Real-time Imaging and Mosaicking of Planar Surfaces

Laajojen pintojen kuvaaminen rajoitetussa työskentelytilassa riittävällä kuvatarkkuudella voi olla vaikeaa. Kuvaaminen on suoritettava osissa ja osat koottava saumattomaksi kokonaisnäkymäksi eli mosaiikkikuvaksi. Kuvauslaitetta käsin siirtelevän käyttäjän on saatava välitöntä palautetta, jotta mosaiikkiin ei jäisi aukkoja ja työ olisi nopeaa. Työn tarkoituksena oli rakentaa pieni, kannettava ja tarkka kuvauslaite paperi- ja painoteollisuuden tarpeisiin sekä kehittää palautteen antamiseen menetelmä, joka koostaaja esittää karkeaa mosaiikkikuvaa tosiajassa. Työssä rakennettiin kaksi kuvauslaitetta: ensimmäinen kuluttajille ja toinen teollisuuteen tarkoitetuista osista. Kuvamateriaali käsiteltiin tavallisella pöytätietokoneella. Videokuvien välinen liike laskettiin yksinkertaisella seurantamenetelmällä ja mosaiikkikuvaa koottiin kameroiden kuvanopeudella. Laskennallista valaistuksenkorjausta tutkittiin ja kehitetty menetelmä otettiin käyttöön. Ensimmäisessä kuvauslaitteessa on ongelmia valaistuksen ja linssivääristymien kanssa tuottaen huonolaatuisia mosaiikkikuvia. Toisessa kuvauslaitteessa nämä ongelmat on korjattu. Seurantamenetelmä toimii hyvin ottaen huomioon sen yksinkertaisuuden ja siihen ehdotetaan monia parannuksia. Työn tulokset osoittavat, että tosiaikainen mosaiikkikuvan koostaminen megapikselin kuvamateriaalista on mahdollista kuluttajille tarkoitetulla tietokonelaitteistolla.

Paperiteollisuusyrityksen hankintaprosessien parantaminen - Case M-real

Tämä tutkimus käsittelee teollisuusyrityksen hankintaprosessien parantamista. Tavoitteena oli selvittää, millaisilla toimenpiteillä raakaaineiden ja MRO (maintenance, repair and operating)-tuotteiden hankintaprosesseista saadaan toimivia ja tehokkaita. Tutkielmassa tarkastellaan hankintaprosessiin vaikuttavia asioita, erityisesti keskittämistä sekä informaatioteknologiaa, ja tuodaan esille erilaisia hankintaprosessin parantamiseen tähtääviä lähestymistapoja. Tutkimus toteutettiin laadullisena tapaustutkimuksena. Empiirinen aineisto kerättiin kohdeyritys M-realilla tehtyjen haastattelujen sekä havainnoinnin avulla. Tutkimuksessa havaittiin, että raaka-aineiden hankintaprosessia voidaan tehostaa lisäämällä automatiikkaa sekä parantamalla yhteistyötä hankintaprosessiin osallistuvien tahojen kesken. MRO-tuotteiden hankintaa voidaan tehostaa monilla operationaalisilla toimenpiteillä, kuten yksinkertaistamalla hankintaehdotuksen tekemistä. Yhtenä keskeisimpänä tutkimustuloksena on se, että toiminnanohjausjärjestelmä on merkittävimpiä hankintaprosessin parantamista rajoittavia tekijöitä. Merkittävänä tutkimustuloksena voidaan pitää myös sitä, että hankintaprosessin osien keskittämisen myötä kosketus paikallisiin asioihin vähenee, mutta tämä ei ole kuitenkaan ylivoimainen este hankintaprosessin tehokkaalle hoitamiselle. Tutkimuksessa havaittiin, että informaatioteknologian kehittymisen myötä hankintaprosessi on nopeutunut.

Strategic investment appraisal; extended real options approach

Tutkielma keskittyy lisäämään investointiarviointiprosessien rationaalisuutta strategisten investointien arvioinnissa duopoli- / oligopolimarkkinoilla. Tutkielman päätavoitteena on selvittää kuinka peliteorialla laajennettu reaalioptioperusteinen investointien arviointimenetelmä, laajennettu reaalioptiokehikko, voisi mahdollisesti parantaa analyysien tarkkuutta. Tutkimus lähestyy ongelmaa investoinnin ajoituksen sekä todellisten investoinnin arvoattribuuttien riippuvuuksien kautta. Laajennettu reaalioptiokehikko on investointien analysointi- ja johtamistyökalu, joka tarjoaa osittain rajoitetun (sisältää tällä hetkellä ainoastaan parametrisen ja peliteoreettisen epävarmuuden) optimaalisen arvovälin investoinnin todellisesta arvosta. Kehikossa, ROA kartoittaa mahdolliset strategiset hyödyt tunnistamalla investointiinliittyvät eri optiot ja epävarmuudet, peliteoria korostaa ympäristön luomia paineita investointiin liittyvän epävarmuuden hallitsemisessa. Laajennettu reaalioptiokehikko tarjoaa rationaalisemman arvion strategisen investoinnin arvosta, koska se yhdistää johdonmukaisemmin option toteutuksen ja siten myös optioiden aika-arvon, yrityksen todellisiin rajoitettuihin (rajoituksena muiden markkinatoimijoiden toimet) polkuriippuvaisiin kyvykkyyksiin.

