Aineominaisuuksien mallinnustarkkuuden vaikutukset lämmönsiirtimien lämpöteknisessä simuloinnissa

Työssä on käsitelty fluidien aineominaisuuksien vaikutuksia paperikoneiden kuivatusosissa käytettävien lämmönsiirtimien lämpöteknisessä simuloinnissa. Pääkohteena selvitettiin kostean ilman ja veden fysikaalisien aineominaisuuksien mallinnustarkkuuden vaikutuksia lämpövirtaan lauhduttamattomissa ja lauhduttavissa tapauksissa. Asiaa tutkittiin tekemällä herkkyysanalyysi työssä kehitetyille termodynaamisille malleille. Perinteisen herkkyysanalyysin lisäksi herkkyyksiä tutkittiin myös Bayesiläisellä tilastoanalyysillä. Työssä käsiteltiin myös aineominaisuuksien käyttäytymistä ja mallintamista lämmönsiirtimissä. Kirjallisuudesta etsittiin aineominaisuusmallit, joilla kostean ilman ja veden fysikaalisia aineominaisuuksia voidaan kuvata riittävän tarkasti. Työssä havaittiin, että yksittäisistä aineominaisuuksista selkeästi suurimmat vaikutukset on ominaisentalpioiden mallinnuksen epätarkkuuksilla. Myös kaikkien aineominaisuuksien epätarkkuuksilla havaittiin olevan huomattavan suuret yhteisvaikutukset lämpövirran laskentatarkkuuteen. Viiden prosentin epätarkkuus kaikkien aineominaisuuksien mallinnuksessa johtaa 3 - 7 %:n epätarkkuuteen lämpövirran laskennassa. Näin ollen kaikkien aineominaisuuksien mallintamiseen tulee kiinnittää huomiota.

Työpisteiden tiedonkäyttö ja hyödyntäminen osana palveluyhtiön johtamisjärjestelmää

Tutkimuksen tavoitteena oli etsiä kohdeorganisaation taustalla olevia tekijöitä, jotka joko edesauttavat tai estävät nykyisen johtamisjärjestelmän soveltamista, tiedon käyttöä ja hyödyntämistä organisaation työpisteissä. Kohdeorganisaatio on Varenso Oy, Tekniset tuotantopalvelut. Teoriaosiossa käsitellään tietojohtamiseen liittyvää käsitteistöä sekä tiedon luomiseen, johtamiseen ja hyödyntämiseen liittyviä tekijöitä. Johtamista lähestytään myös perustehtävän, strategian ja muutosvalmiuden, valta- ja organisaatiorakenteiden sekä informaatio- ohjauksen näkökulmasta. Lopuksi käsitellään suorituskykyä, tavoitteiden asettamista, mittaamista funktionaalisissa- ja prosessijohdetuissa organisaatioissa. Empiirisessä osiossa tehtiin kyselytutkimus. Tulokset analysoitiin monimuuttujamenetelmiä soveltaen ja löydettiin faktorit, joiden avulla on mahdollista vaikuttaa kohdeorganisaation toimintaan. Kyselytutkimuksen avulla tulkittiin organisaation tämän hetkistä suorituskykyä ja asemaa suhteessa tavoitteisiin. Tuloksena syntyi myös toimenpideehdotuksia.

Tilastollisia perusmenetelmiä yleistajuisesti

Kirjallisuusarvostelu

Configuring Health Care Services - Service Control Improvement

The costs of health care are increasing, and at the same time, population is aging. This leads health care organizations to focus more on home based care services. This thesis focuses on the home care organization of the South Karelian District of Social and Health Services (Eksote), which was established in 2010; how its operation is organized and managed, and which problem types are faced in the daily operation of home care. This thesis examines home care services through an extensive interview study, process mapping and statistical data analysis. To be able to understand the nature of services and special environment theory models, such as service management and performance measurement, service processes and service design are introduced. This study is conducted from an external researcher‟s point of view and should be used as a discussion opener. The outcome of this thesis is an upper level development path for Eksote home care. The organization should evaluate and build a service offering, then productize home care services and modularize the products and identify similarities. Service processes should be mapped to generate efficiency for repeating tasks. Units should be reasonably sized and geographically located to facilitate management and operation. All this can be done by recognizing the different types of service products: runners repeaters and strangers. Furthermore, the organization should not hide behind medical issues and should understand the legislative, medical and operational frameworks in health care.

