Novel Robot Solutions for Carrying out Field Joint Welding and Machining in the Assembly of the Vacuum Vessel of ITER

It is necessary to use highly specialized robots in ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) both in the manufacturing and maintenance of the reactor due to a demanding environment. The sectors of the ITER vacuum vessel (VV) require more stringent tolerances than normally expected for the size of the structure involved. VV consists of nine sectors that are to be welded together. The vacuum vessel has a toroidal chamber structure. The task of the designed robot is to carry the welding apparatus along a path with a stringent tolerance during the assembly operation. In addition to the initial vacuum vessel assembly, after a limited running period, sectors need to be replaced for repair. Mechanisms with closed-loop kinematic chains are used in the design of robots in this work. One version is a purely parallel manipulator and another is a hybrid manipulator where the parallel and serial structures are combined. Traditional industrial robots that generally have the links actuated in series are inherently not very rigid and have poor dynamic performance in high speed and high dynamic loading conditions. Compared with open chain manipulators, parallel manipulators have high stiffness, high accuracy and a high force/torque capacity in a reduced workspace. Parallel manipulators have a mechanical architecture where all of the links are connected to the base and to the end-effector of the robot. The purpose of this thesis is to develop special parallel robots for the assembly, machining and repairing of the VV of the ITER. The process of the assembly and machining of the vacuum vessel needs a special robot. By studying the structure of the vacuum vessel, two novel parallel robots were designed and built; they have six and ten degrees of freedom driven by hydraulic cylinders and electrical servo motors. Kinematic models for the proposed robots were defined and two prototypes built. Experiments for machine cutting and laser welding with the 6-DOF robot were carried out. It was demonstrated that the parallel robots are capable of holding all necessary machining tools and welding end-effectors in all positions accurately and stably inside the vacuum vessel sector. The kinematic models appeared to be complex especially in the case of the 10-DOF robot because of its redundant structure. Multibody dynamics simulations were carried out, ensuring sufficient stiffness during the robot motion. The entire design and testing processes of the robots appeared to be complex tasks due to the high specialization of the manufacturing technology needed in the ITER reactor, while the results demonstrate the applicability of the proposed solutions quite well. The results offer not only devices but also a methodology for the assembly and repair of ITER by means of parallel robots.

Flexible multibody dynamics and intelligent control of a hydraulically driven hybrid redundant robot machine

The assembly and maintenance of the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) vacuum vessel (VV) is highly challenging since the tasks performed by the robot involve welding, material handling, and machine cutting from inside the VV. The VV is made of stainless steel, which has poor machinability and tends to work harden very rapidly, and all the machining operations need to be carried out from inside of the ITER VV. A general industrial robot cannot be used due to its poor stiffness in the heavy duty machining process, and this will cause many problems, such as poor surface quality, tool damage, low accuracy. Therefore, one of the most suitable options should be a light weight mobile robot which is able to move around inside of the VV and perform different machining tasks by replacing different cutting tools. Reducing the mass of the robot manipulators offers many advantages: reduced material costs, reduced power consumption, the possibility of using smaller actuators, and a higher payload-to-robot weight ratio. Offsetting these advantages, the lighter weight robot is more flexible, which makes it more difficult to control. To achieve good machining surface quality, the tracking of the end effector must be accurate, and an accurate model for a more flexible robot must be constructed. This thesis studies the dynamics and control of a 10 degree-of-freedom (DOF) redundant hybrid robot (4-DOF serial mechanism and 6-DOF 6-UPS hexapod parallel mechanisms) hydraulically driven with flexible rods under the influence of machining forces. Firstly, the flexibility of the bodies is described using the floating frame of reference method (FFRF). A finite element model (FEM) provided the Craig-Bampton (CB) modes needed for the FFRF. A dynamic model of the system of six closed loop mechanisms was assembled using the constrained Lagrange equations and the Lagrange multiplier method. Subsequently, the reaction forces between the parallel and serial parts were used to study the dynamics of the serial robot. A PID control based on position predictions was implemented independently to control the hydraulic cylinders of the robot. Secondly, in machining, to achieve greater end effector trajectory tracking accuracy for surface quality, a robust control of the actuators for the flexible link has to be deduced. This thesis investigates the intelligent control of a hydraulically driven parallel robot part based on the dynamic model and two schemes of intelligent control for a hydraulically driven parallel mechanism based on the dynamic model: (1) a fuzzy-PID self-tuning controller composed of the conventional PID control and with fuzzy logic, and (2) adaptive neuro-fuzzy inference system-PID (ANFIS-PID) self-tuning of the gains of the PID controller, which are implemented independently to control each hydraulic cylinder of the parallel mechanism based on rod length predictions. The serial component of the hybrid robot can be analyzed using the equilibrium of reaction forces at the universal joint connections of the hexa-element. To achieve precise positional control of the end effector for maximum precision machining, the hydraulic cylinder should be controlled to hold the hexa-element. Thirdly, a finite element approach of multibody systems using the Special Euclidean group SE(3) framework is presented for a parallel mechanism with flexible piston rods under the influence of machining forces. The flexibility of the bodies is described using the nonlinear interpolation method with an exponential map. The equations of motion take the form of a differential algebraic equation on a Lie group, which is solved using a Lie group time integration scheme. The method relies on the local description of motions, so that it provides a singularity-free formulation, and no parameterization of the nodal variables needs to be introduced. The flexible slider constraint is formulated using a Lie group and used for modeling a flexible rod sliding inside a cylinder. The dynamic model of the system of six closed loop mechanisms was assembled using Hamilton’s principle and the Lagrange multiplier method. A linearized hydraulic control system based on rod length predictions was implemented independently to control the hydraulic cylinders. Consequently, the results of the simulations demonstrating the behavior of the robot machine are presented for each case study. In conclusion, this thesis studies the dynamic analysis of a special hybrid (serialparallel) robot for the above-mentioned special task involving the ITER and investigates different control algorithms that can significantly improve machining performance. These analyses and results provide valuable insight into the design and control of the parallel robot with flexible rods.

