Use of field measurements in fatigue analysis of forestry cranes

Tässä työssä on esitetty väsyttävän kuormituksen mittaamiseen ja mittausdatan jälkikäsittelyyn sekä väsymismitoitukseen liittyviä menetelmiä. Menetelmien sovelluskohteena oli metsäkoneen kuormain, joka on väsyttävästi kuormitettu hitsattu rakenne. Teoriaosassa on kuvattu väsymisilmiötä ja väsymismitoitusmenetelmiä sekä kuormitusten tunnistamiseen ja mittausten jälkikäsittelyyn liittyviä menetelmiä. Yleisimmin käytettyjen väsymismitoitusmenetelmien rinnalle on esitetty luotettavuuteen perustuvaa väsymismitoitusmenetelmää. Kuormainten suunnittelussa on keveys- j a kestoikävaatimusten takia erityisen suuri merkitys väsymisen huomioimisella. Rakenteille on ominaista tietyt toiminnan kannalta välttämättömät hitsatut yksityiskohdat, jotka usein määräävät koko rakenteen kestoiän. Koska nämä ongelmakohdat pystytään useimmiten tunnistamaan jo suunnitteluvaiheessa, voidaan yksityiskohtien muotoilulla usein parantaa huomattavasti koko rakenteen kestoikää. Näiden yksityiskohtien optimointi on osittain mahdollista toteuttaa ilman kuormituskertymätietoa, mutta useimmiten kuormitusten tunnistaminen on edellytys parhaan ratkaisun löytymiselle. Tällöin toistaiseksi paras keino todellisen väsyttävän kuormituksen tunnistamiseksi on pitkäaikaiset kenttämittaukset. Kenttämittauksilla selvitetään rakenteeseen kohdistuvat kuormitukset venymäliuskojen avulla. Kuormitusten tunnistamisella on erityisen suuri merkitys kun halutaan määrittää rakenteen kestoikä. Väsyminen ja väsyttävä kuormitus ovat kuitenkin tilastollisia muuttujia j a yksittäiselle rakenteelle ei ole mahdollista määrittää tarkkaa k estoikää. Tilastollisia menetelmiä käyttäen on kuitenkin mahdollista määrittää rakenteen vaurioitumisriski. Laskettaessa vaurioitumisriskiä suurelle määrälle yksittäisiä rakenteita voidaan muodostaa tarkkojakin ennusteita mahdollisten vaurioiden lukumäärästä. Tällöin kuormituskertymätiedosta voi olla tavanomaisen suunnittelun lisäksi laajempaa hyötyä esimerkiksi takuukäsittelyssä. Tässä työssä on sovellettu esitettyjä teorioita käytännössä metsäkoneen harvesterin puomiston väsymistarkasteluun. Kyseisen rakenteen kuormituksia mitattiin kahden viikon aikana yhteensä 35 tuntia, jonka perusteella laskettiin väsyttävän kuormituksen tilastollinen jakauma esimerkkitapaukselle. Mittauksen perusteella ei voitu tehdä kuitenkaan johtopäätöksiä tuotteen koko elinkaaren kuormituksista eikä muiden samanlaisten tuotteiden kuormituksista, koska mitattu otos oli suhteellisen lyhyt ja rajoittui vain yhteen käyttäjään ja muutamaan käyttökohteeseen. Menetelmien testaamiseksi kyseinen otos oli kuitenkin riittävä. Kuormituskertymätietoa käytettiin hyväksi myös laatumääritysten muodostamisessaesimerkkitapaukselle. Murtumismekaniikkaan perustuvalla menetelmällä arvioitiinharvesteripilarin valun mahdollisten valuvirheiden suurin sallittu koko. Luotettavuuteen pohjautuvan mitoitusmenettelyn tarve näyttää olevanlisääntymässä, joten pitkäaikaisten kenttämittausten tehokas hyödyntäminen tulee olemaan keskeinen osa väsymismitoitusta lähitulevaisuudessa. Menetelmiä olisi mahdollista tehostaa yhdistämällä kuormituskertymään erilaisia kuormitusten suhteen riippuvia tunnettuja suureita kuten käsiteltävän puun halkaisija. Todellisettuotekohtaiset tilastolliset jakaumat kuormituksista voitaisiin muodostaa mahdollisesti tehokkaammin, jos esimerkiksi kuormitusten riippuvuus metsätyypistä pystyttäisiin ensin määrittämään.

