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.

Development of e-Service tools for customer services and processes, Case: KONE Oyj Finland

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää miten kehittää yrityksen nykyistä e-palvelujärjestelmää, Internet -teknologiaan perustuvaa sähköisiä kommunikaatio- ja tiedonjakojärjestelmää, yrityksen business-to-business asiakkuuksien johtamisessa. Tavoitteena oli myös luoda ehdotukset uusista e-palvelusopimusmalleista. Tutkimuksen teoriaosuudessa pyrittiin kehittämään aikaisempiin tutkimuksiin, tietokirjallisuuteen ja asiantuntijoihin perustuva viitekehysmalli. Empiirisessä osassa tutkimuksen tavoitteisiin pyrittiin haastattelemalla yrityksen asiakkaita ja henkilöstöä, sekä tarkastelemalla asiakaskontaktien nykyistä tilaa ja kehittymistä. Näiden tietojen perusteella selvitettiin e-palvelun käyttäjien tarpeita, profiilia ja valmiuksia palvelun käyttöön sekä palvelun nykyistä houkuttelevuutta. Tutkimuksen teoriaosan lähdeaineistona käytettiin kirjallisuutta, artikkeleita ja tilastoja asiakashallinnasta sekä e-palveluiden, erityisesti Internet ja verkkopalveluiden markkinoinnista, nykytilasta sekä palveluiden kehittämisestä. Lisäksi tutkittiin kirjallisuutta arvoverkostoanalyysistä, asiakkaan arvosta, informaatioteknologiasta, palvelun laadusta ja asiakastyytyväisyydestä. Tutkimuksen empiirinen osa perustuu yrityksen henkilöstöltä sekä asiakkailta haastatteluissa kerättyihin tietoihin, yrityksen ennalta keräämiin materiaaleihin sekä Taloustutkimuksen keräämiin tietoihin. Tutkimuksessa käytettiin case -menetelmää, joka oli yhdistelmä sekä kvalitatiivista että kvantitatiivista tutkimusta. Casen tarkoituksena oli testata mallin paikkansapitävyyttä ja käyttökelpoisuutta, sekä selvittää onko olemassa vielä muita tekijöitä, jotka vaikuttavat asiakkaan saamaan arvoon. Kvalitatiivinen aineisto perustuu teemahaastattelumenetelmää soveltaen haastateltuihin asiakkaisiin ja yrityksen työntekijöihin. Kvantitatiivinen tutkimus perustuu Taloustutkimuksen tutkimukseen ja yrityksen asiakaskontakteista kerättyyn tietoon. Haastatteluiden perusteella e-palvelut nähtiin hyödyllisinä ja tulevaisuudessa erittäin tärkeinä. E-palvelut nähdään yhtenä tärkeänä kanavana, perinteisten kanavien rinnalla, tehostaa business-to-business -asiakkuuksien johtamista. Tutkimuksen antamien tulosten mukaan asiakkaiden palveluun liittyvän tieto-, taito-, tarpeellisuus- ja kiinnostavuustasojen vaihtelevaisuus osoittaa selvän tarpeen eritasoisille e-palvelupaketti ratkaisuille. Tuloksista muodostettu ratkaisuehdotus käsittää neljän eri e-palvelupaketin rakentamisen asiakkaiden eri tarpeita mukaillen.

Small and Large Scale Dynamics in the Milky Way

This thesis contains dynamical analysis on four different scales: the Solar system, the Sun itself, the Solar neighbourhood, and the central region of the Milky Way galaxy. All of these topics have been handled through methods of potential theory and statistics. The central topic of the thesis is the orbits of stars in the Milky Way. An introduction into the general structure of the Milky Way is presented, with an emphasis on the evolution of the observed value for the scale-length of the Milky Way disc and the observations of two separate bars in the Milky Way. The basics of potential theory are also presented, as well as a developed potential model for the Milky Way. An implementation of the backwards restricted integration method is shown, rounding off the basic principles used in the dynamical studies of this thesis. The thesis looks at the orbit of the Sun, and its impact on the Oort cloud comets (Paper IV), showing that there is a clear link between these two dynamical systems. The statistical atypicalness of the orbit of the Sun is questioned (Paper I), concluding that there is some statistical typicalness to the orbit of the Sun, although it is not very significant. This does depend slightly on whether one includes a bar, or not, as a bar has a clear effect on the dynamical features seen in the Solar neighbourhood (Paper III). This method can be used to find the possible properties of a bar. Finally, we look at the effect of a bar on a statistical system in the Milky Way, seeing that there are not only interesting effects depending on the mass and size of the bar, but also how bars can capture disc stars (Paper II).

