Forecasting of wind speeds and directions with artificial neural networks

In this master’s thesis, wind speeds and directions were modeled with the aim of developing suitable models for hourly, daily, weekly and monthly forecasting. Artificial Neural Networks implemented in MATLAB software were used to perform the forecasts. Three main types of artificial neural network were built, namely: Feed forward neural networks, Jordan Elman neural networks and Cascade forward neural networks. Four sub models of each of these neural networks were also built, corresponding to the four forecast horizons, for both wind speeds and directions. A single neural network topology was used for each of the forecast horizons, regardless of the model type. All the models were then trained with real data of wind speeds and directions collected over a period of two years in the municipal region of Puumala in Finland. Only 70% of the data was used for training, validation and testing of the models, while the second last 15% of the data was presented to the trained models for verification. The model outputs were then compared to the last 15% of the original data, by measuring the mean square errors and sum square errors between them. Based on the results, the feed forward networks returned the lowest generalization errors for hourly, weekly and monthly forecasts of wind speeds; Jordan Elman networks returned the lowest errors when used for forecasting of daily wind speeds. Cascade forward networks gave the lowest errors when used for forecasting daily, weekly and monthly wind directions; Jordan Elman networks returned the lowest errors when used for hourly forecasting. The errors were relatively low during training of the models, but shot up upon simulation with new inputs. In addition, a combination of hyperbolic tangent transfer functions for both hidden and output layers returned better results compared to other combinations of transfer functions. In general, wind speeds were more predictable as compared to wind directions, opening up opportunities for further research into building better models for wind direction forecasting.

ETYK III-vaihe (Tasavallan Presidentin esittämä Suomen puheenvuoro 31.7.1975 = Conference on Security and Co-operation in Europe = main speech of Finland delivered by President Urho Kekkonen July 31, 1975)

Puhe

Visualisointiympariston suunnittelu

Diplomityossa kartoitetaan Visualisointiympäristön rakentamiseen ja toteuttamiseen soveltuvia tekniikoita. Kartoituksen perusteella laadittiin lista tarvittavista komponenteista Visualisointiympäristön toteuttamiseksi Lappeenrannan teknillisen yliopiston konetekniikan osastolle mekatroniikan ja virtuaalisuunnittelun laboratoriolle. Työssä tarkastellaan keinotodellisuuden ulottuvuuksia ja esitellään sen hyödyntämismahdollisuuksia eri aloilla nyt ja tulevaisuudessa. Keinotodellisuuteen liittyvät tekniikat eri toteuttamistapoineen esitellaan käyttäen esimerkkeinä tällä hetkellä markkinoilla olevia tuotteita. Lopuksi arvioitiin virtuaalitekniikan kehitystä ja sen merkitystä tulevaisuudessa. Tutkimus osoittaa, etta keinotodellisuudelle löytyy runsaasti sovelluksia eri aloilla, ja edullisen PC-tekniikan kehittyessä kustannukset laskevat jatkuvasti, jolloin vähitellen keinotodellisuus yleistyy.

