Kerrostumien muodostumisen määritys sondin lämmönsiirron perusteella

Diplomityön tavoitteena oli tutkia kerrostumien muodostumista voimalaitoskattiloiden lämpöpinnoille ja niiden vaikutusta lämmönsiirtoon. Kerrostumien vaikutusta lämpöpintojen lämpötiloihin tutkittiin kerrostumasondin avulla kierto- ja kerrosleijukattiloissa. Saadun mittausaineiston muodostettiin mittaustilannetta vastaava laskentamalli, jonka avulla pystytään selvittämään voimalaitoksen lämpöpintojen likaantumista käyttöperiodin aikana. Työn alussa tarkasteltiin kerrostumien muodostumismekanismeja lämmönsiirtopinnoille, kerrostumien ominaisuuksia ja virtausympäristön vaikutusta lämmönsiirtoon. Poltossa syntyvä tuhka kiinnittyy eri mekanismeilla kattilan seinille ja lämpöpinnoille riippuen polttoaineesta ja ympäröivistä olosuhteista. Likakerrosten muodostuminen lämmönsiirtimen pinnalle pienentää putkeen siirtyvää lämpövirtaa ja alentaa kattilan hyötysuhdetta. Kerrostumien lämmönjohtumisesta ja mikrorakenteesta on hyvin vähän kokeellisen tietoa, mikä vaikeuttaa reaalisten mallien muodostamista kattilan käyttäytymisestä sen likaantuessa.Työn kokeellisessa osassa tarkasteltiin kahdella eri kattilalla tehtyjä mittauksia. Mittaukset tehtiin kerrostumasondilla, jonka lämmönsiirrosta luotiin laskentamalli SIMULINK-simulointiohjelmalla. Mittaustuloksina saatiin kolmen eri pinnan lämpötilat, jotka muuttuivat kerrostuman ja jäähdytyksen vaikutuksesta. Laskentamallista muokattiin mittaustilanteita vastaava, jolloin lämpötilamuutoksista nähdään likakerroksen ominaisuuksien vaikutus lämmönsiirtoon. Sondista muodostettiin myös FLUENT-malli, jolla tarkasteltiin yksittäisen putken virtauskenttää sekä kahden lähekkäin olevan putken vaikutusta virtaukseen.

DTC-OHJATUN TAHTIKONEKÄYTÖN PYÖRIMISNOPEUSSÄÄDÖN ANALYYSI INTEGROIDUN SIMULOINTIMALLIN AVULLA

Työssä rakennettiin integroitu simulointimalli sähkökäytölle, jonka mekaniikka koostuu joustava-akselisesta kaksimassa systeemistä. Lisäksi tarkasteltiin kyseiselle sähkökäytölle ominaisia piirteitä ja niiden aiheuttamia ongelmia eri sovelluksissa, sekä tutkittiin teollisuudessa yleisesti esiintyvän pyörimisnopeussäädön, PI-säädön, parametrien vaikutusta kyseisen mekaniikan omaaviin sähkökäyttöihin. Taajuusmuuttajalle kehiteltiin yksinkertaistettu simulointimalli, jolla pystytään pienentämään merkittävästi simuloinnin laskenta-aikaa. Vääntövärähtelyiden kompensointiin tutkittiin optimaalista tilasäätöä, jossa Kalman suotimella estimoidaan systeemin tilojen lisäksi myös kuormamomentti ja jossa nopeussäätö suunnitellaan lineaarisella neliöllisellä menetelmällä (Linear Quadratic).