Servo drive in hoist application

The objective of this master thesis is to test according to hoisting requirements, a servo drive system and compare its performance with the performance of a drive equipped with a vector controlled frequency converter. Both systems utilize closed-loop vector control based on PCL program control. In order to compare the results of tests both systems were connected to the same motor driving a variable speed electrical chain hoist. Tests were based on requirements to both systems. As requirements of tests zero speed operation, operation in field weakening, positioning accuracy and smoothness of motion are taken into consideration. Both systems demonstrate quite similar performance and meet the requirements. Servo drive system demonstrates a high positioning accuracy and dynamic performance. Frequency converter is not able to provide the same positioning accuracy and dynamic performance as servo drive.

From genes to communities : stress tolerance in eelgrass (Zostera marina)

Shallow coastal areas are dynamic habitats that are affected by a variety of abiotic and biotic factors. In addition to the natural environmental stress, estuarine and coastal seagrass ecosystems are exposed to effects of climate change and other anthropogenic impacts. In this thesis the effect of different abiotic (shading stress, salinity and temperature) and biotic stressors (presence of co-occurring species) and different levels and combinations of stressors on the performance and survival of eelgrass (Zostera marina) was assessed. To investigate the importance of scale for stress responses, varying levels of biological organization (genotype, life stage, population and plant community) were studied in field and aquarium experiments. Light limitation, decreased salinity and increased temperature affected eelgrass performance negatively in papers I, II and III, respectively. While co-occurring plant species had no notable effect on eelgrass in paper IV, the presence of eelgrass increased the biomass of Potamogeton perfoliatus. The findings in papers II and III confirmed that more extreme levels of salinity and temperature had stronger impacts on plant performance compared to intermediate levels, but intermediate levels also had more severe effects on plants when they were exposed to several stressors, as illustrated in paper II. Thus, multiple stressors had negative synergetic effects. The results in papers I, II and III indicate that future changes in light climate, salinity and temperature can have serious impacts on eelgrass performance and survival. Stress responses were found to vary among genotypes, life stages and populations in papers I, II and III, respectively, emphasizing the importance of study scale. The results demonstrate that while stress in general affects seagrass productivity negatively, the severity of effects can vary substantially depending on the studied scale or level of biological organization. Eelgrass genotypes can differ in their stress and recovery processes, as observed in paper I. In paper II, eelgrass seedlings were less prone to abiotic stress compared to adult plants, but stress also decreased their survival considerably. This indicates that recruitment and re-colonization through seeds might be threatened in the future. Variation among population responses observed in paper III indicates that long-term local adaptation under differing selection pressures has caused divergence in salinity tolerance between Baltic eelgrass populations. This variability in stress tolerance observed in papers I and III suggests that some eelgrass genotypes and populations have a better capacity to adapt to changes and survive in a changing environment. Multiple stressors and biological level-specific responses demonstrate the uncertainty in predicting eelgrass responses in a changing environment. As eelgrass populations may differ in their stress tolerance both within and across regions, conservation strategies at both local and regional scales are urgently needed in order to ensure the survival of these important ecosystems.

Mobiiliteknologia liikkuvan työntekijän apuna

Nomadic workers travel often between different work sites and work mainly outside their regular work place, but often require access to information stored electronically in corporate information systems. While working in field conditions, communication with an information system can be achieved by using mobile technology, i.e. mobile devices and wireless communication. This master’s thesis researches the use of mobile technology to assist nomadic field workers in their tasks. First different mobile technologies are compared and constraints that characterize mobile computing are explained. In the practical part of the thesis client software is developed for a mobile device. The software allows a nomadic construction worker to identify concrete elements and to acquire and update information concerning them. The characteristics of mobile computing and their effect on usability are taken into account when implementing the client software and the software is designed to be as easy to use as possible.

