Cost information in engineering design -Potentials and limitations of activity-based costing

The purpose of this thesis is to analyse activity-based costing (ABC) and possible modified versions ofit in engineering design context. The design engineers need cost information attheir decision-making level and the cost information should also have a strong future orientation. These demands are high because traditional management accounting has concentrated on the direct actual costs of the products. However, cost accounting has progressed as ABC was introduced late 1980s and adopted widely bycompanies in the 1990s. The ABC has been a success, but it has gained also criticism. In some cases the ambitious ABC systems have become too complex to build,use and update. This study can be called an action-oriented case study with some normative features. In this thesis theoretical concepts are assessed and allowed to unfold gradually through interaction with data from three cases. The theoretical starting points are ABC and theory of engineering design process (chapter2). Concepts and research results from these theoretical approaches are summarized in two hypotheses (chapter 2.3). The hypotheses are analysed with two cases (chapter 3). After the two case analyses, the ABC part is extended to cover alsoother modern cost accounting methods, e.g. process costing and feature costing (chapter 4.1). The ideas from this second theoretical part are operationalized with the third case (chapter 4.2). The knowledge from the theory and three cases is summarized in the created framework (chapter 4.3). With the created frameworkit is possible to analyse ABC and its modifications in the engineering design context. The framework collects the factors that guide the choice of the costing method to be used in engineering design. It also illuminates the contents of various ABC-related costing methods. However, the framework needs to be further tested. On the basis of the three cases it can be said that ABC should be used cautiously when formulating cost information for engineering design. It is suitable when the manufacturing can be considered simple, or when the design engineers are not cost conscious, and in the beginning of the design process when doing adaptive or variant design. If the design engineers need cost information for the embodiment or detailed design, or if manufacturing can be considered complex, or when design engineers are cost conscious, the ABC has to be always evaluated critically.

Tuotantopainotteisen energiayhtiön riskienhallinta avautuneilla sähkömarkkinoilla

