Relative Technical Efficiency of European Transportation Systems

Talouden kasvaessa myös tavarankuljetusmäärät kasvavat. Kuljetusjärjestelmät ja niiden sujuva toiminta on erittäin tärkeää taloudellisen kasvun kannalta tällä hetkellä, ja se tulee olemaan yhä tärkeämpää tulevaisuudessa. Tulevaisuudessa tarvitaan kokonaisvaltainen ja selkeästi tehokkaampi kuljetusjärjestelmä, mikäli tulevaisuuden kuljetusvirrat halutaan hoitaa kestävästi. Tässä opinnäytetyössäni tutkin kolmen eurooppalaisen kuljetusjärjestelmän (rautatiet, lentoliikenne ja konttiliikenne meritse) suhteellista teknistä tehokkuutta ja menetelmänä on data envelopment analysis (DEA). Vertailtaessa kuljetusjärjestelmiä löytyi suuria eroja kuljetusmuotojen välille. lentoyhtiöt suoriutuivat huomattavan tasaisesti eli tehokkaiden ja ei-tehokkaiden toimijoiden välillä ei ollut suuria eroja. Rautatiepuolella erot venyivät huomattavan suuriksi niin eri yritysten välillä kuin jopa saman yrityksen sisällä eri vuosina. Pikaisemmassa laivayhtiöiden tarkastelussa erot niiden välillä olivat lähes yhtä pieniä kuin lentoyhtiöiden välillä. Tarkasteltaessa omistajuuden vaikutusta lentoyhtiöiden toiminnassa huomattiin, että yksityisessä omistuksessa olevat yritykset olivat huomattavasti tehokkaampia matkustajien kuljettamisessa. Rahtipuolella merkittäviä eroja ei havaittu. Merkittävät korrelaatiot eri mallien välillä antoivat joitain viitteitä myös kuljetuspoliittiseen päätöksentekoon; investoinnit matkustajienkuljetuksiin raiteilla parantaisivat koko rautatiepuolen teokkuutta, mutta myös samalla lentopuolen matkustajakuljetuksen tehokkuutta.

Formal development and quantitative verification of dependable systems

-

Älykkäiden ohjausjärjestelmien käyttö puutavarakuormaimen väsymiskestoiän parantamisessa

Työn tavoitteena oli tutkia älykkäiden ohjausjärjestelmien käyttöä mekatronisen koneen väsymiskeston parantamisessa. Älykkäiden järjestelmien osalta työssä keskityttiin lähinnä neuroverkkojen ja sumean logiikan mahdollisuuksien tutkimiseen. Tämän lisäksi työssä kehitettiin väsymiskestoikää lisäävä älykkäisiin järjestelmiin perustuva ohjausalgoritmi. Ohjausalgoritmi liitettiin osaksi puutavarakuormaimen ohjausta. Ohjaimen kehittely suoritettiin aluksi simulointimallien avulla. Laajemmat ohjaimen testaukset suoritettiin laboratoriossa fyysisen prototyypin avulla. Tuloksena puutavarakuormaimen puomin väsymiskestoikäennuste saatiin moninkertaistettua. Väsymiskestoiän parantumisen lisäksi ohjainalgoritmi myös vaimentaa kuormaimen värähtelyä.

Kuiva-, bio-, hyöty- ja ongelmajätteiden keskitetysti kilpailutettu kuljetusjärjestelmä Etelä-Karjalassa

