Flexible multibody dynamics and intelligent control of a hydraulically driven hybrid redundant robot machine

The assembly and maintenance of the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) vacuum vessel (VV) is highly challenging since the tasks performed by the robot involve welding, material handling, and machine cutting from inside the VV. The VV is made of stainless steel, which has poor machinability and tends to work harden very rapidly, and all the machining operations need to be carried out from inside of the ITER VV. A general industrial robot cannot be used due to its poor stiffness in the heavy duty machining process, and this will cause many problems, such as poor surface quality, tool damage, low accuracy. Therefore, one of the most suitable options should be a light weight mobile robot which is able to move around inside of the VV and perform different machining tasks by replacing different cutting tools. Reducing the mass of the robot manipulators offers many advantages: reduced material costs, reduced power consumption, the possibility of using smaller actuators, and a higher payload-to-robot weight ratio. Offsetting these advantages, the lighter weight robot is more flexible, which makes it more difficult to control. To achieve good machining surface quality, the tracking of the end effector must be accurate, and an accurate model for a more flexible robot must be constructed. This thesis studies the dynamics and control of a 10 degree-of-freedom (DOF) redundant hybrid robot (4-DOF serial mechanism and 6-DOF 6-UPS hexapod parallel mechanisms) hydraulically driven with flexible rods under the influence of machining forces. Firstly, the flexibility of the bodies is described using the floating frame of reference method (FFRF). A finite element model (FEM) provided the Craig-Bampton (CB) modes needed for the FFRF. A dynamic model of the system of six closed loop mechanisms was assembled using the constrained Lagrange equations and the Lagrange multiplier method. Subsequently, the reaction forces between the parallel and serial parts were used to study the dynamics of the serial robot. A PID control based on position predictions was implemented independently to control the hydraulic cylinders of the robot. Secondly, in machining, to achieve greater end effector trajectory tracking accuracy for surface quality, a robust control of the actuators for the flexible link has to be deduced. This thesis investigates the intelligent control of a hydraulically driven parallel robot part based on the dynamic model and two schemes of intelligent control for a hydraulically driven parallel mechanism based on the dynamic model: (1) a fuzzy-PID self-tuning controller composed of the conventional PID control and with fuzzy logic, and (2) adaptive neuro-fuzzy inference system-PID (ANFIS-PID) self-tuning of the gains of the PID controller, which are implemented independently to control each hydraulic cylinder of the parallel mechanism based on rod length predictions. The serial component of the hybrid robot can be analyzed using the equilibrium of reaction forces at the universal joint connections of the hexa-element. To achieve precise positional control of the end effector for maximum precision machining, the hydraulic cylinder should be controlled to hold the hexa-element. Thirdly, a finite element approach of multibody systems using the Special Euclidean group SE(3) framework is presented for a parallel mechanism with flexible piston rods under the influence of machining forces. The flexibility of the bodies is described using the nonlinear interpolation method with an exponential map. The equations of motion take the form of a differential algebraic equation on a Lie group, which is solved using a Lie group time integration scheme. The method relies on the local description of motions, so that it provides a singularity-free formulation, and no parameterization of the nodal variables needs to be introduced. The flexible slider constraint is formulated using a Lie group and used for modeling a flexible rod sliding inside a cylinder. The dynamic model of the system of six closed loop mechanisms was assembled using Hamilton’s principle and the Lagrange multiplier method. A linearized hydraulic control system based on rod length predictions was implemented independently to control the hydraulic cylinders. Consequently, the results of the simulations demonstrating the behavior of the robot machine are presented for each case study. In conclusion, this thesis studies the dynamic analysis of a special hybrid (serialparallel) robot for the above-mentioned special task involving the ITER and investigates different control algorithms that can significantly improve machining performance. These analyses and results provide valuable insight into the design and control of the parallel robot with flexible rods.

