Studies on integrating kinematic design method with mechanical systems simulation techniques

Theultimate goal of any research in the mechanism/kinematic/design area may be called predictive design, ie the optimisation of mechanism proportions in the design stage without requiring extensive life and wear testing. This is an ambitious goal and can be realised through development and refinement of numerical (computational) technology in order to facilitate the design analysis and optimisation of complex mechanisms, mechanical components and systems. As a part of the systematic design methodology this thesis concentrates on kinematic synthesis (kinematic design and analysis) methods in the mechanism synthesis process. The main task of kinematic design is to find all possible solutions in the form of structural parameters to accomplish the desired requirements of motion. Main formulations of kinematic design can be broadly divided to exact synthesis and approximate synthesis formulations. The exact synthesis formulation is based in solving n linear or nonlinear equations in n variables and the solutions for the problem areget by adopting closed form classical or modern algebraic solution methods or using numerical solution methods based on the polynomial continuation or homotopy. The approximate synthesis formulations is based on minimising the approximation error by direct optimisation The main drawbacks of exact synthesis formulationare: (ia) limitations of number of design specifications and (iia) failure in handling design constraints- especially inequality constraints. The main drawbacks of approximate synthesis formulations are: (ib) it is difficult to choose a proper initial linkage and (iib) it is hard to find more than one solution. Recentformulations in solving the approximate synthesis problem adopts polynomial continuation providing several solutions, but it can not handle inequality const-raints. Based on the practical design needs the mixed exact-approximate position synthesis with two exact and an unlimited number of approximate positions has also been developed. The solutions space is presented as a ground pivot map but thepole between the exact positions cannot be selected as a ground pivot. In this thesis the exact synthesis problem of planar mechanism is solved by generating all possible solutions for the optimisation process ¿ including solutions in positive dimensional solution sets - within inequality constraints of structural parameters. Through the literature research it is first shown that the algebraic and numerical solution methods ¿ used in the research area of computational kinematics ¿ are capable of solving non-parametric algebraic systems of n equations inn variables and cannot handle the singularities associated with positive-dimensional solution sets. In this thesis the problem of positive-dimensional solutionsets is solved adopting the main principles from mathematical research area of algebraic geometry in solving parametric ( in the mathematical sense that all parameter values are considered ¿ including the degenerate cases ¿ for which the system is solvable ) algebraic systems of n equations and at least n+1 variables.Adopting the developed solution method in solving the dyadic equations in direct polynomial form in two- to three-precision-points it has been algebraically proved and numerically demonstrated that the map of the ground pivots is ambiguousand that the singularities associated with positive-dimensional solution sets can be solved. The positive-dimensional solution sets associated with the poles might contain physically meaningful solutions in the form of optimal defectfree mechanisms. Traditionally the mechanism optimisation of hydraulically driven boommechanisms is done at early state of the design process. This will result in optimal component design rather than optimal system level design. Modern mechanismoptimisation at system level demands integration of kinematic design methods with mechanical system simulation techniques. In this thesis a new kinematic design method for hydraulically driven boom mechanism is developed and integrated in mechanical system simulation techniques. The developed kinematic design method is based on the combinations of two-precision-point formulation and on optimisation ( with mathematical programming techniques or adopting optimisation methods based on probability and statistics ) of substructures using calculated criteria from the system level response of multidegree-of-freedom mechanisms. Eg. by adopting the mixed exact-approximate position synthesis in direct optimisation (using mathematical programming techniques) with two exact positions and an unlimitednumber of approximate positions the drawbacks of (ia)-(iib) has been cancelled.The design principles of the developed method are based on the design-tree -approach of the mechanical systems and the design method ¿ in principle ¿ is capable of capturing the interrelationship between kinematic and dynamic synthesis simultaneously when the developed kinematic design method is integrated with the mechanical system simulation techniques.

