Distribution network design and optimization

The objective of this thesis is to examine distribution network designs and modeling practices and create a framework to identify best possible distribution network structure for the case company. The main research question therefore is: How to optimize case company’s distribution network in terms of customer needs and costs? Theory chapters introduce the basic building blocks of the distribution network design and needed calculation methods and models. Framework for the distribution network projects was created based on the theory and the case study was carried out by following the defined framework. Distribution network calculations were based on the company’s sales plan for the years 2014 - 2020. Main conclusions and recommendations were that the new Asian business strategy requires high investments in logistics and the first step is to open new satellite DC in China as soon as possible to support sales and second possible step is to open regional DC in Asia within 2 - 4 years.

Value added logistics in supply and demand chain. Smile. Part 2. eBusiness in a service business. Case: A maintenance and operations network in forest industry

VVALOSADE is a research project of professor Anita Lukka's VALORE research team in the Lappeenranta University of Technology. The VALOSADE includes the ELO technology program of Tekes. SMILE is one of four subprojects of the VALOSADE. The SMILE study focuses on the case of the company network that is composed of small and micro-sized mechanical maintenance service providers and forest industry as large-scale customers. The basic principle of the SMILE study is the communication and ebusiness in supply and demand networks. The aim of the study is to develop ebusiness strategy, ebusiness model and e-processes among the SME local service providers, and onthe other hand, between the local service provider network and the forest industry customers in a maintenance and operations service business. A literature review, interviews and benchmarking are used as research methods in this qualitative case study. The first SMILE report, 'Ebusiness between Global Company and Its Local SME Supplier Network', concentrated on creating background for the SMILE study by studying general trends of ebusiness in supply chains and networks of different industries. This second phase of the study concentrates on case network background, such as business relationships, information systems and business objectives; core processes in maintenance and operations service network; development needs in communication among the network participants; and ICT solutions to respond needs in changing environment. In the theory part of the report, different ebusiness models and frameworks are introduced. Those models and frameworks are compared to empirical case data. From that analysis of the empirical data, therecommendations for the development of the network information system are derived. In process industry such as the forest industry, it is crucial to achieve a high level of operational efficiency and reliability, which sets up great requirements for maintenance and operations. Therefore, partnerships or strategic alliances are needed between the network participants. In partnerships and alliances, deep communication is important, and therefore the information systems in the network also are critical. Communication, coordination and collaboration will increase in the case network in the future, because network resources must be optimised to improve competitive capability of the forest industry customers and theefficiency of their service providers. At present, ebusiness systems are not usual in this maintenance network. A network information system among the forest industry customers and their local service providers actually is the only genuinenetwork information system in this total network. However, the utilisation of that system has been quite insignificant. The current system does not add value enough either to the customers or to the local service providers. At present, thenetwork information system is the infomediary that share static information forthe network partners. The network information system should be the transaction intermediary, which integrates internal processes of the network companies; the network information system, which provides common standardised processes for thelocal service providers; and the infomediary, which share static and dynamic information on right time, on right partner, on right costs, on right format and on right quality. This study provides recommendations how to develop this system in the future to add value to the network companies. Ebusiness scenarios, vision, objectives, strategies, application architecture, ebusiness model, core processes and development strategy must be considered when the network information system will be developed in the next development step. The core processes in the case network are demand/capacity management, customer/supplier relationship management, service delivery management, knowledge management and cash flow management. Most benefits from ebusiness solutions come from the electrifying of operational level processes, such as service delivery management and cash flow management.

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.