Tutkimuksen tarkoituksena oli tuottaa tietoa kuiva-, bio-, hyöty- ja ongelmajätteiden keskitetysti kilpailutetun kuljetusjärjestelmän eduista ja haitoista Etelä-Karjalan Jätehuolto Oy:n alueella. Tutkimuksessa esitellään jätteenkuljetusjärjestelmien ominaisuudet ja niiden suunnittelu sekä jätehuoltoa ja jätteenkuljetuksia koskeva lainsäädäntö. Keskitetysti kilpailutettu jätteenkuljetusjärjestelmä mitoitettiin järjestelmän nykytilan kuvauksen sekä muualla Suomessa kilpailutuksesta saatujen kokemusten avulla. Järjestelmää arvioitiin vertaamalla kaluston tarvetta, kuormapainoja sekä kuljetuskustannuksia nykyiseen tilanteeseen. Lopuksi arvioitiin jatkokehitystarpeita ja tarvittavia toimenpiteitä, kun keskitettyyn kilpailuttamiseen siirrytään. Jätteenkuljetusten keskitetyllä kilpailuttamisella voidaan saavuttaa etuja nykyiseen kuntakohtaiseen jätteenkuljetukseen verrattuna. Edut syntyvät kun päällekkäiset ajot sekä siirtoajot vähenevät ja kuormakoot kasvavat. Kuljetukset voidaan hoitaa pienemmällä kalustomäärällä, jolloin myös kuljetuskustannukset laskevat.

Älykkäiden energiamittareiden mahdollistamat palvelut

Sähkönmittaus suoritetaan enenevissä määrin älykkäiden energiamittareiden avulla niin Suomessa kuin muuallakin maailmassa. Älykkäät energiamittarit mahdollistavat huomattavasti monipuolisemman mittaustiedon saannin kuin tavanomaisilla mittareilla saatavan pelkän kulutetun energian määrän. Mittauksesta vastuussa olevalle taholle syntyy kuluja mittareiden asennuksesta uusien tehokkaampien tietojärjestelmien ylläpitoon siirryttäessä uuteen älykkäämpään mittausjärjestelmään. Kulujen kattamiseksi olisi hyödyllistä, jos monipuolisempaa mittaustietoa voitaisiin käyttää laajemmin kuin pelkästään asiakkaiden laskutukseen. Tästä johtuen mittaustiedon tehokasta hyödyntämistä varten tulee kehittää uusia palveluja esimerkiksi raportoinnin, mittaustietojen analysoinnin sekä kysyntäjouston saralla. Tässä työssä esitellään älykkäisiin energiamittareihin liittyvää tekniikkaa ja syitä miksi älykkäämpiin sähkönmittausjärjestelmiin ollaan siirtymässä. Mittaroinnin nykytilannetta käydään läpi niin Suomen kuin eräiden muidenkin Euroopan maiden osalta. Työssä esitetään myös muutamia käytännön palvelumahdollisuuksia ja pohditaan millaiseksi sähkönmittausjärjestelmät tulevaisuudessa muotoutuvat.

Enhancing the efficiency of freight transport by using simulation

The role of transport in the economy is twofold. As a sector of economic activity it contributes to a share of national income. On the other hand, improvements in transport infrastructure create room for accelerated economic growth. As a means to support railways as a safe and environmentally friendly transportation mode, the EU legislation has required the opening of domestic railway freight for competition from beginning of year 2007. The importance of railways as a mode of transport has been great in Finland, as a larger share of freight has been carried on rails than in Europe on average. In this thesis it is claimed that the efficiency of goods transport can be enhanced by service specific investments. Furthermore, it is stressed that simulation can and should be used to evaluate the cost-efficiency of transport systems on operational level, as well as to assess transportation infrastructure investments. In all the studied cases notable efficiency improvements were found. For example in distribution, home delivery of groceries can be almost twice as cost efficient as the current practice of visiting the store. The majority of the cases concentrated on railway freight. In timber transportation, the item with the largest annual transport volume in domestic railway freight in Finland, the transportation cost could be reduced most substantially. Also in international timber procurement, the utilization of railway wagons could be improved by combining complementary flows. The efficiency improvements also have positive environmental effects; a large part of road transit could be moved to rails annually. If impacts of freight transport are included in cost-benefit analysis of railway investments, up to 50 % increase in the net benefits of the evaluated alternatives can be experienced, avoiding a possible inbuilt bias in the assessment framework, and thus increasing the efficiency of national investments in transportation infrastructure. Transportation systems are a typical example of complex real world systems that cannot be analysed realistically by analytical methods, whereas simulation allows inclusion of dynamics and the level of detail required. Regarding simulation as a viable tool for assessing the efficiency of transportation systems finds support also in the international survey conducted for railway freight operators; operators use operations research methods widely for planning purposes, while simulation is applied only by the larger operators.