Sääntelyn poistuminen ja kilpailun vapautuminen ovat aiheuttaneet huomattavan toimintaympäristön muuttumisen pohjoismaisilla sähkömarkkinoilla. Pohjoismaiset sähkömarkkinalakiuudistukset poistivat muodolliset kilpailun esteet mahdollistaen näin sekä kansallisten että yhteispohjoismaisten aktiivisten sähkömarkkinoiden muodostumisen. Toimintaympäristön muuttuminen säännellystä sähkönhuoltojärjestelmästä vapaan kilpailun sähkömarkkinoiksi altisti markkinaosapuolet riskeille, joita toimialalla ei aiemmin ollut esiintynyt. Aiemmin toiminnassa esiintyneet riskit kyettiin siirtämään suoraan asiakkaille, mikä kilpaillussa toimintaympäristössä ei enää ollut samalla tavalla mahdollista. Näin uudessa toimintaympäristössä menestymisen edellytykseksi tuli aktiivinen sähkömarkkinoiden seuraaminen ja organisoitu sähkökaupan riskienhallinta. Tässä tutkimuksessa tarkastellaan riskienhallinnan toteuttamista vastapainetuotantoa omaavassa sähköyhtiössä. Liiketoimintaa uhkaavaa markkinariskiä on käsitelty tutkimuksessa taloudellisena riskinä, joka aiheutuu mistä tahansa arvon muutoksesta sähkömarkkinoilla. Sähkömarkkinoilla suurimpana riskitekijänä voidaan pitää epävarmuutta tulevasta sähkön hintatasosta, joka toteutuu aina joko lyhytaikaisena kassavirtariskinä tai pitkäaikaisena kustannusriskinä. Tuotantoa omaavan sähköyhtiön sähkökaupankäyntiin liittyy sekä toimintaa sitovia velvoitteita että myös joustavan toiminnan mahdollisuuksia. Toimitusvelvollista sähkön hankintaa ja myyntiä omaavan yhtiön sähkökaupankäyntiä rajoittaa toimitusten kiinteähintaisuus sähkön markkinahinnan vaihdellessa huomattavasti. Toisaalta kiinteähintainen sähköntoimitus toimii hintasuojauksena sähkön markkinahintaa vastaan. Tällöin keskeinen epävarmuus sähkökaupankäynnissä liittyy lyhyen ja pitkän aikavälin hintasuojauksen tasapainottamiseen ja siten hinnan vaihtelulle alttiina olevan avoimen position sulkemistason ja ajankohdan valintaan. Riskienhallinnassa ei tule pyrkiä riskien eliminoimiseen, vaan niiden sopeuttamiseen liiketoiminnan tuotto-odotuksen ja riskinsietokyvyn mukaisiksi. Keskeinen riskienhallinnan vaatimus on riskeille altistumisen mallintaminen. Tutkimuksessa määritettiin tuotantopainotteisen energiayhtiön sähkökaupankäynnille riskienhallinnan toimintaohjeistus ja ehdotettiin toimintamallia sen toteuttamiseksi. Riskipolitiikan keskeisin sisältö on määrittää riskinsietokyky liiketoiminnalle sekä toimintavaltuudet ja -puitteet operatiiviselle riskienhallinnalle. Toimintavaltuuksien ja -limiittien tehtävänä on estää riskinsietokyvyn ylittyminen. Toiminnan seuraamisen selkeyden ja läpinäkyvyyden varmistamiseksi toimintamallissa tulee olla määritettynä vastuiden eriyttäminen sekä yksityiskohtainen valvonnan ja raportoinnin toteuttaminen. Kasvanut riskienhallinnan tarve on lisännyt myös palvelun tarjontaa sähkömarkkinoilla. Sähkömarkkinoille on tullut uusia riskienhallintaan erikoistuneita toimijoita, jotka tarjoavat osaamiseensa liittyviä palveluita sekä mallintamis- ja hallintatyökaluja. Tällöin keskeinen sähkökaupan riskienhallinnan toimintamallin toteuttamiseen liittyvä valinta tulee tehdä ulkoistamisen ja omatoimisuuden välillä yrityksen omiin voimavaroihin ja strategisiin tavoitteisiin perustuen. Pieni resurssisessa ja liikevaihtoisessa sähkökaupankäynnissä ei tule pyrkiä kaikkien riskienhallinnan osaamisalueiden omatoimiseen hallintaan. Tutkimuksen perusteella tuotantopainotteisen sähköyhtiön kaupankäyntivolyymin ollessa pieni ja liiketoimintastrategian keskittyessä suojaustoimintaan pääosa sen riskienhallinnan osa-alueista kyetään hoitamaan kustannustehokkaasti ja luotettavasti omatoimisesti. Riskienhallinnan kehittäminen on jatkuva prosessi ja siten riskienhallinnan toimintamalli tulee mukauttaa niin liiketoimintastrategian kuin myös liiketoimintaympäristön muutoksiin.

Benefits and Limitations of Service Oriented Architecture

In this thesis I examine Service Oriented Architecture (SOA) considering both its positive and negative qualities for business organizations and IT. In SOA, services are loosely coupled and invoked through standard interfaces to enable business process independence from the underlying technology. As an architecture, SOA brings the key benefit of service reuse that may mean anything from simple application reuse to taking advantage of entire business processes across enterprises. SOA also promises interoperability especially by the Web services standards that enable platform independency. Cost efficiency is mainly a result of the savings in IT maintenance and reduced development costs. The most severe limitations of SOA are performance implications and security issues, but the applicability of SOA is also limited. Additional disadvantages of a service oriented approach include problems in data management and complexity questions, and the lack of agreement about SOA and its twofold nature as a business as well as technology approach leads to problematic interpretation of the available information. In this thesis I find the benefits and limitations of SOA for the purpose described above and propose that companies need to consider the decision to implement SOA carefully to determine whether the benefits will outdo the costs in the individual case.

The impact of bioavailability limitations on microbial stable isotope fractionation in a multiphase system

Stable isotope fractionation analysis of contaminants is a promising method for assessing biodegradation of contaminants in natural systems. However, standard procedures to determine stable isotope fractionation factors, so far, neglect the influence of pollutant bioavailability on stable isotope fractionation. On a microscale, bioavailability may vary due to the spatio-temporal variability of local contaminant concentrations, limited effective diffusivities of the contaminants and cell densities, and thus, the pollutant supply might not meet the intrinsic degradation capacity of the microorganisms. The aim of this study was to demonstrate the effect of bioavailability on the apparent stable isotope fractionation, using a multiphase laboratory setup. The data gained show that the apparent isotope fractionation factors observed during biodegradation processes depend on the amount of biomass and/or the rate of toluene mass transfer from a second to the aqueous phase. They indicate that physico-chemical processes need to be taken into account when stable isotope fractionation analysis is used for the quantification of environmental contaminant degradation.

