Sähkömoottoriprototyypin mekaniikkasuunnittelu järjestelmällisen tuotesuunnittelun avulla

Työn tavoitteena oli suunnitella sähkömoottoriprototyyppi, joka soveltuu hybridiajoneuvon ajomoottoriksi. Mekaniikkasuunnittelu toteutettiin samanaikaisesti sähkösuunnittelun kanssa ja siinä käytettiin yleisesti käytössä olevaa järjestelmällistä tuotesuunnittelua. Järjestelmällinen tuotesuunnittelu soveltuu laajoihin suunnitteluprojekteihin, sillä sen avulla suunnitteluprosessi on jaoteltu useampiin pieniin askeliin. Työssä esitetään sähkömoottorin yleistä toimintaperiaatetta sekä niitä sähköteknisiä erityispiirteitä, joita mekaniikkasuunnittelussa tulee ottaa huomioon. Työn tuloksissa käytiin yksityiskohtaisesti läpi roottorin suunnittelu. Muille komponenteille käytettiin samaa järjestelmällistä tuotesuunnittelua mutta niitä ei esitetä yksityiskohtaisesti tässä työssä. Kokonaisuudessaan sähkömoottorista saatiin suunniteltua ratkaisuehdotus, joka täyttää halutut vaatimukset. Lisäksi työssä kerättiin kattava lista standardeista, jotka tukevat sähkömoottorin suunnittelua. Järjestelmällisen tuotesuunnittelun todettiin soveltuvan sähkömoottorin suunnitteluun hyvin ja saatua ratkaisuehdotusta voidaan pitää toimivana. Moottori suunnitelmasta valmistetaan ensimmäinen prototyyppi keväällä 2012. Prototyyppiä voidaan kehittää suunnittelemalla siitä paremmin sarjatuotantoon soveltuva malli esimerkiksi vähentämällä koneistettavien osien määrää ja korvaamalla ne valukappaleilla.

Design of salient pole PM synchronous machines for a vehicle traction application – Analysis and

This doctoral thesis presents a study on the development of a liquid-cooled frame salient pole permanent-magnet-exited traction machine for a four-wheel-driven electric car. The emphasis of the thesis is put on a radial flux machine design in order to achieve a light-weight machine structure for traction applications. The design features combine electromagnetic and thermal design methods, because traction machine operation does not have a strict operating point. Arbitrary load cycles and the flexible supply require special attention in the design process. It is shown that accurate modelling of the machine magnetic state is essential for high-performance operation. The saturation effect related to the cross-saturation has to be taken carefully into account in order to achieve the desired operation. Two prototype machines have been designed and built for testing: one totally enclosed machine with a special magnet module pole arrangement and another through-ventilated machine with a more traditional embedded magnet structure. Both structures are built with magnetically salient structures in order to increase the torque production capability with the reluctance torque component. Both machine structures show potential for traction usage. However, the traditional embedded magnet design turns out to be mechanically the more secure one of these two machine options.

Designing a Demand Forecasting Process in the Fast Moving Consumer Goods Context

The purpose of this thesis was to study the design of demand forecasting processes. A literature review in the field of forecasting was conducted, including general forecasting process design, forecasting methods and techniques, the role of human judgment in forecasting and forecasting performance measurement. The purpose of the literature review was to identify the important design choices that an organization aiming to design or re-design their demand forecasting process would have to make. In the empirical part of the study, these choices and the existing knowledge behind them was assessed in a case study where a demand forecasting process was re-designed for a company in the fast moving consumer goods business. The new target process is described, as well as the reasoning behind the design choices made during the re-design process. As a result, the most important design choices are highlighted, as well as their immediate effect on other processes directly tied to the demand forecasting process. Additionally, some new insights on the organizational aspects of demand forecasting processes are explored. The preliminary results indicate that in this case the new process did improve forecasting accuracy, although organizational issues related to the process proved to be more challenging than anticipated.