Effect of supplemental vitamin E on the performance of growing-finishing pigs fed stored versus freshly harvested barley and on the storage stability and eating quality of frozen pork

Lihasikojen E-vitamiinin tarve ruokittaessa vastapuidulla ohralla ja rehuun lisätyn E-vitamiinin vaikutus lihan pakastussäilyvyyteen ja syöntilaatuun

Growth of and partitioning between shoot and storage root of carrot in a northern climate

Selostus: Porkkanan kasvu ja biomassan jakautuminen varastojuuren ja verson välillä pohjoisissa oloissa

The effect of storage ageing and spring sprouting of seed tubers on the yield of three potato varieties in the Finnish Lapland : Research Note

Selostus: Siemenmukuloiden varastointiaikaisen lämpökäsittelyn ja kevätidätyksen vaikutus kolmen perunalajikkeen satoon Lapissa

Effect of harvest time on storage loss and sprouting in onion

Selostus: Sadonkorjuuajan vaikutus sipulin varastohävikkiin ja varastoinnin jälkeiseen versomiseen

Testing of Vacuum Drum Filter

Tämän diplomityön tavoitteena oli testata ja optimoida erään alipainerumpusuodattimen toimivuutta, ja lisäksi maksimoida tuottavuus ja vertailla erilaisten pesumenetelmientehokkuutta. Testilietteiden ¿ rautarikasteen ja täyteainepastan ¿ karakterisointi oli myös tärkeää. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin lyhyesti neste-kiintoaine-erotuksen teoriaa, erityisesti alipainesuodatusta ja alipainerumpusuodattimia. Lisäksi käsiteltiin kapillaarisuodatuksen toimintaperiaatteita sekä selvitettiin kaivosteollisuuden veden talteenottokeinoja, kiintoainejäämien käsittelymenetelmiä ja Chilen kaivosteollisuuden nykytilaa. Työn kokeellinen osa suoritettiin käyttämällä raskaita ja kiintoainepitoisuuksiltaan korkeita lietteitä, eli rautarikastetta ja täyteainepastaa. Kokeet suoritettiin erityisellä alipainerumpusuodattimella, joka oli muokattu perinteisestäpäältä syötettävästä alipainerumpusuodattimesta. Kokeissa tutkittiin pyörimisnopeuden ja erilaisten pesumenetelmien vaikutusta kakun kosteuteen ja suodatuskapasiteettiin. Koelietteiden karakterisointi suoritettiin analysoimalla partikkelikokojakauma, kiintoainepitoisuus, metallipitoisuus ja koostumus. Kokeiden perusteella havaittiin, että rummun pyörimisnopeudella ja lietteen kiintoainepitoisuudella on merkittävä vaikutus suodatuskapasiteettiin ja kakun kosteuspitoisuuteen. Havaittiin myös, että kakun kosteuspitoisuuksissa ja rummun suodatuskapasiteeteissa oli eroja, kun verrattiin eri suodatinväliaineen pesumenetelmiä. Täten oikean pesumenetelmän valinta on tärkeää, ja sillä pystytään lisäämään suodatinväliaineen käyttöikää.