Keille yliopiston portit avautuvat? Tutkimus suomalaisiin yliopistoihin ja eri tieteenaloille valikoitumisesta 2000-luvun alussa

Tutkimuksessa tarkastellaan suomalaisiin yliopistoihin valikoitumista 2000-luvun alussa. Tarkastelu pohjautuu yliopistoon hakeneiden, opiskelemaan hyväksyttyjen ja opiskelupaikkaa ilman jääneiden taustojen vertailuun. Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää, miten koulutuksellinen tasa-arvo toteutuu opiskelemaan pääsyssä. Erityistä huomiota kiinnitetään sukupuolten, eri-ikäisten, sosiaalisten ryhmien sekä eri alueella asuvien opiskelijavalinnoissa pärjäämiseen. Lisäksi pohditaan, millaiset taustatekijät ovat yhteydessä opiskelemaan pääsyyn ja miten suomalainen yliopistokenttä on lohkoutunut yliopistoittain ja aloittain hakijoiden ja sisään päässeiden taustojen perusteella. Tutkimuksen pääaineistona on henkilöpohjainen rekisteriaineisto, joka on laadittu valtakunnallisen hakijarekisterin (HAREK) ja Tilastokeskuksen yhteistyönä. Aineisto käsittää 40 %:n satunnaisotoksen vuonna 2003 suomalaisiin yliopistoihin hakeneista (N = 55 790). Aineiston muuttujat kuvaavat hakijoiden taustoja, elämäntilannetta, aiempaa koulutusta ja lapsuudenperheen asemaa. Tutkimuksessa hyödynnetään lisäksi kokonaisjoukosta muodostettua taulukkoaineistoa (N = 139 668). Yliopistoihin hakevat eivät ole yhtenäinen ryhmä. Vaikka suurin osa hakijoista oli nuoria, oli joukossa myös varttuneempia hakijoita, jotka olivat ehtineet hankkia koulutusta ja muuta elämänkokemusta. Päävalinnat toimivat siten myös aikuishakijoiden hakuväylänä; erillisvalintoja eivät hyödynnä läheskään kaikki, joilla siihen olisi mahdollisuus. Klusterianalyysin avulla hakijoista voitiin erottaa neljä ryhmää: 1) nuoret ylioppilaat, 2) toisen tutkinnon suorittajat, 3) koulutuspääoman kartuttajat sekä 4) aikuiset lisäkouluttautujat. Opiskelemaan pääsyyn vaikuttavia tekijöitä analysoitiin logistisen regressioanalyysin avulla. Analyysin mukaan hakijan iällä oli muista taustatekijöistä riippumaton vaikutus opiskelemaan pääsyyn niin, että todennäköisyys päästä yliopistoon vähenee hakijan iän kohotessa. Parhaiten opiskelemaan pääsivät kaikkein nuorimmat, alle 20-vuotiaat hakijat, jotka siis useimmiten ovat saman kevään ylioppilaita. Vanhemmille hakijoille oli usein kertynyt jo koulutusta, mutta aiemmat tutkinnot paransivat sisäänpääsyn mahdollisuuksia vain, mikäli ne olivat korkea-asteelta. Alemmilla ammatillisilla tutkinnoilla oli pikemminkin opiskelemaan pääsyä heikentävä vaikutus. Myös se, mitä hakija oli tehnyt ennen valintakokeita, vaikutti sisäänpääsyn mahdollisuuksiin. Parhaiten valinnoissa pärjäsivät päätoimiset opiskelijat, heikoiten työttömät hakijat. Vaikka miesten hyväksymisprosentit olivat keskimäärin korkeammat kuin naisten, sukupuoli ei osoittautunut itsenäiseksi opiskelemaan pääsyä selittäväksi tekijäksi. Naisten huonompi pärjääminen valinnoissa selittyykin pitkälti sukupuolten eriytyneillä alavalinnoilla. Naisten suosimat alat kun ovat pääsääntöisesti vaikeapääsyisempiä kuin miesten. Tutkimuksessa selvisi myös, että kaupunkilaisuus lisäsi todennäköisyyttä tulla hyväksytyksi. Toisaalta opiskelemaan pääsy erosi myös asuinmaakunnittain, mikä kertoo lähinnä siitä, että eri yliopistojen sisäänpääsyasteissa on varsin suuria eroja. Yliopistojen lohkoutuminen hakijoiden sosiaalisen taustan mukaan oli paljon selvempää kuin alojen. Kaikki pääkaupunkiseudun yliopistot – lukuun ottamatta Teatterikorkeakoulua – luokittuivat isän asemalla mitaten elitistisiksi. Matalimmista taustoista haettiin Lapin, Joensuun ja Vaasan yliopistoihin. Alojen paikka elitistisyyskansanomaisuus -ulottuvuudella vaihteli suuresti yliopistoittain. Teknillistieteellinen, matemaattis-luonnontieteellinen ja kauppatieteellinen ala sijoittuivat kuitenkin keskimääräistä ylemmäs, kun taas kasvatustiede ja farmasia olivat kansanomaisimpia hakukohteita. Opiskelijaksi valikoitumisen peruselementit toistuivat myös tässä tutkimuksessa: koulutetuimpien ja hyvässä asemassa olevien vanhempien jälkeläiset saivat opiskelupaikan useammin kuin muut. Yliopistolaitoksessa vuosikymmenten saatossa toteutetut rakenteelliset muutokset eivät siis ole muuttaneet valikoitumisen peruslinjaa, joskin uutena huomiona nousi maanviljelijöiden jälkeläisten hyvä valinnoissa pärjääminen. Maanviljelijäperheestä tulevien opiskelemaan pääsyn todennäköisyys oli kaikkein suurin.