Paperikoneen käyttöönoton onnistumisen riippuvuus valmistelutyöstä

Paperikoneinvestointi toteutetaan projekteina, joista muodostuvaa ketjua kutsutaan projektien elinkaareksi. Toteutusketjun viimeinen lenkki on käynnistykseen huipentuva käyttöönotto. Hyvä käyttöönotto palvelee investointia. Käyttöönotoissa koetaan erilaisia ongelmatilanteita, joista osa on satunnaisesti tai usein toistuvia. Investoinnin onnistumisen ja aikataulun asettama paine luo tilanteiden selvittämiseen erityishaasteita. Aina ei selvitä ilman takaiskuja. Tutkimustavoitteena oli kartoittaa käyttöönoton yleiset ongelmat ja niiden yhteydet projektihistoriaan, sekä ne projektinhallinnan osa-alueet, joita parantamalla varmistetaan käyttöönoton ja investoinnin onnistuminen. Tutkimus pohjautuu erilaisistainvestointiprojekteista ja käyttöönotoista saatuihin kokemuksiin, haastatteluihin (3 kpl) ja kyselypalautteeseen (42 kpl). Investoinnin onnistumisedellytykset luodaan projektihistoriassa, käyttöönotossa ne viimeistellään. Onnistuminen mitataan tuotto-odotusten saavuttamisena aikataulussa, johon vaikuttavia tekijöitä ovat tuotannon hallinta, käyttövarmuus ja markkinat. Käyttöönoton onnistumista tulee arvioida käyttöönottotehtävistäsuoriutumisen pohjalta, ei pelkästään investoinnille asetettujen aikataulu- ja tuotantotavoitteiden (laatu, määrä, hallinta) saavuttamisena, kuten usein tapahtuu. Tulosten perusteella käyttöönoton merkittävimmät ongelmat ovat tiedonkulun puutteet, ohjelmallisten korjausten suuri määrä ja palautumisajan riittämättömyys. Tärkeimmät painotukset ovat laiterikkojen estäminen, ohjelmavirheiden korjaaminen ja henkilöstön osaamisen varmentaminen. Konelinjan vaikeimmin hallittava osa on radan päänvienti. Osapuolten poikkeavat näkökulmat sekä työn laadun merkitys testauksissa, koulutuksissa ja kenttätoiminnoissa nousee tuloksista myös vahvasti esiin. Tutkimus on selvittänyt sille asetetut tavoitteet. Käyttöönoton merkittävimmät ongelmat syntyvät sen lähihistoriassa: testauksissa, koulutuksessa ja kenttätoiminnoissa. Käyttöönoton onnistumiseksi tulee painotusprojektinhallinnassa keskittää käynnistysvaiheen suunnitteluun sekä kenttätoimintojen hallintaan.

Improving Dynamic Characteristics of Open-loop Controlled Log Crane

The improvement of the dynamics of flexible manipulators like log cranes often requires advanced control methods. This thesis discusses the vibration problems in the cranes used in commercial forestry machines. Two control methods, adaptive filtering and semi-active damping, are presented. The adaptive filter uses a part of the lowest natural frequency of the crane as a filtering frequency. The payload estimation algorithm, filtering of control signal and algorithm for calculation of the lowest natural frequency of the crane are presented. The semi-active damping method is basedon pressure feedback. The pressure vibration, scaled with suitable gain, is added to the control signal of the valve of the lift cylinder to suppress vibrations. The adaptive filter cuts off high frequency impulses coming from the operatorand semi-active damping suppresses the crane?s oscillation, which is often caused by some external disturbance. In field tests performed on the crane, a correctly tuned (25 % tuning) adaptive filter reduced pressure vibration by 14-17 % and semi-active damping correspondingly by 21-43%. Applying of these methods require auxiliary transducers, installed in specific points in the crane, and electronically controlled directional control valves.

Platform as a Service - new opportunities for software development companies

Today cloud computing is the next stage in development information-oriented society in field of information technologies. Great attention is paid to cloud computing in general, but the lack of scientific consideration to components brings to the problem, that not all aspects are well examined. This thesis is an attempt to consider Platform as a Service (a technology of providing development environment through the Internet) from divergent angles. Technical characteristics, costs, time, estimation of effectiveness, risks, strategies that can be applied, migration process, advantages and disadvantages and the future of the approach are examined to get the overall picture of cloud platforms. During the work literature study was used to examine Platform as a Service, characteristics of existent cloud platforms were explored and a model of a typical software development company was developed to create a scenario of migration to cloud technologies. The research showed that besides all virtues in reducing costs and time, cloud platforms have some significant obstacles in adoption. Privacy, security and insufficient legislation impede the concept to be widespread.