Plasmapolttoprosessin kehittäminen ja optimointi

Ydinvoimaloidenprimaarivesikierron puhdistukseen käytetään ioninvaihtohartsia. Käytönjälkeen ioninvaihtohartsi luokitellaan matalaja keskiaktiivisiin jätteisiin. Plasmakäsittelyllä käytetyn ioninvaihtohartsin tilavuutta voidaan pienentää sekä sen orgaaninen luonne poistaa. Plasmakäsittelyn tarkoituksena on hapettaa orgaaninen aines oksideiksi, jotka poistuvat prosessista savukaasuina. Epäorgaaninen aines, joka sisältää radioaktiivisen aineksen, on tarkoitus hapettaa oksideiksi ja sulfideiksi, jotka voidaan kerätä talteen tuhkana. Tässä diplomityössä käsitellään käytetyn ioninvaihtohartsin käsittelyyn suunnitellun plasmapolttoprosessin kehittämistä ja optimointia. Ioninvaihtohartsin plasmakäsittelyssä syntyvien reaktiotuotteiden selvittäminen suoritettiin tarkastelemalla ainetaseita sekä aihetta käsitteleviä tutkimuksia. Näiden perusteella parannettiin jäähdytystä, suunniteltiin jatkuvatoiminen syöttömenetelmä sekä laadittiin toimintaalueen reunaehdot laitteistolle. Koelaitteistossa 6,5 kW:n rfteho syötetään sovitinpiirin ja kuparisen induktiokelan kautta plasmaan. Plasmakaasuna on käytetty hapenja argonin seoskaasua. Plasmapolttoa on seurattu massaspektrometrilla, optisella emissiospektrometrilla, lämpösekä painemittareilla. Laskennan ja kokeiden pohjalta selvitettiin optimaalinen seossuhde plasmakaasulle, paineen ja tehon noston vaikutus hartsin polttonopeuteen sekä jatkuvatoimisen syöttömenetelmän edut panostoimiseen syöttöön. Rfgeneraattorin teho rajoitti jatkuvatoimisen polttonopeuden 130 g/h ja hetkellisen polttonopeuden 175 g/h. Radioaktiivisten aineiden pidätys oli 93,5 % cesiumin osalta. Tulosten perusteella 4 kg/h ioninvaihtohartsia polttavan laitteiston tehon lähteeksi tarvitaan 65 kW rfgeneraattori. Palamattoman hartsin ja tuhkan kulkeutuminen partikkelisuodattimille sekä reaktiotuotteena syntyvien rikinoksidien käsittely vaatii vielä jatkotutkimusta.

Transparent and secure remote network storage system using an untrusted server

Työssä kehitettin läpinäkyvä Internet Small Computer Systems Interface-verkkolevyä (iSCSI) käyttävä varmistusjärjestelmä. Verkkolevyn sisältö suojattiin asiakaspään salauskerroksella (dm-crypt). Järjestely mahdollisti sen, että verkkolevylle tallennetut varmuuskopiot pysyivät luottamuksellisina, vaikka levypalvelinta tarjoava taho oli joko epäluotettava tai suorastaan vihamielinen. Järjestelmän hyötykäyttöä varten kehitettiin helppokäyttöinen prototyyppisovellus. Järjestelmän riskit ja haavoittuvuudet käytiin läpi ja analysoitiin. Järjestelmälle tehtiin myös karkea kryptoanalyysi sen teknistenominaisuuksien pohjalta. Suorituskykymittaukset tehtiin sekä salatulle että salaamattomalle iSCSI-liikenteelle. Näistä todettiin, että salauksen vaikutus suorituskykyyn oli häviävän pieni jopa 100 megabittiä sekunnissa siirtävillä verkkonopeuksilla. Lisäksi pohdittiin teknologian muita sovelluskohteita ja tulevia tutkimusalueita.