Vastaanottoprosessin nopeuttaminen ja virheiden eliminointi RFID-tekniikan avulla

Työn tavoitteena oli tutkia ja kehittää saapuvan tavaran vastaanottoprosessia poistaen siitä Lean-oppien mukaisesti hukkaa. Kehitys tehtiin lisäämällä vastaanoton tiedonsiirtoautomatiikkaa, ja toteutus tehtiin RFID-tekniikan avulla. Tutkielman teoreettisena taustana ovat Lean-opit, joiden avulla tavoitteena oli eliminoida hukka, suunnitella vastaanottoprosessi uudelleen ja kehittää sitä edelleen. Keskeisenä tehtävänä oli löytää ne tekniikan valintaan vaikuttavat tekijät, joilla case-yrityksessä saatiin käyttövarma RDIF-tekniikka käyttöön. Tutkielmassa kerrotaan myös, miten tekniikan käyttöönotto toteutettiin. Lopuksi esitetään tuloksia ja päätelmiä uudistetusta prosessista ja kerrotaan niistä jatkotoimenpiteistä, joiden avulla teknologian käyttöä voidaan edelleen laajentaa. The aim of this study was analyze and develop the inbound receiving process of removing waste according of Lean-thinking. Development was done by raising inbound transmission automation implementation done by RFID- technology. The theoretical background was Lean –thinking; how to re-design process further development to eliminate waste. The main task was to find a reliable RFID- technology and the choice of technology factors were taken into account in the case company and how the technology was implemented. Finally, the presented results and conclusions of re-design process and possibilities to expand the technology to the case company processes.

A feature-based object-oriented expert system to model and support product design

In this paper a computer program to model and support product design is presented. The product is represented through a hierarchical structure that allows the user to navigate across the product’s components, and it aims at facilitating each step of the detail design process. A graphical interface was also developed, which shows visually to the user the contents of the product structure. Features are used as building blocks for the parts that compose the product, and object-oriented methodology was used as a means to implement the product structure. Finally, an expert system was also implemented, whose knowledge base rules help the user design a product that meets design and manufacturing requirements.

PDM system functions and utilizations analysis to improve efficiency of sheet metal product design and manufacturing

This study will concentrate on Product Data Management (PDM) systems, and sheet metal design features and classification. In this thesis, PDM is seen as an individual system which handles all product-related data and information. The meaning of relevant data is to take the manufacturing process further with fewer errors. The features of sheet metals are giving more information and value to the designed models. The possibility of implementing PDM and sheet metal features recognition are the core of this study. Their integration should make the design process faster and manufacturing-friendly products easier to design. The triangulation method is the basis for this research. The sections of this triangle are: scientific literature review, interview using the Delphi method and the author’s experience and observations. The main key findings of this study are: (1) the area of focus in triangle (the triangle of three different point of views: business, information exchange and technical) depends on the person’s background and their role in the company, (2) the classification in the PDM system (and also in the CAD system) should be done using the materials, tools and machines that are in use in the company and (3) the design process has to be more effective because of the increase of industrial production, sheet metal blank production and the designer’s time spent on actual design and (4) because Design For Manufacture (DFM) integration can be done with CAD-programs, DFM integration with the PDM system should also be possible.