Managing Subsidiary Integration During Corporate Expansion in Russia

Kansallisten rajojen yli laajentuvat yritykset kohtaavat kasvavia paineita yhtenäistää eri yksiköiden toimintatapoja, prosesseja ja järjestelmiä. Hyvin toteutettuna organisaation sisäinen integrointi voi johtaa tytäryritysten tuottavuuden parantumiseen ja strategisiin mittakaavaetuihin, kun taas huonosti toteutettuna integrointi voi johtaa lisääntyviin konflikteihin ja emoyhtiön kontrollin katoamiseen. Integroinnin kannalta Venäjälle perustettavat tytäryritykset asettavat suuria haasteita. Kasvava ja kehittyvä kansantalous on jatkuvassa muutoksessa kohti edistyneempiä ja tuottavampia toimintamalleja, mutta toisaalta yritystoiminnantaustalla vaikuttaa edelleenkin Neuvostoajan perinnöt, jotka muokkaavat yritysten johtamisrakenteita ja prosesseja. Nämä taustavaikuttajat vaikeuttavat kansainvälisen yrityksen yhtenäistämistä, mutta toisaalta tarjoavat suuria mahdollisuuksia yrityksille, jotka oppivat elämään Venäjän markkinoiden ehdoilla. Tämä tutkimus käyttää apunaan konstruktiivista tutkimustyötä ratkoakseenYIT:n Venäjälle perustettavien yritysten integrointiin liittyviä ongelmia ja mahdollisuuksia. Työn lopputuloksena syntyy oppimiseen pohjautuva integraatiostrategia ja tätä strategiaa tukeva integroinnin johtamisjärjestelmä.

Managing Business Processes in Corporate Expansion

Yrityksen laajentuessa kansainvälisesti, olemassa olevat rutiinit jäävät vanhoiksi ja liiketoimintaprosessien johtaminen muuttuu. Kyseisten prosessien täytyy olla läpinäkyviä ja tietovirtojen hyvin suunniteltuja. Prosessien harmonisointi aiheuttaa haasteita yrityksessä ja konsernin etu tulee ottaa huomioon. Ahlstrom konserni laajentuu merkittävästi kaikilla liiketoiminta-alueillaan ja kansainvälinen laajentuminen vie Ahlstrom Glassfibre Oy:n täysin uuteen tilanteeseen. Liiketoimintaprosessien johtamiseen vaikuttavat konsernin ohjaus, mahdollisuudet muutosten implementoimiseksi, toimintaympäristön tekijät ja järjestelmien muodostama arkkitehtuuri. Tässä tutkimuksessa keskitytään ydinprosessien tietovirtoihin ja työ on tehty Karhulan tehtaalla Suomessa. Johtamismallin luomiseksi vaaditaan yrityksessä ongelmia määrittelevää työskentelyä. Tämä ongelmanmääritys oli työn tärkein tavoite. Ongelma-alueiden tutkimuksen pohjalta muodostettiin ratkaisu, jossa käsiteltiin systemaattisen liiketoimintaprosessien johtamisen mahdollisuuksia ja vaatimuksia. Lopputuloksena voidaan todeta, että suurin painopiste löytyy informaatioteknologian ja liiketoiminnan rajapinnoista. Tähän työhön liittyvät myös prossien harmonisointi ja integrointi.

Assessment of critical competences required in managing end-user driven businesses in a global forest products compa

Työn pääasiallisena tavoitteena on selvittää ydinosaamista, jota tarvitaan kansainvälisen metsäteollisuusyrityksen loppukäyttäjävetoisessa liiketoiminnassa. Lisäksi tavoitteena on laatia kompetenssimalli, jota voidaan käyttää mm. rekrytoinnissa, koulutuksen ja työnkierron suunnittelussa. Tarkoituksena on tarkastella sekä tällä hetkellä että tulevaisuudessa tarvittavia ydinosaamisia. Työ keskittyy myyntihenkilöiden kompetenssien kuvaamiseen. Kirjallisuuden ja asiantuntijoiden haastattelujen avulla on selvitetty. kompetensseihin liittyviä asioita ja käsitteitä, kuten organisaation oppiminen, innovaatiot sekä asiakaslähtöisyys. Tämän jälkeen on kartoitettu case-yrityksen kartonkiyksikön myyntihenkilökunnan kompetensseja. Kompetenssikartoitus on tehty teemahaastattelujen avulla sekä lisäksi on käytetty työn aikana laadittua kompetenssimatriisia. Saatuja tuloksia on verrattu yhden asiakkaan näkemyksiin. Tulosten mukaan kolme tärkeintä tämän hetken kompetenssia ovat: holistinen näkemys asioista, suhteiden rakentaminen ja kielitaito. Tulevaisuuden tärkeimpiä kompetensseja puolestaan ovat: asiakaslähtöisyys, sähköinen kaupankäynti ja suhteiden rakentaminen. Lopuksi on käsitelty yleisiä metsäteollisuuden tulevaisuuden haasteita sekä annettu joitain kehitysideoita kompetenssien kehittämistä varten.