Statistical Analysis of Spectral Images

Tämä diplomityö liittyy Spektrikuvien tutkimiseen tilastollisen kuvamallin näkökulmasta. Diplomityön ensimmäisessä osassa tarkastellaan tilastollisten parametrien jakaumien vaikutusta väreihin ja korostumiin erilaisissa valaistusolosuhteissa. Havaittiin, että tilastollisten parametrien väliset suhteet eivät riipu valaistusolosuhteista, mutta riippuvat kuvan häiriöttömyydestä. Ilmeni myös, että korkea huipukkuus saattaa aiheutua värikylläisyydestä. Lisäksi työssä kehitettiin tilastolliseen spektrimalliin perustuvaa tekstuurinyhdistämisalgoritmia. Sillä saavutettiin hyviä tuloksia, kun tilastollisten parametrien väliset riippuvuussuhteet olivat voimassa. Työn toisessa osassa erilaisia spektrikuvia tutkittiin käyttäen itsenäistä komponenttien analyysia (ICA). Seuraavia itsenäiseen komponenttien analyysiin tarkoitettuja algoritmia tarkasteltiin: JADE, kiinteän pisteen ICA ja momenttikeskeinen ICA. Tutkimuksissa painotettiin erottelun laatua. Paras erottelu saavutettiin JADE- algoritmilla, joskin erot muiden algoritmien välillä eivät olleet merkittäviä. Algoritmi jakoi kuvan kahteen itsenäiseen, joko korostuneeseen ja korostumattomaan tai kromaattiseen ja akromaattiseen, komponenttiin. Lopuksi pohditaan huipukkuuden suhdetta kuvan ominaisuuksiin, kuten korostuneisuuteen ja värikylläisyyteen. Työn viimeisessä osassa ehdotetaan mahdollisia jatkotutkimuskohteita.

Statistical Analysis of an SEIR Epidemic Model

This thesis was focussed on statistical analysis methods and proposes the use of Bayesian inference to extract information contained in experimental data by estimating Ebola model parameters. The model is a system of differential equations expressing the behavior and dynamics of Ebola. Two sets of data (onset and death data) were both used to estimate parameters, which has not been done by previous researchers in (Chowell, 2004). To be able to use both data, a new version of the model has been built. Model parameters have been estimated and then used to calculate the basic reproduction number and to study the disease-free equilibrium. Estimates of the parameters were useful to determine how well the model fits the data and how good estimates were, in terms of the information they provided about the possible relationship between variables. The solution showed that Ebola model fits the observed onset data at 98.95% and the observed death data at 93.6%. Since Bayesian inference can not be performed analytically, the Markov chain Monte Carlo approach has been used to generate samples from the posterior distribution over parameters. Samples have been used to check the accuracy of the model and other characteristics of the target posteriors.

Statistical Analysis and Numerics of Heat Exchanger Models

The identifiability of the parameters of a heat exchanger model without phase change was studied in this Master’s thesis using synthetically made data. A fast, two-step Markov chain Monte Carlo method (MCMC) was tested with a couple of case studies and a heat exchanger model. The two-step MCMC-method worked well and decreased the computation time compared to the traditional MCMC-method. The effect of measurement accuracy of certain control variables to the identifiability of parameters was also studied. The accuracy used did not seem to have a remarkable effect to the identifiability of parameters. The use of the posterior distribution of parameters in different heat exchanger geometries was studied. It would be computationally most efficient to use the same posterior distribution among different geometries in the optimisation of heat exchanger networks. According to the results, this was possible in the case when the frontal surface areas were the same among different geometries. In the other cases the same posterior distribution can be used for optimisation too, but that will give a wider predictive distribution as a result. For condensing surface heat exchangers the numerical stability of the simulation model was studied. As a result, a stable algorithm was developed.