Tiedonhallinta yrityksen strategisessa liiketoimintayksikössä

Kilpailun vapautuminen sähkömarkkinoilla on luonut toimintamahdollisuuksia uusille yrityksille ja tehokkuutta koko toimialalle. Luodessaan strategiaansa yritykset ottavat kantaa myös IT:n käyttöön liiketoiminnassaan. Työn tavoitteena oli muodostaa liiketoimintayksikön strategian pohjalta toimintotasoinen tiedonhallintastrategia ja rakenne tietojärjestelmien kehittämiseen. Rakenne muodostuu kolmivaiheisesta toimintatavasta, jolla ylläpidetään tiedonhallinnan jatkuvaa kehittämisprosessia. Rakennetta sovellettiin liiketoimintayksikön sähköisen tilausjärjestelmän määrittelyyn. Tilausjärjestelmällä voidaan parantaa liiketoimintayksikön sisäistä tehokkuutta sekä yhteyksiä asiakkaisiin ja toimittajiin. Lopuksi työssä selvitettiin prosessimallinnuksen avulla operatiivisen toiminnan merkittävimmät tietovirrat, joilla osoitettiin prosessien tehostamiskohteet. Työn liiketoimintatavoitteet, yrityksen kustannustehokkuuden nopea parantaminen ja asiakkaille tarjottavien lisäarvopalveluiden monipuolistaminen, voidaan osittain saavuttaa tietojärjestelmien hyväksikäytön avulla.

Kokonaisvaltainen suorituskyvyn mittaaminen kunnossapitoyrityksessä

Työn tavoitteena oli kehittää kunnossapitoyritykselle koko toiminnan kattava suorituskyvyn mittausjärjestelmä. Mittaamisen tarkoituksena oli tiivistää eri tietojärjestelmistä saatava informaatio ja tarjota tietoa omistajille yrityksen kokonaissuorituskyvyn kehittymisestä päätöksenteon pohjaksi sekä tyydyttää suurimman asiakkaan tiedontarve tehtaan kunnossapitotoimintojen kehittymisestä. Ensin tutustuttiin suorituskyvyn, sen mittaamisen sekä suorituskykymittariston kehit-tämisen ja käyttöönoton teoriaan. Tämän teorian pohjalta rakennettiin Etelä-Savon Kunnossapito Oy:lle kokonaisvaltainen suorituskykymittaristo. Projektin aluksi määriteltiin ESK Oy:n toiminnan perusasioita ja analysoitiin yrityksen nykytilaa. Tämän perusteella valittiin seurattavat suorituskyvyn osa-alueet ja mittarit. Osa-alueiksi valittiin kunnossapito, projekti- ja tuotantotoiminta, asiakastyytyväisyys, henkilöstö ja talous. Näistä jokaiselle määriteltiin kahdesta viiteen mittaria. Käytännön mittaamiseen hankittiin suorituskykymatriisiin perustuva ohjelmasovellus. Mittaamisen avuksi yksittäisille mittareille luotiin ohjeet käytännön mittaamisen järjestelyistä. Mittariston hyödyt tulevat esille vasta kun mittaustuloksia on kertynyt järjestelmään pidemmältä ajanjaksolta. Näiden säännöllinen analysointi on olennaista, jotta mittariston avulla voidaan seurata kuinka kaukana ollaan asetetuista tavoitteista ja voidaan kohdistaa kehitystoimet alueille, joissa niitä eniten tarvitaan.

Integration and Implementation of Accounting Information Systems in Global Companies Case: The UPM-Kymmene Group

Tämän tutkielman tavoitteena on perehtyä globaalin yrityksen laskentatoimen tietojärjestelmien yhtenäistämiseen ja käyttöönottoon esimerkkinä UPM-Kymmene konsernin projekti. Tutkielmassa sovelletaan hermeneuttista tutkimusotetta. Teoreettisesti aihetta tarkastellaan globalisoitumisen ja laskentatoimen tietojärjestelmille asetettavien vaatimusten pohjalta, sekä järjestelmän muutosprosessin eri vaiheissa huomioon otettavien muuttujien perusteella. Yhtenäisen laskentatoimen tietojärjestelmän tuomat edut globaalille yritykselle ovat ilmeisiä. Ennen yhtenäisen projektin kehittelyä on olennaista tutkia lähtökohdat projektin onnistumiselle ja suunnitella projektin eri vaiheet huolella. Tutkielmassa havaitaan myös, että globaalissa yrityksessä tulee huomioida eri yrityskulttuurit sekä tulosyksiköiden erilaiset toimintatavat. Johtopäätöksenä todetaan, että sekä yritysjohdon että tulosyksiköiden sitoutuneisuus projektiin ja yhtenäiset tavoitteet ovat oleellisia projektin onnistumisen kannalta.

