Putkilämmönsiirtimien mitoitustyökalujen kehittäminen

Diplomityön tarkoituksena on kehittää tietokoneohjelma putkilämmönsiirtimen vaippapuolen painehäviön laskemiseksi. Ohjelmalla voidaan varmistaa lämmönsiirtimen mitoitusvaiheessa, että vaippapuolen painehäviö ei ylitä sallittuja rajoja. Ohjelmatäydentää olemassa olevia mitoitusohjelmia. Tässä diplomityössä käsitellään ainoastaan höyryvoimalaitosprosesseissa käytettäviä putkilämmönsiirtimiä. Työn kirjallisessa osassa on selvitetty periaate höyryvoimalaitosprosessista ja siinä käytettävistä putkilämmönsiirtimistä sekä esitetty putkilämmönsiirtimien rakenne, yleinen suunnittelu ja lämpö- ja virtaustekninen mitoitus. Painehäviön laskennassa käytetyt ja lämpö- ja virtausteknistä mitoitusta käsittelevässä kappaleessa esitetyt yhtälöt perustuvat Bell-Delawaren menetelmään. Painehäviönlaskentaohjelma on toteutettu hyväksikäyttäen Microsoft Excel taulukkolaskentaa ja Visual Basic -ohjelmointikieltä. Painehäviön laskenta perustuu segmenttivälilevyillä varustetun putkilämmönsiirtimen vaippapuolen yksifaasivirtaukseen. Lämmönsiirtimen lauhdutinosan painehäviö oletetaan merkityksettömäksi, joten kokonaispainehäviö muodostuu höyryn- ja lauhteenjäähdyttimessä. Kehitetty ohjelma on suunniteltu erityisesti lauhteenjäähdyttimessä muodostuvan painehäviön laskentaan. Ohjelmalla laskettuja painehäviön arvoja on verrattu todellisesta lämmönsiirtimestä mitattuihin arvoihin. Lasketut arvotvastaavat hyvin mittaamalla saatuja, eikä tuloksissa ilmene mitään systemaattista virhettä. Ohjelma on valmis käytettäväksi putkilämmönsiirtimien mitoitustyökaluna. Diplomityön pohjalta on tehty ehdotukset ohjelman edelleen kehittämiseksi.

Python as a programming language for the introductory programming courses

Tämä kandidaatintyö tutkii tietotekniikan perusopetuksessa keskeisen aiheen,ohjelmoinnin, alkeisopetusta ja siihen liittyviä ongelmia. Työssä perehdytään ohjelmoinnin perusopetusmenetelmiin ja opetuksen lähestymistapoihin, sekä ratkaisuihin, joilla opetusta voidaan tehostaa. Näitä ratkaisuja työssä ovat mm. ohjelmointikielen valinta, käytettävän kehitysympäristön löytäminen sekä kurssia tukevien opetusapuvälineiden etsiminen. Lisäksi kurssin läpivientiin liittyvien toimintojen, kuten harjoitusten ja mahdollisten viikkotehtävien valinta kuuluu osaksitätä työtä. Työ itsessään lähestyy aihetta tutkimalla Pythonin soveltuvuutta ohjelmoinnin alkeisopetukseen mm. vertailemalla sitä muihin olemassa oleviin yleisiin opetuskieliin, kuten C, C++ tai Java. Se tarkastelee kielen hyviä ja huonoja puolia, sekä tutkii, voidaanko Pythonia hyödyntää luontevasti pääasiallisena opetuskielenä. Lisäksi työ perehtyy siihen, mitä kaikkea kurssilla tulisi opettaa, sekä siihen, kuinka kurssin läpivienti olisi tehokkainta toteuttaa ja minkälaiset tekniset puitteet kurssin toteuttamista varten olisi järkevää valita.