Statistical analysis of survey-based event history data with application to modeling of unemployment duration

Longitudinal surveys are increasingly used to collect event history data on person-specific processes such as transitions between labour market states. Surveybased event history data pose a number of challenges for statistical analysis. These challenges include survey errors due to sampling, non-response, attrition and measurement. This study deals with non-response, attrition and measurement errors in event history data and the bias caused by them in event history analysis. The study also discusses some choices faced by a researcher using longitudinal survey data for event history analysis and demonstrates their effects. These choices include, whether a design-based or a model-based approach is taken, which subset of data to use and, if a design-based approach is taken, which weights to use. The study takes advantage of the possibility to use combined longitudinal survey register data. The Finnish subset of European Community Household Panel (FI ECHP) survey for waves 1–5 were linked at person-level with longitudinal register data. Unemployment spells were used as study variables of interest. Lastly, a simulation study was conducted in order to assess the statistical properties of the Inverse Probability of Censoring Weighting (IPCW) method in a survey data context. The study shows how combined longitudinal survey register data can be used to analyse and compare the non-response and attrition processes, test the missingness mechanism type and estimate the size of bias due to non-response and attrition. In our empirical analysis, initial non-response turned out to be a more important source of bias than attrition. Reported unemployment spells were subject to seam effects, omissions, and, to a lesser extent, overreporting. The use of proxy interviews tended to cause spell omissions. An often-ignored phenomenon classification error in reported spell outcomes, was also found in the data. Neither the Missing At Random (MAR) assumption about non-response and attrition mechanisms, nor the classical assumptions about measurement errors, turned out to be valid. Both measurement errors in spell durations and spell outcomes were found to cause bias in estimates from event history models. Low measurement accuracy affected the estimates of baseline hazard most. The design-based estimates based on data from respondents to all waves of interest and weighted by the last wave weights displayed the largest bias. Using all the available data, including the spells by attriters until the time of attrition, helped to reduce attrition bias. Lastly, the simulation study showed that the IPCW correction to design weights reduces bias due to dependent censoring in design-based Kaplan-Meier and Cox proportional hazard model estimators. The study discusses implications of the results for survey organisations collecting event history data, researchers using surveys for event history analysis, and researchers who develop methods to correct for non-sampling biases in event history data.

Statistical segmentation methods and color variance analysis of retinal images

In this research, the effectiveness of Naive Bayes and Gaussian Mixture Models classifiers on segmenting exudates in retinal images is studied and the results are evaluated with metrics commonly used in medical imaging. Also, a color variation analysis of retinal images is carried out to find how effectively can retinal images be segmented using only the color information of the pixels.

Statistical variation of weld profiles and their expected influence on fatigue strength

The general objective of this study was to conduct astatistical analysis on the variation of the weld profiles and their influence on the fatigue strength of the joint. Weld quality with respect to its fatigue strength is of importance which is the main concept behind this thesis. The intention of this study was to establish the influence of weld geometric parameters on the weld quality and fatigue strength. The effect of local geometrical variations of non-load carrying cruciform fillet welded joint under tensile loading wasstudied in this thesis work. Linear Elastic Fracture Mechanics was used to calculate fatigue strength of the cruciform fillet welded joints in as-welded condition and under cyclic tensile loading, for a range of weld geometries. With extreme value statistical analysis and LEFM, an attempt was made to relate the variation of the cruciform weld profiles such as weld angle and weld toe radius to respective FAT classes.

