Kunnossapidon nykytila metsäteollisuuden voimalaitoksissa

Tämän diplomityön tavoitteena oli kartoittaa kunnossapidon nykytilaa metsäteollisuuden voimalaitoksissa. Asiaa selvitettiin kvalitatiivisena tutkimuksena, jossa haastateltiin kunnossapidon vastuuhenkilöitä. Tutkimuksen kohteeksi valittiin kahdeksan erikokoista voimalaitosta, jotka edustivat suurimpia Suomessa toimivia metsäteollisuuden konserneja. Työssä käsiteltiin tiedon ja materiaalin hallintaa, kunnossapidon suunnittelua ja organisointia sekä taloudellisia vaikutuksia. Tulokset on esitetty yleisessä muodossa ilman laitoskohtaista erittelyä. Metsäteollisuus toimii hyvin globaaleilla markkinoilla, joilla kilpailu on kiristynyt viime vuosina. Tehokkuutta on pyritty parantamaan kaikilla sektoreilla ja tämä näkyy muutoksena monilla kunnossapidon osa alueilla. Merkittävä muutos oli kunnossapitotoimintojen eriyttäminen omaksi yhtiöksi, joka oli toteutettu yhtiön strategisena valintana puolella tehtaista. Tutkimuksessa kävi myös ilmi, että henkilökunnan koulutukseen panostamalla tietojärjestelmiä voidaan hyödyntää tehokkaammin. Varastoon sidotun pääoman pienentäminen on merkinnyt materiaalilogistiikan tärkeyden korostumista tavoiteltaessa parempaa käyttövarmuutta. Kun lisäksi teollisuuden investointien määrät ovat viime vuosina laskeneet, on kunnossapidon ja etenkin sen suunnittelun rooli kasvanut.

Dieselmoottorin esisuunnittelun kehittäminen simuloimalla

Diplomityö tehtiin Wärtsilä Finland Oy:n toimeksiannosta. Työ kohdistui yrityksen suunnittelemien keskinopeudella pyörivien nelitahti dieselmoottoreiden esisuunnittelun kehittämiseen. Esisuunnittelun osuus koko tuotesuunnittelussa on merkittävä, minkä vuoksi esisuunnitteluprosessin tehostaminen vaikuttaa koko tuotesuunnitteluprosessiin ja sen lopputuloksiin. Tällä hetkellä esisuunnitteluprosessi on jakautunut useaan eri vaiheeseen ja eri tiimeille, mikä aiheuttaa ongelmia esisuunnittelun läpiviemisessä. Työn tavoitteena oli tutkia nykyaikaisen kaupallisen simulointiohjelmiston soveltuvuutta kohdeyrityksessä esisuunnitteluprosessin eri vaiheiden yhdistämiseen. Työssä selvitettiin esisuunnittelun alussa käytettäviä suunnitteluparametreja, ja niiden hyödyntämistä suunniteltaessa simulointimallia kaupalliseen ohjelmistoon. Vaatimuksena oli, että ohjelmiston on toimittava parametreilla, jotka jo nyt ovat yrityksessä käytössä. Lisäksi simulointimallin antamat tulokset oli oltava hyödynnettävissä yksiselitteisesti yrityksen myöhemmissä tuotesuunnitteluvaiheissa. Myös mallin luomiseen tarvittavien parametrien määrä tuli pitää mahdollisimman pienenä. Esisuunnittelumallin toteuttamisessa tutkittiin kaupallisen AVL Excite Designer - ohjelmiston soveltuvuutta. Ohjelmisto ei soveltunut täysin tuottamaan halutun muotoisia tuloksia annetuilla parametreilla. Ohjelmiston muokkaaminen vaatimuksia vastaavaksi osoittautui työmäärältään suureksi. Yhtenä ratkaisuna olisi kaupallisen ohjelmiston käyttämisen sijaan suunnitella kyseiseen ongelmaan paremmin soveltuva oma ohjelmisto, jolloin toimivuus ja pitkän tähtäimen käyttövarmuus paranisi.

