Development of Object-Oriented Design and Specifications for Iowa DOT and Urban Standards: Phase I, TR-487, 2004

Currently, individuals including designers, contractors, and owners learn about the project requirements by studying a combination of paper and electronic copies of the construction documents including the drawings, specifications (standard and supplemental), road and bridge standard drawings, design criteria, contracts, addenda, and change orders. This can be a tedious process since one needs to go back and forth between the various documents (paper or electronic) to obtain information about the entire project. Object-oriented computer-aided design (OO-CAD) is an innovative technology that can bring a change to this process by graphical portrayal of information. OO-CAD allows users to point and click on portions of an object-oriented drawing that are then linked to relevant databases of information (e.g., specifications, procurement status, and shop drawings). The vision of this study is to turn paper-based design standards and construction specifications into an object-oriented design and specification (OODAS) system or a visual electronic reference library (ERL). Individuals can use the system through a handheld wireless book-size laptop that includes all of the necessary software for operating in a 3D environment. All parties involved in transportation projects can access all of the standards and requirements simultaneously using a 3D graphical interface. By using this system, users will have all of the design elements and all of the specifications readily available without concerns of omissions. A prototype object-oriented model was created and demonstrated to potential users representing counties, cities, and the state. Findings suggest that a system like this could improve productivity to find information by as much as 75% and provide a greater sense of confidence that all relevant information had been identified. It was also apparent that this system would be used by more people in construction than in design. There was also concern related to the cost to develop and maintain the complete system. The future direction should focus on a project-based system that can help the contractors and DOT inspectors find information (e.g., road standards, specifications, instructional memorandums) more rapidly as it pertains to a specific project.

Laboratory Investigation of Grouted Coupler Connection Details for ABC Bridge Projects, RB07-013, 2015

With an ever increasing desire to utilize accelerated bridge construction (ABC) techniques, it is becoming critical that bridge designers and contractors have confidence in typical details. The Keg Creek Bridge on US 6 in Iowa was a recent ABC example that utilized connection details that had been utilized elsewhere. The connection details used between the drilled shaft and pier column and between the pier column and the pier cap were details needing evaluation. These connection details utilized grouted couplers that have been tested by others with mixed results—some indicating quality performance and others indicating questionable performance. There was a need to test these couplers to gain an understanding of their performance in likely Iowa details and to understand how their performance might be impacted by different construction processes. The objective of the work was to perform laboratory testing and evaluation of the grouted coupler connection details utilized on precast concrete elements for the Keg Creek Bridge. The Bridge Engineering Center (BEC), with the assistance of the Iowa Department of Transportation (DOT) Office of Bridges and Structures, developed specimens representative of the Keg Creek Bridge connections for testing under static and fatigue loads in the structures laboratory. The specimens were also evaluated for their ability to resist the intrusion of water and chlorides. Evaluation of their performance was made through comparisons with design assumptions and previous research, as well as the physical performance of the coupled connections.

Field Evaluation of Elliptical Steel Dowel Performance, 2006

Joints are always a concern in the construction and long-term performance of concrete pavements. Research has shown that we need some type of positive load transfer across transverse joints. The same research has directed pavement designers to use round dowels spaced at regular intervals across the transverse joint to distribute the vehicle loads both longitudinally and transversely across the joint. The goal is to reduce bearing stresses on the dowels and the two pavement slab edges and erosion of the underlying surface, hence improved long-term joint and pavement structure performance. Road salts cause metal corrosion in doweled joints, excessive bearing stresses hollow dowel ends, and construction processes are associated with cracking pavement at the end of dowels. Dowels are also a cost factor in the pavement costs when joint spacing is reduced to control curling and warping distress in pavements. Designers desire to place adequate numbers of dowels spaced at the proper locations to handle the anticipated loads and bearing stresses for the design life of the pavement. This interim report is the second of three reports on the evaluation of elliptical steel dowels. This report consists of an update on the testing and performance of the various shapes and sizes of dowels. It also documents the results of the first series of performance surveys and draws interim conclusions about the performance of various bar shapes, sizes, spacings, and basket configurations. In addition to the study of elliptical steel dowel performance, fiber reinforced polymers (FRP) are also tested as elliptical dowel material (in contrast to steel) on a section of the highway construction north of the elliptical steel test sections.