Applications of graph transformation in tools for domain-specific modeling languages

The use of domain-specific languages (DSLs) has been proposed as an approach to cost-e ectively develop families of software systems in a restricted application domain. Domain-specific languages in combination with the accumulated knowledge and experience of previous implementations, can in turn be used to generate new applications with unique sets of requirements. For this reason, DSLs are considered to be an important approach for software reuse. However, the toolset supporting a particular domain-specific language is also domain-specific and is per definition not reusable. Therefore, creating and maintaining a DSL requires additional resources that could be even larger than the savings associated with using them. As a solution, di erent tool frameworks have been proposed to simplify and reduce the cost of developments of DSLs. Developers of tool support for DSLs need to instantiate, customize or configure the framework for a particular DSL. There are di erent approaches for this. An approach is to use an application programming interface (API) and to extend the basic framework using an imperative programming language. An example of a tools which is based on this approach is Eclipse GEF. Another approach is to configure the framework using declarative languages that are independent of the underlying framework implementation. We believe this second approach can bring important benefits as this brings focus to specifying what should the tool be like instead of writing a program specifying how the tool achieves this functionality. In this thesis we explore this second approach. We use graph transformation as the basic approach to customize a domain-specific modeling (DSM) tool framework. The contributions of this thesis includes a comparison of di erent approaches for defining, representing and interchanging software modeling languages and models and a tool architecture for an open domain-specific modeling framework that e ciently integrates several model transformation components and visual editors. We also present several specific algorithms and tool components for DSM framework. These include an approach for graph query based on region operators and the star operator and an approach for reconciling models and diagrams after executing model transformation programs. We exemplify our approach with two case studies MICAS and EFCO. In these studies we show how our experimental modeling tool framework has been used to define tool environments for domain-specific languages.

Modeling information in software languages

Ohjelmiston kehitystyökalut käyttävät infromaatiota kehittäjän tuottamasta lähdekoodista. Informaatiota hyödynnetään ohjelmistoprojektin eri vaiheissa ja eri tarkoituksissa. Moderneissa ohjelmistoprojekteissa käytetyn informaation määrä voi kasvaa erittäin suureksi. Ohjelmistotyökaluilla on omat informaatiomallinsa ja käyttömekanisminsa. Informaation määrä sekä erilliset työkaluinformaatiomallit tekevät erittäin hankalaksi rakentaa joustavaa työkaluympäristöä, erityisesti ongelma-aluekohtaiseen ohjelmiston kehitysprosessiin. Tässä työssä on analysoitu perusinformaatiometamalleja Unified Modeling language kielestä, Python ohjelmointikielestä ja C++ ohjelmointikielestä. Metainformaation taso on rajoitettu rakenteelliselle tasolle. Ajettavat rakenteet on jätetty pois. ModelBase metamalli on yhdistetty olemassa olevista analysoiduista metamalleista. Tätä metamallia voidaan käyttää tulevaisuudessa ohjelmistotyökalujen kehitykseen.

Simulation Supported Robot Programming using XML

The main objective of this master's thesis is to study robot programming using simulation software, and also how to embed the simulation software into company's own robot controlling software. The further goal is to study a new communication interface to the assembly line's components -more precisely how to connect the robot cell into this new communication system. Conveyor lines are already available where the conveyors use the new communication standard. The robot cell is not yet capable of communicating with to other devices using the new communication protocols. The main problem among robot manufacturers is that they all have their own communication systems and programming languages. There has not been any common programming language to program all the different robot manufacturers robots, until the RRS (Realistic Robot Simulation) standards were developed. The RRS - II makes it possible to create the robot programs in the simulation software and it gives a common user interface for different robot manufacturers robots. This thesis will present the RRS - II standard and the robot manufacturers situation for the RRS - II support. Thesis presents how the simulation software can be embedded into company's own robot controlling software and also how the robot cell can be connected to the CAMX (Computer Aided Manufacturing using XML) communication system.

New computer software for defining the three-dimensional geometry for a centrifu- gal compressor impeller

In this thesis, a computer software for defining the geometry for a centrifugal compressor impeller is designed and implemented. The project is done under the supervision of Laboratory of Fluid Dynamics in Lappeenranta University of Technology. This thesis is similar to the thesis written by Tomi Putus (2009) in which a centrifugal compressor impeller flow channel is researched and commonly used design practices are reviewed. Putus wrote a computer software which can be used to define impeller’s three-dimensional geometry based on the basic geometrical dimensions given by a preliminary design. The software designed in this thesis is almost similar but it uses a different programming language (C++) and a different way to define the shape of the impeller meridional projection.