Assessing Strategic IT Investments of Forest Industry by Means of the Real Options Approach, Case: Stora Enso

Tutkimuksen päämääränä oli tutkia miten reaalioptiomenetelmä soveltuu metsäteollisuuden strategisten informaatioteknologiainvestointien arvioimiseen. Tässä tutkimuksessa muodostettiin mukautettu reaalioptiosovelluskehys, esiteltyjen reaalioptiosovelluskehyksien perusteella. Valitut investointiehdotukset arvioitiin muodostetun sovelluskehyksen avulla. Tutkimus oli luonteeltaan kvalitatiivinen. Pääasiallisia tiedonlähteitä olivat lehtiartikkelit, GDSS -istunnot ja haastattelut. Tutkimuksen tuloksena selvisi, että reaalioptiomenetelmä sopii metsäteollisuudenstrategisten informaatioteknologiainvestointien arvioimiseen. On kuitenkin huomioitava, että investoinnin suunnitteluprosessin kypsyysaste vaikuttaa reaalioptiomenetelmän soveltamiseen. Tutkimuksessa arvioidut investoinnit ovat investoinnin suunnitteluvaiheen varhaisessa vaiheessa.

Computational Analysis and Optimization of Real Gas Flow In Small Centrifugal Compressors

Small centrifugal compressors are more and more widely used in many industrialsystems because of their higher efficiency and better off-design performance comparing to piston and scroll compressors as while as higher work coefficient perstage than in axial compressors. Higher efficiency is always the aim of the designer of compressors. In the present work, the influence of four partsof a small centrifugal compressor that compresses heavy molecular weight real gas has been investigated in order to achieve higher efficiency. Two parts concern the impeller: tip clearance and the circumferential position of the splitter blade. The other two parts concern the diffuser: the pinch shape and vane shape. Computational fluid dynamics is applied in this study. The Reynolds averaged Navier-Stokes flow solver Finflo is used. The quasi-steady approach is utilized. Chien's k-e turbulence model is used to model the turbulence. A new practical real gas model is presented in this study. The real gas model is easily generated, accuracy controllable and fairly fast. The numerical results and measurements show good agreement. The influence of tip clearance on the performance of a small compressor is obvious. The pressure ratio and efficiency are decreased as the size of tip clearance is increased, while the total enthalpy rise keeps almost constant. The decrement of the pressure ratio and efficiency is larger at higher mass flow rates and smaller at lower mass flow rates. The flow angles at the inlet and outlet of the impeller are increased as the size of tip clearance is increased. The results of the detailed flow field show that leakingflow is the main reason for the performance drop. The secondary flow region becomes larger as the size of tip clearance is increased and the area of the main flow is compressed. The flow uniformity is then decreased. A detailed study shows that the leaking flow rate is higher near the exit of the impeller than that near the inlet of the impeller. Based on this phenomenon, a new partiallyshrouded impeller is used. The impeller is shrouded near the exit of the impeller. The results show that the flow field near the exit of the impeller is greatly changed by the partially shrouded impeller, and better performance is achievedthan with the unshrouded impeller. The loading distribution on the impeller blade and the flow fields in the impeller is changed by moving the splitter of the impeller in circumferential direction. Moving the splitter slightly to the suction side of the long blade can improve the performance of the compressor. The total enthalpy rise is reduced if only the leading edge of the splitter ismoved to the suction side of the long blade. The performance of the compressor is decreased if the blade is bended from the radius direction at the leading edge of the splitter. The total pressure rise and the enthalpy rise of thecompressor are increased if pinch is used at the diffuser inlet. Among the fivedifferent pinch shape configurations, at design and lower mass flow rates the efficiency of a straight line pinch is the highest, while at higher mass flow rate, the efficiency of a concave pinch is the highest. The sharp corner of the pinch is the main reason for the decrease of efficiency and should be avoided. The variation of the flow angles entering the diffuser in spanwise direction is decreased if pinch is applied. A three-dimensional low solidity twisted vaned diffuser is designed to match the flow angles entering the diffuser. The numerical results show that the pressure recovery in the twisted diffuser is higher than in a conventional low solidity vaned diffuser, which also leads to higher efficiency of the twisted diffuser. Investigation of the detailed flow fields shows that the separation at lower mass flow rate in the twisted diffuser is later than in the conventional low solidity vaned diffuser, which leads to a possible wider flow range of the twisted diffuser.