Taajuusmuuttajan ohjelmiston testaus

Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää menetelmiä ja ohjeitataajuusmuuttajan sulautetun ohjelmiston kehityksen aikaiseen testaukseen. Soveltuvia menetelmiä etsittiin tutkimalla laajasti kirjallisuutta sekä selvittämälläyrityksen testauskäytäntöä. Tutkittuja kirjallisuudesta löytyneitä menetelmä olivat testauskehykset, simulointi ja staattinen sekä automaattinen testaus. Kirjallisuudesta etsittiin myös menetelmiä, joiden avulla testausprosessia voidaan helpottaa tai muuten parantaa. Tällaisista menetelmistä tutkittiin muun muassa testidatan valintaa, testauslähtöistä kehitystä sekä testattavuuden parantamista. Lisäksi selvitettiin uudelleenkäytettävien testien ohjelmointiin soveltuvia ohjelmointikieliä. Haastatteluiden ja dokumentaation avulla saatiin hyvä käsitys yrityksessä vallitsevasta testauskäytännöstä sekä sen ongelmakohdista. Testauksen ongelmiksi havaittiin testausprosessin järjestelmällisyyden puute sekä tarve suunnittelijoiden testauskoulutukseen. Testausprosessin parantamiseksi esitetään moduulitestauskehyksen käyttöönottoa. Lisäksi suunnittelijoiden testauskoulutuksella arvioidaan olevan suuri vaikutus koko testausprosessiin. Testitapausten suunnitteluun esitetään menetelmiä, joiden avulla voidaan suunnitella kattavampia testejä.

Säätöventtiilin virtaustekniset ominaisuudet

Virtauslaskennan käyttö jokapäiväisessä insinöörityössä on lisääntynyt viime vuosina nopeaa vauhtia. Virtauslaskennan avulla voidaan tutkia säätöventtiilin virtauskenttää, mikä antaa suunnittelijalle mahdollisuuden korjata virtauskanavan ongelmakohtia jo tuotekehityksen alkuvaiheessa. Tämändiplomityön tavoitteena on määrittää uuden säätöventtiilin mitoituskertoimet jatutkia virtauslaskennan käytettävyyttä säätöventtiilisuunnittelussa. Teoreettisessa tarkastelussa on käsitelty venttiilivirtaukselle ominaisia virtausteknisiä yhtälöitä ja ilmiöitä, säätöventtiilin standardin määräämiä mitoitusyhtälöitä sekä neste- että kaasumelua. Lisäksi kerrotaan yleisimmistä säätöventtiilisovellutuksista ja esitellään suunnitteilla oleva uusi säätöventtiili. Virtauslaskennan avulla tutkittiin venttiilin kapasiteettiaja virtauskenttää. Alustavaa laskentaa tehtiin venttiilin paineenpalautumiskertoimen ja alkavan kavitaation määrittämiseksi. Virtauslaskenta tehtiin Fluent ja Cfdesign -virtauslaskentaohjelmilla. Virtauslaskennan antamia tuloksia verrattiin laboratoriossa saatuihin mittaustuloksiin. Laboratoriokokeiden avulla määritettiin uuden säätöventtiilin mitoituskertoimet. Lisäksi mitattiin säätöventtiilin aiheuttamaa neste- ja kaasumelua.

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.

Tiehankkeiden suunnittelu - Ympäristön tilan selvitys ja ympäristövaikutusten arviointi

Tämä diplomityö on tehty ohjeeksi väyläsuunnittelijoille, tiehankkeiden suunnittelussa tehtävään ympäristön tilan selvittämiseen sekä ympäristövaikutusten arviointiin.Työn toimeksiantajana on Tieliikelaitoksen Konsultoinnin Suunnittelupalvelut. Tutkimusongelmaa lähestyttiin selvittämällä aikaisemmin suunnittelussa käytettyjätyöskentelytapoja ja -menetelmiä sekä tarkastelemalla aiemmin tehtyjä tiensuunnittelun asiakirjoja. Selvitys keskittyi Tieliikelaitoksen ja sitä edeltäneen Tielaitoksen toimintaan, mutta työssä tarkasteltiin myös muiden asiantuntijoiden laatimia suunnitelmia. Työn lähtökohtana oli laatia ohje, jonkaavulla suunnittelijat voivat tehdä suunnitelmaan kuuluvan ympäristötiedon käsittelyn itsenäisesti. Hankkeissa, joissa näin toimitaan, oletetaan ympäristövaikutusten jäävän melko vähäisiksi eikä niissä vaadita YVA-lain mukaista menettelyä. Laaditun ohjeen myötä eri suunnittelijoiden laatimat tiehankkeiden suunnitelmat yhtenäistyvät ympäristötiedon käsittelyn osalta, sillä aiemmin yhtenäistä käytäntöä ei ole ollut. Suunnitelmien laatu paranee ja ympäristövaikutusten arviointi helpottuu samaan ohjeeseen kootun tiedon avulla. Ohjeen aikaansaaman suunnittelutoiminnan kehittyminen näkyy vasta, kun ohjetta on sovellettukäytännössä hankkeiden suunnitteluun.

