Real-time simulation of multibody systems with applications for working mobile vehicles

This dissertation describes an approach for developing a real-time simulation for working mobile vehicles based on multibody modeling. The use of multibody modeling allows comprehensive description of the constrained motion of the mechanical systems involved and permits real-time solving of the equations of motion. By carefully selecting the multibody formulation method to be used, it is possible to increase the accuracy of the multibody model while at the same time solving equations of motion in real-time. In this study, a multibody procedure based on semi-recursive and augmented Lagrangian methods for real-time dynamic simulation application is studied in detail. In the semirecursive approach, a velocity transformation matrix is introduced to describe the dependent coordinates into relative (joint) coordinates, which reduces the size of the generalized coordinates. The augmented Lagrangian method is based on usage of global coordinates and, in that method, constraints are accounted using an iterative process. A multibody system can be modelled as either rigid or flexible bodies. When using flexible bodies, the system can be described using a floating frame of reference formulation. In this method, the deformation mode needed can be obtained from the finite element model. As the finite element model typically involves large number of degrees of freedom, reduced number of deformation modes can be obtained by employing model order reduction method such as Guyan reduction, Craig-Bampton method and Krylov subspace as shown in this study The constrained motion of the working mobile vehicles is actuated by the force from the hydraulic actuator. In this study, the hydraulic system is modeled using lumped fluid theory, in which the hydraulic circuit is divided into volumes. In this approach, the pressure wave propagation in the hoses and pipes is neglected. The contact modeling is divided into two stages: contact detection and contact response. Contact detection determines when and where the contact occurs, and contact response provides the force acting at the collision point. The friction between tire and ground is modelled using the LuGre friction model, which describes the frictional force between two surfaces. Typically, the equations of motion are solved in the full matrices format, where the sparsity of the matrices is not considered. Increasing the number of bodies and constraint equations leads to the system matrices becoming large and sparse in structure. To increase the computational efficiency, a technique for solution of sparse matrices is proposed in this dissertation and its implementation demonstrated. To assess the computing efficiency, augmented Lagrangian and semi-recursive methods are implemented employing a sparse matrix technique. From the numerical example, the results show that the proposed approach is applicable and produced appropriate results within the real-time period.

Kiinteistön sähköisen huoltokirjan kehittäminen

Ympäristöministeriö edellyttää kaikilta vuoden 2000 jälkeen valmistuneilta tai peruskorjatuilta asuinkiinteistöiltä huoltokirjaa. Huoltokirja on kiinteistön ylläpitoon liittyvä asiakirjakokonaisuus, johon kootaan kaikki tarvittavat tiedot kiinteistöstä ja sen hoidosta. Tämän diplomityön tavoitteena oli toteuttaa sähköinen huoltokirjajärjestelmä asuinkiinteistöille. Järjestelmän haluttiin palvelevan isännöitsijöiden ja huoltoyhtiöiden lisäksi myös kiinteistön omistajia, asukkaita, rakennuttajia ja kiinteistön välittäjiä. Tästä syystä järjestelmästä haluttiin Internet-selaimella käytettävä verkkopalvelu. Diplomityöhön kuului järjestelmän suunnittelu, toteutus ja testaus. Työn lopputuloksena syntynyt Pihapiiri.com järjestelmä otettiin käyttöön syksyllä 2002. Projektin aikanahavaittiin, että huoltokirjoja koskevat määrittelyt ja standardit olivat vasta kehitteillä. e-EHYT-hanke (elinkaarihallinnan yhteiset ydintie dot sähköisissä huoltokirjoissa) on merkittävä edistysaskel huoltokirjajärjestelmien sisällön ja tiedonsiirron standardoinnissa. Uusissa tuotekehityshankkeissa ja nykyisten huoltokirjajärjestelmien jatkokehityshankkeissa on olennaista huomioida e-EHYT-määritysten sekä yhteistyöverkoston merkitys. Käyttäjät ovat kritisoineet markkinoilla olevia tuotteita liian tarkoiksi. Liian teknisiä ja raskaita ratkaisuja tulee välttää varsinkin silloin kun tuotetta suunnitellaan asunto-osakeyhtiöille ja pientalo-omistajille.