Centralized Motion Control of a Linear Tooth Belt Drive: Analysis of the Performance and Limitations

A centralized robust position control for an electrical driven tooth belt drive is designed in this doctoral thesis. Both a cascaded control structure and a PID based position controller are discussed. The performance and the limitations of the system are analyzed and design principles for the mechanical structure and the control design are given. These design principles are also suitable for most of the motion control applications, where mechanical resonance frequencies and control loop delays are present. One of the major challenges in the design of a controller for machinery applications is that the values of the parameters in the system model (parameter uncertainty) or the system model it self (non-parametric uncertainty) are seldom known accurately in advance. In this thesis a systematic analysis of the parameter uncertainty of the linear tooth beltdrive model is presented and the effect of the variation of a single parameter on the performance of the total system is shown. The total variation of the model parameters is taken into account in the control design phase using a Quantitative Feedback Theory (QFT). The thesis also introduces a new method to analyze reference feedforward controllers applying the QFT. The performance of the designed controllers is verified by experimentalmeasurements. The measurements confirm the control design principles that are given in this thesis.

The Possibilities and Dosimetric Limitations of MLC-Based Intensity-Modulated Radiotherapy Delivery and Optimization Techniques

The use of intensity-modulated radiotherapy (IMRT) has increased extensively in the modern radiotherapy (RT) treatments over the past two decades. Radiation dose distributions can be delivered with higher conformality with IMRT when compared to the conventional 3D-conformal radiotherapy (3D-CRT). Higher conformality and target coverage increases the probability of tumour control and decreases the normal tissue complications. The primary goal of this work is to improve and evaluate the accuracy, efficiency and delivery techniques of RT treatments by using IMRT. This study evaluated the dosimetric limitations and possibilities of IMRT in small (treatments of head-and-neck, prostate and lung cancer) and large volumes (primitive neuroectodermal tumours). The dose coverage of target volumes and the sparing of critical organs were increased with IMRT when compared to 3D-CRT. The developed split field IMRT technique was found to be safe and accurate method in craniospinal irradiations. By using IMRT in simultaneous integrated boosting of biologically defined target volumes of localized prostate cancer high doses were achievable with only small increase in the treatment complexity. Biological plan optimization increased the probability of uncomplicated control on average by 28% when compared to standard IMRT delivery. Unfortunately IMRT carries also some drawbacks. In IMRT the beam modulation is realized by splitting a large radiation field to small apertures. The smaller the beam apertures are the larger the rebuild-up and rebuild-down effects are at the tissue interfaces. The limitations to use IMRT with small apertures in the treatments of small lung tumours were investigated with dosimetric film measurements. The results confirmed that the peripheral doses of the small lung tumours were decreased as the effective field size was decreased. The studied calculation algorithms were not able to model the dose deficiency of the tumours accurately. The use of small sliding window apertures of 2 mm and 4 mm decreased the tumour peripheral dose by 6% when compared to 3D-CRT treatment plan. A direct aperture based optimization (DABO) technique was examined as a solution to decrease the treatment complexity. The DABO IMRT technique was able to achieve treatment plans equivalent with the conventional IMRT fluence based optimization techniques in the concave head-and-neck target volumes. With DABO the effective field sizes were increased and the number of MUs was reduced with a factor of two. The optimality of a treatment plan and the therapeutic ratio can be further enhanced by using dose painting based on regional radiosensitivities imaged with functional imaging methods.