Mechanical design and analysis of modular active magnetic bearing test rig

Tässä työssä on tutkittu modulaarisen aktiivimagneettilaakeroidun koelaitteen mekaanista suunnittelua ja analysointia. Suurnopeusroottorin suunnittelun teoria on esitelty. Lisäksi monia analyyttisiä mallinnusmenetelmiä mekaanisten kuormitusten mallintamiseksi on esitelty. Koska kyseessä on suurnopeussähkökone, roottoridynamiikka ja sen soveltuvuus suunnittelussa on esitelty. Magneettilaakerien rakenteeseen ja toimintaan on tutustuttu osana tätä työtä. Kirjallisuuskatsaus nykyisistä koelaitteista esimerkiksi komponenttien ominaisuuksien tunnistamiseen ja roottoridynamiikan tutkimuksiin on esitelty. Työn rajauksena on konseptisuunnittelu muunneltavalle magneettilaakeroidulle (AMB) koelaitteelle ja suunnitteluprosessin dokumentointi. Muunneltavuuteen päädyttiin, koska se mahdollistaa erilaisten komponenttiasetteluiden testaamisen erilaisille magneettilaakerikokoonpanoille ja roottoreille. Pääpaino tässä työssä on suurnopeus induktiokoneen roottorin suunnittelussa ja mallintamisessa. Modulaaristen toimilaitteiden kuten magneettilaakerien ja induktiosähkömoottorin rakenne on esitelty ja modulaarisen rakenteen käytettävyyden hyödyistä koelaitekäytössä on dokumentoitu. Analyyttisiä ja elementtimenetelmään perustuvia tutkimusmenetelmiä on käytetty tutkittaessa suunniteltua suurnopeusroottoria. Suunnittelun ja analysoinnin tulokset on esitelty ja verrattu keskenään eri mallinnusmenetelmien välillä. Lisäksi johtopäätökset sähkömagneettisten osien liittämisen monimutkaisuudesta ja vaatimuksista roottoriin ja toimilaitteisiin sekä mekaanisten että sähkömagneettisten ominaisuuksien optimoimiseksi on dokumentoitu.

Heterogeneous mass transfer in fluidized beds by computational fluid dynamics

The main objective of this research is to estimate and characterize heterogeneous mass transfer coefficients in bench- and pilot-scale fluidized bed processes by the means of computational fluid dynamics (CFD). A further objective is to benchmark the heterogeneous mass transfer coefficients predicted by fine-grid Eulerian CFD simulations against empirical data presented in the scientific literature. First, a fine-grid two-dimensional Eulerian CFD model with a solid and gas phase has been designed. The model is applied for transient two-dimensional simulations of char combustion in small-scale bubbling and turbulent fluidized beds. The same approach is used to simulate a novel fluidized bed energy conversion process developed for the carbon capture, chemical looping combustion operated with a gaseous fuel. In order to analyze the results of the CFD simulations, two one-dimensional fluidized bed models have been formulated. The single-phase and bubble-emulsion models were applied to derive the average gas-bed and interphase mass transfer coefficients, respectively. In the analysis, the effects of various fluidized bed operation parameters, such as fluidization, velocity, particle and bubble diameter, reactor size, and chemical kinetics, on the heterogeneous mass transfer coefficients in the lower fluidized bed are evaluated extensively. The analysis shows that the fine-grid Eulerian CFD model can predict the heterogeneous mass transfer coefficients quantitatively with acceptable accuracy. Qualitatively, the CFD-based research of fluidized bed process revealed several new scientific results, such as parametrical relationships. The huge variance of seven orders of magnitude within the bed Sherwood numbers presented in the literature could be explained by the change of controlling mechanisms in the overall heterogeneous mass transfer process with the varied process conditions. The research opens new process-specific insights into the reactive fluidized bed processes, such as a strong mass transfer control over heterogeneous reaction rate, a dominance of interphase mass transfer in the fine-particle fluidized beds and a strong chemical kinetic dependence of the average gas-bed mass transfer. The obtained mass transfer coefficients can be applied in fluidized bed models used for various engineering design, reactor scale-up and process research tasks, and they consequently provide an enhanced prediction accuracy of the performance of fluidized bed processes.

