieve the utilities. Ability to repeat demands working with more several phases than currently. Modular building method influences also to customer and his/her choices and because of that, it has influences to financial equation.

Quadcopter assistant for a mobile assembly robot

Science has revolutionized the human life. The advance progress in science and research is making human life easier and more comfortable. The new and emerging technology of micro drone is penetrating and widening the scientific research. This thesis is a part of work in which a unique work is carried out, although related research paper and journal are available. Design and development of automatic charging station for a ready to fly quadcopter is rare and unusual work. The work is carried out as an standard engineering process that include requirements gathering, creating the required document (this thesis is a part of required document as well), selection of suitable hardware, configuring the hardware, generate the code for software, uploading code to the microcontroller, troubleshooting and rectification, finalized prototype and testing. Thesis describe how mechatronics engineering is useful in generating a customized and unique project. At the starting phase of this project (before purchasing a ready to fly quadcopter) every single aspect of this work was known. The only unknown alternatives was a battery and charger. Several task was achieved including design and development of automatic charging station, accurate landing and telecast a live video on additional screen. At starting it was decided that quadcopter should follow the mobile robot, during study it was concluded there is no such quadcopter available in market to auto follow a robot indoor. This works starts with a market survey and comparing the different brands of quadcopter that meets all the requirements and specifications of the mobile robot assembly. Selection of quadcopter is a result of discussion and meeting with the team members, supervisor, professor and project manage.

Business Process Modeling in Software Requirements Engineering for Small and Medium Software Projects

Vaatimusmäärittelyn tavoitteena on luoda halutun järjestelmän kokonaisen, yhtenäisen vaatimusluettelon vaatimusten määrittämiseksi käsitteellisellä tasolla. Liiketoimintaprosessien mallintaminen on varsin hyödyllinen vaatimusmäärittelyn varhaisissa vaiheissa. Tämä työ tutkii liiketoimintaprosessien mallintamista tietojärjestelmien kehittämistä varten. Nykyään on olemassa erilaisia liiketoimintaprosessien mallintamiseen tarkoitettuja tekniikoita. Tämä työ tarkastaa liiketoimintaprosessien mallintamisen periaatteet ja näkökohdat sekä eri mallinnustekniikoita. Uusi menetelmä, joka on suunniteltu erityisesti pienille ja keskisuurille ohjelmistoprojekteille, on kehitetty prosessinäkökohtien ja UML-kaavioiden perusteella.

Adaptation of TRIZ Method for Problem Solving in Process Engineering

TRIZ is one of the well-known tools, based on analytical methods for creative problem solving. This thesis suggests adapted version of contradiction matrix, a powerful tool of TRIZ and few principles based on concept of original TRIZ. It is believed that the proposed version would aid in problem solving, especially those encountered in chemical process industries with unit operations. In addition, this thesis would help fresh process engineers to recognize importance of various available methods for creative problem solving and learn TRIZ method of creative problem solving. This thesis work mainly provides idea on how to modify TRIZ based method according to ones requirements to fit in particular niche area and solve problems efficiently in creative way. Here in this case, the contradiction matrix developed is based on review of common problems encountered in chemical process industry, particularly in unit operations and resolutions are based on approaches used in past to handle those issues.

Improving the competitiveness of electrolytic Zinc process by chemical reaction engineering approach