Uutto-olosuhteiden vaikutus kasviperäisen indigon saantoon

Indigo on väriaine, jota valmistetaan petrokemianteollisuuden välituotteena syntyvästä aniliinista. Indigolla on kuitenkin pitkä historia. Sitä on valmistettu perinteisesti eri viljelykasveista, joista Euroopassa merkittävin on ollut morsinko. Luonnonmukaisten tuotteiden suosion kasvaessa on ryhdytty selvittämään morsingon viljelyn potentiaalia. Viljelyn kannattavuuden kannalta olennaista on kasvin lehdissä esiintyvien indigon esiasteiden mahdollisimman täydellinen eristäminen. Indigoa tuotetaan uuttamalla indigon esiasteet veteen. Esiasteet hajoavat synnyttäen indoksyyliä, josta hapen vaikutuksella muodostuu indigoa. Syntynyt indigo saostuu ja laskeutuu pohjalle. Samalla kuitenkin tapahtuu epätoivottuja sivureaktioita, jotka vähentävät indigon saantoa. Tutkimuksen tavoitteena oli laboratorio- ja kenttäkokeiden avulla löytää indigon saantoa parantavat uutto-olosuhteet. Kokeiden perusteella havaittiin, että indigon saantoon vaikuttavat positiivisesti pH:n laskeminen, lämpötilan nostaminen, morsingon lehtien pilkkominen ja uuttoliuoksen sekoittaminen. Uuttoliuoksen suolapitoisuuden havaittiin puolestaan vaikuttavan indigon saantoon negatiivisesti. Laboratoriokokeiden perusteella havaittu pH:n laskemisen vaikutus indigon saantoon todistettiin myös kenttäolosuhteissa. Kokeiden havaintojen perusteella esitettiin olosuhteiden indigosaantoa parantavien vaikutusten johtuvan kahdesta tekijästä: indoksyylin stabiloitumisesta happamassa ympäristössä, jolloin sivureaktioiden osuus vähenee, sekä aineensiirron paranemisella sekoituksen, faasien rajapinnan kasvamisen ja etenkin lehtien vahakerroksen rikkoutumisen kuuman veden ja hapon vaikutuksesta.

Loviisan ydinvoimalaitoksen kaapelireittien tiedonhallinnan kehittäminen paloriskitutkimusta varten

Tässä diplomityössä kehitetään Loviisan voimalaitoksen todennäköisyyspohjaisen paloriskianalyysin kaapelitietokantaa tulevaisuuden haasteita varten. Tietokannan kehittämistä varten tutustutaan todennäköisyyspohjaiseen riskianalyysiin varsin-kin paloriskianalyysin osalta. Käytännönläheisempää kehittämistä varten tutustu-taan voimalaitoksella nykyisin käytössä oleviin kaapelitietokantoihin: paloriski-tutkimusta varten laadittuun PSA-ELTIEen, kunnossapidon tiedonhallintajärjes-telmä LOMAXiin, sähkö- ja automaatiosuunnitteluyksikköjen arkistoihin sekä automaatiouudistuksen tietokantaan. Tietokannan käytännönläheisempien ominai-suuksien selvittämiseksi voimalaitoksella kokeiltiin kenttätarkastusmenetelmää, joka on ensisijainen kaapelikartoitusmenetelmä. Tietokantoihin tutustumisen perusteella vaihtoehtoisiksi tulevaisuuden tietokan-noiksi mietittiin LOMAXia, PSA-ELTIEtä tai uutta tietokantaa. Tulevaisuuden tietokantavaihtoehdoksi on päädytty ehdottamaan LOMAXia, joka vaatii vähem-män muutoksia muihin vaihtoehtoihin nähden. Tällainen laajalti käytössä oleva yhteinen tietokanta mahdollistaa sen, että tiedot ovat helpommin ja varmemmin kaikkien niitä tarvitsevien käytettävissä ja asiantuntijoiden muokattavissa, millä myös varmistetaan tietojen oikeellisuutta ja pysymistä ajan tasalla. Tulevaan LOMAX päivitykseen on ehdotettu tarpeellisia tietokenttien lisäyksiä ja kaapeli-hierarkian parantamista kaapelitietokannaksi käyttöönottamista varten.