Hiomon AI-järjestelmän toimivuuden arviointi

Työn tavoitteena oli uudentyyppisen hiontaprosessin ohjausjärjestelmän kehittäminen ja testaaminen UPM-Kymmene Kaukaan hiomossa. Uuden ohjausjärjestelmän perusajatuksena oli pitää yksittäistä hiomakiveä jatkuvasti optimaalisessa toimintapisteessä, ja hiomon kaikilla koneilla pyrittiin samaan kivenalusmassan laatuun. Uutta ohjaustapaa kutsuttiin Optimum operating point -strategiaksi (OOPS). Hiomakiven pitäminen optimaalisessa toimintapisteessä tapahtui pääosin vesiteräyskäsittelyllä, jonka intensiteettiä ohjasi asiantuntijajärjestelmä (AI-järjestelmä). Lisäksi testattiin ohjelmoidun anturan nopeussäädön vaikutusta hiomakoneen resurssien käyttöön. AI-järjestelmä päätteli vesiteräyskäsittelyn tarpeellisuuden CSF-mallin ja hiomakoneen resurssien perusteella. Seurannasta saatujen tulosten perusteella AI-järjestelmän käyttöönotto vesiteräyskäsittelyssä paransi tuotannon ja massan laadun tasaisuutta. Hiomakoneiden resurssien havaittiin pienenevän puunsyöttölinjan mukaisesti. Paksummat pöllit kerääntyvät linjan päähän, jolloin varsinkin hydrauliikkapaineiden tarve lisääntyy linjan päässä olevilla hiomakoneilla. Hiomakoneen resurssit saatiin paremmin käyttöön kuormittamalla konetta ohjelmoidulla anturan nopeussäädöllä (ONS) kuin vakioidulla anturan nopeussäädöllä (VNS). Kuitenkin hydraulipaineresurssien puutteellisuus rajoitti koeajon aikana ONS:n toimintaa. Resursseja ei optimoitu koeajon aikana, koska kiven pinnan haluttiin pysyvän mahdollisimman stabiilina. Kivelle ei suoritettu mekaanista käsittelyä, vaikka kivenpinnan massan kuljetuskapasiteetin havaittiin olevan huono. AI-järjestelmä otettiin ohjaamaan vesiteräyskäsittelyä vasta ONS - VNS -koeajon jälkeen. Mekaanisen rullateräyksen jälkeen massan ominaisuudet muuttuivat, koska kiven pinnan terävät särmät katkoivat kuituja alentaen massan sitoutumiskykyä. Heti rullakäsittelyn jälkeen mitattu CSF saattoi jopa alentua huomattavasti, mutta AI-järjestelmän laskema CSF nousi selvästi indikoiden energian ominaiskulutuksen (EOK) laskua. Muutaman päivän hionnan jälkeen mitattu ja laskettu CSF saavuttivat saman tason.

Kysynnän ennustaminen leipomotuotteille ja ennusteen tarkkuuden arviointi

Tässä diplomityössä tutkittiin kysynnän ennustamista Vaasan & Vaasan Oy:n tuotteille. Ensin työssä perehdyttiin ennustamiseen ja sen tarjoamiin mahdollisuuksiin yrityksessä. Erityisesti kysynnän ennustamisesta saatavat hyödyt käytiin läpi. Kysynnän ennustamisesta haettiin ratkaisua erityisesti ongelmiin työvuorosuunnittelussa.Työssä perehdyttiin ennustemenetelmiin liittyvään kirjallisuuteen, jonka oppien perusteella tehtiin koe-ennustuksia yrityksen kysynnän historiadatan avulla. Koe-ennustuksia tehtiin kuudelle eri Turun leipomon koe-tuotteelle. Ennustettavana aikavälinä oli kahden viikon päiväkohtainen kysyntä. Tämän aikavälin erityisesti peruskysynnälle etsittiin ennustetarkkuudeltaan parasta kvantitatiivista ennustemenetelmää. Koe-ennustuksia tehtiin liukuvilla keskiarvoilla, klassisella aikasarja-analyysillä, eksponentiaalisen tasoituksen menetelmällä, Holtin lineaarisella eksponenttitasoituksen menetelmällä, Wintersin kausittaisella eksponentiaalisella tasoituksella, autoregressiivisillä malleilla, Box-Jenkinsin menetelmällä ja regressioanalyysillä. Myös neuroverkon opettamista historiadatalla ja käyttämistä ongelman ratkaisun apuna kokeiltiin.Koe-ennustuksien tulosten perusteella ennustemenetelmien toimintaa analysoitiin jatkokehitystä varten. Ennustetarkkuuden lisäksi arvioitiin mallin yksinkertaisuutta, helppokäyttöisyyttä ja sopivuutta yrityksen monien tuotteiden ennustamiseen. Myös kausivaihteluihin, trendeihin ja erikoispäiviin kiinnitettiin huomiota. Ennustetarkkuuden huomattiin parantuvan selvästi peruskysyntää ennustettaessa, jos ensin historiadata esikäsittelemällä puhdistettiin erikoispäivistä ja –viikoista.