Teaching mathematics and programming : new approaches with empirical evaluation

Programming and mathematics are core areas of computer science (CS) and consequently also important parts of CS education. Introductory instruction in these two topics is, however, not without problems. Studies show that CS students find programming difficult to learn and that teaching mathematical topics to CS novices is challenging. One reason for the latter is the disconnection between mathematics and programming found in many CS curricula, which results in students not seeing the relevance of the subject for their studies. In addition, reports indicate that students' mathematical capability and maturity levels are dropping. The challenges faced when teaching mathematics and programming at CS departments can also be traced back to gaps in students' prior education. In Finland the high school curriculum does not include CS as a subject; instead, focus is on learning to use the computer and its applications as tools. Similarly, many of the mathematics courses emphasize application of formulas, while logic, formalisms and proofs, which are important in CS, are avoided. Consequently, high school graduates are not well prepared for studies in CS. Motivated by these challenges, the goal of the present work is to describe new approaches to teaching mathematics and programming aimed at addressing these issues: Structured derivations is a logic-based approach to teaching mathematics, where formalisms and justifications are made explicit. The aim is to help students become better at communicating their reasoning using mathematical language and logical notation at the same time as they become more confident with formalisms. The Python programming language was originally designed with education in mind, and has a simple syntax compared to many other popular languages. The aim of using it in instruction is to address algorithms and their implementation in a way that allows focus to be put on learning algorithmic thinking and programming instead of on learning a complex syntax. Invariant based programming is a diagrammatic approach to developing programs that are correct by construction. The approach is based on elementary propositional and predicate logic, and makes explicit the underlying mathematical foundations of programming. The aim is also to show how mathematics in general, and logic in particular, can be used to create better programs.

Tietokantojen yhdistäminen järjestelmän rajapintoja hyödyntäen

Tässä työssä on pyritty kartoittamaan mahdollisuudet omatoimiseen Voyager-kirjastojärjestelmän aineistotietokantojen ja asiakasrekisterien yhdistelyyn. Lähtökohtana on ollut oletus, että kohdejärjestelmän tietokantaan ei ole oikeuksia eikä sopimusteknistä mahdollisuuttakaan kirjoittaa tietoja suoraan kyselykielellä. Järjestelmän dokumentaatiota sekä verkostoa hyödyntämällä olen pyrkinyt kartoittamaan mahdollisuudet kaiken toiminnallisuuden vaatiman datan siirtoon. Hyödyntämällä järjestelmän rajapintoja, voidaan saavuttaa kustannussäästöjä sekä joustavuutta työn suorittamisen aikataulutukseen. Bibliografisen datan siirtoon Voyager-kirjastojärjestelmässä on mahdollisuus hyödyntää palvelimella eräajona suoritettavaa ohjelmaa. Tässä eräajossa voidaan siirtää sekä bibliografiset tietueet että varastotietueet. Nidetietojen kirjoittamiseksi kohteena olevaan tietokantaan käytetään Visual Studio -sovellusta, joka hyödyntää luettelointirajapintaa. Asiakastietojen siirtoon on mahdollista hyödyntää palvelimella suoritettavaa eräajoa, jonka syötteeksi kirjoitetaan määrämittainen syötetiedosto. Asiakastietueisiin sidotut lainatiedot voidaan siirtää kohdetietokantaan asiakasohjelman offline-lainaustoiminnolla.

Developing an introductory object-oriented programming course

The state of the object-oriented programming course in Lappeenranta University of Technology had reached the point, where it required changes to provide better learning opportunities and thus the learning outcomes. Based on the student feedback the course was partially dated and ineffective. The components of the course were analysed and the ineffective elements were removed and new methods were introduced to improve the course. The major changes included the change from traditional teaching methods to reverse classroom method and the use of Java as the programming language. The changes were measured by the student feedback, lecturer’s observations and comparison to previous years. The feedback suggested that the changes were successful; the course received higher overall grade than before.