User Experience of Geocaching and Its Application to Tourism and Education

Advances in technology have provided new ways of using entertainment and game technology to foster human interaction. Games and playing with games have always been an important part of people’s everyday lives. Traditionally, human-computer interaction (HCI) research was seen as a psychological cognitive science focused on human factors, with engineering sciences as the computer science part of it. Although cognitive science has made significant progress over the past decade, the influence of people’s emotions on design networks is increasingly important, especially when the primary goal is to challenge and entertain users (Norman 2002). Game developers have explored the key issues in game design and identified that the driving force in the success of games is user experience. User-centered design integrates knowledge of users’ activity practices, needs, and preferences into the design process. Geocaching is a location-based treasure hunt game created by a community of players. Players use GPS (Global Position System) technology to find “treasures” and create their own geocaches; the game can be developed when the players invent caches and used more imagination to creations the caches. This doctoral dissertation explores user experience of geocaching and its applications in tourism and education. Globally, based on the Geocaching.com webpage, geocaching has been played about 180 countries and there are more than 10 million registered geocachers worldwide (Geocaching.com, 25.11.2014). This dissertation develops and presents an interaction model called the GameFlow Experience model that can be used to support the design of treasure hunt applications in tourism and education contexts. The GameFlow Model presents and clarifies various experiences; it provides such experiences in a real-life context, offers desirable design targets to be utilized in service design, and offers a perspective to consider when evaluating the success of adventure game concepts. User-centered game designs have adapted to human factor research in mainstream computing science. For many years, the user-centered design approach has been the most important research field in software development. Research has been focusing on user-centered design in software development such as office programs, but the same ideas and theories that will reflect the needs of a user-centered research are now also being applied to game design (Charles et al. 2005.) For several years, we have seen a growing interest in user experience design. Digital games are experience providers, and game developers need tools to better understand the user experience related to products and services they have created. This thesis aims to present what the user experience is in geocaching and treasure hunt games and how it can be used to develop new concepts for the treasure hunt. Engineers, designers, and researchers should have a clear understanding of what user experience is, what its parts are, and most importantly, how we can influence user satisfaction. In addition, we need to understand how users interact with electronic products and people, and how different elements synergize their experiences. This doctoral dissertation represents pioneering work on the user experience of geocaching and treasure hunt games in the context of tourism and education. The research also provides a model for game developers who are planning treasure hunt concepts.

Evaluation of process parameters in the industrial scale production of fish nuggets

This work reports the use of experimental design for the assessment of the effects of process parameters on the production of fish nuggets in an industrial scale environment. The effect of independent factors on the physicochemical and microbiological parameters was investigated through a full 24 experimental design. The studied factors included the temperature of fish fillet and pulp in the mixer, the temperature of the added fat, the temperature of water and the ratio of protein extraction time to emulsion time. The physicochemical analyses showed that the higher temperature of the pulp and fillet of fish, the lower the protein in the final product. Microbiological analyses revealed that the counting of Staphylococcus coagulase positive, total and thermo-tolerant coliforms were in accordance with the current legislation.

Pituusleikkureiden 3D-suunnittelun kehittäminen

Tämä diplomityö tehtiin Valmet Technologies Oy:n Järvenpään toimipisteelle. Työn tavoitteena oli tutkia miten pituusleikkureiden 3D-suunnittelua voidaan tehostaa hyödyntämällä uuden 3D-CAD -järjestelmän ominaisuuksia optimaalisesti. Työ koostuu teoriaosuudesta, haastattelututkimuksesta sekä käytännön osuudesta. Teoriaosuudessa perehdytään pituusleikkurin toimintaan ja rakenteeseen, 3D-suunnittelun teoriaan sekä CATIA-järjestelmään. Teoriaosuudessa etsitään myös uusia näkökulmia 3D-suunnitteluun. Haastattelututkimuksessa kartoitetaan nykyinen suunnitteluprosessi, suunnittelun kehitettäviä kohteita, sekä käytössä olevia suunnittelumenetelmiä, jotka ovat todettu toimiviksi. Haastattelututkimuksessa haastatellaan Valmet Technologies Oy:n Järvenpään toimipisteessä työskenteleviä pituusleikkureiden pääsuunnittelijoita sekä heidän esimiehiään. Lisäksi erillisten haastattelujen avulla kerätään kokemuksia CATIA V6 -ohjelmiston käytöstä sekä suunnitteluohjelmiston vaihtumisesta. Käytännön osuuden tavoitteena on arvioida pituusleikkurin parametroitujen mallirakenteiden siirtämiseen sekä korjauksiin kuluvia aikamääriä kyseisiin toimenpiteisiin tarvittavien resurssien määrittämiseksi. Käytännön osuudessa siirretään kaksi Valmet OptiWin Drum Compact -pituusleikkurin parametroitua osakokonaisuutta uuteen CAD-järjestelmään ja niille suoritetaan tarvittavat korjaustoimenpiteet Tutkimuksen tulosten perusteella yhteisen mallinnusmetodologian puuttuminen on merkittävin kehityskohde suunnittelun kehittämisessä. Lopuksi luotiin kehitysehdotukset sekä implementointisuunnitelma, joiden avulla pituusleikkureiden 3D-suunnittelua voidaan kehittää ja CATIA V6 -ohjelmisto voidaan ottaa käyttöön tehokkaasti.