Päästökaupan ja vihreiden sertifikaattien vaikutus sähkön ja kaukolämmön toimittajaan

Kasvihuonekaasujen päästökauppa ja vihreät sertifikaatit liittyvät kehitysvaiheessa olevaan ilmastopoliittiseen kokonaisuuteen, jonka tarkoitus on rajoittaa ihmisen toiminnasta aiheutuvaa kasvihuoneilmiön voimistumista. Työssä tutkittiin Euroopan Unionin sisäisen päästökaupan ja vihreiden sertifikaattien vaikutusta energian toimittajaan. Tarkastelu tehtiin kohdeyrityksinä toimineiden yritysten näkökulmasta keskittyen energianhankintatapojen kilpailukykyyn ja kustannusmuutoksiin sekä niiden vaikutusten selvittämiseen. Päästökauppa tulee toteutuessaan heikentämään energiantuotannossa käytettyjen fossiilisten polttoaineiden ja turpeen kilpailukykyä hiilidioksidipäästöttömiin tuotantomuotoihin nähden ja aiheuttamaan lisäkustannuksia hiilidioksidia aiheuttavien tuotantomuotojen käytölle. Vihreät sertifikaatit ovat tapa tukea uusiutuvista energianlähteistä tuotettua sähköä. Niistä on kehittymässä Euroopassa erilaisia järjestelmiä eikä yhtenäisten eurooppalaisten markkinoiden toteutumisesta ole varmuutta. Suomalaisiin sähköntoimittajiin vihreät sertifikaatit voivat vaikuttaa myös, mikäli Suomeen perustetaan kansallinen sertifikaattijärjestelmä tai sähköntuottajat pystyvät hyödyntämään muiden maiden järjestelmiä.

Sellutehdasprojektin tiedonhallintamalli

Tässä työssä käsitellään globaalin toimitusprojektin tiedonhallintaa. Työn pääpaino on modernin toimintaympäristön tiedonhallinnalle asettamien vaatimuksien kuvaamisessa. Lisäksi perehdytään projektin suunnittelun ja ohjauksen tekniikoihin integroidussa projektinohjausjärjestelmässä. Tiedonhallinnalla on erityisen merkittävä rooli toimitusprojektissa, jossa toimittajalla ei ole omaa valmistusta.Työn tavoitteena oli kehittää tiedonhallintamalli toimitusprojektille, joka on hajautettu useisiin eri toimipaikkoihin. Tämä malli on kehitetty pääasiassa selkeyttämään toimintaympäristöä, havaitsemaan tiedonhallinnan puutteita ja luomaan taustaa jatkokehitystä varten.Työssä koottu materiaali perustuu pääasiassa haastatteluihin, palavereihin, erilaisiin sisäisiin raportteihin, kirjallisuuteen ja itsenäiseen selvitystyöhön. Suunnitteluprojektia käytetään esimerkkinä aikataulu- ja resurssienhallinnan työkalun laajemmasta käytöstä sekä tuloksenarvomenetelmään tutustuttamiseen.