Real-time Quality of Service Controller for Differentiated Services

IP-verkkojen hyvin tunnettu haitta on, että nämä eivät pysty takaamaan tiettyä palvelunlaatua (Quality of Service) lähetetyille paketeille. Seuraavat kaksi tekniikkaa pidetään lupaavimpina palvelunlaadun tarjoamiselle: Differentiated Services (DiffServ) ja palvelunlaatureititys (QoS Routing). DiffServ on varsin uusi IETF:n määrittelemä Internetille tarkoitettu palvelunlaatumekanismi. DiffServ tarjoaa skaalattavaa palvelujen erilaistamista ilman viestintää joka hypyssä ja per-flow –tilan ohjausta. DiffServ on hyvä esimerkki hajautetusta verkkosuunnittelusta. Tämän palvelutasomekanismin tavoite on viestintäjärjestelmien suunnittelun yksinkertaistaminen. Verkkosolmu voidaan rakentaa pienestä hyvin määritellystä rakennuspalikoiden joukosta. Palvelunlaatureititys on reititysmekanismi, jolla liikennereittejä määritellään verkon käytettävissä olevien resurssien pohjalta. Tässä työssä selvitetään uusi palvelunlaatureititystapa, jota kutsutaan yksinkertaiseksi monitiereititykseksi (Simple Multipath Routing). Tämän työn tarkoitus on suunnitella palvelunlaatuohjain DiffServille. Tässä työssä ehdotettu palvelunlaatuohjain on pyrkimys yhdistää DiffServ ja palvelunlaatureititysmekanismeja. Työn kokeellinen osuus keskittyy erityisesti palvelunlaatureititysalgoritmeihin.

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.

Methods of Design and Testing of Real Time Systems

Teollusuussovelluksissa vaaditaan nykyisin yhä useammin reaaliaikaista tiedon käsittelyä. Luotettavuus on yksi tärkeimmistä reaaliaikaiseen tiedonkäsittelyyn kykenevän järjestelmän ominaisuuksista. Sen saavuttamiseksi on sekä laitteisto, että ohjelmisto testattava. Tämän työn päätavoitteena on laitteiston testaaminen ja laitteiston testattavuus, koska luotettava laitteistoalusta on perusta tulevaisuuden reaaliaikajärjestelmille. Diplomityössä esitetään digitaaliseen signaalinkäsittelyyn soveltuvan prosessorikortin suunnittelu. Prosessorikortti on tarkoitettu sähkökoneiden ennakoivaa kunnonvalvontaa varten. Uusimmat DFT (Desing for Testability) menetelmät esitellään ja niitä sovelletaan prosessorikortin sunnittelussa yhdessä vanhempien menetelmien kanssa. Kokemukset ja huomiot menetelmien soveltuvuudesta raportoidaan työn lopussa. Työn tavoitteena on kehittää osakomponentti web -pohjaiseen valvontajärjestelmään, jota on kehitetty Sähkötekniikan osastolla Lappeenrannan teknillisellä korkeakoululla.

Real-time Linux in electric drive systems

Reaaliaikaisten käyttöjärjestelmien käyttö sulautetuissa järjestelmissä on kasvamassa koko ajan. Sulautettuja tietokoneita käytetään yhä useammassa kohteessa kuten sähkökäyttöjen ohjauksessa. Sähkökäyttöjen ohjaus hoidetaan nykyisin yleensä nopealla digitaalisella signaaliprosessorilla (DSP), jolloin ohjelmointi ja päivittäminen on hidasta ja vaikeaa johtuen käytettävästä matalan tason Assembler-kielestä. Ratkaisuna yleiskäyttöisten prosessorien ja reaaliaikakäyttöjärjestelmien käyttö. Kaupalliset reaaliaikakäyttöjärjestelmät ovat kalliita ja lähdekoodin saaminen omaan käyttöön jopa mahdotonta. Linux on ei-kaupallinen avoimen lähdekoodin käyttöjärjestelmä, joten sen käyttö on ilmaista ja sitä voi muokata vapaasti. Linux:iin on saatavana useita laajennuksia, jotka tekevät siitä reaaliaikaisen käyttöjärjestelmän. Vaihtoehtoina joko kova (hard) tai pehmeä (soft) reaaliaikaisuus. Linux:iin on olemassa valmiita kehitysympäristöjä mutta ne kaipaavat parannusta ennen kuin niitä voidaan käyttää suuressa mittakaavassa teollisuudessa. Reaaliaika Linux ei sovellus nopeisiin ohjauslooppeihin (<100 ms) koska nopeus ei riitä vielä mutta nopeus kasvaa samalla kun prosessorit kehittyvät. Linux soveltuu hyvin rajapinnaksi nopean ohjauksen ja käyttäjän välille ja hitaampaan ohjaukseen.