Messaging Application Engine for Symbian Platform

Tämä diplomityö kuvaa viestintä sovelluksen ytimen kehitystyön Symbian-alustalle. Koko sovelluksen vaatimuksena oli vastaamattomiin puheluihin vastaaminen ennalta määritellyillä tekstiviesteillä käyttäjän määrittelemien sääntöjen mukaisesti. Ei-toiminnallisia vaatimuksia olivat resurssien käytön vähentäminen ja uudelleenkäytön mahdollistaminen. Täten tämän työn tavoitteena oli kehittää ydin, joka kapseloi sovelluksen sellaisen toiminnallisuuden, joka on käyttöliittymästä riippumatonta ja uudelleenkäytettävää. Kehitystyössä ohjasi Unified Process, joka on iteroiva, käyttötapauksien ohjaama ja arkkitehtuurikeskeinen ohjelmistoprosessi. Se kannusti käyttämään myös muita teollisuudenalan vakiintuneita menetelmiä, kuten suunnittelumalleja ja visuaalista mallintamista käyttäen Unified Modelling Languagea. Suunnittelumalleja käytettiin kehitystyön aikana ja ohjelmisto mallinnettiin visuaalisesti suunnittelun edistämiseksi ja selkiyttämiseksi. Alustan palveluita käytettiin hyväksi kehitysajan ja resurssien käytön minimoimiseksi. Ytimen päätehtäviksi määrättiin viestien lähettäminen sekä sääntöjen talletus ja tarkistaminen. Sovelluksen eri alueet, eli sovelluspalvelin ja käyttöliittymää, pystyivät käyttämään ydintä ja sillä ei ollut riippuvuuksia käyttöliittymätasolle. Täten resurssien käyttö väheni ja uudelleenkäytettävyys lisääntyi. Viestien lähettäminen toteutettiin Symbian-alustan menetelmin. Sääntöjen tallettamiseen tehtiin tallennuskehys, joka eristää sääntöjen sisäisen ja ulkoisen muodon. Tässä tapauksessa ulkoiseksi tallennustavaksi valittiin relaatiotietokanta. Sääntöjen tarkastaminen toteutettiin tavanomaisella olioiden yhteistoiminnalla. Päätavoite saavutettiin. tämä ja muut hyviksi arvioidut lopputulokset, kuten uudelleenkäytettävyys ja vähentynyt resurssien käyttö, arveltiin juontuvan suunnittelumallien ja Unified Processin käytöstä. Kyseiset menetelmät osoittivat mukautuvansa pieniinkin projekteihin. Menetelmien todettiin myös tukevan ja kannustavan kehitystyön aikaista oppimista, mikä oli välttämätöntä tässä tapauksessa.

Assessment of critical competences required in managing end-user driven businesses in a global forest products compa

Työn pääasiallisena tavoitteena on selvittää ydinosaamista, jota tarvitaan kansainvälisen metsäteollisuusyrityksen loppukäyttäjävetoisessa liiketoiminnassa. Lisäksi tavoitteena on laatia kompetenssimalli, jota voidaan käyttää mm. rekrytoinnissa, koulutuksen ja työnkierron suunnittelussa. Tarkoituksena on tarkastella sekä tällä hetkellä että tulevaisuudessa tarvittavia ydinosaamisia. Työ keskittyy myyntihenkilöiden kompetenssien kuvaamiseen. Kirjallisuuden ja asiantuntijoiden haastattelujen avulla on selvitetty. kompetensseihin liittyviä asioita ja käsitteitä, kuten organisaation oppiminen, innovaatiot sekä asiakaslähtöisyys. Tämän jälkeen on kartoitettu case-yrityksen kartonkiyksikön myyntihenkilökunnan kompetensseja. Kompetenssikartoitus on tehty teemahaastattelujen avulla sekä lisäksi on käytetty työn aikana laadittua kompetenssimatriisia. Saatuja tuloksia on verrattu yhden asiakkaan näkemyksiin. Tulosten mukaan kolme tärkeintä tämän hetken kompetenssia ovat: holistinen näkemys asioista, suhteiden rakentaminen ja kielitaito. Tulevaisuuden tärkeimpiä kompetensseja puolestaan ovat: asiakaslähtöisyys, sähköinen kaupankäynti ja suhteiden rakentaminen. Lopuksi on käsitelty yleisiä metsäteollisuuden tulevaisuuden haasteita sekä annettu joitain kehitysideoita kompetenssien kehittämistä varten.