Fuzzy Principal Components Analysis

Due to the large number of characteristics, there is a need to extract the most relevant characteristicsfrom the input data, so that the amount of information lost in this way is minimal, and the classification realized with the projected data set is relevant with respect to the original data. In order to achieve this feature extraction, different statistical techniques, as well as the principal components analysis (PCA) may be used. This thesis describes an extension of principal components analysis (PCA) allowing the extraction ofa finite number of relevant features from high-dimensional fuzzy data and noisy data. PCA finds linear combinations of the original measurement variables that describe the significant variation in the data. The comparisonof the two proposed methods was produced by using postoperative patient data. Experiment results demonstrate the ability of using the proposed two methods in complex data. Fuzzy PCA was used in the classificationproblem. The classification was applied by using the similarity classifier algorithm where total similarity measures weights are optimized with differential evolution algorithm. This thesis presents the comparison of the classification results based on the obtained data from the fuzzy PCA.

Use of field measurements in fatigue analysis of forestry cranes

Tässä työssä on esitetty väsyttävän kuormituksen mittaamiseen ja mittausdatan jälkikäsittelyyn sekä väsymismitoitukseen liittyviä menetelmiä. Menetelmien sovelluskohteena oli metsäkoneen kuormain, joka on väsyttävästi kuormitettu hitsattu rakenne. Teoriaosassa on kuvattu väsymisilmiötä ja väsymismitoitusmenetelmiä sekä kuormitusten tunnistamiseen ja mittausten jälkikäsittelyyn liittyviä menetelmiä. Yleisimmin käytettyjen väsymismitoitusmenetelmien rinnalle on esitetty luotettavuuteen perustuvaa väsymismitoitusmenetelmää. Kuormainten suunnittelussa on keveys- j a kestoikävaatimusten takia erityisen suuri merkitys väsymisen huomioimisella. Rakenteille on ominaista tietyt toiminnan kannalta välttämättömät hitsatut yksityiskohdat, jotka usein määräävät koko rakenteen kestoiän. Koska nämä ongelmakohdat pystytään useimmiten tunnistamaan jo suunnitteluvaiheessa, voidaan yksityiskohtien muotoilulla usein parantaa huomattavasti koko rakenteen kestoikää. Näiden yksityiskohtien optimointi on osittain mahdollista toteuttaa ilman kuormituskertymätietoa, mutta useimmiten kuormitusten tunnistaminen on edellytys parhaan ratkaisun löytymiselle. Tällöin toistaiseksi paras keino todellisen väsyttävän kuormituksen tunnistamiseksi on pitkäaikaiset kenttämittaukset. Kenttämittauksilla selvitetään rakenteeseen kohdistuvat kuormitukset venymäliuskojen avulla. Kuormitusten tunnistamisella on erityisen suuri merkitys kun halutaan määrittää rakenteen kestoikä. Väsyminen ja väsyttävä kuormitus ovat kuitenkin tilastollisia muuttujia j a yksittäiselle rakenteelle ei ole mahdollista määrittää tarkkaa k estoikää. Tilastollisia menetelmiä käyttäen on kuitenkin mahdollista määrittää rakenteen vaurioitumisriski. Laskettaessa vaurioitumisriskiä suurelle määrälle yksittäisiä rakenteita voidaan muodostaa tarkkojakin ennusteita mahdollisten vaurioiden lukumäärästä. Tällöin kuormituskertymätiedosta voi olla tavanomaisen suunnittelun lisäksi laajempaa hyötyä esimerkiksi takuukäsittelyssä. Tässä työssä on sovellettu esitettyjä teorioita käytännössä metsäkoneen harvesterin puomiston väsymistarkasteluun. Kyseisen rakenteen kuormituksia mitattiin kahden viikon aikana yhteensä 35 tuntia, jonka perusteella laskettiin väsyttävän kuormituksen tilastollinen jakauma esimerkkitapaukselle. Mittauksen perusteella ei voitu tehdä kuitenkaan johtopäätöksiä tuotteen koko elinkaaren kuormituksista eikä muiden samanlaisten tuotteiden kuormituksista, koska mitattu otos oli suhteellisen lyhyt ja rajoittui vain yhteen käyttäjään ja muutamaan käyttökohteeseen. Menetelmien testaamiseksi kyseinen otos oli kuitenkin riittävä. Kuormituskertymätietoa käytettiin hyväksi myös laatumääritysten muodostamisessaesimerkkitapaukselle. Murtumismekaniikkaan perustuvalla menetelmällä arvioitiinharvesteripilarin valun mahdollisten valuvirheiden suurin sallittu koko. Luotettavuuteen pohjautuvan mitoitusmenettelyn tarve näyttää olevanlisääntymässä, joten pitkäaikaisten kenttämittausten tehokas hyödyntäminen tulee olemaan keskeinen osa väsymismitoitusta lähitulevaisuudessa. Menetelmiä olisi mahdollista tehostaa yhdistämällä kuormituskertymään erilaisia kuormitusten suhteen riippuvia tunnettuja suureita kuten käsiteltävän puun halkaisija. Todellisettuotekohtaiset tilastolliset jakaumat kuormituksista voitaisiin muodostaa mahdollisesti tehokkaammin, jos esimerkiksi kuormitusten riippuvuus metsätyypistä pystyttäisiin ensin määrittämään.