Kiinteistöpalveluiden laatujärjestelmän kehittäminen

Kiinteistöalan haasteeksi on muodostunut laadukkaan palvelun hankkiminen kilpailuilta kiinteistöpalveluiden markkinoilta ja ulkomaisten kiinteistösijoittajien asettamat vaatimukset yhteistyölle. Tutkimuksen tavoitteena oli määritellä asiakastyytyväisyyttä tukevia elementtejä kiinteistöjohtamisen palveluprosesseihin laatujärjestelmän kehittämisen tueksi ja tutkia kiinteistöpalveluiden sopivuutta rakennusliikkeen palveluntarjontaan. Tutkimuksessa esitettyjä teoreettisia malleja sovellettiin diplomityön empiirisessä osiossa Oka Oy:n kiinteistöpalveluyksikön palveluprosesseihin. Palvelun laadun liittäminen asiakastyytyväisyyden muodostumiseen nousi laatujärjestelmän perustaksi. Kiinteistöpalveluiden laadun parantaminen alkaa alihankkijoiden kilpailutuksen onnistumisesta ja palveluiden tuottamisen aikaisesta laadun valvonnasta. Asiakastyytyväisyyden ylläpitäminen edellyttää säännöllistä ja sisällöllisesti asiakaskohtaisesti räätälöityä raportointia sekä asiakastarpeiden ymmärtämisen kautta tapahtuvaa jälkimarkkinointia. Tutkimuksen perusteella suomalaisten rakennusliikkeiden palvelutarjonta tulee laajentumaan kohti kiinteistön elinkaaren aikaisia palveluja synergiahyötyjen ja asiakkaiden kumppanuudelta vaatimien hyötyjen vuoksi. Vahvana kilpailuetuna tulee olemaan hyväksi havaittujen käytönaikaisten taloteknisten ratkaisujen saattaminen rakentamisen suunnittelun hyödynnettäväksi.

Building an Access Network for Triple-Play Services

This final project was made for the Broadband department of TeliaSonera. This project gives an overview on how internet service provider might build an access network so that they can offer triple-play services. It also gives information on what equipment is needed and what is required from the access, aggregation and edge networks. The project starts by describing the triple-play service. Then it moves on to optical fiber cables, the network technology and network architecture. At the end of the project there is an example of the process and construction of the access network. It will give an overview of the total process and problems that a network planner might face during the planning phase of the project. It will give some indication on how one area is built from the start to finish. The conclusion of the project presents some points that must be taken into consideration when building an access network. The building of an access network has to be divided to a time span of eight to ten years, where one year is one phase in the project. One phase is divided into three parts; Selecting the areas and targets, Planning the areas and targets, and Documentation. The example area gives indication on the planning of an area. It is almost impossible to connect all targets at the same time. This means that the service provider has to complete the construction in two or three parts. The area is considered to be complete when more than 80% of the real estates have fiber.

Tiedonhallintajärjestelmä jätevesiverkoston toimijoiden toiminnanohjaukseen

Suomessa asuu haja-asutusalueilla yli miljoona ihmistä, jotka käyttävät kiinteistökohtaista jätevesijärjestelmää. Arviolta 350 000-400 000 kiinteistöä joutuu saneeraamaan järjestelmänsä vuoden 2013 loppuun mennessä vastaamaan Valtioneuvoston asetusta. Jätevesijärjestelmän korjaamiseen tarvitaan yleensä toimenpidelupa ja sen liitteeksi suunnitelma jätevesien käsittelystä. Suunnittelu- ja toteutusprosessin tietohallintaan tarvitaan tietojärjestelmä. Diplomityössä perehdyttiin tietokantapohjaisiin Internet-sovelluksiin ja ekstranet-järjestelmiin ja suunniteltiin niiden perusteella käyttökelpoisin tietojärjestelmäratkaisu, jonka avulla jätevesialan toimijat voivat jakaa tietoa, tehdä jätevesiselvityksiä ja -suunnitelmia, välittää toimeksiantoja aliurakoitsijoille ja raportoida tietoja viranomaisille sähköisesti. Työn tuloksena syntyi selvitys tietojärjestelmän suunnittelun pohjaksi, ja suunnitelma järjestelmän toteuttamiseksi. Järjestelmällä voidaan tarjota asiakkaalle eli kiinteistönomistajalle kokonaisvaltainen ratkaisu jätevesijärjestelmän saneeraukseen ja ylläpitoon.