ZigBee-verkot ja evaluointilaitteen suunnittelu

In this thesis a closer look at ZigBee wireless network protocol was made and a ZigBee evaluation device was designed and built for testing it. ZigBee is a digital wireless network technology published in 2004, which was developed for wireless control and automation systems. It is based on the IEEE 802.15.4-2003 standard, and its aim was to create a reliable wireless networking protocol with secure data transmissions, low power consumption and low manufacturing costs. The low power consumption requirement has also led to a slow data rate and a short range, but in a ZigBee network individual network devices can route messages to each other, so short range is not a problem. In automation and control systems a fast data rate is not usually an important requirement either. ZigBee network can form automatically and one ZigBee network can theoretically include thousands of devices, all of which can communicate with each other. ZigBee network is also self-healing, so an individual device dropping out of the network, like breaking down, does not affect functionality of the network. Evaluation device was designed and implemented in four different versions, which were tested with six different antenna designs. All antennas were tested at a range of 100 meters in an open terrain using two different frequencies and transmission powers. Also a range test was performed for selected antennas using transmission power of 4,5 dBm, which was maximum power of the ZigBee chip used in the evaluation device. Range test resulted in a measured range of several hundred meters, which can be considered as a good result for a short-range technology.

Suljetun jäähdytysvesiverkon mallinnus

Työssä selvitettiin Neste Oil Porvoon jalostamon tuotantolinja 2 jäähdytysvesiverkon tilaa. Jäähdytysvesiverkon hydraulinen malli päivitettiin ja verifioitiin painemittauksin. Mallia tarkennettiin säätöventtiilien mallinnuksen sekä virhelähteiden tarkastelun perusteella havaituin muutoksin. Mallin verifioinnissa havaittiin huomattavia eroja mallin ja mitattujen paineiden välillä. Tämä johti mallin tarkempaan tarkasteluun, sekä virhelähteiden ja niiden vaikutusten selvittämiseen. Putkivarusteiden mallinnusmenetelmiä, sekä mallinnusperiaatteita vertailtiin keskenään. Koska jäähdytysveden kokonaiskierto oli riittämätön, tarkasteltiin kolmea vaihtoehtoa riittävän kiertovesimäärän aikaansaamiseksi. Nykyisten kiertovesipumppujen rinnanoperointi, sekä riittävän suureksi skaalatun pumpun käyttö simuloitiin. Kolmantena tapauksena arvioitiin lämmönvaihdinkohtaisen kuristussuunnitelman vaikutus putkiston painehäviöön, sekä putkistolle sopiva kiertovesipumppu. Vaihtoehdoille laskettiin suuntaa-antavat investointi- ja käyttökustannukset. Tarkastelun perusteella riittävän suureksi skaalattu pumppu todettiin kannattavimmaksi pienen hintaeron, sekä luotettavamman jäähdytysvesikierron käyttövarmuuden vuoksi. Työssä onnistuttiin tuottamaan yleispätevää tietoa suljetun jäähdytysvesiverkon hydrauliseen mallinnukseen vaikuttavista tekijöistä, sekä niiden vaikutuksesta mallin tarkkuuteen. Selvityksen perusteella tarkasteltua mallia saatiin tarkemmaksi.

Integration of microgrids into electricity distribution networks

Existing electricity distribution system is under pressure because implementation of distributed generation changes the grid configuration and also because some customers demand for better distribution reliability. In a short term, traditional network planning does not offer techno-economical solutions for the challenges and therefore the idea of microgrids is introduced. Islanding capability of microgrids is expected to enable better reliability by reducing effects of faults. The aim of the thesis is to discuss challenges in integration of microgrids into distribution networks. Study discusses development of microgrid related smart grid features and gives estimation of the guideline of microgrid implementation. Thesis also scans microgrid pilots around the world and introduces the most relevant projects. Analysis reveals that the main focus of researched studies is on low voltage microgrids. This thesis extends the idea to medium voltage distribution system and introduces challenges related to medium voltage microgrid implementation. Differences of centralized and distributed microgrid models are analyzed and the centralized model is discovered to be easiest to implement into existing distribution system. Preplan of medium voltage microgrid pilot is also carried out in this thesis.