Tieliikennetelematiikkalaitteiden huoltoon liittyvän verkoston toiminnan kehittäminen

Diplomityössä on tutkittu tieliikennetelematiikkalaitteiden huoltoon liittyvän verkoston toiminnan kehittämistä. Tutkittuun verkostoon kuuluvat Valtti-yksikkö (Valtakunnallinen liikennetelematiikka ja liikenteenhallinnan tietopalvelut), ELYkeskukset, tieliikennekeskukset, hallinta- ja valvontatoimija sekä huoltotoimijat. Tarkoituksena oli selvittää, kuinka verkoston toiminnan tehokkuutta voidaan parantaa. Tähän sisältyi verkoston toimijoiden tunnistaminen sekä toimijoiden roolien ja vastuiden määrittäminen. Lisäksi on tutkittu kuinka verkoston toimijoiden välistä tiedonkulkua voidaan parantaa ja kuinka ITIL-viitekehys soveltuu verkoston toimintaan. Diplomityötä varten on haastateltu verkoston toimijoiden edustajia heidän näkemyksistään verkoston toiminnasta ja sen kehittämistarpeista.

Automatic traffic sign inventory- and condition analysis

This thesis researches automatic traffic sign inventory and condition analysis using machine vision and pattern recognition methods. Automatic traffic sign inventory and condition analysis can be used to more efficient road maintenance, improving the maintenance processes, and to enable intelligent driving systems. Automatic traffic sign detection and classification has been researched before from the viewpoint of self-driving vehicles, driver assistance systems, and the use of signs in mapping services. Machine vision based inventory of traffic signs consists of detection, classification, localization, and condition analysis of traffic signs. The produced machine vision system performance is estimated with three datasets, from which two of have been been collected for this thesis. Based on the experiments almost all traffic signs can be detected, classified, and located and their condition analysed. In future, the inventory system performance has to be verified in challenging conditions and the system has to be pilot tested.

Keskitehoestimaattorin lisääminen diesel-sähköiseen hybridijärjestelmään

Nykyajan jatkuvasti kiristyvät päästörajoitukset ja ilmastonmuutoksen uhka ovat ajavia voimia kehittämään voimalaitosten tekniikkaa energiatehokkaampaan ja ympäristöystävällisempään suuntaan. Polttomoottoritekniikan parantaminen on tärkeä osa tätä kehitystä, mutta jo nykyisiä moottoreita voitaisiin ajaa energiate-hokkaammin käyttämällä akustoa ja älykästä säätöjärjestelmää apuna. Työssä tutkitaan simulaatioiden avulla voidaanko ulkomerellä toimivan huolto-aluksen energiatehokkuutta parantaa muokkaamalla sen tehon tuottoa keskitehoes-timaattorin ja akuston avulla.

Green welding in practice

Efficient production and consumption of energy has become the top priority of national and international policies around the world. Manufacturing industries have to address the requirements of the government in relation to energy saving and ecologically sustainable products. These industries are also concerned with energy and material usage due to their rising costs. Therefore industries have to find solutions that can support environmental preservation yet maintain competitiveness in the market. Welding, a major manufacturing process, consumes a great deal of material and energy. It is a crucial process in improving a product’s life-cycle cost, strength, quality and reliability. Factors which lead to weld related inefficiencies have to be effectively managed, if industries are to meet their quality requirements and fulfil a high-volume production demand. Therefore it is important to consider some practical strategies in welding process for optimization of energy and material consumption. The main objective of this thesis is to explore the methods of minimizing the ecological footprint of the welding process and methods to effectively manage its material and energy usage in the welding process. The author has performed a critical review of the factors including improved weld power source efficiency, efficient weld techniques, newly developed weld materials, intelligent welding systems, weld safety measures and personnel training. The study lends strong support to the fact that the use of eco-friendly welding units and the quality weld joints obtained with minimum possible consumption of energy and materials should be the main directions of improvement in welding systems. The study concludes that, gradually implementing the practical strategies mentioned in this thesis would help the manufacturing industries to achieve on the following - reduced power consumption, enhanced power control and manipulation, increased deposition rate, reduced cycle time, reduced joint preparation time, reduced heat affected zones, reduced repair rates, improved joint properties, reduced post-weld operations, improved automation, improved sensing and control, avoiding hazardous conditions and reduced exposure of welder to potential hazards. These improvement can help in promotion of welding as a green manufacturing process.