A Co-Processor Approach for Efficient Java Execution in Embedded Systems

This thesis deals with a hardware accelerated Java virtual machine, named REALJava. The REALJava virtual machine is targeted for resource constrained embedded systems. The goal is to attain increased computational performance with reduced power consumption. While these objectives are often seen as trade-offs, in this context both of them can be attained simultaneously by using dedicated hardware. The target level of the computational performance of the REALJava virtual machine is initially set to be as fast as the currently available full custom ASIC Java processors. As a secondary goal all of the components of the virtual machine are designed so that the resulting system can be scaled to support multiple co-processor cores. The virtual machine is designed using the hardware/software co-design paradigm. The partitioning between the two domains is flexible, allowing customizations to the resulting system, for instance the floating point support can be omitted from the hardware in order to decrease the size of the co-processor core. The communication between the hardware and the software domains is encapsulated into modules. This allows the REALJava virtual machine to be easily integrated into any system, simply by redesigning the communication modules. Besides the virtual machine and the related co-processor architecture, several performance enhancing techniques are presented. These include techniques related to instruction folding, stack handling, method invocation, constant loading and control in time domain. The REALJava virtual machine is prototyped using three different FPGA platforms. The original pipeline structure is modified to suit the FPGA environment. The performance of the resulting Java virtual machine is evaluated against existing Java solutions in the embedded systems field. The results show that the goals are attained, both in terms of computational performance and power consumption. Especially the computational performance is evaluated thoroughly, and the results show that the REALJava is more than twice as fast as the fastest full custom ASIC Java processor. In addition to standard Java virtual machine benchmarks, several new Java applications are designed to both verify the results and broaden the spectrum of the tests.

Organisaation GRC-hallinnan implementointi

Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää minkälaisia asioita yrityksen olisi hyvä huomioida implementoidessaan integroitua GRC-hallintajärjestelmää. Työ keskittyy suurimmaksi osaksi kirjallisuustutkimukseen aiheesta olemassa olevien teorioiden pohjalta. Työn teoreettisessa viitekehyksessä käsitellään GRC:n osa-alueita erikseen sekä niiden integroitua hallintaa. Teorioiden ja käytännön osallistuvan havainnoinnin perusteella pystyttiin tunnistamaan useita, tärkeitä implementoinnissa huomioon otettavia asioita. Lisäksi tässä työssä tarkasteltiin integroidun GRC-hallinnan tuomaa lisäarvoa yrityksen toimintaan. Teorioiden paikkansapitävyyttä ei kuitenkaan alustavasta suunnitelmasta huolimatta pystytty kaikilta osin todentamaan.

Implementation of an Integrated Activity-Based Costing in a Holistic Database Management System and its Implications for Operations Management

Diplomityössä on tutkittu reaaliaikaisen toimintolaskennan toteuttamista suomalaisen lasersiruja valmistavan PK-yrityksen tietojärjestelmään. Lisäksi on tarkasteltu toimintolaskennan vaikutuksia operatiiviseen toimintaan sekä toimintojen johtamiseen. Työn kirjallisuusosassa on käsitelty kirjallisuuslähteiden perusteella toimintolaskennan teorioita, laskentamenetelmiä sekä teknisessä toteutuksessa käytettyjä teknologioita. Työn toteutusosassa suunniteltiin ja toteutettiin WWW-pohjainen toimintolaskentajärjestelmä case-yrityksen kustannuslaskennan sekä taloushallinnon avuksi. Työkalu integroitiin osaksi yrityksen toiminnanohjaus- sekä valmistuksenohjausjärjestelmää. Perinteisiin toimintolaskentamallien tiedonkeruujärjestelmiin verrattuna case-yrityksessä syötteet toimintolaskentajärjestelmälle tulevat reaaliaikaisesti osana suurempaa tietojärjestelmäintegraatiota.Diplomityö pyrkii luomaan suhteen toimintolaskennan vaatimusten ja tietokantajärjestelmien välille. Toimintolaskentajärjestelmää yritys voi hyödyntää esimerkiksi tuotteiden hinnoittelussa ja kustannuslaskennassa näkemällä tuotteisiin liittyviä kustannuksia eri näkökulmista. Päätelmiä voidaan tehdä tarkkaan kustannusinformaatioon perustuen sekä määrittää järjestelmän tuottaman datan perusteella, onko tietyn projektin, asiakkuuden tai tuotteen kehittäminen taloudellisesti kannattavaa.

