The use of quantile trees in the prediction of the diameter distribution of a stand

Abstract

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.

The use of branched ketenedimers in solving the deposit problems related to the internal sizing of uncoated fine paper

Alkyl ketene dimers (AKD) are effective and highly hydrophobic sizing agents for the internal sizing of alkaline papers, but in some cases they may form deposits on paper machines and copiers. In addition, alkenyl succinic anhydrides (ASA)- based sizing agents are highly reactive, producing on-machine sizing, but under uncontrolled wet end conditions the hydrolysis of ASA may cause problems. This thesis aims at developing an improved ketene dimer based sizing agent that would have a lower deposit formation tendency on paper machines and copiers than a traditional type of AKD. The aim is also to improve the ink jet printability of a AKD sized paper. The sizing characteristics ofketene dimers have been compared to those of ASA. A lower tendency of ketene dimer deposit formation was shown in paper machine trials and in printability tests when branched fatty acids were used in the manufacture of a ketene dimer basedsizing agent. Fitting the melting and solidification temperature of a ketene dimer size to the process temperature of a paper machine or a copier contributes to machine cleanliness. A lower hydrophobicity of the paper sized with branched ketene dimer compared to the paper sized with traditional AKD was discovered. However, the ink jet print quality could be improved by the use of a branched ketene dimer. The branched ketene dimer helps in balancing the paper hydrophobicity for both black and color printing. The use of a high amount of protective colloidin the emulsification was considered to be useful for the sizing performance ofthe liquid type of sizing agents. Similar findings were indicated for both the branched ketene dimer and ASA.

Use of scenario analysis in studying emerging technology – Case Grid computing

Tutkimuksen selvitettiin miten skenaarioanalyysia voidaan käyttää uuden teknologian tutkimisessa. Työssä havaittiin, että skenaarioanalyysin soveltuvuuteen vaikuttaa eniten teknologisen muutoksen taso ja saatavilla olevan tiedon luonne. Skenaariomenetelmä soveltuu hyvin uusien teknologioiden tutkimukseen erityisesti radikaalien innovaatioiden kohdalla. Syynä tähän on niihin liittyvä suuri epävarmuus, kompleksisuus ja vallitsevan paradigman muuttuminen, joiden takia useat muut tulevaisuuden tutkimuksen menetelmät eivät ole tilanteessa käyttökelpoisia. Työn empiirisessä osiossa tutkittiin hilaverkkoteknologian tulevaisuutta skenaarioanalyysin avulla. Hilaverkot nähtiin mahdollisena disruptiivisena teknologiana, joka radikaalina innovaationa saattaa muuttaa tietokonelaskennan nykyisestä tuotepohjaisesta laskentakapasiteetin ostamisesta palvelupohjaiseksi. Tällä olisi suuri vaikutus koko nykyiseen ICT-toimialaan erityisesti tarvelaskennan hyödyntämisen ansiosta. Tutkimus tarkasteli kehitystä vuoteen 2010 asti. Teorian ja olemassa olevan tiedon perusteella muodostettiin vahvaan asiantuntijatietouteen nojautuen neljä mahdollista ympäristöskenaariota hilaverkoille. Skenaarioista huomattiin, että teknologian kaupallinen menestys on vielä monen haasteen takana. Erityisesti luottamus ja lisäarvon synnyttäminen nousivat tärkeimmiksi hilaverkkojen tulevaisuutta ohjaaviksi tekijöiksi.

Intra-organizational use of communication tools in value nets - Cases from the ICT industry

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää sisäisen kommunikoinnin tilannetta case-yrityksissä. Yritykset kuuluvat kahteen case-arvoverkostoon, jotka toimivat informaatio- ja kommunikaatioteknologian alalla. Sisäinen kommunikointi valittiin tutkimusalueeksi, koska se muodostaa perustan ulkoiselle, yritysten väliselle kommunikoinnille. Tutkimuksen painopiste oli web-pohjaisessa kommunikoinnissa ja webin ominaisuuksissa arvoverkoston näkökulmasta. Tutkimusprosessissa käytettiin sekä kvalitatiivisia että kvantitatiivisia menetelmiä. Tutkimuksen kvantitatiivinen osa toteutettiin web-kyselynä, jonka tulokset osoittivat, että case-yritysten sisäinen kommunikointi perustuu pääasiassa perinteisten kommunikointivälineiden käyttöön. Toisin sanoen, webin hyödyntäminen on vähäistä, mihin vaikuttavat monet eri tekijät. Webissä on kuitenkin useita ominaisuuksia, jotka parantavat kommunikointia arvoverkostossa ja siksi nämä web-pohjaiset välineet tulisi huomioida, kun suunnitellaan yleistä kommunikointijärjestelmää. Tutkimuksen teoreettisessa osassa määriteltiin vuorovaikutteisuus-ominaisuuteen perustuva kommunikointivälineiden luokittelu. Tämän lisäksi määriteltiin myös arvoverkoston käsite. Empiirinen osa koostui web-kyselyn toteutuksen ja tulosten raportoinnista, jonka jälkeen yhteenvetokappale koosti merkittävimmät havainnot sekä mahdolliset jatkotutkimusaiheet.