Observations of Acoustic Emission in Power Semiconductors

Industrial, electrical power generation, and transportation systems, to name but a few, rely heavily on power electronics to control and convert electrical power. Each of these systems, when encountering an unexpected failure, can cause significant financial losses, or even an emergency. A condition monitoring system would help to alleviate these concerns, but for the time being, there is no generally accepted and widely adopted method for power electronics. Acoustic emission is used as a failure precursor in many applications, but it has not been studied in power electronics so far. In this doctoral dissertation, observations of acoustic emission in power semiconductor components are presented. The acoustic emissions are caused by the switching operation and failure of power transistors. Three types of acoustic emission are observed. Furthermore, aspects related to the measurement and detection of acoustic phenomena are discussed. These include sensor performance and mechanical construction of experimental setups. The results presented in this dissertation are the outset of a research program where it will be determined whether an acoustic-emission-based condition monitoring method can be developed.

E-PORT. Improving efficiency of Finnish port community by intelligent systems Final report of the Mobile Port project

The management of port-related supply chains is challenging due to the complex and heterogeneous operations of the ports with several actors and processes. That is why the importance of information sharing is emphasised in the ports. However, the information exchange between different port-related actors is often cumbersome and it still involves a lot of manual work and paper. Major ports and port-related actors usually have advanced information systems in daily use but these systems are seldom interoperable with each other, which prevents economies of scale to be reached. Smaller ports and companies might not be equipped with electronic data transmission at all. This is the final report of the Mobile port (MOPO) project, which has sought ways to improve the management and control of port-related sea and inland traffic with the aid of ICT technologies. The project has studied port community systems (PCS) used worldwide, evaluated the suitability of a PCS for the Finnish port operating environment and created a pilot solution of a Finnish PCS in the port of HaminaKotka. Further, the dry port concept and its influences on the transportation system have been explored. The Mobile Port project comprised of several literature reviews, interviews of over 50 port-related logistics and/or ICT professionals, two different kinds of simulation models as well as designing and implementing of the pilot solution of the Finnish PCS. The results of these multiple studies are summarised in this report. Furthermore, recommendations for future actions and the topics for further studies are addressed in the report. The study revealed that the information sharing in a typical Finnish port-related supply chain contains several bottlenecks that cause delays in shipments and waste resources. The study showed that many of these bottlenecks could be solved by building a port community system for the Finnish port community. Almost 30 different kinds of potential services or service entities of a Finnish PCS were found out during the study. The basic requirements, structure, interfaces and operation model of the Finnish PCS were also defined in the study. On the basis of the results of the study, a pilot solution of the Finnish PCS was implemented in the port of HaminaKotka. The pilot solution includes a Portconnect portal for the Finnish port community system (available at https://www.portconnect.fi) and two pilot applications, which are a service for handling the information flows concerning the movements of railway wagons and a service for handling the information flows between Finnish ports and Finland-Russian border. The study also showed that port community systems can be used to improve the environmental aspects of logistics in two different ways: 1) PCSs can bring direct environmental benefits and 2) PCSs can be used as an environmental tool in a port community. On the basis of the study, the development of the Finnish port community system should be continued by surveying other potential applications for the Finnish PCS. It is also important to study if there is need and resources to extend the Finnish PCS to operate in several ports or even on a national level. In the long run, it could be reasonable to clarify whether there would be possibilities to connect the Finnish PCS as a part of Baltic Sea wide, European-wide or even worldwide maritime and port-related network in order to get the best benefit from the system

Improving Transportation and Warehousing Efficiency with Simulation-Based Decision Support Systems