Characterization of design of a product for additive manufacturing

The purpose of conducting this thesis is to gather around information about additive manufacturing and to design a product to be additively manufactured. The specific manufacturing method dealt with in this thesis, is powder bed fusion of metals. Therefore when mentioning additive manufacturing in this thesis, it is referred to powder bed fusion of metals. The literature review focuses on the principle of powder bed fusion, the general process chain in additive manufacturing, design rules for additive manufacturing. Examples of success stories in additive manufacturing and reasons for selecting parts to be manufactured with additive manufacturing are also explained in literature review. This knowledge is demanded to understand the experimental part of the thesis. The experimental part of the thesis is divided into two parts. Part A concentrates on finding proper geometry for building self-supporting pipes and proper parameters for support structures of them. Part B of the experimental part concentrates on a case study of designing a product for additive manufacturing. As a result of experimental part A, the design process of self-supporting pipes, results of visual analysis and results of 3D scanning are presented. As a result of experimental part B the design process of the product is presented and compared to the original model.

Sähkömekaanisen turvalaakerirakenteen suunnittelu

Turvalaakereita käytetään suojaamaan aktiivisia magneettilaakereita vikatilanteiden tapahtuessa. Tässä kandidaatintyössä suunniteltiin erilaisia ratkaisuja toteuttaa turvalaakerin toiminta sähkömekaanisella toimilaitteella. Työn tarkoituksena oli löytää uusia tapoja toteuttaa turvalaakerin rakenne. Uusilla ratkaisuilla poistettiin turvalaakereille ominaisia ongelmia. Suunnittelussa käytettiin perinteisiä koneensuunnittelun menetelmiä. Menetelmien tarkoitus oli mahdollistaa järjestelmällinen suunnittelu. Tässä työssä myös kirjallisuuskatsaus toimi yhtenä suunnittelun vaiheena. Tuloksiksi saatiin hahmotelmia ja 3D-malleja. Tulokset poikkesivat tavanomaisista turvalaakereiden rakenteista. Tuloksissa huomioitiin, että tässä työssä ei suunnitella valmista tuotetta. Suunniteltujen turvalaakereiden toiminta perustui mekanismeihin, jotka toivat mukanaan uusia ominaisuuksia. Sähkömekaanisen toimilaitteen sijoittaminen mekanismeihin oli kuitenkin vaikeaa. Työn tulokset avasivat uusia näkökulmia turvalaakerirakenteiden jatkokehittämiseen.

Asuntorakentamisen vakioidut tekniset ratkaisut rakennettavuuden ja kustannustehokkuuden varmistamiseksi suunnittelunohjauksessa