Evolutionary Games in Networked Populations: Models and Experiments

Cooperation and coordination are desirable behaviors that are fundamental for the harmonious development of society. People need to rely on cooperation with other individuals in many aspects of everyday life, such as teamwork and economic exchange in anonymous markets. However, cooperation may easily fall prey to exploitation by selfish individuals who only care about short- term gain. For cooperation to evolve, specific conditions and mechanisms are required, such as kinship, direct and indirect reciprocity through repeated interactions, or external interventions such as punishment. In this dissertation we investigate the effect of the network structure of the population on the evolution of cooperation and coordination. We consider several kinds of static and dynamical network topologies, such as Baraba´si-Albert, social network models and spatial networks. We perform numerical simulations and laboratory experiments using the Prisoner's Dilemma and co- ordination games in order to contrast human behavior with theoretical results. We show by numerical simulations that even a moderate amount of random noise on the Baraba´si-Albert scale-free network links causes a significant loss of cooperation, to the point that cooperation almost vanishes altogether in the Prisoner's Dilemma when the noise rate is high enough. Moreover, when we consider fixed social-like networks we find that current models of social networks may allow cooperation to emerge and to be robust at least as much as in scale-free networks. In the framework of spatial networks, we investigate whether cooperation can evolve and be stable when agents move randomly or performing Le´vy flights in a continuous space. We also consider discrete space adopting purposeful mobility and binary birth-death process to dis- cover emergent cooperative patterns. The fundamental result is that cooperation may be enhanced when this migration is opportunistic or even when agents follow very simple heuristics. In the experimental laboratory, we investigate the issue of social coordination between indi- viduals located on networks of contacts. In contrast to simulations, we find that human players dynamics do not converge to the efficient outcome more often in a social-like network than in a random network. In another experiment, we study the behavior of people who play a pure co- ordination game in a spatial environment in which they can move around and when changing convention is costly. We find that each convention forms homogeneous clusters and is adopted by approximately half of the individuals. When we provide them with global information, i.e., the number of subjects currently adopting one of the conventions, global consensus is reached in most, but not all, cases. Our results allow us to extract the heuristics used by the participants and to build a numerical simulation model that agrees very well with the experiments. Our findings have important implications for policymakers intending to promote specific, desired behaviors in a mobile population. Furthermore, we carry out an experiment with human subjects playing the Prisoner's Dilemma game in a diluted grid where people are able to move around. In contrast to previous results on purposeful rewiring in relational networks, we find no noticeable effect of mobility in space on the level of cooperation. Clusters of cooperators form momentarily but in a few rounds they dissolve as cooperators at the boundaries stop tolerating being cheated upon. Our results highlight the difficulties that mobile agents have to establish a cooperative environment in a spatial setting without a device such as reputation or the possibility of retaliation. i.e. punishment. Finally, we test experimentally the evolution of cooperation in social networks taking into ac- count a setting where we allow people to make or break links at their will. In this work we give particular attention to whether information on an individual's actions is freely available to poten- tial partners or not. Studying the role of information is relevant as information on other people's actions is often not available for free: a recruiting firm may need to call a job candidate's refer- ences, a bank may need to find out about the credit history of a new client, etc. We find that people cooperate almost fully when information on their actions is freely available to their potential part- ners. Cooperation is less likely, however, if people have to pay about half of what they gain from cooperating with a cooperator. Cooperation declines even further if people have to pay a cost that is almost equivalent to the gain from cooperating with a cooperator. Thus, costly information on potential neighbors' actions can undermine the incentive to cooperate in dynamical networks.

Lämmöntalteenottokattilan dynaaminen simulointimalli

Työssä mallinnettiin kombivoimalaitoksen lämmöntalteenottokattila Apros-simulointiohjelmalla. Simulointimalli valmistettiin vastaamaan Helsingin Energian Vuosaari B:n voimalaitoksen lämmöntalteenottokattilaa, joka toimii kahdella painetasolla. Kattila on Foster Wheelerin valmistama. Ennen mallinnuksen aloittamista tutustuttiin laitoksen termodynamiikkaan, jolloin saatiin riittävä teoreettinen tieto koko laitoksen toiminnasta. Kattilan reunaehtoina ovat kaasuturbiiniprosessi ja laitoksen höyrykierto. Kaasuturbiini korvattiin laskentayhtälöillä, jotka antavat alkuarvot mm. savukaasun massavirralle ja lämpötilalle ennen kattilaa kaasuturbiinin tehon funktiona. Kattila liitetään höyrykiertoon tuorehöyry- ja syöttövesilinjasta, jolloin reunaehtoina annetaan lämpötilat ja paineet massavirroille. Valmistettua mallia testattiin ylösajo- ja kuormanmuutostilanteessa. Ylösajotilanteessa saatuja laskentatuloksia verrattiin todellisen laitoksen mittaustuloksiin, jolloin varmistuttiin simulointimallin oikeasta fysikaalisesta toiminnasta. Kuormanmuutostilanteissa kaasuturbiinin tehoa muutettiin ja samalla seurattiin kattilan reagointia muutostilanteessa. Kuormanmuutosmittauksessa varmistettiin vielä, että kattila reagoi kuormanmuutokseen oikealla tavalla, eikä muutos aiheuta kattilan toiminnalle haitallista värähtelyä.

Eetteröintiprosessien simulointivalmiuksien kehittäminen

Diplomityön tarkoituksena oli tutkia ETBE-prosessien simulointimallin kehittämistä. Simulointia varten valittiin eetteröinnin syöttövirroiksi etanoli ja tyypillinen FCC-kolonnin hiilivetysyöttö. Kirjallisuusosassa paneuduttiin tutkimaan syitä ETBE:n käytölle bensiinissä, valmistukseen tarvittavien raaka-aineiden lähteitä ja mahdollisia korvaavia raaka-aineita sekä mietittiin etanolissa olevien epäpuhtauksien vaikutusta prosessin tuotespesifikaatioihin. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin lisäksi eri valmistajien markkinoimia eetteröintiteknologioita. Eetteröintiteknlogiat jaettiin perinteiseen tislaukseen pohjautuviin prosesseihin, reaktiiviseen tislaukseen pohjautuviin prosesseihin sekä Neste Engineering:in markkinoimaan NExETHERS-teknologiaan. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin sekä etanolin epäpuhtauksien kulkeutumista prosessissa että kokeellisesti saadusta höyry-nestetasapainotiedosta määritettyjen Wilsonin yhtälön binääri-interaktioparametrien vaikutusta eetteröintiprosessin simulointituloksiin. Lopuksi simulointiin prosessia, jossa oli prosessin kannalta kriittiseksi havaitut etanolin epäpuhtaudet sekä hyviksi todetut binääri-interaktioparametrit etanolin ja FCC-syöttövirran C4-hiilivetyjen välillä. Uusilla binääriparametreilla saatuja simulointituloksia vertailtiin aikaisemmin samasta mallista vanhoilla binääriparametreilla saatuihin tuloksiin. Lopuksi tehtiin yhteenveto työn tuloksista ja annettiin ehdotukset jatkotutkimuksia varten.