Development of an automated bench top electronic penetrometer

The aim of this study was to develop a an automated bench top electronic penetrometer (ABEP) that allows performing tests with high rate of data acquisition (up to 19,600 Hz) and with variation of the displacement velocity and of the base area of cone penetration. The mechanical components of the ABEP are: a supporting structure, stepper motor, velocity reducer, double nut ball screw and six penetration probes. The electronic components of ABEP are: a "driver" to control rotation and displacement, power supply, three load cells, two software programs for running and storing data, and a data acquisition module. This penetrometer presented in compact size, portable and in 32 validation tests it proved easy to operate, and showed high resolution, high velocity in reliability in data collection. During the validation tests the equipment met the objectives, because the test results showed that the ABEP could use different sizes of cones, allowed work at different velocities, showed for velocity and displacement, were only 1.3% and 0.7%, respectively, at the highest velocity (30 mm s-1) and 1% and 0.9%, respectively for the lowest velocity (0.1 mm s-1).

Solution of aerospace problems using structured and unstructured strategies

Products developed at industries, institutes and research centers are expected to have high level of quality and performance, having a minimum waste, which require efficient and robust tools to numerically simulate stringent project conditions with great reliability. In this context, Computational Fluid Dynamics (CFD) plays an important role and the present work shows two numerical algorithms that are used in the CFD community to solve the Euler and Navier-Stokes equations applied to typical aerospace and aeronautical problems. Particularly, unstructured discretization of the spatial domain has gained special attention by the international community due to its ease in discretizing complex spatial domains. This work has the main objective of illustrating some advantages and disadvantages of numerical algorithms using structured and unstructured spatial discretization of the flow governing equations. Numerical methods include a finite volume formulation and the Euler and Navier-Stokes equations are applied to solve a transonic nozzle problem, a low supersonic airfoil problem and a hypersonic inlet problem. In a structured context, these problems are solved using MacCormack’s implicit algorithm with Steger and Warming’s flux vector splitting technique, while, in an unstructured context, Jameson and Mavriplis’ explicit algorithm is used. Convergence acceleration is obtained using a spatially variable time stepping procedure.

Putkimaisten kappaleiden hitsausautomaatioratkaisun kehittäminen

Putkipalkkiliitosten käyttäminen offshore-teollisuuden rakennusten tukirakenteissa on erittäin yleistä. Liitosten valmistaminen on hankalaa ja hidasta. Hyvin usein tukirakenteiden putkipalkkiliitokset joudutaan hitsaamaan manuaalisesti tukirakenteen suuren koon vuoksi. Tukirakenteen uudella valmistustavalla, jossa rakenne kootaan pienemmistä osista, voidaan putkipalkkiliitosten valmistaminen ja hitsaaminen automatisoida. Robottihitsausasema sekä sen käyttöliittymä ja ohjelmisto todettiin toimivaksi ratkaisuksi putkipalkkiliitosten hitsaamiseen. Automaatiosuunnitteluun liittyy monia eri vaiheita, joiden huolellinen läpikäynti takaa todenmukaisemman konseptiratkaisun. Konseptiratkaisu kehittyy samalla, kun laitteistoja ja layoutia muokataan valmiimmiksi. Automaatiosuunnittelun aikana pyritään löytämään oikea taso automaatiolle. Valittu automaation taso vaikuttaa tuotannon tuottavuuteen, läpimenoaikaan ja joustavuuteen. Automaation määrällä vaikutetaan myös ihmisen tekemän työn määrään ja työnkuvaan. Tässä diplomityössä kehitettiin Pemamek Oy:lle hitsausautomaatioratkaisuja putkimaisille kappaleille. Putkiston osia valmistavan tehtaan hitsaus- ja tuotantoautomaation konseptiratkaisua tarkasteltiin esimerkkitapauksen muodossa, jolla kuvattiin, kuinka automaatiojärjestelmä voidaan suunnitella konseptitasolle. Toinen hitsausautomaatioratkaisu, joka tässä työssä kehitettiin, on robottihitsausasema käyttöliittymineen putkipalkkiliitoksen hitsaamiseen.