Kaukojäähdytysverkon rakennevaihtoehdot

Kaukojäähdytyksellä tarkoitetaan keskitetysti tuotetun jäähdytysenergian jakamista kiinteistöihin jakeluverkossa kiertävän kylmän veden välityksellä, eli kaukojäähdytys on ulkoistettu jäähdytysratkaisu. Jäähdytysenergiaa tarvitaan työtehon, viihtyisyyden ja sisäilman laadun parantamiseksi, sekä joidenkin prosessien tarpeisiin. Siinä missä perinteinen kiinteistökohtainen jäähdytysjärjestelmä tuottaa jäähdytysenergian sähköllä, käytetään kaukojäähdytyksessä jäähdytysenergian tuottamiseen sellaisia resursseja, jotka muuten jäisivät käyttämättä. Tästä syystä kaukojäähdytys vähentää merkittävästi hiilidioksidipäästöjä, jonka lisäksi kaukojäähdytys vähentää kylmäkoneissa käytettävien kylmäaineiden aiheuttamia kasvihuonekaasupäästöjä. Kaukolämpöverkkoa muistuttavan kaukojäähdytysverkon rakentaminen vaatii suuria investointeja. Nykyisin jakeluverkon rakenteena käytetään 2Mpuk- rakennetta, jonka todettiin olevan teknistaloudellisesti soveltuvin vaihtoehto Helsingin Energian kaukojäähdytysverkkoon. Myös PE 100 putkia voitaisiin käyttää PN 16 paineluokassa alle DN 300 kokoluokkaa vastaavissa johdoissa, ja PN 10 paineluokassa alle DN 400 johdoissa. Kaukolämpöverkon paineluokan valinta vaikuttaa oleellisesti investointikustannuksiin PE- putkilla ja joillekin alueille kannattanee rakentaa alemman paineluokan omaava erillisverkko PE- putkista. Happidiffuusion kautta PE- putkista pääsee jonkin verran happea verkkoon, mutta määrät ovat melko pieniä, eikä muitakaan teknisiä esteitä hyvin korroosiota kestävien PE- putkien käytölle ole. 2Mpuk- rakenteelle suurimman riskin aiheuttaa elementtien liitoskohdista teräsputken pinnalle pääsevä ulkopuolinen vesi. Koska kaukojäähdytysjohdot ovat lisäksi yleensä ympäristöä kylmempiä, kondensoivat ne vettä pinnallensa kaukolämpöjohdoista poiketen. Ulkopuolisen veden aiheuttamaa riskiä voitaisiin pienentää eristämällä liitoskohdat sähkömuhveilla. Verkoston rakentamiskustannuksia ja liikenteelle aiheutuvia haittoja voidaan vähentää ojattomia rakentamismenetelmiä, kuten suuntaporausta käyttämällä.