Supporting Solution Business with an Integrated Enterprise System

Some of the world’s leading companies now compete by providing integrated solutions to identify and solve each customer’s business problem by providing services to design, integrate, operate and finance a product or system during its life cycle. At the same time, because of the requirements of new global economy, companies are implementing new integrated ERP systems. The objective of this thesis was to define how solution offering can be implemented in the integrated ERP system so that it is possible to sell, deliver and maintain solution offering with the new enterprise applications. The research was conducted as a qualitative case study research consisting of literature review, theme-interviews and an analysis phase. For a start this study introduces new insight for combining solution business, offering modeling and modern ERP system theories. The results of this research illustrate the limitations of an integrated ERP system to support solution business and show the need to develop a commercial product model in order to improve the combination of solution offering and IT systems.

Insulation System in an Integrated Motor Compressor

A high-speed and high-voltage solid-rotor induction machine provides beneficial features for natural gas compressor technology. The mechanical robustness of the machine enables its use in an integrated motor-compressor. The technology uses a centrifugal compressor, which is mounted on the same shaft with the high-speed electrical machine driving it. No gearbox is needed as the speed is determined by the frequency converter. The cooling is provided by the process gas, which flows through the motor and is capable of transferring the heat away from the motor. The technology has been used in the compressors in the natural gas supply chain in the central Europe. New areas of application include natural gas compressors working at the wellheads of the subsea gas reservoir. A key challenge for the design of such a motor is the resistance of the stator insulation to the raw natural gas from the well. The gas contains water and heavy hydrocarbon compounds and it is far harsher than the sales gas in the natural gas supply network. The objective of this doctoral thesis is to discuss the resistance of the insulation to the raw natural gas and the phenomena degrading the insulation. The presence of partial discharges is analyzed in this doctoral dissertation. The breakdown voltage of the gas is measured as a function of pressure and gap distance. The partial discharge activity is measured on small samples representing the windings of the machine. The electrical field behavior is also modeled by finite element methods. Based on the measurements it has been concluded that the discharges are expected to disappear at gas pressures above 4 – 5 bar. The disappearance of discharges is caused by the breakdown strength of the gas, which increases as the pressure increases. Based on the finite element analysis, the physical length of a discharge seen in the PD measurements at atmospheric pressure was approximated to be 40 – 120 m. The chemical aging of the insulation when exposed to raw natural gas is discussed based on a vast set of experimental tests with the gas mixture representing the real gas mixture at the wellhead. The mixture was created by mixing dry hydrocarbon gas, heavy hydrocarbon compounds, monoethylene glycol, and water. The mixture was chosen to be more aggressive by increasing the amount of liquid substances. Furthermore, the temperature and pressure were increased, which resulted in accelerated test conditions. The time required to detect severe degradation was thus decreased. The test program included a comparison of materials, an analysis of the e ects of di erent compounds in the gas mixture, namely water and heavy hydrocarbons, on the aging, an analysis of the e ects of temperature and exposure duration, and also an analysis on the e ect of sudden pressure changes on the degradation of the insulating materials. It was found in the tests that an insulation consisting of mica, glass, and epoxy resin can tolerate the raw natural gas, but it experiences some degradation. The key material in the composite insulation is the resin, which largely defines the performance of the insulation system. The degradation of the insulation is mostly determined by the amount of gas mixture di used into it. The di usion was seen to follow Fick’s second law, but the coe cients were not accurately defined. The di usion was not sensitive to temperature, but it was dependent upon the thermodynamic state of the gas mixture, in other words, the amounts of liquid components in the gas. The weight increase observed was mostly related to heavy hydrocarbon compounds, which act as plasticizers in the epoxy resin. The di usion of these compounds is determined by the crosslink density of the resin. Water causes slight changes in the chemical structure, but these changes do not significantly contribute to the aging phenomena. Sudden changes in pressure can lead to severe damages in the insulation, because the motion of the di used gas is able to create internal cracks in the insulation. Therefore, the di usion only reduces the mechanical strength of the insulation, but the ultimate breakdown can potentially be caused by a sudden drop in the pressure of the process gas.