Tuotannon laadun vaikutus tuotteen kannattavuuteen ja laatuun – tapaustutkimus elektroniikkateollisuudesta

Tuotetakuusta aiheutuvat kustannukset ovat osa liiketoiminnan kulurakennetta, jolloin ne myös vaikuttavat liiketoiminnan kannattavuuteen. Takuukustannukset muodostuvat tuotteiden puutteellisesta laadusta, luotettavuudesta tai yleisesti tuotteiden kykenemättömyydestä saavuttaa niille asetettuja vaatimuksia. Tällöin takuukustannusten analyysissä poraudutaan tuotteiden ongelmien perimmäisiin syihin takuuliitännäisen datan avulla, pyrkimyksenä tarjota informaatiota todellisista tuotteiden ongelmien syistä. Tässä tutkimuksessa selvitetään tuotannon laadun vaikutusta tuotteen kannattavuuteen ja laatuun elektroniikkateollisuudessa. Tutkimus toteutettiin kvantitatiivisena tutkimuksena, jonka aineisto koostettiin elektroniikkateollisuudessa toimivan yrityksen keskitetystä tietovarastosta hyödyntämällä tietokantakyselyjä. Aineisto koostuu yhteensä 218493:sta kappaleesta tietyn tuotemallin tuotetta, jotka ovat valmistettu yhdessä tuotantolaitoksessa. Tutkimustulosten perusteella voidaan todeta tuotannon laadun vaikuttavan tuotteiden laatuun ja kannattavuuteen.

Underwater Remote Welding Technology for Offshore Structures

The construction of offshore structures, equipment and devices requires a high level of mechanical reliability in terms of strength, toughness and ductility. One major site for mechanical failure, the weld joint region, needs particularly careful examination, and weld joint quality has become a major focus of research in recent times. Underwater welding carried out offshore faces specific challenges affecting the mechanical reliability of constructions completed underwater. The focus of this thesis is on improvement of weld quality of underwater welding using control theory. This research work identifies ways of optimizing the welding process parameters of flux cored arc welding (FCAW) during underwater welding so as to achieve desired weld bead geometry when welding in a water environment. The weld bead geometry has no known linear relationship with the welding process parameters, which makes it difficult to determine a satisfactory weld quality. However, good weld bead geometry is achievable by controlling the welding process parameters. The doctoral dissertation comprises two sections. The first part introduces the topic of the research, discusses the mechanisms of underwater welding and examines the effect of the water environment on the weld quality of wet welding. The second part comprises four research papers examining different aspects of underwater wet welding and its control and optimization. Issues considered include the effects of welding process parameters on weld bead geometry, optimization of FCAW process parameters, and design of a control system for the purpose of achieving a desired bead geometry that can ensure a high level of mechanical reliability in welded joints of offshore structures. Artificial neural network systems and a fuzzy logic controller, which are incorporated in the control system design, and a hybrid of fuzzy and PID controllers are the major control dynamics used. This study contributes to knowledge of possible solutions for achieving similar high weld quality in underwater wet welding as found with welding in air. The study shows that carefully selected steels with very low carbon equivalent and proper control of the welding process parameters are essential in achieving good weld quality. The study provides a platform for further research in underwater welding. It promotes increased awareness of the need to improve the quality of underwater welding for offshore industries and thus minimize the risk of structural defects resulting from poor weld quality.