This doctoral thesis describes the development work performed on the leachand purification sections in the electrolytic zinc plant in Kokkola to increase the efficiency in these two stages, and thus the competitiveness of the plant. Since metallic zinc is a typical bulk product, the improvement of the competitiveness of a plant was mostly an issue of decreasing unit costs. The problems in the leaching were low recovery of valuable metals from raw materials, and that the available technology offered complicated and expensive processes to overcome this problem. In the purification, the main problem was consumption of zinc powder - up to four to six times the stoichiometric demand. This reduced the capacity of the plant as this zinc is re-circulated through the electrolysis, which is the absolute bottleneck in a zinc plant. Low selectivity gave low-grade and low-value precipitates for further processing to metallic copper, cadmium, cobalt and nickel. Knowledge of the underlying chemistry was poor and process interruptions causing losses of zinc production were frequent. Studies on leaching comprised the kinetics of ferrite leaching and jarosite precipitation, as well as the stability of jarosite in acidic plant solutions. A breakthrough came with the finding that jarosite could precipitate under conditions where ferrite would leach satisfactorily. Based on this discovery, a one-step process for the treatment of ferrite was developed. In the plant, the new process almost doubled the recovery of zinc from ferrite in the same equipment as the two-step jarosite process was operated in at that time. In a later expansion of the plant, investment savings were substantial compared to other technologies available. In the solution purification, the key finding was that Co, Ni, and Cu formed specific arsenides in the “hot arsenic zinc dust” step. This was utilized for the development of a three-step purification stage based on fluidized bed technology in all three steps, i.e. removal of Cu, Co and Cd. Both precipitation rates and selectivity increased, which strongly decreased the zinc powder consumption through a substantially suppressed hydrogen gas evolution. Better selectivity improved the value of the precipitates: cadmium, which caused environmental problems in the copper smelter, was reduced from 1-3% reported normally down to 0.05 %, and a cobalt cake with 15 % Co was easily produced in laboratory experiments in the cobalt removal. The zinc powder consumption in the plant for a solution containing Cu, Co, Ni and Cd (1000, 25, 30 and 350 mg/l, respectively), was around 1.8 g/l; i.e. only 1.4 times the stoichiometric demand – or, about 60% saving in powder consumption. Two processes for direct leaching of the concentrate under atmospheric conditions were developed, one of which was implemented in the Kokkola zinc plant. Compared to the existing pressure leach technology, savings were obtained mostly in investment. The scientific basis for the most important processes and process improvements is given in the doctoral thesis. This includes mathematical modeling and thermodynamic evaluation of experimental results and hypotheses developed. Five of the processes developed in this research and development program were implemented in the plant and are still operated. Even though these processes were developed with the focus on the plant in Kokkola, they can also be implemented at low cost in most of the zinc plants globally, and have thus a great significance in the development of the electrolytic zinc process in general.

Business process re-engineering -menetelmät myyntiprosessin tehokkuuden parantamisessa (Case-yritys)

Tämän Pro Gradu-tutkielman tavoite on tutkia Business Process Re-engineering menetelmiä myyntiprosessien tehostamisessa. Tutkimuksen teoreettinen viiteke-hys rakentuu myynninjohtamisen, myyntiprosessien ja Business Process Mana-gementin ja Business Process Re-enineeringin ympärille. IT-järjestelmät ovat myös oleellinen osa-alue tutkimuksen kannalta ja niiden osuutta kuvataan niin myyntiprosesseissa kuin Business Process Re-engineering -menetelmien yhtey-dessä. Tutkielmassa perehdytään aikaisempaan tutkimusmateriaaliin ja akateemiseen kirjallisuuteen yllämainituilla osa-alueilla. Tavoitteena on löytää aikaisempia tutki-muksia myyntiprosessien tehostamisesta ja BPR:n roolista näissä tapauksissa. Myös myynninjohtamisen vaikutusta tehokkaaseen myyntiprosessiin tutkitaan, kuten myös IT-järjestelmien erilaisia rooleja tehokkaissa myyntiprosesseissa. Tutkielman empiirinen osio on kvalitatiivinen Case-tutkimus eräässä rahoitusalan yrityksessä. Tutkimus tehdään haastattelemalla myyntihenkilöstöä ja esimiehiä. Lisäksi analysoidaan yrityksen myyntiprosessiin liittyvää muuta materiaalia. Case-tutkimuksen tuloksia peilataan aiempaan akateemiseen tutkimukseen ja tuloksista pyritään löytämään ratkaisuja, miten BPR -menetelmillä voidaan tehostaa yrityksen myyntiprosessia.