The Dynamic Analysis of a Human Skeleton Using the Flexile Multibody Simulation Approach

The human motion study, which relies on mathematical and computational models ingeneral, and multibody dynamic biomechanical models in particular, has become asubject of many recent researches. The human body model can be applied to different physical exercises and many important results such as muscle forces, which are difficult to be measured through practical experiments, can be obtained easily. In the work, human skeletal lower limb model consisting of three bodies in build using the flexible multibody dynamics simulation approach. The floating frame of reference formulation is used to account for the flexibility in the bones of the human lower limb model. The main reason of considering the flexibility inthe human bones is to measure the strains in the bone result from different physical exercises. It has been perceived the bone under strain will become stronger in order to cope with the exercise. On the other hand, the bone strength is considered and important factors in reducing the bone fractures. The simulation approach and model developed in this work are used to measure the bone strain results from applying raising the sole of the foot exercise. The simulation results are compared to the results available in literature. The comparison shows goof agreement. This study sheds the light on the importance of using the flexible multibody dynamic simulation approach to build human biomechanical models, which can be used in developing some exercises to achieve the optimalbone strength.

Tasolohkolinjan läpäisyaikojen tarkastelu ja kehittäminen Lean management periaatteita soveltaen

Diplomityön tavoitteena oli Aker Yardsin Turun telakan tasolohkolinjan läpäisyajan parantaminen. Työssä selvitettiin lohkotehtaan nykyinen läpimenoaika ja pyrittiin parantamaan sitä Lean management periaatteita soveltaen. Työssä suoritettiin perusteellinen työntutkimus yhdessä työnjohdon kanssa, jossa selvitettiin eri työvaiheiden läpimenoajat ja työtunnit. Tuloksista löydettiin kolme selvää kehityskohdetta, joilla saadaan nykyistä läpimenoaikaa ja alihankintakustannuksia pienemmäksi. Nämä kehityskohteet olivat jäykkääjien asennuksen ja hitsauksen parantaminen, myynnin jälkeisten töiden minimointi sekä nostotukien asennuksen tehostaminen. Lisäksi tutkimustyön ohella havaittiin neljäs kehityskohde, osavalmistuksen ajoittaminen oikeaan aikaan. Tämä ei tullut ilmi tutkimustuloksista vaan ihmisiä haastattelemalla. Kehityskohtien tunnistamisen perusteella luotiin investointiehdotus jäykkääjien toiminnan tehostamiseen, sekä uusia toimintatapoja myynnin jälkeisten töiden minimoimiseksi ja nostotukien asennuksen tehostamiseksi. Osavalmistuksen ajoittamisella oikeaan aikaan, pyritään tehostamaan toimintaa lohkonkoontipaikalla.

Lohkovalmistuksen läpimenoaikojen tarkastelu ja kehittäminen työntutkimuksen avulla

Tutkimus tehtiin STX Finlandin Turun telakalle osana suurempaa kehitysohjelmaa, joka tähtää läpimenoaikojen lyhentämiseen ja kilpailukyvyn paranemiseen. Työntutkimuksesta saatujen tietojen avulla toimintaa pyritään kehittämään tuottavammaksi ja läpimenoaikaa lyhyemmäksi. Työssä pyrittiin löytämään valmistusteknillisiä keinoja läpimenoajan lyhentämiseksi käyttäen hyväksi Lean-ajattelutapaa. Mittaustuloksista voidaan nähdä, miten aika jakaantuu lohkonkoonnissa ja mihin aikaa hukataan. Tuloksista huomataan, että lisäarvoa tuottavan työn osuutta työajasta voidaan lisätä. Kasvattamalla jalostavan työn osuutta voidaan tuotannosta tehdä tehokkaampaa ja läpimenoaikaa lyhentää. Tuloksista selviää, minkälaisia Lean-ajattelutavan hukkia työvaiheet sisältävät ja kuinka paljon aikaa niihin kuluu. Tutkimus tehtiin tunnettuja työntutkimuksen keinoja hyväksikäyttäen. Käytössä oli havainnointitutkimus sekä ajankäyttötutkimus. Havainnointitutkimuksen avulla saatiin selville tuotannon epäkohtia. Työntutkimuksen avulla selvisi myös, ettei mekanisointien käyttö hitsauksessa ole riittävällä tasolla. Suuri osa hitsauksesta tehdään manuaalisesti ilman kuljettimia, jolloin paloaikasuhde pysyy matalana. Tuotannossa esiintyvät virheet jäävät liian usein raportoimatta. Tutkimuksessa on esitetty toimintamalli tuotannon epäkohtien raportoinnin toteutukselle. Johtopäätöksinä syntyi kehitysideoita lohkovalmistuksen tehostamiseksi. Tutkimuksen avulla luotiin pohja työntutkimuksen uudelleenkäynnistämiselle. Luotuja työntutkimuskaavioita voidaan käyttää tulevissa työntutkimuksissa. Johtopäätöksinä syntyi kehitysideoita lohkovalmistuksen tehostamiseksi. Menetelmien avulla lohkovalmistuksen läpimenoaikaa saadaan tehostettua.