Transportation and warehousing are large and growing sectors in the society, and their efficiency is of high importance. Transportation also has a large share of global carbondioxide emissions, which are one the leading causes of anthropogenic climate warming. Various countries have agreed to decrease their carbon emissions according to the Kyoto protocol. Transportation is the only sector where emissions have steadily increased since the 1990s, which highlights the importance of transportation efficiency. The efficiency of transportation and warehousing can be improved with the help of simulations, but models alone are not sufficient. This research concentrates on the use of simulations in decision support systems. Three main simulation approaches are used in logistics: discrete-event simulation, systems dynamics, and agent-based modeling. However, individual simulation approaches have weaknesses of their own. Hybridization (combining two or more approaches) can improve the quality of the models, as it allows using a different method to overcome the weakness of one method. It is important to choose the correct approach (or a combination of approaches) when modeling transportation and warehousing issues. If an inappropriate method is chosen (this can occur if the modeler is proficient in only one approach or the model specification is not conducted thoroughly), the simulation model will have an inaccurate structure, which in turn will lead to misleading results. This issue can further escalate, as the decision-maker may assume that the presented simulation model gives the most useful results available, even though the whole model can be based on a poorly chosen structure. In this research it is argued that simulation- based decision support systems need to take various issues into account to make a functioning decision support system. The actual simulation model can be constructed using any (or multiple) approach, it can be combined with different optimization modules, and there needs to be a proper interface between the model and the user. These issues are presented in a framework, which simulation modelers can use when creating decision support systems. In order for decision-makers to fully benefit from the simulations, the user interface needs to clearly separate the model and the user, but at the same time, the user needs to be able to run the appropriate runs in order to analyze the problems correctly. This study recommends that simulation modelers should start to transfer their tacit knowledge to explicit knowledge. This would greatly benefit the whole simulation community and improve the quality of simulation-based decision support systems as well. More studies should also be conducted by using hybrid models and integrating simulations with Graphical Information Systems.

Comparison between dSPACE and NI systems based on real-time intelligent control of a teleoperated hydraulic servo system

The Laboratory of Intelligent Machine researches and develops energy-efficient power transmissions and automation for mobile construction machines and industrial processes. The laboratory's particular areas of expertise include mechatronic machine design using virtual technologies and simulators and demanding industrial robotics. The laboratory has collaborated extensively with industrial actors and it has participated in significant international research projects, particularly in the field of robotics. For years, dSPACE tools were the lonely hardware which was used in the lab to develop different control algorithms in real-time. dSPACE's hardware systems are in widespread use in the automotive industry and are also employed in drives, aerospace, and industrial automation. But new competitors are developing new sophisticated systems and their features convinced the laboratory to test new products. One of these competitors is National Instrument (NI). In order to get to know the specifications and capabilities of NI tools, an agreement was made to test a NI evolutionary system. This system is used to control a 1-D hydraulic slider. The objective of this research project is to develop a control scheme for the teleoperation of a hydraulically driven manipulator, and to implement a control algorithm between human and machine interaction, and machine and task environment interaction both on NI and dSPACE systems simultaneously and to compare the results.

Increasing Industrial Customer Value through the Internet in Transportation Services

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, kuinka sähköisiä palveluita tarjoamalla voidaan tuottaa asiakkaalle lisäarvoa yritysten välisessä kaupankäynnissä. Tarkastelunäkökulmana oli kuljetuspalveluita tarjoava yritys. Teoreettinen tutkimus pohjautui palveluiden markkinointiin, erityisesti palvelun laatuun, asiakkaan kokeman arvon lisäämiseen, asiakkaan odotuksiin, sekä Internetin välityksellä käytävään sähköiseen kauppaan. Kyselytutkimuksella selvitettiin lähinnä asiakkaiden odotuksia, koska sähköisiä palveluita ei vielä ole laajalti käytössä. Tutkimuksen mukaan asiakkaat kokivat useimmat ehdotetuista palveluista, kuten ajantasaisen reitti- ja aikataulupalvelun, tarkan lähtö- ja tuloinformaation, sekä konttien seurantapalvelun, lisäarvoa tuoviksi. Toisaalta yrityksen tarjoama uutispalvelu, tavaroiden tullaus ja keskustelufoorumi sähköisessä muodossa eivät tuntuneet luovan asiakkaille lisäarvoa.