Modelling the super-equilibria in thermal biomass conversion : applications and limitations of the constrained free energy method

Bioenergi ses som en viktig del av det nu- och framtida sortimentet av inhemsk energi. Svartlut, bark och skogsavfall täcker mer än en femtedel av den inhemska energianvändningen. Produktionsanläggningar kan fungera ofullständigt och en mängd gas-, partikelutsläpp och tjära produceras samtidigt och kan leda till beläggningsbildning och korrosion. Orsaken till dessa problem är ofta obalans i processen: vissa föreningar anrikas i processen och superjämviktstillstånd är bildas. I denna doktorsavhandling presenteras en ny beräkningsmetod, med vilken man kan beskriva superjämviktstillståndet, de viktigaste kemiska reaktionerna, processens värmeproduktion och tillståndsstorheter samtidigt. Beräkningsmetoden grundar sig på en unik frienergimetod med bivillkor som har utvecklats vid VTT. Den här så kallade CFE-metoden har tidigare utnyttjats i pappers-, metall- och kemiindustrin. Applikationer för bioenergi, vilka är demonstrerade i doktorsavhandlingen, är ett nytt användingsområde för metoden. Studien visade att beräkningsmetoden är väl lämpad för högtemperaturenergiprocesser. Superjämviktstillstånden kan uppstå i dessa processer och det kemiska systemet kan definieras med några bivillkor. Typiska tillämpningar är förbränning av biomassa och svartlut, förgasning av biomassa och uppkomsten av kväveoxider. Också olika sätt att definiera superjämviktstillstånd presenterades i doktorsavhandlingen: empiriska konstanter, empiriska hastighetsuttryck eller reaktionsmekanismer kan användas. Resultaten av doktorsavhandlingen kan utnyttjas i framtiden i processplaneringen och i undersökning av nya tekniska lösningar för förgasning, förbränningsteknik och biobränslen. Den presenterade metoden är ett bra alternativ till de traditionella mekanistiska och fenomenmodeller och kombinerar de bästa delarna av både. --------------------------------------------------------------- Bioenergia on tärkeä osa nykyistä ja tulevaa kotimaista energiapalettia. Mustalipeä, kuori ja metsätähteet kattavat yli viidenneksen kotimaisesta energian kulutuksesta. Tuotantolaitokset eivät kuitenkaan aina toimi täydellisesti ja niiden prosesseissa syntyy erilaisia kaasu- ja hiukkaspäästöjä, tervoja sekä prosessilaitteita kuluttavia saostumia ja ruostumista. Usein syy näihin ongelmiin on prosessissa esiintyvä epätasapainotila: tietyt yhdisteet rikastuvat prosessissa ja muodostavat supertasapainotiloja. Väitöstyössä kehitettiin uusi laskentamenetelmä, jolla voidaan kuvata nämä supertasapainotilat, tärkeimmät niihin liittyvät kemialliset reaktiot, prosessin lämmöntuotanto ja tilansuureet yhtä aikaa. Laskentamenetelmä perustuu VTT:llä kehitettyyn ainutlaatuiseen rajoitettuun vapaaenergiamenetelmään. Tätä niin kutsuttua CFE-menetelmää on aiemmin sovelluttu onnistuneesti muun muassa paperi-, metalli- ja kemianteollisuudessa. Väitöstyössä esitetyt bioenergiasovellukset ovat uusi sovellusalue menetelmälle. Työ osoitti laskentatavan soveltuvan hyvin korkealämpöisiin energiatekniikan prosesseihin, joissa kemiallista systeemiä rajoittavia tekijöitä oli rajallinen määrä ja siten super-tasapainotila saattoi muodostua prosessin aikana. Tyypillisiä sovelluskohteita ovat biomassan ja mustalipeän poltto, biomassan kaasutus ja typpioksidipäästöt. Työn aikana arvioitiin myös erilaisia tapoja määritellä super-tasapainojen muodostumista rajoittavat tekijät. Rajoitukset voitiin tehdä teollisiin mittauksiin pohjautuen, kokeellisia malleja hyödyntäen tai mekanistiseen reaktiokinetiikkaan perustuen. Tulevaisuudessa väitöstyön tuloksia voidaan hyödyntää prosessisuunnittelussa ja tutkittaessa uusia teknisiä ratkaisuja kaasutus- ja polttotekniikoissa sekä biopolttoaineiden tutkimuksessa. Kehitetty menetelmä tarjoaa hyvän vaihtoehdon perinteisille mekanistisille ja ilmiömalleille yhdistäen näiden parhaita puolia.