Robotisoidun hitsaussolun toiminnan kehittäminen ohutlevytuotteita valmistavassa yrityksessä

Robotisoitu hitsaus tarjoaa mahdollisuuden tasaiseen laatuun ja miehittämättömään tuotantoon. Se ei ole kuitenkaan yhtä joustava menetelmä kuin käsinhitsaus ja siihen liittyy yleensä paljon asetus- ja ohjelmointikustannuksia. Tässä diplomityössä selvitetään, mitkä ovat robotisoidun ohutlevyjen hitsauksen erityispiirteet ja mitä seikkoja tulee huomioida robotisoidun hitsaussolun kehittämisessä. Ohutlevytuotteiden tulee soveltua robotisoituun hitsaukseen. Ne ovat ohuita ja taipuisia kappaleita, joten liitosten tarkka kohdistaminen voi olla vaikeaa. Tämä edellyttää suunnittelulta menetelmän erityispiirteiden ymmärtämistä ja valmistukselta erinomaista laaduntuottokykyä. Materiaaleina ohutlevyt ovat pääosin hyvin hitsattavia kaikilla tavanomaisilla menetelmillä.Haitallisten muodonmuutosten välttämiseksi kannattaa suosia hitsausprosesseja, joilla on mahdollisimman pieni lämmöntuonti. Saavutettu hitsausnopeus riippuu prosessin lisäksi myös liitosten kokoonpanon tarkkuudesta. Työnkokeellisessa osassa selvitetään erään robottihitsaussolun kehitystyötä. Tavoitteena oli nostaa solun nopeus ja kapasiteetti vastaamaan yrityksen muun tuotannon tasoa. Solua varten kehitettiin erityinen automaattisesti toimiva hitsauskiinnitin, jonka toimintaperiaate esitellään. Kiinnitin kohdistaaohutlevystä valmistetun kotelon pohjan sivut riittävän tarkasti, jotta ne voidaan hitsata robotilla.

Tuning the design procedures for laser processed microwave mechanics

This research has been focused at the development of a tuned systematic design methodology, which gives the best performance in a computer aided environment and utilises a cross-technological approach, specially tested with and for laser processed microwave mechanics. A tuned design process scheme is also presented. Because of the currently large production volumes of microwave and radio frequency mechanics even slight improvements of design methodologies or manufacturing technologies would give reasonable possibilities for cost reduction. The typical number of required iteration cycles could be reduced to one fifth of normal. The research area dealing with the methodologies is divided firstly into a function-oriented, a performance-oriented or a manufacturability-oriented product design. Alternatively various approaches can be developed for a customer-oriented, a quality-oriented, a cost-oriented or an organisation-oriented design. However, the real need for improvements is between these two extremes. This means that the effective methodology for the designers should not be too limited (like in the performance-oriented design) or too general (like in the organisation-oriented design), but it should, include the context of the design environment. This is the area where the current research is focused. To test the developed tuned design methodology for laser processing (TDMLP) and the tuned optimising algorithm for laser processing (TOLP), seven different industrial product applications for microwave mechanics have been designed, CAD-modelled and manufactured by using laser in small production series. To verify that the performance of these products meets the required level and to ensure the objectiveness ofthe results extensive laboratory tests were used for all designed prototypes. As an example a Ku-band horn antenna can be laser processed from steel in 2 minutes at the same time obtaining a comparable electrical performance of classical aluminium units or the residual resistance of a laser joint in steel could be limited to 72 milliohmia.

Time patterns and perceptions of online learning success factors

Online learning provides the opportunity to work on academic tasks at any time at the same time as doing other activities, such as using in web 2.0 tools. This study identifies factors that contribute to success in online learning from the students¿ perspective and their relationship with time patterns. A survey of learning outputs was used to find relationships between students¿ satisfaction, knowledge acquisition and knowledge transfer with time for working on academic tasks. In this study, 199 students from a university in Mexico completed the survey. Findings suggest that knowledge transfer has a significant association with the number of hours online per day, hours spent on social networks and the use made of e-learning during working hours. Learner satisfaction has a strong relationship with the time in years a learner has been using the Internet and the number of hours devoted to the course per week. The findings of this research will be helpful for faculty and instructional designers for implementing learning strategies.