Ohjelmoinnin opetus peruskoulussa: toiminnallisuutta ja graafista ohjelmointikieltä hyödyntävien opetusmenetelmien vertailu

Ohjelmoinnin opettaminen yleissivistävänä oppiaineena on viime aikoina herättänyt kiinnostusta Suomessa ja muualla maailmassa. Esimerkiksi Suomen opetushallituksen määrittämien, vuonna 2016 käyttöön otettavien peruskoulun opintosuunnitelman perusteiden mukaan, ohjelmointitaitoja aletaan opettaa suomalaisissa peruskouluissa ensimmäiseltä luokalta alkaen. Ohjelmointia ei olla lisäämässä omaksi oppiaineekseen, vaan sen opetuksen on tarkoitus tapahtua muiden oppiaineiden, kuten matematiikan yhteydessä. Tämä tutkimus käsittelee yleissivistävää ohjelmoinnin opetusta yleisesti, käy läpi yleisimpiä haasteita ohjelmoinnin oppimisessa ja tarkastelee erilaisten opetusmenetelmien soveltuvuutta erityisesti nuorten oppilaiden opettamiseen. Tutkimusta varten toteutettiin verkkoympäristössä toimiva, noin 9–12-vuotiaille oppilaille suunnattu graafista ohjelmointikieltä ja visuaalisuutta tehokkaasti hyödyntävä oppimissovellus. Oppimissovelluksen avulla toteutettiin alakoulun neljänsien luokkien kanssa vertailututkimus, jossa graafisella ohjelmointikielellä tapahtuvan opetuksen toimivuutta vertailtiin toiseen opetusmenetelmään, jossa oppilaat tutustuivat ohjelmoinnin perusteisiin toiminnallisten leikkien avulla. Vertailututkimuksessa kahden neljännen luokan oppilaat suorittivat samankaltaisia, ohjelmoinnin peruskäsitteisiin liittyviä ohjelmointitehtäviä molemmilla opetus-menetelmillä. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää alakouluoppilaiden nykyistä ohjelmointiosaamista, sitä minkälaisen vastaanoton ohjelmoinnin opetus alakouluoppilailta saa, onko erilaisilla opetusmenetelmillä merkitystä opetuksen toteutuksen kannalta ja näkyykö eri opetusmenetelmillä opetettujen luokkien oppimistuloksissa eroja. Oppilaat suhtautuivat kumpaankin opetusmenetelmään myönteisesti, ja osoittivat kiinnostusta ohjelmoinnin opiskeluun. Sisällöllisesti oppitunneille oli varattu turhan paljon materiaalia, mutta esimerkiksi yhden keskeisimmän aiheen, eli toiston käsitteen oppimisessa aktiivisilla leikeillä harjoitellut luokka osoitti huomattavasti graafisella ohjelmointikielellä harjoitellutta luokkaa parempaa osaamista oppitunnin jälkeen. Ohjelmakoodin peräkkäisyyteen liittyvä osaaminen oli neljäsluokkalaisilla hyvin hallussa jo ennen ohjelmointiharjoituksia. Aiheeseen liittyvän taustatutkimuksen ja luokkien opettajien haastatteluiden perusteella havaittiin koulujen valmiuksien opetussuunnitelmauudistuksen mukaiseen ohjelmoinnin opettamiseen olevan vielä heikolla tasolla.