Development of a PC Tool for Estimating Pressure Drops in Forced-convection Boiler Tubes

Kaksifaasivirtauksen kuvaamiseen käytettävät mallit, ja menetelmät kaksifaasivirtauksen painehäviön määrittämiseksi kehittyvät yhä monimutkaisimmiksi. Höyrystinputkissa tapahtuvien painehäviöiden arvioinnin vaatiman laskennan suorittamiseksi tietokoneohjelman kehittäminen on välttämätöntä. Tässä työssä on kehitetty itsenäinen PC-ohjelma painehäviöiden arvioimiseksi pakotetulle konvektiovirtaukselle pystysuorissa höyrykattilan höyrystinputkissa. Veden ja vesihöyryn aineominaisuuksien laskentaan käytetään IAPWS-IF97 –yhtälökokoelmaa sekä muita tarvittavia IAPWS:n suosittelemia yhtälöitä. Höyrystinputkessa kulloinkin vallitsevan virtausmuodon määrittämiseen käytetään sovelluskelpoisia virtausmuotojen välisiä rajoja kuvaavia yhtälöitä. Ohjelmassa käytetään painehäviön määritykseen kirjallisuudessa julkaistuja yhtälöitä, virtausmuodosta riippuen, alijäähtyneelle virtaukselle, kupla-, tulppa- ja rengasvirtaukselle sekä tulistetun höyryn virtaukselle. Ohjelman laskemia painehäviöarvioita verrattiin kirjallisuudesta valittuihin mittaustuloksiin. Laskettujen painehäviöiden virhe vaihteli välillä –19.5 ja +23.9 %. Virheiden itseisarvojen keskiarvo oli 12.8 %.

Internal material logistics development in customer-driven production

Työn tavoitteena oli synkronoida yleinen materiaalivirta tuotannon kanssa. Pyrkimyksenä oli virtaviivaistaa materiaalivirta, jotta materiaalin määrä, sekä turhat työvaiheet tuotantoalueella vähenisivät. Päämääränä oli vähentää materiaalilavojen määrää lattialla, sekä parantaa materiaalitoimitusten OTD (On-Time-Delivery) prosenttia.Teoreettinen osa käsittelee nykypäivän toimitusketjun tärkeimpiä elementtejä. Keskeisenä asiana perehdytään materiaalivirtaan ja sen tehokkaaseen hallintaan. Työ esittelee myös synkronisen johtamismallin periaatteet, sekä materiaalivirran synkronoimisen tuotannon kanssa.Empiirinen osuus kuvaa yrityksen materiaalihallinnan nykypäivän tilanteen, sen keskeiset ongelmat, sekä uuden toimintamalliehdotuksen. Työ esittelee kaksi pilottia, joiden tulokset varmistivat uuden virtaviivaistetun materiaalivirran ja täydennysmallin toimivuuden.Työn tulokset osoittavat, miten uusi materiaalin täydennysmalli vähentää materiaalilavojen, sekä jalostamattoman työn määrää tuotantoalueella.

Values-driven management as perceived by personnel

Organizational values can be used as a tool for improving organization performance. The role of the leaders in building support and developing behaviours consistent with values-driven management is studied through value perceptions by the personnel in the object organization.

User-driven community-based service development

This final thesis project was carried out in the Industrial Management department of University of Applied Sciences Stadia for Forum Virium Helsinki. The purpose of this study was to answer to the question of how companies can use online customer community of co-creation in service development and what is the value gained from it. The paper combines a range of recently published theoretical works and ongoing customer community case development. The study aims to provide new information and action approaches to new service developers that may increase the success of the community building process. The paper also outlines the benefits of the use of online customer community and offers practical suggestions for maximizing the value gained from the community in service development projects. The concepts and suggestions introduced in the study appear to have notable new possibilities to the service development process but they have to be further tested empirically. This paper describes the online consumer community of co-creation to an important organizational process of innovation management suggesting that it possesses a great value to business. Online customer communities offer a potential of improving the success of new services or products enabling early, penetrable market entry and creating sustainable competitive advantage.

Customer driven business model – connecting customer value to firm resources in ICT value networks

The objective of this thesis is to provide a business model framework that connects customer value to firm resources and explains the change logic of the business model. Strategic supply management and especially dynamic value network management as its scope, the dissertation is based on basic economic theories, transaction cost economics and the resource-based view. The main research question is how the changing customer values should be taken into account when planning business in a networked environment. The main question is divided into questions that form the basic research problems for the separate case studies presented in the five Publications. This research adopts the case study strategy, and the constructive research approach within it. The material consists of data from several Delphi panels and expert workshops, software pilot documents, company financial statements and information on investor relations on the companies’ web sites. The cases used in this study are a mobile multi-player game value network, smart phone and “Skype mobile” services, the business models of AOL, eBay, Google, Amazon and a telecom operator, a virtual city portal business system and a multi-play offering. The main contribution of this dissertation is bridging the gap between firm resources and customer value. This has been done by theorizing the business model concept and connecting it to both the resource-based view and customer value. This thesis contributes to the resource-based view, which deals with customer value and firm resources needed to deliver the value but has a gap in explaining how the customer value changes should be connected to the changes in key resources. This dissertation also provides tools and processes for analyzing the customer value preferences of ICT services, constructing and analyzing business models and business concept innovation and conducting resource analysis.