Innovation Processes: Case M-real

Tässä työssä on tutkittu innovaatiota kirjallisuudessa ja M-realissa. Tekninen kehitys johtuu innovaatioista. Innovaatio on luonteeltaan epävarmaa, polkusidonnaista ja sisältää eri teknologioita. Innovaation vaikutukset ulottuvat usein myös asiakkaisiin ja toimittajiin. Yrityksen eri funktioita ja hierarkiatasoja tarvitaan kaupallistamaan uusi idea tai keksintö. Dynaamiset kyvykkyydet erottavat muutokset ympäristöstä ja niitä tarvitaan innovaatioiden toteuttamisessa. Yrityksen ympäristö muuttuu ja joustavuutta tarvitaan projektien toteuttamisessa. Reaalioptiot tarjoavat joustavuutta projektien toteuttamisessa. M-realissa on vahva tekninen osaaminen, mutta asiakkaat ovat jääneet vähälle huomiolle innovaatioprosessissa. Innovaatiota ei myöskään ajateltu koko yrityksen tehtävänä. Tästä johtuu osittain vaikeudet saada ekstravoittoja. Paino M-realissa on kehittää palveluinnovaatioita.

Wavelets in real-time paper web analysis

Online paper web analysis relies on traversing scanners that criss-cross on top of a rapidly moving paper web. The sensors embedded in the scanners measure many important quality variables of paper, such as basis weight, caliper and porosity. Most of these quantities are varying a lot and the measurements are noisy at many different scales. The zigzagging nature of scanning makes it difficult to separate machine direction (MD) and cross direction (CD) variability from one another. For improving the 2D resolution of the quality variables above, the paper quality control team at the Department of Mathematics and Physics at LUT has implemented efficient Kalman filtering based methods that currently use 2D Fourier series. Fourier series are global and therefore resolve local spatial detail on the paper web rather poorly. The target of the current thesis is to study alternative wavelet based representations as candidates to replace the Fourier basis for a higher resolution spatial reconstruction of these quality variables. The accuracy of wavelet compressed 2D web fields will be compared with corresponding truncated Fourier series based fields.

Conservation Laws in Cellular Automata

Conservation laws in physics are numerical invariants of the dynamics of a system. In cellular automata (CA), a similar concept has already been defined and studied. To each local pattern of cell states a real value is associated, interpreted as the “energy” (or “mass”, or . . . ) of that pattern.The overall “energy” of a configuration is simply the sum of the energy of the local patterns appearing on different positions in the configuration. We have a conservation law for that energy, if the total energy of each configuration remains constant during the evolution of the CA. For a given conservation law, it is desirable to find microscopic explanations for the dynamics of the conserved energy in terms of flows of energy from one region toward another. Often, it happens that the energy values are from non-negative integers, and are interpreted as the number of “particles” distributed on a configuration. In such cases, it is conjectured that one can always provide a microscopic explanation for the conservation laws by prescribing rules for the local movement of the particles. The onedimensional case has already been solved by Fuk´s and Pivato. We extend this to two-dimensional cellular automata with radius-0,5 neighborhood on the square lattice. We then consider conservation laws in which the energy values are chosen from a commutative group or semigroup. In this case, the class of all conservation laws for a CA form a partially ordered hierarchy. We study the structure of this hierarchy and prove some basic facts about it. Although the local properties of this hierarchy (at least in the group-valued case) are tractable, its global properties turn out to be algorithmically inaccessible. In particular, we prove that it is undecidable whether this hierarchy is trivial (i.e., if the CA has any non-trivial conservation law at all) or unbounded. We point out some interconnections between the structure of this hierarchy and the dynamical properties of the CA. We show that positively expansive CA do not have non-trivial conservation laws. We also investigate a curious relationship between conservation laws and invariant Gibbs measures in reversible and surjective CA. Gibbs measures are known to coincide with the equilibrium states of a lattice system defined in terms of a Hamiltonian. For reversible cellular automata, each conserved quantity may play the role of a Hamiltonian, and provides a Gibbs measure (or a set of Gibbs measures, in case of phase multiplicity) that is invariant. Conversely, every invariant Gibbs measure provides a conservation law for the CA. For surjective CA, the former statement also follows (in a slightly different form) from the variational characterization of the Gibbs measures. For one-dimensional surjective CA, we show that each invariant Gibbs measure provides a conservation law. We also prove that surjective CA almost surely preserve the average information content per cell with respect to any probability measure.