Raspberry Pi-pohjainen dataloggeri

Dataloggerit ovat tärkeitä mittaustekniikassa käytettäviä mittalaitteita, joiden tarkoituksena on kerätä talteen mittausdataa pitkiltä aikaväleiltä. Dataloggereita voidaan käyttää esimerkiksi teollista prosessia osana olevien toimilaitteiden tai kotitalouden energiajärjestelmän seurannassa. Teollisen luokan dataloggerit ovat yleensä hinnaltaan satojen tai tuhansien eurojen luokkaa. Työssä pyrittiin löytämään teollisen luokan laitteille halpa ja helppokäyttöinen vaihtoehto, joka on kuitenkin riittävän tehokas ja toimiva. Työssä suunniteltiin ja toteutettiin dataloggeri Raspberry Pi-alustalle ja testattiin sitä oikeaa teollista ympäristöä vastaavissa olosuhteissa. Kirjallisuudesta ja internet artikkeleista etsittiin samankaltaisia laite- ja ohjelmistoratkaisuja ja niitä käytettiin dataloggausjärjestelmän pohjana. Raspberry Pi-alustalle koodattiin yksinkertainen Python-kielinen data-loggausohjelma, joka käyttää Modbus-tiedonsiirtoprotokollaa. Testien perusteella voidaan todeta, että toteutettu dataloggeri on toimiva ja kykenee kaupallisten dataloggereiden tasoiseen mittaukseen ainakin pienillä näytteistystaajuuksilla. Toteutettu dataloggeri on myös huomattavasti kaupallisia dataloggereita halvempi. Helppokäyttöisyyden näkökulmasta dataloggerissa havaittiin puutteita, joita käydään läpi jatkokehitysideoiden muodossa.

Siirtyminen C-kielestä Pythoniin ohjelmoinnin perusopetuksessa

Ohjelmointitaito on asia, jonka oppimisesta ja opettamisesta voidaan olla montaa mieltä, eikä yhtä oikeaa tapaa toteuttaa ohjelmoinnin opetusta tunnu olevan olemassa. Se on kuitenkin selvää, että jotkin menetelmät ja työkalut tuntuvat olevan parempia kuin toiset. Lukuvuoden 2005-2006 päätteeksi Lappeenrannan teknillinen yliopisto päätti päivittää ohjelmoinnin perusopetusta, ja kokeili siirtymistä Python-ohjelmointikieleen ohjelmoinnin alkeiskursseilla. Koska kurssin varsinaiset muutokset keskittyivät tekniseen infrastruktuuriin, tutustuttiin alustavassa kirjallisuustutkimuksessa ensin erilaisiin lähestymistapoihin,aiempiin tapauksiin sekä mielekkäiden työkalujen löytämiseen. Tässä diplomityössä perehdytään ohjelmoinnin opetuksen työkaluihin sekä erityisesti Python-ohjelmointikielen hyödyntämiseen ohjelmoinnin perusopetuksessa. Diplomityö esittelee useita lähestymistapoja sekä keskittyy tutkimaan Pythonin soveltuvuutta alkeisopetuksen käyttötarkoituksiin. Diplomityö tutustuu myös Lappeenrannassa järjestetyn ohjelmoinnin perusteiden kurssin tuloksiin, ja analysoi sitä, pystyikö Python-pohjainen kurssi toteuttamaan teknisen yliopiston sille asettamat vaatimukset. Lopuksi aineistosta analysoidaan jatkotutkimuksen tarpeita sekä pyritään löytämään ne osa-alueet, joita näissä jatkotutkimuksissa tulisi vielä kehittää.