Pumpunvalitsimet integroidussa simulointiympäristössä

Työssä on tutkittu pumpun valintaa integroidussa simulointiympäristössä. Tutkimuksen avulla on tarkoitus kehittää tieto- ja malligallerian (Galleria) infrastuktuuria ja käytössä olevia työvälineitä siihen suuntaan, että ulkoisten valitsinkomponenttien implementoiminen Gallerian tietokantaan olisi lähitulevaisuudessa helppoa ja nopeaa. Prosessi-integraation tieto- ja malligalleria on infrastruktuurimäärittely ja työvälineistö prosessikomponenttien ja osaprosessien simulointiin tarvittavien malli- ja parametritietojen kirjastoimiseksi internetpohjaiseen tietokantaan, josta ne ovat simulointiohjelmien käyttäjien ja muiden prosessisuunnittelijoiden helposti saatavilla. Tutkimuksen kirjallisessa osassa on keskitytty tutkimaan pumpun valinnan etenemistä ja valintaan vaikuttavia tekijöitä prosessisuunnittelijan näkökulmasta. Tutkimuksen soveltavassa osassa luotiin pumpunvalitsin ja sitä testattiiin Galleria- ympäristöä vastaavassa kehitysympäristössä. Pumpunvalitsimen kehittämisessä on käytetty apuna laitevalmistajalta saatua prosessikomponenttitietoa. Pumpunvalitsimen toteutus perustuu pumpun hydrauliseen valintaan ja esimerkkitapauksena käytettiin keskipakopumppua

Ilmastointikojeen uuden rakenneratkaisun markkinaselvitys

Työssä selvitetään korjaus- ja uudisrakentamista Suomessa sekä ilmastointikojeen valintaan vaikuttavia tekijöitä. Korjausrakentamisen osuus on kasvamassa ja tilan puute on korjausrakentamisessa usein ongelma. Lähtökohtana on tilaavan tahon idea uudesta ilmastointikojeesta, jonka rakenne soveltuu erityisesti korjausrakentamiseen. Tutkimuksessa halutaan selvittää ilmastointikojeen markkinaympäristöä ja uuden kojeen rakenneratkaisu. Tarkoitus on selvittää idean jatkokehitysmahdollisuus ja mielenkiinto asiakasympäristössä. Tietoja IV-kojeen rakenneratkaisuun ja korjausrakentamisen ongelmiin hankittiin empiirisellä kyselytutkimuksella. Kyselytutkimus koostui joukosta väittämiä. Kyselytutkimus suunnattiin rakennuttajille, urakoitsijoille ja iv-suunnittelijoille, joista suunnittelijoiden osuus on merkittävin. Tutkimus toteutettiin sähköpostikyselynä ja haastatteluina. Kaikkiaan saatiin 124 analysoitavaa vastausta. Tutkimuksessa kävi selville, että uudelle rakenneratkaisulle on kysyntää. Vastaajat olivat erityisen kiinnostuneita kojeesta, joka saastaa tilaa ja on helppo asentaa. Työ tuotti selvityksen yrityksen tuotekehitysprojektin paatoksenteon tueksi perustuen kyselytutkimuksen vastauksiin.

Robottihitsauksen tehokas käyttöönotto

Työn tavoitteena oli selvittää uuden robottihitsaussolun käyttöönotto siten, että se tapahtuu mahdollisimman tehokkaasti ja taloudellisesti. Uudella robotilla on tarkoitus hitsata nykyisin käsinhitsattavia kauhakuormaajien takarunkoja sekä alihankintana tilattavia kauhoja. Tuotannon kotiuttamisella alihankinnasta ja hitsauksen robotisoinnilla pyritään nostamaan omaa tuotantovolyymiä ja pienentämään valmistuskustannuksia. Työn teoriaosuudessa selvitettiin tyypilliset robotiikkaan liittyvät asiat, kuten robotit, niiden ohjaus ja ohjelmointi sekä perusteet hitsauksen robotisoinnista. Lisäksi käsiteltiin hitsattavan tuotteen suunnittelu- ja valmistusnäkökohtia ja hitsauksen kustannuslaskennan perusteet. Työn käytännön osuudessa tehtiin kartoitus kahden valitun takarunkomallin soveltuvuudesta robottihitsaukseen ja muutosehdotuksia, joilla voidaan parantaa runkojen robottihitsattavuutta. Lisäksi käytiin läpi hitsauksen nykytilanne osavalmistuksesta aina hitsauksen jälkeiseen viimeistelyyn. Hitsauksen kustannusten selvittämistä varten tehtiin taulukkolaskentaohjelma, jolla tehtiin esimerkkinä kuvitteellinen kustannussäätölaskelma. Tuottavuusmittari laadittiin niin, että sillä voidaan mitata sekä robotin että kokohitsaustapahtuman tehokkuutta pitkällä ja lyhyellä aikavälillä. Näiden lisäksi laadittiin sisäinen ohje robottihitsattavien kappaleiden silloitukseen sekä suunnittelijoille ohjeistus huomioitavista asioista suunniteltaessa kappaletta robottihitsaukseen.