Use of Statistical Methods in Demand Planning

In a very volatile industry of high technology it is of utmost importance to accurately forecast customers’ demand. However, statistical forecasting of sales, especially in heavily competitive electronics product business, has always been a challenging task due to very high variation in demand and very short product life cycles of products. The purpose of this thesis is to validate if statistical methods can be applied to forecasting sales of short life cycle electronics products and provide a feasible framework for implementing statistical forecasting in the environment of the case company. Two different approaches have been developed for forecasting on short and medium term and long term horizons. Both models are based on decomposition models, but differ in interpretation of the model residuals. For long term horizons residuals are assumed to represent white noise, whereas for short and medium term forecasting horizon residuals are modeled using statistical forecasting methods. Implementation of both approaches is performed in Matlab. Modeling results have shown that different markets exhibit different demand patterns and therefore different analytical approaches are appropriate for modeling demand in these markets. Moreover, the outcomes of modeling imply that statistical forecasting can not be handled separately from judgmental forecasting, but should be perceived only as a basis for judgmental forecasting activities. Based on modeling results recommendations for further deployment of statistical methods in sales forecasting of the case company are developed.

Use of neural networks in robot positioning of large flexible redundant manipulators

Deflection compensation of flexible boom structures in robot positioning is usually done using tables containing the magnitude of the deflection with inverse kinematics solutions of a rigid structure. The number of table values increases greatly if the working area of the boom is large and the required positioning accuracy is high. The inverse kinematics problems are very nonlinear, and if the structure is redundant, in some cases it cannot be solved in a closed form. If the structural flexibility of the manipulator arms is taken into account, the problem is almost impossible to solve using analytical methods. Neural networks offer a possibility to approximate any linear or nonlinear function. This study presents four different methods of using neural networks in the static deflection compensation and inverse kinematics solution of a flexible hydraulically driven manipulator. The training information required for training neural networks is obtained by employing a simulation model that includes elasticity characteristics. The functionality of the presented methods is tested based on the simulated and measured results of positioning accuracy. The simulated positioning accuracy is tested in 25 separate coordinate points. For each point, the positioning is tested with five different mass loads. The mean positioning error of a manipulator decreased from 31.9 mm to 4.1 mm in the test points. This accuracy enables the use of flexible manipulators in the positioning of larger objects. The measured positioning accuracy is tested in 9 separate points using three different mass loads. The mean positioning error decreased from 10.6 mm to 4.7 mm and the maximum error from 27.5 mm to 11.0 mm.

The purpose and use of passenger ships in 2058 - Future scenarios generated by the Delphi method

The purpose of the thesis is to generate scenarios of future purposes and of use of ships, suitable for STX Finland Cruise Oy to design and build, over a 50 year time span by applying the Delphi method and an open innovation approach in a future workshop. The scenarios were mapped out with help of two Delphi survey rounds and one future workshop. The number of participants in both surveys and the workshop was some twenty experts in each, representing various fields. On the basis of the first survey round, four different subject areas were selected for analysis: purposes for the use of ships; energy efficiency of cruises and ships; cost efficiency of sea transportation and vacation; and the views and expectations of the customers in the future. As a result of the future workshop, four different themes were established, which were studied further during the second Delphi round. The themes are future service and operation concepts; versatile uses of the space in ships; communication of environmental benefits of ships, future energy solutions and social interaction between passengers onboard. In addition to generating the scenarios, further aim of the thesis is to implement the Delphi method and workshop activity as foresight tools for STX Europe and to produce a chart of a future shipbuilding foresight community to can serve the open innovation processes in the maritime cluster as a whole.

The Use of Radiostereometric Analysis in Fractures of the Distal Radius: From Phantom Models to Clinical Application