Prosessinhallintajärjestelmä MS Accessilla ja VBA:lla

Tässä insinöörityössä suunniteltiin ja toteutettiin Nokia Oyj:n Networks -toimialaryhmään kuuluvalle toimitusvalmiusprosessin kehitysryhmälle prosessinhallintaohjelmisto. Ohjelmiston tarkoituksena oli yksinkertaistaa prosessiin kuuluvan sähköisen materiaalin päivitystyötä, vähentää prosessipäivityksiin tarvittavaa työmäärää sekä parantaa sähköisen materiaalin käyttöä tuoteprojekteissa. Insinöörityö toteutettiin ohjelmistoprojektina, johon sisältyi tutkimusvaihe, jossa tutkittiin prosessinkehitykseen liittyvää yritystoimintaa ja eri teknologiavaihtoehtoja tuotettavan järjestelmän toteuttamiselle. Työssä esitellään tulokset tutkimuksesta, jossa ensin tutustuttiin prosessikehityksen työkaluihin tilaajan tietojärjestelmissä ja prosessikehitykseen liittyvästä yritystoiminnasta. Toteutusteknologian tutkimuksessa perehdyttiin Microsoft Office -tuoteperheeseen kuuluvien MS Excelin ja MS Accessin sovelluksenkehityksen mahdollisuuksiin. Tutkimuksessa keskityttiin Visual Basic for Applications -ohjelmointiin, sovellusten hajauttamiseen tiedostopalvelinympäristössä sekä Visual Basic for Applications-ohjelmoinnin uudelleenkäytettävyyteen ja ohjelmiston hallittavuuteen. MS Office -tuotteiden vaihtoehtoina tutkittiin itsenäisten Visual Basic-sovellusten, C++- ja Java-sovellusten käyttöä sekä MySQL-tietokantajärjestelmän toimintoja. Työssä käydään myös läpi projektissa tuotettu Prosessinhallintajärjestelmä, joka on MS Accessilla toteutettu VBA-kielinen tietokantasovellus. Järjestelmä toteutettiin tutkimusten perusteella tiedostopalvelinympäristöön soveltuvaksi hajautetuksi tietokantasovellukseksi, johon kuului keskitetyn tietokannan lisäksi hallintasovellus, asiakassovellus ja siihen liittyvä asiakkaan tietokanta. Prosessinhallintajärjestelmä valmistui keväällä 2007 ja otettiin käyttöön Nokia Siemens Networksillä syksyllä 2007.

Ostoreskontra –moduulin suunnittelu ja toteutus Sähkömies –taloushallinto-ohjelmistoon

Sähkömies -taloushallinto-ohjelmisto on pienille sähköalan yrityksille suunnattu valmisohjelmisto. Se on tarkoitettu tehostamaan talous- ja materiaalihallinnon tehtäviä yrityksessä. Tämän työn tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa ostoreskontra –moduuli Sähkömies –taloushallinto-ohjelmistoon. Ostoreskontra -ominaisuuden lisääminen ohjelmistoon on saanut alkunsa useiden asiakkaiden palautteesta saada automatisoitua yrityksen ostoreskontra -toiminto. Samalla ohjelmistosta saadaan kilpailukykyisempi tuote sähköalalla. Työssä on ensiksi tutkittu ostoreskontran yleistä toimintamallia. Ohjelmiston kehitysprosessissa on sovellettu vesiputous –ohjelmistoprosessimallia. Ostoreskontra –moduulin vaatimukset on määritelty yhdessä avainasiakkaiden kanssa. Ohjelmiston toiminnallisuuden määrittelyssä on käytetty use case –menetelmää. Vaatimusmäärittelyyn ja toiminnalliseen määrittelyyn perustuen on suunniteltu tietokantataulut, käyttöliittymälomakkeet sekä tehty ohjelmamäärittelyt. Ohjelmiston toteutukseen on käytetty Visual Basic –sovelluskehitintä sekä Access 2000 –tietokanta-ohjelmistoa.Työn lopullista onnistumista on vielä aikaista arvioida, koska ohjelmiston ostoreskontra –moduulin sisältävää versiota ei ole vielä toimitettu asiakkaille. Lupaavaa palautetta on kuitenkin tullut projektissa tiiviisti mukana olleilta asiakkailta.

Web user interface architecture for advanced planning and scheduling systems Case: Nokia Demand / Supply Planning Applications

In modem hitec industry Advanced Planning and Scheduling (APS) systems provide the basis for e-business solutions towards the suppliers and the customers. One objective of this thesis was to clarify the modem supply chain management with the APS systems and especially concentrate on the area of Collaborative Planning. In order Advanced Planning and Scheduling systems to be complete and usable, user interfaces are needed. Current Visual Basic user interfaces have faced many complaints and arguments from the users as well as from the development team. This thesis is trying to analyze the reasons and causes for the encountered problems and also provide ways to overcome them. The decision has been made to build the new user interfaces to be Web-enabled. Therefore another objective of this thesis was to research and find suitable technologies for building the Web-based user interfaces for Advanced Planning and Scheduling Systems in Nokia Demand/Supply Planning business area. Comparison between the most suitable technologies is made. Usability issues of Web-enabled user interfaces are also covered. The empirical part of the thesis includes design and implementation of a Web-based user interface with the chosen technology for a particular APS module that enables Collaborative Planning with suppliers.