Lääketehtaan valmistusosaston toimitusketjun arvovirtamallintaminen

Tässä diplomityössä laadittiin prosessikuvaus lääketehtaan valmistusosaston toimitusketjusta. Työn tavoitteena oli kuvata toimitusketjun eri prosessit nykytilassaan ja luoda samalla työkalu arvovirtakarttojen luomiseen lean-tuotantomallin mukaisesti. Prosessikaaviot toteutettiin soveltaen IDEF0-prosessienmallinnusmenetelmää. Kaavioissa kuvattiin järjestelmällisesti eri organisaatioiden prosessit sekä niihin liittyvät informaatio- ja materiaalivirrat. Esimerkki arvovirran tunnistamisesta ja arvovirtakarttojen luomisesta tehtiin yhdestä prosessivaiheesta, pakkausprosessista, josta myös määritettiin lean-tuotantomallin mukaisesti sen arvoa tuottavat, arvoa tuottamattomat, mutta välttämättömät ja arvoa tuottamattomat työvaiheet eli hukka. Arvovirran tunnistus suoritettiin työntutkimuksen avulla. Pakkausprosessin arvovirran määrittämisessä havaittiin, että tuotevaihdon aikana työntekijöiden käyttämästä työajasta arvoa tuottavia työvaiheita oli 3 %, arvoa lisäämättömiä työvaiheita, mutta välttämättömiä oli 53 % ja arvoa lisäämätöntä eli hukkaa oli 44,0 %. Pakkaustyön aikana työntekijöiden työajasta arvoa lisääviksi työvaiheiksi saatiin 4 %. Arvoa lisäämättömiä työvaiheita, mutta välttämättömiä oli 38 % ja arvoa lisäämätöntä eli hukkaa oli 58 %. Koneajasta tuotteen arvoa lisäävää oli koneesta riippuen 50–76 % ja arvoa lisäämätöntä 24–50 %. Työn lopuksi esitettiin jatkotoimenpiteitä hukan eliminoimiseksi.

Induction motor versus permanent magnet synchronous motor in motion control applications: a comparative study

High dynamic performance of an electric motor is a fundamental prerequisite in motion control applications, also known as servo drives. Recent developments in the field of microprocessors and power electronics have enabled faster and faster movements with an electric motor. In such a dynamically demanding application, the dimensioning of the motor differs substantially from the industrial motor design, where feasible characteristics of the motor are for example high efficiency, a high power factor, and a low price. In motion control instead, such characteristics as high overloading capability, high-speed operation, high torque density and low inertia are required. The thesis investigates how the dimensioning of a high-performance servomotor differs from the dimensioning of industrial motors. The two most common servomotor types are examined; an induction motor and apermanent magnet synchronous motor. The suitability of these two motor types indynamically demanding servo applications is assessed, and the design aspects that optimize the servo characteristics of the motors are analyzed. Operating characteristics of a high performance motor are studied, and some methods for improvements are suggested. The main focus is on the induction machine, which is frequently compared to the permanent magnet synchronous motor. A 4 kW prototype induction motor was designed and manufactured for the verification of the simulation results in the laboratory conditions. Also a dynamic simulation model for estimating the thermal behaviour of the induction motor in servo applications was constructed. The accuracy of the model was improved by coupling it with the electromagnetic motor model in order to take into account the variations in the motor electromagnetic characteristics due to the temperature rise.