Standardinostureiden markkinatilanne Venäjällä

Tämä diplomityö on tehty Konecranes-konsernin standardinostolaitteiden liiketoiminta-alueelle. Diplomityön tavoitteena on selvittää standardinostureiden markkinatilannetta Venäjällä kilpailijoiden, asiakkaiden ja muun ympäristön suhteen. Lisäksi diplomityöhön sisältyy benchmarking-osuus, joka käsittelee kahden eri yrityksen markkinointia ja markkinatilannetta Venäjällä. Tärkeitä ja potentiaalisia asiakaskuntia ovat teräs- ja paperiteollisuus. Konecranesin tärkein tapa markkinoida Venäjällä on uusien potentiaalisten asiakkaiden jatkuva etsintä sekä asiakassuhteiden ylläpitäminen. Venäjällä toimii useita paikallisia kilpailijoita ympäri Venäjää. Konecranesin nosturit ovat yleisesti hieman kalliimpia kuin paikallisten kilpailijoiden, johtuen osittain Venäjän ja Suomen hintataso-eroista. Viime vuosien aikana hintatasoerot ovat kaventuneet, minkä vuoksi Venäjä on menettänyt kotimaisten tuotteidensa kilpailukykyä tuontituotteisiin verrattuna. Suurin Konecranesin kansainvälinen kilpailija Venäjän markkinoilla on saksalainen Demag. Venäjän talouskasvu on ollut voimakasta viime vuosina. Tulevaisuuden arviointi on kuitenkin vaikeaa meneillään olevan talouskriisin vuoksi. Myös muut yritykset panostavat Venäjällä henkilökohtaisten suhteiden ylläpitämiseen. Markkinointi lehdistön, asiakastilaisuuksien ja Internetin avulla ovat myös merkittävässä asemassa markkinoidessa eri teollisuuden aloja Venäjällä.

Reactions of Chlorambucil and its main metabolite, Phenylacetic Acid Mustard, with 2’-deoxyribonucleosides and Calf Thymus DNA

Chlorambucil is an anticancer agent used in the treatment of a variety of cancers, especially in chronic lymphocytic leukemia, and autoimmune diseases. Nevertheless, chlorambucil is potentially mutagenic, teratogenic and carcinogenic. The high antitumor activity and high toxicity of chlorambucil and its main metabolite, phenylacetic acid mustard, to normal tissues have been known for a long time. Despite this, no detailed chemical data on their reactions with biomolecules in aqueous media have been available. The aim of the work described in this thesis was to analyze reactions of chlorambucil with 2’-deoxyribonucleosides and calf thymus DNA in aqueous buffered solution, at physiological pH, and to identify and characterize all adducts by using modern analyzing methods. Our research was also focused on the reactions of phenylacetic acid mustard with 2’-deoxynucleosides under similar conditions. A review of the literature consisting of general background of nucleic acids, alkylating agents and ultraviolet spectroscopy used to identify the purine and pyrimidine nucleosides, as well as the results from experimental work are presented and discussed in this doctoral thesis.

Nosturin kuormauselimen liitynnän suunnittelu

Paperiteollisuuden prosessituotteista paperia varastoidaan erikokoisina rullina esim. pystyrullavarastoihin. Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää Konecranesin prosessinosturille liityntä paperirullia käsittelevän kuormauselimen ja nosturin välille. Tavoitteena oli löytää kiinnitysmenetelmä, joka mahdollistaa nosturien joustavan käytön mahdollisimman pienin muutoksin itse nosturin standardoituun rakenteeseen. Pääasiallisena syventymisen kohteena oli alipaineella paperirullia nostettavan kuormauselimen liityntä. Liitynnän on kyettävä joustamaan ja vaimentamaan paperirullia nostavaan kuormauselimeen nosturin liikkeelle lähdöstä ja pysähtymisestä syntyvät herätteet ja voimat. Nosturin liikenopeus on kyettävä pitämään mahdollisimman suurena lyhyen rullienkäsittelyajan saavuttamiseksi. Liitynnältä vaaditaan kykyä ottaa kuormauselin vastaan mahdollisimman suurella nostonopeudella. Lisäksi kuorman ja kuormauselimen oskillaatio on vaimennettava mahdollisimman nopeasti samalla rajoittaen heilunnasta aiheutuvaa maksimi siirtymää. Liitynnän suunnittelu pohjautuu nosturin, kuormauselimen ja paperirullan muodostaman systeemin teoreettiseen tarkasteluun. Systeemistä laadittiin dynaaminen malli, jonka avulla tutkittiin oskillaation ja syntyvien kiihtyvyyksien suuruutta. Näiden teoriaan perustuvien tuloksien pohjalta suunniteltiin vaimennukseen tarvittavat vaimennuselementit ja liitynnän rakenne. Suunnittelutyön tuloksena saatiin liitynnälle alustava rakenne, joka mahdollistaa käytettävien vaimennuselementtien vaihtamisen ja siten tehokkaan heilunnan vaimmennuksen. Suunnittelutyön lähtökohtana oleva teoreettinen tarkastelu vaatii tuekseen esim. prototyypin kokeellisten tulosten saamiseksi ennen lopullisen tuotteen valmistamista. Suunnitteluprosessissa noudatettiin järjestelmällisen tuotesuunnittelun vaiheita ja menetelmiä.