Kenttäväylien hyödyntäminen voimalaitosten ohjausjärjestelmissä

Tässä diplomityössä on tutkittu eri kenttäväylätekniikoita, sekä niiden hyödyntämisellä saatavia taloudellisia ja teknisiä etuja Finreilan tuotevalikoimaan kuuluvien prosessilaitosten ohjausjärjestelmissä. Työssä on vertailtu laitosautomaation toteutuskustannukset sekä perinteisellä että kenttäväyliä hyödyntävillä ohjausjärjestelmillä. Kustannukset on huomioitu läpi koko projektin, sähkösuunnittelusta laitoksen käyttöönottoon. Markkinoilla on tänä päivänä useita, erityyppisiä väyläratkaisuja. Väyläratkaisujen tarpeen ja niille asetettujen vaatimuksien selvittämiseksi esitellään työssä ensin ohjausjärjestelmien rakenne, yleisimmät kenttälaitteet sekä tiedonsiirron kerrosmalli. Kenttäväylätekniikasta esitellään perusrakenteet ja –komponentit, standardointi sekä kaupalliset kenttäväyläsovellukset. Kustannusten ja suunnitteluprosessin painotusten selvittämiseksi suunnitellaan esimerkkilaitokseen ohjausjärjestelmä, hyödyntäen kenttäväylätekniikkaa. Vertailua varten on haettu tiedot vuonna 1998 perinteisellä automaatiolla toteutetun laitoksen kustannuksista Finreila Oy:n taloushallintajärjestelmästä ja projektiaineistosta. Kenttäväylätoteutuksen kustannusarviot perustuvat laitetoimittajien tarjouksiin, sähkö- ja automaatiosuunnittelijoiden haastatteluihin sekä saatuihin käyttökokemuksiin kenttäväylistä. Työ on laadittu siten, että sitä voidaan käyttää yrityksen uusien työntekijöiden koulutuksessa, mikäli laitoksissa siirrytään käyttämään kenttäväylätekniikkaa. Kustannusvertailujen perusteella voidaan sanoa, että kyseisen tyyppisessä laitoksessa saavutetaan noin 17 % kustannussäästö automaatiojärjestelmän toteutuksessa. Suurin hyöty kenttäväylistä saadaan kuitenkin järjestelmän käyttöaikana tarkentuneiden mittausten ja paremmin kohdennettavien huoltotoimenpiteiden kautta tulevista säästöistä.

Pakkaustoimintojen kehittäminen painesuodattimien toimitusprosessissa

Tutkimuksen tavoitteena oli löytää kustannustehokkaat paketointiratkaisut painesuodattimien vientitoimituksiin ja laatia näiden edellyttämä ohjeistus suunnittelijoiden käyttöön. Laaja markkina-alue ja kuljetuksen kannalta haastavat toimituskohteet tekevät painesuodattimien toimituslogistiikan ja pakkauskäytännön yhtenäistämisestä vaikean tehtävän. Lisäksi pakkauksia ja rahdin kuljetusta säätelevät monet lait, joiden välillä on suuria eroja maittain. Pakkaamiskustannuksista suurin osa sidotaan suunnitteluvaiheessa. Tästä syystä ohjeistus pakkaamisen tuotteille asettamista vaatimuksista on saatava kaikkien suunnittelutyötä tekevien käyttöön ja pakattavuus on otettava yhdeksi suunnittelukriteeriksi jo "tuotteen ideointivaiheessa. Kuljetuskokoonpanojen mittojen suunnittelussa on huomioitava kaikki kuljetusketjun vaiheet tehtaan lattialta asennuspaikalle. Tuotesuunnittelussa on syytä varautua useampiin erilaisiin purkuasteisiin. Toimituksissa pyritään kuitenkin yleensä kuljettamaan suodattimet mahdollisimman kokonaisina. Kuljetuspakkausten tulee täyttää niille asetetut vaatimukset, jotta vältytään vahingonkorvausseuraamuksilta ja saavutetaan haluttu toimitusvarmuus. Tämä tarkoittaa riittävää rakenteellista kestävyyttä ja tarvittavaa suojausta esimerkiksi korroosiota vastaan. Oikeaoppinen pakkausten merkintä ja dokumentointi pienentävät kuljetushävikkiä ja mahdollistavat oikea-aikaiset kuljetukset.