Internal material logistics development in customer-driven production

Työn tavoitteena oli synkronoida yleinen materiaalivirta tuotannon kanssa. Pyrkimyksenä oli virtaviivaistaa materiaalivirta, jotta materiaalin määrä, sekä turhat työvaiheet tuotantoalueella vähenisivät. Päämääränä oli vähentää materiaalilavojen määrää lattialla, sekä parantaa materiaalitoimitusten OTD (On-Time-Delivery) prosenttia.Teoreettinen osa käsittelee nykypäivän toimitusketjun tärkeimpiä elementtejä. Keskeisenä asiana perehdytään materiaalivirtaan ja sen tehokkaaseen hallintaan. Työ esittelee myös synkronisen johtamismallin periaatteet, sekä materiaalivirran synkronoimisen tuotannon kanssa.Empiirinen osuus kuvaa yrityksen materiaalihallinnan nykypäivän tilanteen, sen keskeiset ongelmat, sekä uuden toimintamalliehdotuksen. Työ esittelee kaksi pilottia, joiden tulokset varmistivat uuden virtaviivaistetun materiaalivirran ja täydennysmallin toimivuuden.Työn tulokset osoittavat, miten uusi materiaalin täydennysmalli vähentää materiaalilavojen, sekä jalostamattoman työn määrää tuotantoalueella.

Values-driven management as perceived by personnel

Organizational values can be used as a tool for improving organization performance. The role of the leaders in building support and developing behaviours consistent with values-driven management is studied through value perceptions by the personnel in the object organization.

User-driven community-based service development

This final thesis project was carried out in the Industrial Management department of University of Applied Sciences Stadia for Forum Virium Helsinki. The purpose of this study was to answer to the question of how companies can use online customer community of co-creation in service development and what is the value gained from it. The paper combines a range of recently published theoretical works and ongoing customer community case development. The study aims to provide new information and action approaches to new service developers that may increase the success of the community building process. The paper also outlines the benefits of the use of online customer community and offers practical suggestions for maximizing the value gained from the community in service development projects. The concepts and suggestions introduced in the study appear to have notable new possibilities to the service development process but they have to be further tested empirically. This paper describes the online consumer community of co-creation to an important organizational process of innovation management suggesting that it possesses a great value to business. Online customer communities offer a potential of improving the success of new services or products enabling early, penetrable market entry and creating sustainable competitive advantage.

Customer driven business model – connecting customer value to firm resources in ICT value networks

The objective of this thesis is to provide a business model framework that connects customer value to firm resources and explains the change logic of the business model. Strategic supply management and especially dynamic value network management as its scope, the dissertation is based on basic economic theories, transaction cost economics and the resource-based view. The main research question is how the changing customer values should be taken into account when planning business in a networked environment. The main question is divided into questions that form the basic research problems for the separate case studies presented in the five Publications. This research adopts the case study strategy, and the constructive research approach within it. The material consists of data from several Delphi panels and expert workshops, software pilot documents, company financial statements and information on investor relations on the companies’ web sites. The cases used in this study are a mobile multi-player game value network, smart phone and “Skype mobile” services, the business models of AOL, eBay, Google, Amazon and a telecom operator, a virtual city portal business system and a multi-play offering. The main contribution of this dissertation is bridging the gap between firm resources and customer value. This has been done by theorizing the business model concept and connecting it to both the resource-based view and customer value. This thesis contributes to the resource-based view, which deals with customer value and firm resources needed to deliver the value but has a gap in explaining how the customer value changes should be connected to the changes in key resources. This dissertation also provides tools and processes for analyzing the customer value preferences of ICT services, constructing and analyzing business models and business concept innovation and conducting resource analysis.