Biogeochemistry in acid sulphate soil landscapes and small urban centres in Western Finland

The overall purpose of this thesis was to increase the knowledge on the biogeochemistry of rural acid sulphate (AS) soil environments and urban forest ecosystems near small towns in Western Finland. In addition, the potential causal relationship between the distribution of AS soils and geographical occurence of multiple sclerosis (MS) disease was assessed based on a review of existing literature and data. Acid sulphate soils, which occupy an area of approximately 17–24 million hectare worldwide, are regarded as the nastiest soils in the world. Independent of the geographical locality of these soils, they pose a great threat to their surrounding environment if disturbed. The abundant metal-rich acid drainage from Finnish AS soils, which is a result of sulphide oxidation due to artificial farmland drainage, has significant but spatially and temporally variable ecotoxicological impacts on biodiversity and community structure of fish, benthic invertebrates and macrophytes. This has resulted in mass fish kills and even eradication of sensitive fish species in affected waters. Moreover, previous investigations demonstrated significantly enriched concentrations of Co, Ni, Mn and Al, metals which are abundantly mobilised in AS soils, in agricultural crops (timothy grass and oats) and approximately 50 times higher concentrations of Al in cow milk originating from AS soils in Western Finland. Nevertheless, the results presented here demonstrate, in general, relatively moderate metal concentrations in oats and cabbage grown on AS soils in Western Finland, although some of the studied fields showed anomalous values of metals (e.g. Co and Ni) in both the soil and target plants (especially oats), similar to that of the previous investigations. The results indicated that the concentrations of Co, Ni, Mn and Zn in oats and Co and Zn in cabbage were governed by soil geochemistry as these metals were correlated with corresponding concentrations extracted from the soil by NH4Ac-EDTA and NH4Ac, respectively. The concentrations of Cu and Fe in oats and cabbage were uncorrelated to that of the easily soluble concentrations in the soils, suggesting that biological processes (e.g. plant-root processes) overshadow geochemical variation. The concentrations of K and Mg in cabbage, which showed a low spread and were strongly correlated to the NH4Ac extractable contents in the soil, were governed by both the bioavailable fractions in the topsoil and plant-uptake mechanisms. The plant´s ability to regulate its uptake of Ca and P (e.g. through root exudates) seemed to be more important than the influence of soil geochemistry. The distribution of P, K, Ca, Mg, Mn and S within humus, moss and needles in and around small towns was to a high degree controlled by biological cycling, which was indicated by the low correlation coefficients for P, K, Ca, Mg and S between humus and moss, and the low spread of these nutrients in moss and needles. The concentration variations of elements in till are mainly due to natural processes (e.g. intrusions, weathering, mineralogical variations in the bedrock). There was a strong spatial pattern for B in humus, moss and needles, which was suggested to be associated with anthropogenic emissions from nearby town centres. Geogenic dust affected the spatial distribution of Fe and Cr in moss, while natural processes governed the Fe anomaly found in the needles. The spatial accumulation patterns of Zn, Cd, Cu, Ni and Pb in humus and moss were strong and diverse, and related to current industry, the former steel industry, coal combustion, and natural geochemical processes. An intriguing Cu anomaly was found in moss. Since it was located close to a main railway line and because the railway line´s electric cables are made of Cu, it was suggested that the reason for the Cu anomaly is corrosion of these cables. In Western Finland, where AS soils are particularly abundant and enrich the metal concentrations of stream waters, cow milk and to some extent crops, an environmental risk assessment would be motivated to elucidate if the metal dispersion affect human health. Within this context, a topic of concern is the distribution of multiple sclerosis as high MS prevalence rates are found in the main area of AS soils. Regionally, the AS soil type in the Seinäjoki area has been demonstrated to be very severe in terms of metal leaching, this area also shows one of the highest MS rates reported worldwide. On a local scale, these severe AS soil types coincide well with the corresponding MS clustering along the Kyrönjoki River in Seinäjoki. There are reasons to suspect that these spatial correlations are causal, as multiple sclerosis has been suggested to result from a combination of genetic and environmental factors.