Kunnan kiinteistöjen energiansäästöpotentiaali

Tämän diplomityön tarkoitus oli selvittää kolmen suomalaisen HINKU-kunnan, Mynämäen, Padasjoen ja Kuhmoisten kiinteistöjen energiansäästöpotentiaali. Työssä käytiin aluksi läpi kunnan kiinteistöjen perustiedot sekä kulutuslukemat, jonka jälkeen kiinteistöihin tutustuttiin kiinteistönhoitajan avustuksella. Tämän jälkeen pyrittiin identifioimaan säästötoimet muutamien yritysten sekä vuorovaikutteisesti kiinteistönhoitajien kanssa. Säästötoimien vaikuttavuuden arvioinnissa hyödynnettiin sähkön ja lämmön tuntimittarointia. Lopuksi tulokset esiteltiin kuntien johdolle. Säästöpotentiaalia löytyi lähes jokaiselta osa-alueelta. Perinteisesti suurin säästöpotentiaali on löytynyt ilmanvaihdosta, mutta tämän työn puitteissa suurimmat säästöt löydettiin valaistuksesta. Etenkin LED-tekniikan kehittyminen on muuttamassa valaistuksen tulevaisuutta. Yksittäisten kohteiden suurimmat säästömahdollisuudet olivat vanhojen öljylämmitysten muuttamisessa maa- ja kaukolämpöön. Myös ilmanvaihdosta löytyi hyvin merkittävä potentiaali useassa kohteessa. Mynämäellä säästöpotentiaalia löytyi kaikkiaan noin 17 % kunnan energialaskusta. Padasjoella ja Kuhmoisissa vastaava luku oli noin 12–13 % kummassakin. Työn laajentaminen muihin kuntiin ei pääosin ole suoraviivaista, koska kuntien rakennuskanta poikkeaa toisistaan ja lisäksi kaikki rakennukset ovat yksilöllisiä. Työ pystyi kuitenkin tuottamaan kohdekunnissa erilaista havaintoaineistoa ja toimenpide-ehdotuksia, jotka toimivat muissa kunnissa herättelijöinä, ideoiden antajina ja tarkistuslistana siihen, miten asiat on hoidettu ja minkälaisiin toimenpiteisiin tulisi ryhtyä.

Helsingin kaupungin tilakeskuksen kiinteistökannan energiatehokkuusnäkökohtien toteutumisen kehittäminen investointihankkeissa

Työssä tutkitaan Helsingin kaupungin tilakeskuksen kiinteistöjen energiatehokkuusnäkö-kohtien toteutumista ja niiden kehittämistä. Työn tavoite on tunnistaa kiinteistöjen energia-tehokkuuskriteeristö, jonka avulla energiatehokkuus voidaan ottaa järjestelmällisesti ja yh-denmukaisesti huomioon tilakeskuksen investointihankkeissa. Kriteerit tunnistetaan tila-keskuksen henkilöstön ja yhteistyökumppaneiden haastattelujen sekä lähdekirjallisuuden avulla. Tutkimus osoittaa, että kriteeristössä on huomioitava myös hankkeiden vastuurajat, sillä hiljattain tehdyn organisaatiomuutoksen vuoksi vastuurajoissa on epäselvyyttä, mikä vai-kuttaa haitallisesti tilakeskuksen toiminnan ja etenkin energiatehokkuuden kehittämiseen. Työssä esiteltyä kriteeristöä täytyy pyrkiä käyttämään tilakeskuksen hankkeiden osana jat-kossa. Työssä esitetään tilakeskuksen kannalta merkittävät kriteerit.

Kriteeristö energiatehokkuuden toteutumiseksi kaupungin julkisissa rakennushankkeissa

Työssä esitetään kriteeristö tehostamaan energiatehokkuuden toteutumista kaupungin julkisissa rakennushankkeissa. Kriteeristön tarkoituksena on edistää julkisen uudisrakennushankkeen energiatehokkuutta, ottaen huomioon hankkeen kokonaistaloudellisuus. Energiatehokkuutta ja kokonaistaloudellisuutta kunnallisessa rakentamisessa stimuloivat mm. kansainvälisten ja kansallisten sopimusten energiansäästötavoitteet, sekä kuntien tiukka budjettitilanne. Jotta kokonaistaloudellisuustavoitteet täyttyisivät, työssä käytettiin hyväksi elinkaariajattelutapaa. Työssä selvitettiin kirjallisuuden ja ammattilaisten haastattelujen tarjoaman tiedon pohjalta, mitkä näkökohdat vaikuttavat julkisen palvelurakennuksen energiatehokkuuteen sen elinkaaren eri vaiheissa. Hankitun tiedon avulla luotiin kaupungin rakennusinvestointien hankinnasta vastaavien tahojen käyttöön tarkoitettu kriteeristö, joka auttaa tunnistamaan ja valitsemaan energiatehokkuuden ja kokonaistaloudellisuuden kannalta parhaimmat hankkeen toteutustavat. Jatkotoimenpiteenä työssä laadittua kriteeristöä tullaan kehittämään edelleen case-kohteista saatavien kokemusten perusteella. Tutkimus osoitti, että uudisrakentamisen energiataloudellisuuden lisäksi on panostettava energiataloudelliseen korjausrakentamiseen, koska olemassa oleva rakennuskanta muodostaa merkittävän osan kaupungin energiankulutuksesta.