Development of data sheets for statistical evaluation of fatigue data

To enable a mathematically and physically sound execution of the fatigue test and a correct interpretation of its results, statistical evaluation methods are used to assist in the analysis of fatigue testing data. The main objective of this work is to develop step-by-stepinstructions for statistical analysis of the laboratory fatigue data. The scopeof this project is to provide practical cases about answering the several questions raised in the treatment of test data with application of the methods and formulae in the document IIW-XIII-2138-06 (Best Practice Guide on the Statistical Analysis of Fatigue Data). Generally, the questions in the data sheets involve some aspects: estimation of necessary sample size, verification of the statistical equivalence of the collated sets of data, and determination of characteristic curves in different cases. The series of comprehensive examples which are given in this thesis serve as a demonstration of the various statistical methods to develop a sound procedure to create reliable calculation rules for the fatigue analysis.

Deregulation of Railroads and Future Development Scenarios in Europe - Literature Analysis of Privatization Process Taken Place in US, UK and Sweden

Euroopan unionissa päätettiin jo yli vuosikymmen sitten, että rautatieliiketoiminta vapautetaan kilpailulle. Iso-Britanniasta olimäärä tulla esimerkkivaltio tämän prosessin käyttöönotossa. Pääideana oli säännöstelyn keventäminen, jolloin omistuspohja toimialalla laajenee ja rautateiden infrastruktuuri sekä toiminta parantuvat. Infrastruktuuri on määrä olla yhden organisaation hallinnassa ja raiteiden käyttöoikeus on kaikilla lupaehdot täyttävillä operaattoreilla, jotka kilpailevat keskenään matkustajista ja tavararahdeista. Kuitenkin Yhdysvalloissa ja eräissä Latinalaisen Amerikan maissa kilpailu on vapautettu siten, että rautatieyritys omistaa raideinfrastruktuurin, junat, tavarankuljetus- sekä matkustajavaunut. Iso-Britannian yksityistämistä pidettiin aluksi isonaepäonnistumisena: nopealla aikataululla sovellettiin jäykkiä transaktioperusteisia ulkoistamisstrategioita infrastruktuurin kunnossapitoon, jotka lopulta johtivat junien jatkuviin myöhästymisiin ja muutamaan tuhoisaan onnettomuuteen. Liiketoiminnallisessa mielessäkään ei oikein onnistuttu: infrastruktuurista vastaava yritys jouduttiin listaamaan pois Lontoon pörssistä, ja hallituksen oli pakko luoda tukipaketti pahasti velkaantuneen, vain marginaalisien investointien kohteena olleen yrityksen toimintaa varten (vaikka kapasiteettitarvetta oli markkinoilla). Myös rautatieoperaattorit olivat taloudellisessa ahdingossa ja vain määrätietoisten hallituksen laatimien pelastuspakettien avulla ala nousi syvimmästä kriisistään. Tästä huolimatta näiden negatiivisten sivuvaikutusten ohella koko ala pystyi kasvattamaan kysyntää, niin matkustaja- kuin rahtiliikenteenkin osalta. Vähenevän kysynnän trendi, joka alkoi 1970-luvulla, otti käännöksen parempaan. Toinen eurooppalaismaa, jolla on pitkät kokemukset yksityistämisestä, on Ruotsi. Tämä maatapaus on melko konservatiivinen verrattuna tilanteeseen edellisessä; vain rajattu määrä reittejä on avattu kilpailulle ja sopimukset tehdään kerralla pitkäksi aikaa eteenpäin. Ruotsin säännöstelyn purku osoittautui menestykseksi, koska tuottavuus onollut vakaassa kasvussa ja rautateiden markkinaosuus erityisesti matkustajapuolella on noussut merkittävästi, verrattuna muihin kuljetusmuotoihin. Kuitenkin kilpailua on käytännössä vähän tässä maassa ja