Development of a social service in a multi-party network

Tämän pro gradu-tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia monen toimijan sosiaalipalvelukehittäjäverkoston toimivuutta ja sen toimivuuteen vaikuttavia tekijöitä. Aihetta lähestyttiin erilaisten teoreettisten kokonaisuuksien kautta, joiden avulla saatiin luotua tutkimukselle pohja. Viitekehys tutkimukselle luotiin yhdistäen erilaisia teoreettisia aihealueita verkostoista, verkostojen johtamisesta ja palveluista. Tutkimuksessa korostuu motivaation, yhteisen, tarpeeseen perustuvan tavoitteen, sitoutumisen ja orkestroinnin merkitys verkostotoiminnassa hyvän lopputuloksen aikaansaamiseksi. Tutkimuksen empiirisessä osuudessa tehty kvalitatiivinen case-tutkimus keskittyy tiettyyn verkostoon, joka on Socomin koordinoimana kehittänyt Kaakkois-Suomen alueelle uudenlaista sosiaalipalvelua liittyen henkilökohtaiseen apuun. Verkosto on monen toimijan verkosto, jonka jäsenet edustavat erilaisia tahoja ja organisaatioita. Tutkimuksen perusteella verkosto on toiminut hyvin ja tehokkaasti ja saanut luotua toimivan sosiaalipalvelun. Verkosto tukee kirjallisuuskatsauksessa löydettyjen tekijöiden, kuten verkosto-orkestroinnin, sitoutumisen ja yhteisen päämäärän, vaikutusta verkoston toimintaan ja lopputulokseen.

A design and a prototype for a mobile information service for tourists

Tourism is one of the biggest industry branches with billions of tourists traveling every year around the world. Therefore, solutions providing tourist information have to be up to date with both changes in the industry and the world’s technological progress. The aim of this thesis is to present a design and a prototype of a tourist mobile service which is individual-oriented, cost-free for the end user, and secure. On the information providers’ side, the solution is implemented as a Webbased database. The end users access the information through a Bluetooth application on their mobile devices. The Bluetooth-based solution allows to avoid any costs for the end users, that is tourists. The study shows that, even with small data transfers, the tourists could save significantly when compared to possible roaming charges for data transfer. Also, the proposed mobile service is not intrusive, as it is provided through an application installed by tourists voluntarily on their mobile devices. Through design and implementation this work shows that it is possible to build a system which can be used to provide information services to tourists through mobile phones. The work achieved a successful ongoing synchronization between the client and the server databases. Implementation and usage were limited to smart phones only, as they provide better technological support for the solution having features like maps, GPS, Wi-Fi, Bluetooth and Databases. Moreover, the design of this system shows how Bluetooth technology can be used effectively as a means of communication while minimizing its shortcomings and risks, such as security, by bypassing Bluetooth server service discovery protocol (SDP) and connecting directly to the device. Apart from showing the design and implementation of the end-user costfree mobile information service, the results of this work also highlight the possible business opportunities to the provider of the service.

Reframing the relationship between service design and operations: a service engineering approach

The significance of services as business and human activities has increased dramatically throughout the world in the last three decades. Becoming a more and more competitive and efficient service provider while still being able to provide unique value opportunities for customers requires new knowledge and ideas. Part of this knowledge is created and utilized in daily activities in every service organization, but not all of it, and therefore an emerging phenomenon in the service context is information awareness. Terms like big data and Internet of things are not only modern buzz-words but they are also describing urgent requirements for a new type of competences and solutions. When the amount of information increases and the systems processing information become more efficient and intelligent, it is the human understanding and objectives that may get separated from the automated processes and technological innovations. This is an important challenge and the core driver for this dissertation: What kind of information is created, possessed and utilized in the service context, and even more importantly, what information exists but is not acknowledged or used? In this dissertation the focus is on the relationship between service design and service operations. Reframing this relationship refers to viewing the service system from the architectural perspective. The selected perspective allows analysing the relationship between design activities and operational activities as an information system while maintaining the tight connection to existing service research contributions and approaches. This type of an innovative approach is supported by research methodology that relies on design science theory. The methodological process supports the construction of a new design artifact based on existing theoretical knowledge, creation of new innovations and testing the design artifact components in real service contexts. The relationship between design and operations is analysed in the health care and social care service systems. The existing contributions in service research tend to abstract services and service systems as value creation, working or interactive systems. This dissertation adds an important information processing system perspective to the research. The main contribution focuses on the following argument: Only part of the service information system is automated and computerized, whereas a significant part of information processing is embedded in human activities, communication and ad-hoc reactions. The results indicate that the relationship between service design and service operations is more complex and dynamic than the existing scientific and managerial models tend to view it. Both activities create, utilize, mix and share information, making service information management a necessary but relatively unknown managerial task. On the architectural level, service system -specific elements seem to disappear, but access to more general information elements and processes can be found. While this dissertation focuses on conceptual-level design artifact construction, the results provide also very practical implications for service providers. Personal, visual and hidden activities of service, and more importantly all changes that take place in any service system have also an information dimension. Making this information dimension visual and prioritizing the processed information based on service dimensions is likely to provide new opportunities to increase activities and provide a new type of service potential for customers.