Radiostereometric analysis (RSA) is a highly accurate method for the measurement of in vivo micromotion of orthopaedic implants. Validation of the RSA method is a prerequisite for performing clinical RSA studies. Only a limited number of studies have utilised the RSA method in the evaluation of migration and inducible micromotion during fracture healing. Volar plate fixation of distal radial fractures has increased in popularity. There is still very little prospective randomised evidence supporting the use of these implants over other treatments. The aim of this study was to investigate the precision, accuracy, and feasibility of using RSA in the evaluation of healing in distal radius fractures treated with a volar fixed-angle plate. A physical phantom model was used to validate the RSA method for simple distal radius fractures. A computer simulation model was then used to validate the RSA method for more complex interfragmentary motion in intra-articular fractures. A separate pre-clinical investigation was performed in order to evaluate the possibility of using novel resorbable markers for RSA. Based on the validation studies, a prospective RSA cohort study of fifteen patients with plated AO type-C distal radius fractures with a 1-year follow-up was performed. RSA was shown to be highly accurate and precise in the measurement of fracture micromotion using both physical and computer simulated models of distal radius fractures. Resorbable RSA markers demonstrated potential for use in RSA. The RSA method was found to have a high clinical precision. The fractures underwent significant translational and rotational migration during the first two weeks after surgery, but not thereafter. Maximal grip caused significant translational and rotational interfragmentary micromotion. This inducible micromotion was detectable up to eighteen weeks, even after the achievement of radiographic union. The application of RSA in the measurement of fracture fragment migration and inducible interfragmentary micromotion in AO type-C distal radius fractures is feasible but technically demanding. RSA may be a unique tool in defining the progress of fracture union.

On the use of convex underestimators in global optimization

Många kvantitativa problem från vitt skilda områden kan beskrivas som optimeringsproblem. Ett mått på lösningens kvalitet bör optimeras samtidigt som vissa villkor på lösningen uppfylls. Kvalitetsmåttet kallas vanligen objektfunktion och kan beskriva kostnader (exempelvis produktion, logistik), potentialenergi (molekylmodellering, proteinveckning), risk (finans, försäkring) eller något annat relevant mått. I min doktorsavhandling diskuteras speciellt icke-linjär programmering, NLP, i ändliga dimensioner. Problem med enkel struktur, till exempel någon form av konvexitet, kan lösas effektivt. Tyvärr kan inte alla kvantitativa samband modelleras på ett konvext vis. Icke-konvexa problem kan angripas med heuristiska metoder, algoritmer som söker lösningar med hjälp av deterministiska eller stokastiska tumregler. Ibland fungerar det här väl, men heuristikerna kan sällan garantera kvaliteten på lösningen eller ens att en lösning påträffas. För vissa tillämpningar är det här oacceptabelt. Istället kan man tillämpa så kallad global optimering. Genom att successivt dela variabeldomänen i mindre delar och beräkna starkare gränser på det optimala värdet hittas en lösning inom feltoleransen. Den här metoden kallas branch-and-bound, ungefär dela-och-begränsa. För att ge undre gränser (vid minimering) approximeras problemet med enklare problem, till exempel konvexa, som kan lösas effektivt. I avhandlingen studeras tillvägagångssätt för att approximera differentierbara funktioner med konvexa underskattningar, speciellt den så kallade alphaBB-metoden. Denna metod adderar störningar av en viss form och garanterar konvexitet genom att sätta villkor på den perturberade Hessematrisen. Min forskning har lyft fram en naturlig utvidgning av de perturbationer som används i alphaBB. Nya metoder för att bestämma underskattningsparametrar har beskrivits och jämförts. I sammanfattningsdelen diskuteras global optimering ur bredare perspektiv på optimering och beräkningsalgoritmer.

Feasibility of the use of recycled nutrients in fast growing pulpwood production

The application of pulp and paper mill (PPM) sludge in agriculture and forestry has been acknowledged as soil amendments and a plant nutrient source. The main objectives of this study were to evaluate the total cost of the use of recycled nutrients from PPM sludge in fast growing pulpwood production, and the financial profitability of fast growing pulpwood production with the use of these recycled nutrients. The investment and production costs of fast growing pulpwood plantation were directly acquired from a previous research, while the other data was compiled through different studies. The total cost of the use of PPM sludge was evaluated based on assumed factors. Discounted cash flow method was used to evaluate the financial profitability, using NPV and IRR as indicators. The results of estimated sludge nutrient contents were 16.2 g N, 2.9 g P, and 2.4 g K kg-1 of dry sludge. The sludge application rate was estimated at 1.36 Mg/ha in the first year. The total cost of the use of PPM sludge involved transport and spreading cost of US$49.15/dry ton. The fertilization cost applied in the financial model was designed in 3 different options and their results were as follows: option (1) was taken directly from the reference research (US$97/ha); option (2) was the use of sludge alone (US$66.75/ha); and option (3) was the use of sludge and TSP fertilizer (US$83.80/ha). The average NPV without discounting was US$248,180 while the IRRs ranged between approximately 3-4% with an average of 3.63%. Although option (2) and (3) contributed to higher IRRs compared to option (1), this increase was still not significant as the IRR was not sensitive to the total fertilization cost. The advantages are that this practice can be performed at a lower cost and the application rate can be still increased if necessary. It is better for forest plantations compared to agriculture and consequently supports reforestation program. In addition, it can be similarly applied in wood biomass production. A disadvantage is that the IRRs were not very favorable compared to the criterion of 11%. The sludge high in C:N ratio can cause nitrogen immobilization, and regulatory concerns may restrict and complicate the use of sludge landspreading and contribute to additional costs and processes.