Supplier Segmentation for Nordic Petrochemical Industry

Objective of this thesis was to map possibilities for systematic supplier management in field of chemical process industry. Through this study it was aimed to develop a tool for supplier management that could be integrated with operations in business unit. With developed tool suppliers should be able to be segmented based on their willingness and capability, and segmentation could be applied in purchasing decisions. In this thesis there was made a survey of methods that are recognized in literature to manage and allocate suppliers. This thesis recognizes segmentation as a method to group and select suppliers in procurement. Based on literature, a proposal for segmentation framework and evaluation criteria factors will be constituted. Based on theoretical proposal, in an expertise workshop a final segmentation framework was constituted, which covers segments with descriptions and evaluation part. Evaluation part includes an evaluation framework which helps to score suppliers with selected factors and leads to total grades in willingness and capability. These total grades will be the coordinates and they determine the segment where the supplier under evaluation belongs. In this thesis segments definitions, objectives, and road maps will be described.

Long-term nutrient load management and lake restoration: Case of Säkylän Pyhäjärvi (SW Finland)

Eutrophication caused by anthropogenic nutrient pollution has become one of the most severe threats to water bodies. Nutrients enter water bodies from atmospheric precipitation, industrial and domestic wastewaters and surface runoff from agricultural and forest areas. As point pollution has been significantly reduced in developed countries in recent decades, agricultural non-point sources have been increasingly identified as the largest source of nutrient loading in water bodies. In this study, Lake Säkylän Pyhäjärvi and its catchment are studied as an example of a long-term, voluntary-based, co-operative model of lake and catchment management. Lake Pyhäjärvi is located in the centre of an intensive agricultural area in southwestern Finland. More than 20 professional fishermen operate in the lake area, and the lake is used as a drinking water source and for various recreational activities. Lake Pyhäjärvi is a good example of a large and shallow lake that suffers from eutrophication and is subject to measures to improve this undesired state under changing conditions. Climate change is one of the most important challenges faced by Lake Pyhäjärvi and other water bodies. The results show that climatic variation affects the amounts of runoff and nutrient loading and their timing during the year. The findings from the study area concerning warm winters and their influences on nutrient loading are in accordance with the IPCC scenarios of future climate change. In addition to nutrient reduction measures, the restoration of food chains (biomanipulation) is a key method in water quality management. The food-web structure in Lake Pyhäjärvi has, however, become disturbed due to mild winters, short ice cover and low fish catch. Ice cover that enables winter seining is extremely important to the water quality and ecosystem of Lake Pyhäjärvi, as the vendace stock is one of the key factors affecting the food web and the state of the lake. New methods for the reduction of nutrient loading and the treatment of runoff waters from agriculture, such as sand filters, were tested in field conditions. The results confirm that the filter technique is an applicable method for nutrient reduction, but further development is needed. The ability of sand filters to absorb nutrients can be improved with nutrient binding compounds, such as lime. Long-term hydrological, chemical and biological research and monitoring data on Lake Pyhäjärvi and its catchment provide a basis for water protection measures and improve our understanding of the complicated physical, chemical and biological interactions between the terrestrial and aquatic realms. In addition to measurements carried out in field conditions, Lake Pyhäjärvi and its catchment were studied using various modelling methods. In the calibration and validation of models, long-term and wide-ranging time series data proved to be valuable. Collaboration between researchers, modellers and local water managers further improves the reliability and usefulness of models. Lake Pyhäjärvi and its catchment can also be regarded as a good research laboratory from the point of view of the Baltic Sea. The main problem in both of them is eutrophication caused by excess nutrients, and nutrient loading has to be reduced – especially from agriculture. Mitigation measures are also similar in both cases.