Analysis of PWR-PACTEL Small Break LOCA experiment using TRACE

Currently, the power generation is one of the most significant life aspects for the whole man-kind. Barely one can imagine our life without electricity and thermal energy. Thus, different technologies for producing those types of energy need to be used. Each of those technologies will always have their own advantages and disadvantages. Nevertheless, every technology must satisfy such requirements as efficiency, ecology safety and reliability. In the matter of the power generation with nuclear energy utilization these requirements needs to be highly main-tained, especially since accidents on nuclear power plants may cause very long term deadly consequences. In order to prevent possible disasters related to the accident on a nuclear power plant strong and powerful algorithms were invented in last decades. Such algorithms are able to manage calculations of different physical processes and phenomena of real facilities. How-ever, the results acquired by the computing must be verified with experimental data.

Conception des réseaux maillés sans fil à multiples-radios multiples-canaux

Généralement, les problèmes de conception de réseaux consistent à sélectionner les arcs et les sommets d’un graphe G de sorte que la fonction coût est optimisée et l’ensemble de contraintes impliquant les liens et les sommets dans G sont respectées. Une modification dans le critère d’optimisation et/ou dans l’ensemble de contraintes mène à une nouvelle représentation d’un problème différent. Dans cette thèse, nous nous intéressons au problème de conception d’infrastructure de réseaux maillés sans fil (WMN- Wireless Mesh Network en Anglais) où nous montrons que la conception de tels réseaux se transforme d’un problème d’optimisation standard (la fonction coût est optimisée) à un problème d’optimisation à plusieurs objectifs, pour tenir en compte de nombreux aspects, souvent contradictoires, mais néanmoins incontournables dans la réalité. Cette thèse, composée de trois volets, propose de nouveaux modèles et algorithmes pour la conception de WMNs où rien n’est connu à l’ avance. Le premiervolet est consacré à l’optimisation simultanée de deux objectifs équitablement importants : le coût et la performance du réseau en termes de débit. Trois modèles bi-objectifs qui se différent principalement par l’approche utilisée pour maximiser la performance du réseau sont proposés, résolus et comparés. Le deuxième volet traite le problème de placement de passerelles vu son impact sur la performance et l’extensibilité du réseau. La notion de contraintes de sauts (hop constraints) est introduite dans la conception du réseau pour limiter le délai de transmission. Un nouvel algorithme basé sur une approche de groupage est proposé afin de trouver les positions stratégiques des passerelles qui favorisent l’extensibilité du réseau et augmentent sa performance sans augmenter considérablement le coût total de son installation. Le dernier volet adresse le problème de fiabilité du réseau dans la présence de pannes simples. Prévoir l’installation des composants redondants lors de la phase de conception peut garantir des communications fiables, mais au détriment du coût et de la performance du réseau. Un nouvel algorithme, basé sur l’approche théorique de décomposition en oreilles afin d’installer le minimum nombre de routeurs additionnels pour tolérer les pannes simples, est développé. Afin de résoudre les modèles proposés pour des réseaux de taille réelle, un algorithme évolutionnaire (méta-heuristique), inspiré de la nature, est développé. Finalement, les méthodes et modèles proposés on été évalués par des simulations empiriques et d’événements discrets.

Étude sur la validité et la fiabilité d'un questionnaire sur l'activité physique de personnes âgées de 65 à 74 ans, du Québec et du Brésil

La mesure de l’activité physique des personnes âgées dans des études populationnelles est un défi. Peu des outils de mesure trouvés dans la littérature sont jugés suffisamment valides ou fiables pour être utilisés dans une étude internationale et longitudinale sur les déterminants de perte de mobilité de personnes âgées. Une étude pilote a été conduite en 2009 pour déterminer la meilleure forme d’évaluation. Les objectifs de ce mémoire sont l’étude des validité, fiabilité et capacité prédictive des données d’un accéléromètre (gold standard), de deux questionnaires choisis (PAQ, IPAQ 7d-recall). Le but est de combiner des éléments des questionnaires dans un seul pour une étude longitudinale projetée au Canada, au Brésil et en Colombie. Le PAQ évalue la fréquence et la durée d’activités de loisirs, l’IPAQ 7d-recall évalue la durée et l’intensité perçue des activités et le temps assis. La collecte de données s’est faite auprès de participants de Saint-Bruno (n=64) et de Santa Cruz (n=60), de 65 à 74 ans. Le PAQ, l’IPAQ-7d-recall et un test de performance (SPPB) ont été complétés puis des accéléromètres remis. À Saint-Bruno, la validité de critère pour l’IPAQ et le PAQ, et la validité de construit pour l’IPAQ sont bonnes. Le refus de l’accéléromètre à Santa Cruz a empêché les analyses de validité. Le PAQ présente une bonne fiabilité mais ajoute peu d’amélioration au pouvoir de prédiction de la dépense énergétique de l’IPAQ. La recherche populationnelle, voulant estimer la dépense énergétique par l’activité physique des personnes âgées, devrait utiliser des instruments mesurant l’intensité perçue (IPAQ) plutôt que les fréquence et durée d’activités concrètes (PAQ).