IT architecture for category driven corporate procurement measurement

The purpose of this thesis was to investigate creating and improving category purchasing visibility for corporate procurement by utilizing financial information. This thesis was a part of the global category driven spend analysis project of Konecranes Plc. While creating general understanding for building category driven corporate spend visibility, the IT architecture and needed purchasing parameters for spend analysis were described. In the case part of the study three manufacturing plants of Konecranes Standard Lifting, Heavy Lifting and Services business areas were examined. This included investigating the operative IT system architecture and needed processes for building corporate spend visibility. The key findings of this study were the identification of the needed processes for gathering purchasing data elements while creating corporate spend visibility in fragmented source system environment. As an outcome of the study, roadmap presenting further development areas was introduced for Konecranes.

Commodity Price Driven Risk Management from Viewpoint of High Grade Steel Alloys

The study of price risk management concerning high grade steel alloys and their components was conducted. This study was focused in metal commodities, of which nickel, chrome and molybdenum were in a central role. Also possible hedging instruments and strategies for referred metals were studied. In the literature part main themes are price formation of Ni, Cr and Mo, the functioning of metal exchanges and main hedging instruments for metal commodities. This section also covers how micro and macro variables may affect metal prices from the viewpoint of short as well as longer time period. The experimental part consists of three sections. In the first part, multiple regression model with seven explanatory variables was constructed to describe price behavior of nickel. Results were compared after this with information created with comparable simple regression model. Additionally, long time mean price reversion of nickel was studied. In the second part, theoretical price of CF8M alloy was studied by using nickel, ferro-chrome and ferro-molybdenum as explanatory variables. In the last section, cross hedging possibilities for illiquid FeCr -metal was studied with five LME futures. Also this section covers new information concerning possible forthcoming molybdenum future contracts as well. The results of this study confirm, that linear regression models which are based on the assumption of market rationality, are not able to reliably describe price development of metals at issue. Models fulfilling assumptions for linear regression may though include useful information of statistical significant variables which have effect on metal prices. According to the experimental part, short futures were found to incorporate the most accurate information concerning the price movements in the future. However, not even 3M futures were able to predict turning point in the market before the faced slump. Cross hedging seemed to be very doubtful risk management strategy for illiquid metals, because correlations coefficients were found to be very sensitive for the chosen time span.

Asiakasohjautuvan hitsaavan tilauskonepajan keinoja suhdannevaihteluiden vaikutuksen tasaamiseksi

Tämän diplomityön tarkoituksena on löytää hitsaavan asiakasohjautuvan tilauskonepajan käyttöön keinoja, joiden avulla on mahdollista tasata suhdannevaihteluiden vaikutusta yrityksen toimintaan. Korkea- ja matalasuhdanteen välistä eroa pyritään yksittäisen yrityksen osalta kaventamaan, vähentämään laskusuhdanteen vaikutuksia yritykseen ja parantamaan yrityksen valmiuksia noususuhdanteeseen siirryttäessä. Tämän työn tarkoituksen saavuttamiseksi tarkastelussa on keskitytty yrityksen tuottavuuteen, kannattavuuteen ja kustannustehokkuuteen. Tarkastelu on rajattu yksittäis- ja piensarjatuotantoon ja siinä tyypillisimmin käytössä oleviin kaarihitsausmenetelmiin. Teoreettinen tarkastelu on perustunut kirjallisuuteen ja oman työuran aikaisiin havaintoihin. Tarkastelua on täydennetty kolmen yrityksen toimitusjohtajan avoimella haastattelulla. Soveltuvina keinoina on löydetty asiakasohjautuvalle tilauskonepajalle yleisesti soveltuvia toimenpiteitä ja erikseen asiakasohjautuvan tilauskonepajan hitsaukseen soveltuvia toimenpiteitä. Löydetyillä yleisillä toimenpiteillä vaikutetaan erityisesti tuotannon sitoman pääoman määrään, toimitusvarmuuteen ja asiakassuhteen muotoon sekä niissä tapahtuviin muutoksiin. Hitsaukseen liittyvillä toimenpiteillä vaikutetaan pääasiassa tekijöihin, joiden avulla hitsaustyön määrää tuotteen valmistuksessa voidaan vähentää, tuotteen hitsaustyöhön kuluvaa aikaa voidaan pienentää ja hitsaustyötä voidaan helpottaa ja keventää.