Sähkönjakeluverkon suunnitteluperusteet

Diplomityössä määritellään sähkönjakeluverkon suunnitteluperusteet. Suunnitteluperusteet antavat ohjeet verkostosuunnittelijoille siitä, miten sähköverkko suunnitellaan sähköteknisesti oikein, taloudelliset näkökohdat huomioiden. Työn alussa määritellään kaikkiin suunnittelutehtäviin vaikuttavat sähkötekniset ja taloudelliset laskentaparametrit. Oikeiden parametrien käyttäminen on ehdottoman tärkeää totuudenmukaisten lopputulosten saavuttamiseksi. Eniten lopputuloksiin vaikuttaville laskentaparametreille suoritetaan työn loppuosassa herkkyysanalyysi, jotta tulevaisuuden mahdollisesti erilaiset olosuhteet voitaisiin huomioida. Varsinaisissa suunnitteluun liittyvissä osioissa käsitellään keski- ja pienjänniteverkkojen suunnittelunlisäksi jakelumuuntajan mitoittaminen, sekä määritellään rajat erilaisille verkoston rakenteille. Erityisesti elinkaarikustannusajattelua painotetaan suunnittelutehtävissä ottamalla huomioon komponenttien koko pitoaikana syntyvät kustannukset.

Sähköverkkoyhtiön keskijänniteverkon kehittämissuunnitelma

Tämän työn tavoitteena oli laatia KSS Energia Oy:n keskijänniteverkon kehittämissuunnitelma. Tätä varten selvitettiin verkon nykytila ja sen toimivuus korvaustilanteissa. Suunnitelmaa varten laadittiin verkoston vuoteen 2020 asti ulottuva kuormitusennuste. Kehittämissuunnitelmassa paikannettiin alueet, joilla kuormitettavuus, korvattavuus tai oikosulkukestoisuus olisivat toimivansähkönjakelun esteinä tulevaisuudessa. Työn painopistealueiksi muodostuivat Vuolenkosken, Paimenpolun ja Valkealan alueet. Näiden alueiden kasvavan tehontarpeen tyydyttämiseksi selvitettiin uusien sähköasemien rakentamisvaihtoehtoja. Suunnitelmassa tarkasteltiin ja vertailtiin kolmen uuden sähköaseman rakentamista keskijänniteverkon saneerausvaihtoehtoon. Työssä selvitettiin myös miten alueen kuormituksen kasvun aiheuttama lisätehontarpeen jakelu voidaan hoitaa. Näiden alueiden kuormituksen kasvu edellyttää uusien sähköasemien rakentamista seuraavien 10vuoden kuluessa.

Conflict-based Method for Conceptual Process Synthesis

The changing business environment demands that chemical industrial processes be designed such that they enable the attainment of multi-objective requirements and the enhancement of innovativedesign activities. The requirements and key issues for conceptual process synthesis have changed and are no longer those of conventional process design; there is an increased emphasis on innovative research to develop new concepts, novel techniques and processes. A central issue, how to enhance the creativity of the design process, requires further research into methodologies. The thesis presentsa conflict-based methodology for conceptual process synthesis. The motivation of the work is to support decision-making in design and synthesis and to enhance the creativity of design activities. It deals with the multi-objective requirements and combinatorially complex nature of process synthesis. The work is carriedout based on a new concept and design paradigm adapted from Theory of InventiveProblem Solving methodology (TRIZ). TRIZ is claimed to be a `systematic creativity' framework thanks to its knowledge based and evolutionary-directed nature. The conflict concept, when applied to process synthesis, throws new lights on design problems and activities. The conflict model is proposed as a way of describing design problems and handling design information. The design tasks are represented as groups of conflicts and conflict table is built as the design tool. The general design paradigm is formulated to handle conflicts in both the early and detailed design stages. The methodology developed reflects the conflict nature of process design and synthesis. The method is implemented and verified through case studies of distillation system design, reactor/separator network design and waste minimization. Handling the various levels of conflicts evolve possible design alternatives in a systematic procedure which consists of establishing an efficient and compact solution space for the detailed design stage. The approach also provides the information to bridge the gap between the application of qualitative knowledge in the early stage and quantitative techniques in the detailed design stage. Enhancement of creativity is realized through the better understanding of the design problems gained from the conflict concept and in the improvement in engineering design practice via the systematic nature of the approach.