Mineraalisen rakennusjätteen hyötykäyttö maarakentamisessa

Työn tavoitteena on osoittaa betonimurskeen ympäristökelpoisuus maarakennuskäytössä sekä vertailla betonimurskeen ja luonnonmateriaalien elinkaaren aikaisia ympäristövaikutuksia maarakentamisessa. Teoriaosassa käsitellään betonimurskeen maarakennuskäyttöön vaikuttavaa lainsäädäntöä ja sen mahdollisia ympäristövaikutuksia. Lisäksi käydään läpi neitseellisten maarakennusmate-riaalien otosta aiheutuvia ympäristövaikutuksia. Työn kokeellinen osa koostuu kahdesta osasta: materiaalien haitallisten aineiden liukoisuuden mää-rityksistä ja elinkaariarvioinnista. Liukoisuuden määritykset tehtiin kenttäkokeina luonnonolosuhteissa Lahden tiede- ja yrityspuisto Oy:n Jokimaan pilot-luokan maaperätutkimuskeskuksessa. Lisäksi liukoisuudet määritettiin laboratoriossa valtioneuvoston asetuksen eräiden jätteiden hyödyntämisestä maarakentamisessa vaatimusten mukaisesti. Elinkaariarvioinnissa vertailtiin betonimursketta neitseellisiin maarakennusmateriaaleihin skenaarioissa, jotka sisälsivät materiaalin valmistuksen ja kuljetuksen käyttökohteeseen. Neitseellisiä materiaaleja käytettäessä oletettiin, että betoni loppusijoitetaan kaatopaikalle. Elinkaariarvioinnissa käytettiin Gabi-elinkaarimallinnusohjelmaa ja skenaarioita vertailtiin hiilidioksidiekvivalenttipäästöihin. Lisäksi elinkaariarviointiin otettiin mukaan vielä kehitysvaiheessa oleva menetelmä maankäytön indikaattoreiden määrittämiseen. Menetelmällä tutkittiin soranoton vaikutusta soraharjun maaperän laadulle ennen ja jälkeen soranoton. Tulokseksi liukoisuuden määrityksistä saatiin, että betonimurskekerroksen läpi suotautuneen sade-veden pH nousee hyvin emäksiseksi. pH:n nousu vaikuttaisi korreloivan positiivisesti tiettyjen metallien liukoisuuteen. Huomattavaa on, että kenttäkokeiden liukoisuudet ja laboratoriossa määritetyt liukoisuudet poikkesivat joltain osin toisistaan. Elinkaaritarkastelussa hiilidioksidiekvivalentti päästöjen suhteen suurin päästö aiheutuu, jos betoni loppusijoitetaan kaatopaikalle hyötykäytön sijaan. Maaperän laadun muutoksien määrittämisen menetelmä ei vielä ole käyttökelpoinen lähtötietojen yksinkertaistuksien ja puutteiden takia. Betonimurskeen hyötykäyttö maarakentamisessa ei aiheuta merkittäviä ympäristövaikutuksia, kun altistus vedelle minimoidaan. Lisäksi hyötykäyttö on suositeltava vaihtoehto loppusijoitukselle kaatopaikan rakentamisen ja käytön aiheuttamien ympäristövaikutusten takia.

Service offering classification for logistics services

This thesis studies the development of service offering model that creates added-value for customers in the field of logistics services. The study focusses on offering classification and structures of model. The purpose of model is to provide value-added solutions for customers and enable superior service experience. The aim of thesis is to define what customers expect from logistics solution provider and what value customers appreciate so greatly that they could invest in value-added services. Value propositions, costs structures of offerings and appropriate pricing methods are studied. First, literature review of creating solution business model and customer value is conducted. Customer value is found out with customer interviews and qualitative empiric data is used. To exploit expertise knowledge of logistics, innovation workshop tool is utilized. Customers and experts are involved in the design process of model. As a result of thesis, three-level value-added service offering model is created based on empiric and theoretical data. Offerings with value propositions are proposed and the level of model reflects the deepness of customer-provider relationship and the amount of added value. Performance efficiency improvements and cost savings create the most added value for customers. Value-based pricing methods, such as performance-based models are suggested to apply. Results indicate the interest of benefitting networks and partnership in field of logistics services. Networks development is proposed to be investigated further.