Market Study of Electric Drive Motion Control Business

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia älykkäiden paikoituskäyttöjen markkinoita ja liiketoimintamalleja. Työn pääongelmina oli määritellä alalla käytössä olevaa terminologiaa, määrittää markkinoiden koko paikoitusominaisuudet omaaville kolmivaihetaajuusmuuttajille, tutkia viiden alalla toimivan paikoituskäyttötoimittajan liiketoimintarakenteita ja tuotteita teknisestä näkökulmasta sekä esitellä kaksi teollisuuden käyttökohdetta paikoituskäytölle. Työn sisältö voidaan jakaa neljään eri osioon. Terminologian määrittely- ja markkinatutkimusosiot perustuvat pääasiassa kirjallisuustutkimukseen. Paikoituskäyttöjen toimittajia sekä niiden tuotteita käsittelevä osuus perustuu kirjallisuustutkimukseen sekä teknisiin esitteisiin ja manuaaleihin. Paikoituskäyttöjen sovellusesimerkit on selvitetty haastatteluin. Työ painottuu paikoituskäyttötoimittajien tuotteiden, tuoteominaisuuksien ja tuotetarjonnan tarkasteluun. Työn tuloksena on määritelty paikoituskäyttöjen liiketoiminnan tärkeimmät termit, paikoituskäyttöjen markkinoiden koko sekä markkinoiden koko paikoitusominaisuudet omaavalle kolmivaihetaajuusmuuttajalle. Alalla toimivien paikoituskäyttötoimittajien liiketoimintarakenne on selvitetty, jonka mukaan toimittajat on profiloitu komponentti-, komponenttipaketti-, toimialakeskeisiksi tai automaatiotoimittajiksi. Toimittajien paikoituskäyttötuotteet on luokiteltu viiteen eri luokkaan niiden teknisten ominaisuuksien perusteella. Lisäksi paikoituskäyttöjen suorituskyvyt on selvitetty säätimien momentti-, nopeus-, ja paikoituslaskenta-aikatasojen sekä kenttäväyläliityntöjen suhteen. Työssä kuvatut vanerinsorvausprosessi sekä FMS -materiaalinkäsittelyprosessi esittävät paikoituskäyttöjen potentiaalisia sovelluskohteita.

Theoretical and numerical study of thermomagnetic convection in magnetic fluids

In this thesis, the magnetic field control of convection instabilities and heat and mass transfer processesin magnetic fluids have been investigated by numerical simulations and theoretical considerations. Simulation models based on finite element and finite volume methods have been developed. In addition to standard conservation equations, themagnetic field inside the simulation domain is calculated from Maxwell equations and the necessary terms to take into account for the magnetic body force and magnetic dissipation have been added to the equations governing the fluid motion.Numerical simulations of magnetic fluid convection near the threshold supportedexperimental observations qualitatively. Near the onset of convection the competitive action of thermal and concentration density gradients leads to mostly spatiotemporally chaotic convection with oscillatory and travelling wave regimes, previously observed in binary mixtures and nematic liquid crystals. In many applications of magnetic fluids, the heat and mass transfer processes including the effects of external magnetic fields are of great importance. In addition to magnetic fluids, the concepts and the simulation models used in this study may be applied also to the studies of convective instabilities in ordinary fluids as well as in other binary mixtures and complex fluids.

Control of permanent magnet linear synchronous motor in motion control applications

The aim of the thesis is to study the principles of the permanent magnet linear synchronous motor (PMLSM) and to develop a simulator model of direct force controlled PMLSM. The basic motor model is described by the traditional two-axis equations. The end effects, cogging force and friction model are also included into the final motor model. Direct thrust force control of PMLSM is described and modelled. The full system model is proven by comparison with the data provided by the motor manufacturer.

Diffusion Tensor Imaging as a Diagnostic and Research Tool: A Study on Preterm Infants

Diffusion tensor imaging (DTI) is an advanced magnetic resonance imaging (MRI) technique. DTI is based on free thermal motion (diffusion) of water molecules. The properties of diffusion can be represented using parameters such as fractional anisotropy, mean diffusivity, axial diffusivity, and radial diffusivity, which are calculated from DTI data. These parameters can be used to study the microstructure in fibrous structure such as brain white matter. The aim of this study was to investigate the reproducibility of region-of-interest (ROI) analysis and determine associations between white matter integrity and antenatal and early postnatal growth at term age using DTI. Antenatal growth was studied using both the ROI and tract-based spatial statistics (TBSS) method and postnatal growth using only the TBSS method. The infants included to this study were born below 32 gestational weeks or birth weight less than 1,501 g and imaged with a 1.5 T MRI system at term age. Total number of 132 infants met the inclusion criteria between June 2004 and December 2006. Due to exclusion criteria, a total of 76 preterm infants (ROI) and 36 preterm infants (TBSS) were accepted to this study. The ROI analysis was quite reproducible at term age. Reproducibility varied between white matter structures and diffusion parameters. Normal antenatal growth was positively associated with white matter maturation at term age. The ROI analysis showed associations only in the corpus callosum. Whereas, TBSS revealed associations in several brain white matter areas. Infants with normal antenatal growth showed more mature white matter compared to small for gestational age infants. The gestational age at birth had no significant association with white matter maturation at term age. It was observed that good early postnatal growth associated negatively with white matter maturation at term age. Growth-restricted infants seemed to have delayed brain maturation that was not fully compensated at term, despite catchup growth.