Rakennushankkeen suunnitteluvaiheen ratkaisut määrittävät merkittävästi hankkeen laatua, aikataulutusta ja kustannustasoa. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää teknisten suunnittelualustojen ja vakioinnin käytön nykytilaa sekä kustannusvaikutuksia kohdeyrityksessä. Kirjallisuustutkimuksessa suunnittelualustat nähtiin työkaluna vakioinnin lisäämiseen suunnitteluprosessissa ja hyvänä keinona suunnittelijoiden ohjaamiseksi. Työ on tutkimusmenetelmiltään laadullinen tapaustutkimus, jossa teknisten ratkaisuiden vakiointipotentiaalia ja kustannustehokkuutta tutkittiin kolmessa erityyppisessä rakenneratkaisussa. Kohdeyrityksen kustannustiedon ja asiantuntijahaastattelujen avulla vertaillut rakenteet oli ilmastointikonehuone, kylpyhuone ja parveke-elementti. Tutkimuksen keskeisissä tuloksissa suunnittelualustan ratkaisuiden käyttö kohdeyrityksessä on varsin säännönmukaista ja valvottua alustan käytön integroituessa osaksi suunnitteluprosessia. Vakioinnin ja esivalmistusasteen lisääminen tarjoaa potentiaalia parantaa rakennettavuutta ja laatua. Vakioinnin mahdollistama sarjavalmistuksen tehokkaampi hyödyntäminen ja vakioinnin volyymiedut ovat potentiaalinen keino alentaa yksikkökustannuksia. Vakioinnin ja esivalmistuksen aikatauluetujen kustannusvaikutus on merkittävä tuotannon aikasidonnaisten kustannusten pienentyessä ja pääoman käytön tehostuessa.

Examining human-centered design practice in the mobile apps era

Human-Centered Design (HCD) is a well-recognized approach to the design of interactive computing systems that supports everyday and professional lives of people. To that end, the HCD approach put central emphasis on the explicit understanding of users and context of use by involving users throughout the entire design and development process. With mobile computing, the diversity of users as well as the variety in the spatial, temporal, and social settings of the context of use has notably expanded, which affect the effort of interaction designers to understand users and context of use. The emergence of the mobile apps era in 2008 as a result of structural changes in the mobile industry and the profound enhanced capabilities of mobile devices, further intensify the embeddedness of technology in the daily life of people and the challenges that interaction designers face to cost-efficiently understand users and context of use. Supporting interaction designers in this challenge requires understanding of their existing practice, rationality, and work environment. The main objective of this dissertation is to contribute to interaction design theories by generating understanding on the HCD practice of mobile systems in the mobile apps era, as well as to explain the rationality of interaction designers in attending to users and context of use. To achieve that, a literature study is carried out, followed by a mixed-methods research that combines multiple qualitative interview studies and a quantitative questionnaire study. The dissertation contributes new insights regarding the evolving HCD practice at an important time of transition from stationary computing to mobile computing. Firstly, a gap is identified between interaction design as practiced in research and in the industry regarding the involvement of users in context; whereas the utilization of field evaluations, i.e. in real-life environments, has become more common in academic projects, interaction designers in the industry still rely, by large, on lab evaluations. Secondly, the findings indicate on new aspects that can explain this gap and the rationality of interaction designers in the industry in attending to users and context; essentially, the professional-client relationship was found to inhibit the involvement of users, while the mental distance between practitioners and users as well as the perceived innovativeness of the designed system are suggested in explaining the inclination to study users in situ. Thirdly, the research contributes the first explanatory model on the relation between the organizational context and HCD; essentially, innovation-focused organizational strategies greatly affect the cost-effective usage of data on users and context of use. Last, the findings suggest a change in the nature of HCD in the mobile apps era, at least with universal consumer systems; evidently, the central attention on the explicit understanding of users and context of use shifts from an early requirements phase and continual activities during design and development to follow-up activities. That is, the main effort to understand users is by collecting data on their actual usage of the system, either before or after the system is deployed. The findings inform both researchers and practitioners in interaction design. In particular, the dissertation suggest on action research as a useful approach to support interaction designers and further inform theories on interaction design. With regard to the interaction design practice, the dissertation highlights strategies that encourage a more cost-effective user- and context-informed interaction design process. With the continual embeddedness of computing into people’s life, e.g. with wearable devices and connected car systems, the dissertation provides a timely and valuable view on the evolving humancentered design.