Design and evaluation of web interface signs to improve web usability : a semiotic framework

Technological innovations, the development of the internet, and globalization have increased the number and complexity of web applications. As a result, keeping web user interfaces understandable and usable (in terms of ease-of-use, effectiveness, and satisfaction) is a challenge. As part of this, designing userintuitive interface signs (i.e., the small elements of web user interface, e.g., navigational link, command buttons, icons, small images, thumbnails, etc.) is an issue for designers. Interface signs are key elements of web user interfaces because ‘interface signs’ act as a communication artefact to convey web content and system functionality, and because users interact with systems by means of interface signs. In the light of the above, applying semiotic (i.e., the study of signs) concepts on web interface signs will contribute to discover new and important perspectives on web user interface design and evaluation. The thesis mainly focuses on web interface signs and uses the theory of semiotic as a background theory. The underlying aim of this thesis is to provide valuable insights to design and evaluate web user interfaces from a semiotic perspective in order to improve overall web usability. The fundamental research question is formulated as What do practitioners and researchers need to be aware of from a semiotic perspective when designing or evaluating web user interfaces to improve web usability? From a methodological perspective, the thesis follows a design science research (DSR) approach. A systematic literature review and six empirical studies are carried out in this thesis. The empirical studies are carried out with a total of 74 participants in Finland. The steps of a design science research process are followed while the studies were designed and conducted; that includes (a) problem identification and motivation, (b) definition of objectives of a solution, (c) design and development, (d) demonstration, (e) evaluation, and (f) communication. The data is collected using observations in a usability testing lab, by analytical (expert) inspection, with questionnaires, and in structured and semi-structured interviews. User behaviour analysis, qualitative analysis and statistics are used to analyze the study data. The results are summarized as follows and have lead to the following contributions. Firstly, the results present the current status of semiotic research in UI design and evaluation and highlight the importance of considering semiotic concepts in UI design and evaluation. Secondly, the thesis explores interface sign ontologies (i.e., sets of concepts and skills that a user should know to interpret the meaning of interface signs) by providing a set of ontologies used to interpret the meaning of interface signs, and by providing a set of features related to ontology mapping in interpreting the meaning of interface signs. Thirdly, the thesis explores the value of integrating semiotic concepts in usability testing. Fourthly, the thesis proposes a semiotic framework (Semiotic Interface sign Design and Evaluation – SIDE) for interface sign design and evaluation in order to make them intuitive for end users and to improve web usability. The SIDE framework includes a set of determinants and attributes of user-intuitive interface signs, and a set of semiotic heuristics to design and evaluate interface signs. Finally, the thesis assesses (a) the quality of the SIDE framework in terms of performance metrics (e.g., thoroughness, validity, effectiveness, reliability, etc.) and (b) the contributions of the SIDE framework from the evaluators’ perspective.

Marks of Fire, Value and Faith. Swords with Ferrous Inlays in Finland during the Late Iron Age (ca. 700–1200 AD)

This study explores swords with ferrous inlays found in Finland and dating from the late Iron Age, ca. 700–1200 AD. These swords reflect profound changes not only in styles and fashion but also in the technology of hilts and blades. This study explores how many of these kinds of swords are known from Finland, how they were made and where, what their status was in Late Iron Age Finland, and where the Finnish finds stand in accordance with other areas of Europe. The various methods included measuring of the finds and statistics. The main method of revealing the inlaid marks was radiography due to its non-destructive nature. In cases where inlays were visible without radiography, their details were inspected via microscopy. To study the materials and manufacture of inlaid swords, a sample of them was metallographically analysed to determine the forging technologies and nature of used materials. Furthermore, the manufacture was also studied with experimental approaches. As a result, a catalogue of 151 swords with ferrous inlays was created. This number is relatively high compared with other European countries, although systematic studies have been conducted in only some countries. The inlaid motifs were classified into five distinct categories to help the classification. To summarize, almost every documented inlaid sword was unique in some respect including measurements, inlaid motifs and materials of blades and inlays. Technological variation was also present, some blades being poorer and some of higher quality in spite of the inlaid motifs. Misspelt inscriptions as well as letter-like marks were common in Finland and also in Scandinavia. Furthermore, the provenance of iron and steel used in some blades hints at Scandinavian ores. The above observations, along with the experimental results indicating the existence of multiple alternative techniques of inlaying, suggest that these swords were manufactured locally in Scandinavia, most likely in imitation of Continental European models. Inlaid swords were valued partly for their assumed functionality in combat, as evidenced by damage on some examined blades, or they were valued for their inlays, which could have had fashionable or symbolical meanings bound to local beliefs.

Teologis-filosofista aatehistoriaa uusissa väitöskirjoissa

Simo Knuuttila