Retinoscopía estática: variabilidad interobservadores entre docentes y estudiantes de optometría en una institución universitaria de Bogotá D.C.

Introducción: el gold estándar para el error refractivo es la retinoscopía. Los docentes de optometría al evaluar estudiantes, aceptan una diferencia de ±0,50D en la refracción pero no se ha evaluado estadísticamente si es adecuado para ametropías bajas y altas. El objetivo fue cuantificar el grado de concordancia interobservadores en retinoscopía estática entre docentes y estudiantes, para ametropías altas y bajas. Metodología: estudio de concordancia entre 4 observadores en 40 ojos, 20 con ametropías altas y 20 con bajas; muestreo no probabilístico por conveniencia. Análisis estadístico con coeficiente de correlación intraclase, confiabilidad 95%, poder 90%, y con método gráfico de límites de acuerdo al 95%. Resultados: concordancia para el equivalente esférico entre docentes 0,96 y entre estudiantes 0,56. En estudiantes concordancia de 0,89 para defectos refractivos bajos y docentes 0,96 para defectos altos. Concordancia entre cuatro examinadores 0,78, defectos bajos 0,86 y para altos 0,67. Margen de error entre docentes ±0,87D y estudiantes ±3,15D. En defectos bajos ±0,61D para docentes y ±0,80D para estudiantes y en defectos altos ±1,10D y ±4,22D respectivamente. Discusión: hubo mayor confiabilidad en retinoscopía entre profesionales experimentados. Se comparó la concordancia entre docentes y estudiantes, por eso puede haberse encontrado menor concordancia que la descrita por otros estudios que compararon entre profesionales a pesar haber sido elegidos por sus buenas calificaciones. Se deben formular estrategias de enseñanza que permitan reducir los márgenes de error obtenidos y mejorar la concordancia entre docentes y estudiantes.

Prevalencia de enfermedad celiaca en Latinoamérica: revisión sistemática de la literatura y meta-análisis

Introducción: La enfermedad celiaca (EC) es una enfermedad autoinmune (EA) intestinal desencadenada por la ingesta de gluten. Por la falta de información de la presencia de EC en Latinoamérica (LA), nosotros investigamos la prevalencia de la enfermedad en esta región utilizando una revisión sistemática de la literatura y un meta-análisis. Métodos y resultados: Este trabajo fue realizado en dos fases: La primera, fue un estudio de corte transversal de 300 individuos Colombianos. La segunda, fue una revisión sistemática y una meta-regresión siguiendo las guías PRSIMA. Nuestros resultados ponen de manifiesto una falta de anti-transglutaminasa tisular (tTG) e IgA anti-endomisio (EMA) en la población Colombiana. En la revisión sistemática, 72 artículos cumplían con los criterios de selección, la prevalencia estimada de EC en LA fue de 0,46% a 0,64%, mientras que la prevalencia en familiares de primer grado fue de 5,5 a 5,6%, y en los pacientes con diabetes mellitus tipo 1 fue de 4,6% a 8,7% Conclusión: Nuestro estudio muestra que la prevalencia de EC en pacientes sanos de LA es similar a la notificada en la población europea.