Lämmöntuotannon energiatehokkuuden parantaminen Sotek-säätiön rakennuksissa

Diplomityössä tarkastellaan lämmöntuotannon energiatehokkuuden parantamista neljässä Sotek- säätiön rakennuksessa. Työssä oli tarkoitus selvittää, minkälainen lämmitysjärjestelmä on juuri kyseiseen kiinteistöön järkevin ja investointikustannuksiltaan kannattava. Työssä käydään läpi polttoaineita, lämmöntuotanto- ja lämmönjakotapoja, sekä mietitään kannattaako rakennuksia lisäeristää. Työssä verrataan vanhojen järjestelmien hiilidioksidipäästöjä valittujen uusien järjestelmien hiilidioksidipäästöihin. Kiinteistöjen lämmitys tuottaa Suomessa noin 30 % kaikista hiilidioksidipäästöistä. Se on siis merkittävä alue, josta päästöjä voitaisiin vähentää. Tehtävänä oli laskea kaikille kiinteistöille tarkat lämmitystarpeet ja lämmitystehontarpeet käyttäen apuna Suomen rakennusmääräyskokoelmaa. Työn perusteella lämmöntuotannon energiatehokkuuden parantaminen kohteissa on järkevää ja taloudellisesti kannattavaa muuttamalla lämmöntuotanto pääosin lämpöpumpuille. Täystehoiset järjestelmät eivät tulleet investoinnillisesti kannattavaksi, eikä se ilmalämpöpumpuissa ollut edes mahdollista. Tulosten perusteella lämmitysenergian kustannuksia saatiin vähennettyä parhaiten mitoittamalla kohteisiin osatehoiset lämpöpumput. Lisälämmöneristäminen kohteissa ei taloudellisesti tullut kannattavaksi, vaikka lämmitystarve väheni. Lämmöntuotannon hiilidioksidipäästöt vähenisivät kohteissa keskimäärin noin 50 %.

Konsernistrategiasta johdetun kiinteistöstrategian toimeenpanosuunnitelma

Kiinteistöosasto on yksi liiketoimintaa tukeva toiminto ja osaston strategia on johdettu pääosin konsernin strategiasta. Kiinteistöjen osuus Pirkanmaan Osuuskaupan tasearvosta on kuitenkin niin merkittävä, että kiinteistöstrategiassa on myös omia erityispiirteitä kuten kiinteistöjen salkutus. Strategiassa keskitytään tukemaan osuuskaupan omaa liiketoimintaa ja kaikki toimet tähtäävät loppuasiakkaan parempaan tyytyväisyyteen. Toimeenpanosuunnitelmassa on suuri rooli yhdessä tekemisellä ja kirjoittaja uskoo vahvasti sitoutumisen muutokseen muodostuvan asioiden keskustelemisen ja muutoksen merkityksen ymmärtämisen kautta. Tutkielman teoriaosuudessa käydään läpi kiinteistöstrategian teorioita, päästrategian ja tukitoimintostrategian suhdetta ja teorioita strategian toimeenpanosta. Prosessi eteni koko kiinteistöosaston henkilökunnan muutamasta yhteisestä päivästä ja päättyi kiinteistöstrategian toimeenpanosuunnitelmaan. Kaksi suurinta tekijää strategian toimeenpanon onnistumisessa ovat viestintä ja johtaminen. Yhteisten keskustelujen ansiosta saamme paremman lopputuloksen ja koko kiinteistöosaston henkilöstö on sitoutunut uuteen kiinteistöstrategiaan.