parempiatuloksia on lupa odottaa, kun vain säännöstelyn purkaminen jatkuu. Viimeinen tutkimuksemme kohteena oleva maa on Yhdysvallat, joka alistutti rautatiet kilpailulle jo 1980-luvun alussa, käyttäen jo edellä mainittua vertikaalista integraatiota; tämä valinta on taas johtanut hyvin erilaisiin tuloksiin. Vaihtoehtoinen rakenteellinen uudistustapa on suosinut rahtivirtoja matkustajiin nähden, ja lopputuloksena tämä tapaus synnytti yrityksiä huolehtimaan toista näistä kahdesta pääasiakasryhmästä. Viimeaikaiset tulokset tästä yksityistämisprosessista ovat olleet hyviä: jäljellejääneiden yritysten voitot ovat kasvaneet, osinkoja ollaan kyetty jakamaan ja osakkeiden arvostus on noussut. Tässä tutkimusraportissa yritämme kolmen maatapauksen kautta esittää, miten yksityistämisprosessi tulee vaikuttamaan Euroopassa, kun kilpailu rautateillä vapautuu. Me käymmeläpi, mikä näistä kolmesta maaesimerkistä on kaikkein todennäköisin jaesitämme ehdotuksia siihen, miten valtiot voisivat välttää ei-haluttuja sivuvaikutuksia. Kolme maaesimerkkiä, ja lopuksi esitetty lyhyt tilastollinen analyysi osoittavat, että rautateillä on tulevaisuuden potentiaalia Euroopassa, ja kilpailun vapauttaminen on avain tämän potentiaalin realisointiin.

Reconstruction and analysis of surface variation using photometric stereo

In many industrial applications, accurate and fast surface reconstruction is essential for quality control. Variation in surface finishing parameters, such as surface roughness, can reflect defects in a manufacturing process, non-optimal product operational efficiency, and reduced life expectancy of the product. This thesis considers reconstruction and analysis of high-frequency variation, that is roughness, on planar surfaces. Standard roughness measures in industry are calculated from surface topography. A fast and non-contact method to obtain surface topography is to apply photometric stereo in the estimation of surface gradients and to reconstruct the surface by integrating the gradient fields. Alternatively, visual methods, such as statistical measures, fractal dimension and distance transforms, can be used to characterize surface roughness directly from gray-scale images. In this thesis, the accuracy of distance transforms, statistical measures, and fractal dimension are evaluated in the estimation of surface roughness from gray-scale images and topographies. The results are contrasted to standard industry roughness measures. In distance transforms, the key idea is that distance values calculated along a highly varying surface are greater than distances calculated along a smoother surface. Statistical measures and fractal dimension are common surface roughness measures. In the experiments, skewness and variance of brightness distribution, fractal dimension, and distance transforms exhibited strong linear correlations to standard industry roughness measures. One of the key strengths of photometric stereo method is the acquisition of higher frequency variation of surfaces. In this thesis, the reconstruction of planar high-frequency varying surfaces is studied in the presence of imaging noise and blur. Two Wiener filterbased methods are proposed of which one is optimal in the sense of surface power spectral density given the spectral properties of the imaging noise and blur. Experiments show that the proposed methods preserve the inherent high-frequency variation in the reconstructed surfaces, whereas traditional reconstruction methods typically handle incorrect measurements by smoothing, which dampens the high-frequency variation.