Activation of supply relationships : a study of main providers in the Turku logistics cluster

Företag inom industri och handel väljer allt oftare att låta ett logistikföretag sköta stora delar av sina logistiska processer. Logistikföretagen i sin tur överlåter utförandet av enskilda tjänster, som t.ex. olika typer av transport, till olika samarbetspartners inom branschen. I avhandlingen studeras hur logistikföretag går till väga då de väljer vilka av deras samarbetspartners som ska engageras för att delta i utförandet av ett logistiktjänstepaket, en arbetsprocess som här kallas aktivering. Fokus ligger på aktiveringens innehåll och de faktorer som inverkar på hur den går till och vilka samarbetsparter som kommer att engageras. Arbetet bygger på nätverksansatsen för studier av företagsrelationer på industriella marknader. Aktiveringsprocessen uppfattas som en rätt ordinär, rutinmässig verksamhet i företaget, men den kan också förväntas inverka på hur företagets samarbetsnätverk utvecklas över tiden, genom att vissa relationer förstärks medan andra försvagas. I den empi riska undersökningen deltog 29 logistikföretag i Åboregionen som utgående från ett diskussionsunderlag fick berätta om hur de går till väga vid aktivering.

Welding development of crane main girder

Konecranes Corporation manufactures huge steel structures in 16 factories worldwide, in which the environment and quality varies. The company has a desire to achieve the same weld quality in each factory, regardless of the manufacturing place. The main subject of this master’s thesis was to develop the present box girder crane welding process, submerged arc welding and especially the fillet welding. Throughput time and manufacturing costs can be decreased by welding the full penetration fillet weld without a bevel, changing present groove types for more appropriate ones and by achieving the desired weld quality on the first time. Welding experiments of longitudinal fillet welding were made according to the present challenges, which the manufacturing process is facing. In longitudinal fillet welding tests the main focus was to achieve full penetration fillet weld for 6, 8 and 10 millimeters thick web plates with single and twin wire submerged arc welding. Full penetration was achieved with all the material thicknesses, both with single and twin wire submerged arc welding processes. The main problem concerning the weld was undercutting and shape of the weld bead. The question about insufficiency of presently used power sources with twin wire was risen up during testing, due to the thicknesses that require high welding current. Bigger power source is required when box girders are welded nonstop, if twin wire is used. For single wire process the penetration was achieved with significantly less amperage than with twin wire.

Membrane properties of structurally modified ceramides : effects on lipid lateral distribution and sphingomyelin-interactions in artificial bilayer membranes

Ceramides comprise a class of sphingolipids that exist only in small amounts in cellular membranes, but which have been associated with important roles in cellular signaling processes. The influences that ceramides have on the physical properties of bilayer membranes reach from altered thermodynamical behavior to significant impacts on the molecular order and lateral distribution of membrane lipids. Along with the idea that the membrane physical state could influence the physiological state of a cell, the membrane properties of ceramides have gained increasing interest. Therefore, membrane phenomena related to ceramides have become a subject of intense study both in cellular as well as in artificial membranes. Artificial bilayers, the so called model membranes, are substantially simpler in terms of contents and spatio-temporal variation than actual cellular membranes, and can be used to give detailed information about the properties of individual lipid species in different environments. This thesis focuses on investigating how the different parts of the ceramide molecule, i.e., the N-linked acyl chain, the long-chain sphingoid base and the membrane-water interface region, govern the interactions and lateral distribution of these lipids in bilayer membranes. With the emphasis on ceramide/sphingomyelin(SM)-interactions, the relevance of the size of the SMhead group for the interaction was also studied. Ceramides with methylbranched N-linked acyl chains, varying length sphingoid bases, or methylated 2N (amide-nitrogen) and 3O (C3-hydroxyl) at the interface region, as well as SMs with decreased head group size, were synthesized and their bilayer properties studied by calorimetric and fluorescence spectroscopic techniques. In brief, the results showed that the packing of the ceramide acyl chains was more sensitive to methyl-branching in the mid part than in the distal end of the N-linked chain, and that disrupting the interfacial structure at the amide-nitrogen, as opposed to the C3-hydroxyl, had greater effect on the interlipid interactions of ceramides. Interestingly, it appeared that the bilayer properties of ceramides could be more sensitive to small alterations in the length of the long-chain base than what was previously reported for the N-linked acyl chain. Furthermore, the data indicated that the SM-head group does not strongly influence the interactions between SMs and ceramides. The results in this thesis illustrate the pivotal role of some essential parts of the ceramide molecules in determining their bilayer properties. The thesis provides increased understanding of the molecular aspects of ceramides that possibly affect their functions in biological membranes, and could relate to distinct effects on cell physiology.