Dynamic Capabilities and Real Options

Tutkielman tavoitteena oli selvittää dynaamisten kyvykkyyksien teorian kehittymistä ja nykytilaa. Työssä tarkastellaan myös mahdollisuuksia yhdistää reaalioptioajattelua ja dynaamisten kyvykkyyksien teoriaa. Tutkielma on toteutettu teoreettisena kirjallisuuskatsauksena. Dynaamisten kyvykkyyksien teorian mukaan muuttuvassa toimintaympäristössä yritysten kilpailuetu perustuu kykyyn rakentaa, yhdistää ja muokata resursseja ja kyvykkyyksiä. Yritysten täytyy pystyä löytämään, sulauttamaan ja muuntamaan tietoa voidakseen tunnistaa uusia mahdollisuuksia ja pystyäkseen reagoimaan niihin. Tutkielma tuo esille uusia yhteyksiä dynaamisten kyvykkyyksien teorian ja yritysten käyttäytymisen välillä. Reaalioptioajattelu auttaa tunnistamaan yrityksen rajojen määrittämiseen vaikuttavia tekijöitä. Työssä tehdään ehdotuksia dynaamisten kyvykkyyksien teorian jatkotutkimusta varten.

Dynamic linkages of real estate and stock markets in Finland

Traditionally real estate has been seen as a good diversification tool for a stock portfolio due to the lower return and volatility characteristics of real estate investments. However, the diversification benefits of a multi-asset portfolio depend on how the different asset classes co-move in the short- and long-run. As the asset classes are affected by the same macroeconomic factors, interrelationships limiting the diversification benefits could exist. This master’s thesis aims to identify such dynamic linkages in the Finnish real estate and stock markets. The results are beneficial for portfolio optimization tasks as well as for policy-making. The real estate industry can be divided into direct and securitized markets. In this thesis the direct market is depicted by the Finnish housing market index. The securitized market is proxied by the Finnish all-sectors securitized real estate index and by a European residential Real Estate Investment Trust index. The stock market is depicted by OMX Helsinki Cap index. Several macroeconomic variables are incorporated as well. The methodology of this thesis is based on the Vector Autoregressive (VAR) models. The long-run dynamic linkages are studied with Johansen’s cointegration tests and the short-run interrelationships are examined with Granger-causality tests. In addition, impulse response functions and forecast error variance decomposition analyses are used for robustness checks. The results show that long-run co-movement, or cointegration, did not exist between the housing and stock markets during the sample period. This indicates diversification benefits in the long-run. However, cointegration between the stock and securitized real estate markets was identified. This indicates limited diversification benefits and shows that the listed real estate market in Finland is not matured enough to be considered a separate market from the general stock market. Moreover, while securitized real estate was shown to cointegrate with the housing market in the long-run, the two markets are still too different in their characteristics to be used as substitutes in a multi-asset portfolio. This implies that the capital intensiveness of housing investments cannot be circumvented by investing in securitized real estate.

Verification of a dynamic laboratory scale former

Laboratoriomittakaavainen formeri on välttämätön, jotta paperinvalmistusprosessin jäljitteleminen olisi mahdollista. Vaikka erilaisia formereita löytyykin paperiteollisuudesta, tilaa on kuitenkin laboratoriomittakaavaiselle paperinvalmistusmenetelmälle, joka sijoittuisipilottikoneen ja perinteisen laboratorioarkkimuotin välille. Formeri, jolla saadaan aikaiseksi oikean paperinvalmistuksen kaltaiset olosuhteet ja ilmiöt on kehitetty, ja sen toiminta on testattu Nalcon Papermaking Centreof Excellence:ssä Espoossa. Formeri on yhdistetty Nalcon lähestymisjärjetelmäsimulaattoriin ja simulaattorilla aikaansaadut hydro-kemialliset ilmiöt voidaan testata nyt myös arkeista. Laitteessa on perälaatikko ja viiraosa. Perälaatikosta massa virtaa viiralle, joka liikkuu eteenpäin hihnakuljettimen hihnojen päällä. Suihku-viira -suhdetta voidaan muuttaa joko muuttamalla virtausnopeutta tai viiran nopeutta tai säätämällä perälaatikon huuliaukkoa. Formerintoiminnan testaus osoitti, että se toimii teknisesti hyvin ja tulokset ovat toistettavia ja loogisia. Arkeissa kuidut ovat orientoituneet, formaatio ja vetolujuussuhde KS/PS riippuvat voimakkaasti suihku-viira -suhteesta, kuten oikeillakinpaperikoneilla.