Rural Food System Change in Tanzania during the Post-Ujamaa Era. A Case Study from Western Bagamoyo District

Food systems in Sub-Saharan Africa have been rapidly transforming during the recent decades with diverse outcomes on human development and environment. This study explores the food system change in rural villages in eastern Tanzania where subsistence agriculture has traditionally been the main source of livelihood. The focus is on the salient changes in the spatial dimensions and structural composition of the food system in the context of economic liberalization that has taken place after the end of the socialist ujamaa era in the mid-1980s. In addition, the linkages of the changes are examined in relation to food security, socio-economic situation, livelihoods, and local environment. The approach of the study is geographical, but also involves various multi-disciplinary elements, particularly from development studies. The research methods included thematic and questionnaire interviews, participatory tools, and the analysis of land use/ cover data and official documents. Several earlier studies that were made in the area during the late 1970s and 1980s provided an important reference base. The study shows that subsistence farming has lost its dominant role in food provisioning due to the declining productivity of land, livestock losses, and the increasing shift of labour to non-farm sectors. Also rapid population growth has added to the pressure on land and other natural resources. Despite the increasing need for money for buying marketed foods and other necessities, the nutritional situation shows improvement and severe malnutrition has diminished. However, the long-term sustainability of this transformation raises concerns. Firstly, the food security situation continues to be fragile and prone to shocks such as adverse climatic conditions, crop failures and price hikes. Secondly, the commodification of the food system and livelihoods in general is linked to rapid environmental degradation in the area, particularly the loss of soil fertility and deforestation. The situation calls for efforts that take more determined and holistic approaches towards sustainable development of the rural food system with particular focus on the role and viability of small-scale farming.

Expanding a Global Company Management System to An Integrated Coverage of Several Standards

This Master’s thesis examines the implementation of management system standard requirements as integrated in the organization. The aim is to determine how requirements from management system standards ISO 14001:2015 and ISO 9001:2015 can be integrated and implemented into the existing ISO 9001:2008 compliant management system. Research was executed as action research by utilizing an operating model about the integrated use of management system standards created by the International Organization for Standardization. Phases of the operating model were applied to the target organization. The similarity and integration potential of relevant standards were assessed by using comparative matrices. Allocation of the requirements and conformity assessment of the processes was executed by gap analysis. The main results indicate that the requirements of the relevant standards are principally equivalent or have the same kind of purpose. The results also show the most important processes of the target organization in terms of requirement compliance, as well as the requirements which affect the process the most. Prioritizing the compliance achievement of the most important processes and implementation of those requirements that have the most effect create an opportunity for organizations to implement the integrated requirements effectively.

Protocol Specific Embedded Operating System

Sulautettujen järjestelmien määrä kuten niiden sisältämä älykkyyskin ovat viime vuosina kasvaneet merkittävästi. Sulautettujen ohjelmistojen yleistymistä ja monipuolistumista on edesauttanut sulautettujen laitteistojen prosessointitehon merkittävä kehittyminen, jonka myötä entistä vaativampien ohjelmistojen totetuttaminen sulautetusti on mahdollistunut. Seuraavana sulautettujen järjestelmien kehitysaskeleena on nähtävissä järjestelmien kommunikointikyvyn paraneminen ja siten uusien ja uudentyyppisten sulautettujen ratkaisujen toteuttaminen. VTT on päättänyt tutkia sulautettujen järjestelmien kommunikointia ja kehittää sulautettun protokolla-alustan. Tutkimuksen perusta on CVOPS protokollajärjestelmä, jota jatkokehittämällä pyritään toteuttamaan sulautettu protokollajärjestelmä, µCVOPS. Tässä diplomityössä esitetään kommunikaation sulautetulle järjestelmälle asettamia vaatimuksia, järjestelmän suunnittelu ja prototyypitys sulautetulla laitteistolla. Prototyypitykseen on käytetty sulautettua DragonBall mikrokontrolleria jonka käyttöjärjestelmänä käytettiin sulautettua Linux:a. Tälle alustalle on tehty CVOPS:sta modifioitu versio, jolla µCVOPS:ia pystytään simuloimaan.