Object-Oriented Modelling of Multilayer Networks

Tämä diplomityökuuluu tietoliikenneverkkojen suunnittelun tutkimukseen ja pohjimmiltaan kohdistuu verkon mallintamiseen. Tietoliikenneverkkojen suunnittelu on monimutkainen ja vaativa ongelma, joka sisältää mutkikkaita ja aikaa vieviä tehtäviä. Tämä diplomityö esittelee ”monikerroksisen verkkomallin”, jonka tarkoitus on auttaa verkon suunnittelijoita selviytymään ongelmien monimutkaisuudesta ja vähentää verkkojen suunnitteluun kuluvaa aikaa. Monikerroksinen verkkomalli perustuu yleisille objekteille, jotka ovat yhteisiä kaikille tietoliikenneverkoille. Tämä tekee mallista soveltuvan mielivaltaisille verkoille, välittämättä verkkokohtaisista ominaisuuksista tai verkon toteutuksessa käytetyistä teknologioista. Malli määrittelee tarkan terminologian ja käyttää kolmea käsitettä: verkon jakaminen tasoihin (plane separation), kerrosten muodostaminen (layering) ja osittaminen (partitioning). Nämä käsitteet kuvataan yksityiskohtaisesti tässä työssä. Monikerroksisen verkkomallin sisäinen rakenne ja toiminnallisuus ovat määritelty käyttäen Unified Modelling Language (UML) -notaatiota. Tämä työ esittelee mallin use case- , paketti- ja luokkakaaviot. Diplomityö esittelee myös tulokset, jotka on saatu vertailemalla monikerroksista verkkomallia muihin verkkomalleihin. Tulokset osoittavat, että monikerroksisella verkkomallilla on etuja muihin malleihin verrattuna.

Kuopion Energian keskijänniteverkon kehittämissuunnitelma

Tämän työn tavoitteena oli laatia Kuopion Energian keskijänniteverkon kehittämissuunnitelma. Kehittämissuunnitelmaa varten selvitettiin ensin verkon nykytila ja toimivuus korvaustilanteissa. Tämän jälkeen laadittiin vuoteen 2020 asti ulottuvat kuormitusennusteet. Nykytilan ja kuormitusennusteiden pohjalta selvitettiin toimenpiteet, joilla Kuopion Energian keskijänniteverkko selviää tulevaisuuden vaatimuksista. Kehittämissuunnitelmassa selvitettiin alueet, joilla kuormitettavuus, korvattavuus tai oikosulkukestoisuus muodostuisi tulevaisuudessa toimivan sähkönjakelun esteeksi. Työn painopistealueiksi muodostuivat Savilahden ja Petosen alueet. Työssä selvitettiin, kuinka Petosen alueen nopean kuormituksen kasvun aiheuttama lisätehontarve saadaan hoidettua. Vaihtoehtoisina ratkaisutapoina selvitettiin lisäkapasiteetin rakentamista Petosen aluetta nykyisin syöttävälle Leväsen sähköasemalle tai uuden sähköaseman rakentamista. Savilahden alueen kasvavan tehontarpeen tyydyttämiseksi selvitettiin lisätehon saneeraamista Savilahden sähköasemalle tai vastaavasti uuden sähköaseman rakentamista Iloharjun kytkinasemalle.

Järjestelmäintegroinnin vaatimukset dokumenttien hallinnan sovelluspalvelussa ja palvelualustan suunnittelu

Työssä on selvitetty soveltuvatko maailman johtavien ECM (Enterprise Content Management)-toimittajien järjestelmät palvelualustaksi dokumenttien hallinnan sovelluspalvelulle. Sovelluspalvelulla tarkoitetaan palvelutoimittajan (Application Service Provider, ASP) tiloissa toimivia sovelluksia, joita tarjotaan palveluna asiakkaille tietoverkon yli. Selvitystä varten työssä on kerätty tärkeimmät palvelualustaan kohdistuvat vaatimukset. Integrointivaatimusten tunnistaminen oli työn tärkein tavoite. Integroitavuuden lisäksi työssä on tutkittu sovelluspalvelumallista syntyviä erityisvaatimuksia. Vaatimusten keruu ja vaatimusten pohjalta tehty ominaisuuskartoitus ovat osa palvelualustan suunnittelua. Ominaisuuskartoituksessa vaatimuksista on laadittu laaja kyselylomake ja pyydetty valituilta toimittajilta siihen vastaukset. Saatuja vastauksia on peilattu asetettuihin vaatimuksiin. Tehtyjen havaintojen pohjalta on esitetty soveltuvuusarvio tutkittujen järjestelmien soveltuvuudesta tarpeita vastaavaksi sovelluspalvelualustaksi. Lopputuloksena on todettu, että useimpien järjestelmien soveltuvuus perustasolla on hyvä. Yksittäisiä selkeitä puutteita kuitenkin tunnistettiin. Integrointivaatimukset täyttyvät pääosin hyvin, mutta erityisesti tietoturvassa havaittiin puutteita.

1000 V sähkönjakelujärjestelmän teknistaloudellisen kannattavuuden tarkastelu

Tässä työssä tutkitaan 1000 V pienjännitejakelun taloudellista kannattavuutta. Tutkimus perustuu teoreettiseen tarkasteluun, jossa noudatetaan yleisiä verkostosuunnittelun periaatteita. EU-lainsäädäntö mahdollistaa 1000 V pienjänniteportaan sijoittamisen nykyisen keskijänniteverkon ja pienjänniteverkon väliin lisäten kolmannen jakelujänniteportaan nykyään käytettävien 20 kV ja 0,4 kV väliin. Jakeluverkkojen kehittämiseksi on etsittävä ratkaisu, joka on taloudellinen sekä asiakkaiden että verkonhaltijoiden kannalta. Tällaiset ratkaisut pienentävät verkon käytön kokonaiskustannuksia ja parantavat sähkön laatua. Lisättäessä jakeluverkkoon kolmas jänniteporras, keskijänniteverkon johtopituus lyhenee ja varsinkin lyhyiden haarajohtojen määrä vähenee. Tämä vähentää keskijänniteverkossa esiintyvien keskeytysten määrää ja pienentää keskeytyskustannuksia. Kilovoltin järjestelmä on kannattava korvattaessa sillä osa keskijänniteverkkoa, tai estettäessä perinteisellä järjestelmällä tarvittava muuntopiirin jakaminen. Osana varsinaista pienjänniteverkkoa ei kilovoltinjärjestelmä ole kannattava. Tässä työssä kolmijänniteportaista jakeluverkkoa tutkitaan teoreettisilla verkkosuunnitelmilla, joita tehdään muutamille perusverkkotopologioille. Taloudellista kannattavuutta tutkitaan vertaamalla perinteistä kaksijänniteportaista ja kolmijänniteportaista verkkoratkaisua kustannusten suhteen teknisten reunaehtojen puitteissa. 1000 V pienjännitejakelu vaatii uudenlaisia verkostokomponentteja. Näistä on erityisesti käsitelty 1/0,4 kV pienjännitemuuntajaa. Muuntajasuunnittelun lähtökohtana on 1000 V verkon käyttäminen keskijänniteverkon jatkeena maasta erotettuna verkkona.

Heterogeenisen palveluverkon kuvaus ja käyttö XML-kielen avulla

Tämän diplomityön tarkoituksena on käydä läpi XML:n tarjoamia mahdollisuuksia heterogeenisen palveluverkon integroinnissa. Työssä kuvataan XML-kielen yleistä teoriaa ja perehdytään etenkin sovellusten välisen kommunikoinnin kannalta tärkeisiin ominaisuuksiin. Samalla käydään läpi sovelluskehitysympäristöjen muuttumista heterogeenisemmiksi ja siitä seurannutta palveluarkkitehtuurien kehittymistä ja kuinka nämä muutokset vaikuttavat XML:n hyväksikäyttöön. Työssä suunniteltiin ja toteutettiin luonnollisen kielen palvelukehitykseen Fuse-palvelualusta. Työssä kuvataan palvelualustan arkkitehtuuri ja siinä tarkastellaan XML:n hyödyntämistä luonnollisen kielen tulkin ja palvelun integroinnissa. Samalla arvioidaan muita XML:n käyttömahdollisuuksia Fuse-palvelualustan parantamiseksi.