Tapahtumapohjainen simulointi kuljetusketjun automatisoinnin kehittämisessä

Työn tavoitteena oli tutkia kuljetusketjun automatisoinnin kehittämistä tapahtumapohjaisen simuloinnin avulla. Työn teoria osassa käsitellään yleisellä tasolla simuloinnin teoriaa, siihen liittyviä käsitteitä ja erityisesti simulointiprojektin läpiviennin vaiheita. Tässä osassa saadaan vastaukset seuraaviin kysymyksiin: - Mitä tapahtumapohjaisella simuloinnilla tarkoitetaan? - Mitkä ovat simuloinnin hyödyt ja rajoitteet? - Mitä käyttökohteita simuloinnilla on? - Minkälaisia ohjelmia simulointiin käytetään? - Mitä vaiheita simulointiprojekti sisältää? Soveltavassa osassa tutkitaan kuinka tapahtumapohjaista simulointia hyödynnettiin Veto-Ketju -projektissa ja millaisia tuloksia rakennetulla simulointimallilla saavutettiin. Veto-Ketju -projekti käsittelee kuljetusketjun sekä varasto- ja satamakäsittelyn tehostamista automatisoinnin avulla. Projektin vetäjänä ja automaattisen tavarankäsittelyjärjestelmän toimittajana on Pesmel Oy ja satamatoimintojen ja logistiikan asiantuntijana SysOpen-konserniin kuuluva suunnittelu- ja konsulttitoimisto EP-Logistics Oy. Paperiteollisuudesta mukana ovat UPM-Kymmene ja M-real, satamaoperaattorina toimii Rauma Stevedoring ja kuljetusoperaattorina VR Cargo. Veto-Ketju –projektin simulointitutkimuksessa varmistettiin suunnitellun automaattisen junavaunujen purkausjärjestelmän toiminta ennen sen käyttöönottoa ja tutkittiin erilaisten toimintatapojen vaikutuksia satamatoimintoihin, satamassa tarvittavien resurssien määrään ja määritettiin tarvittavien varastojen koko. Simulointimallin avulla pystyttiin osoittamaan selkeästi erilaisten toimintavaihtoehtojen erot. Tällä tavoin saatiin tuotetuksi lisää tietoa päätöksenteon tueksi muun muassa järjestelmän sijoituspaikan ja mahdollisen uuden varaston rakentamisen suhteen.

Mekatronisten koneiden reaaliaikainen simulointi Linux-ympäristössä

Työn tavoitteena oli selvittää mahdollisuuksia käyttää Linux-ympäristöä mekatronisten koneiden reaaliaikaisessa simuloinnissa. Työssä tutkittiin C-kielellä tehdyn reaaliaikaisen simulointimallin ratkaisua Linux-käyttöjärjestelmässä RTLinux-reaaliaikalaajennuksen avulla. Reaaliaikainen simulointi onnistui RTLinuxin avulla tehokkaasti ja mallinnusmenetelmien rajoissa tarkasti. I/O-toimintojen lisäämistä erillisten I/O-korttien avulla ei tarkasteltu tässä työssä. Reaaliaikaista Linuxia ei ole aikaisemmin käytetty mekatronisten koneiden simulointiin. Tämän vuoksi valmiita työkaluja ei ole olemassa. Linux-ympäristö ei näin ollen sovellu kovin hyvin yleiseen koneensuunnitteluun mallintamisen työläyden vuoksi.

Tietoverkon varmistusten simulointi ja optimointi

Tässä diplomityössä määritellään varmistusjärjestelmän simulointimalli eli varmistusmalli. Varmistusjärjestelmän toiminta optimoidaan kyseisen varmistusmallin avulla. Optimoinnin tavoitteena on parantaa varmistusjärjestelmän tehokkuutta. Parannusta etsitään olemassa olevien varmistusjärjestelmän resurssien maksimaalisella hyödyntämisellä. Varmistusmalli optimoidaan evoluutioalgoritmin avulla. Optimoinnissa on useita tavoitteita, jotka ovat ristiriidassa keskenään. Monitavoiteoptimointiongelma muunnetaan yhden tavoitteen optimointiongelmaksi muodostamalla tavoitefunktio painotetun summan menetelmän avulla. Rinnakkain edellisen menetelmän kanssa käytetään myös Pareto-optimointia. Pareto-optimaalisen rintaman pisteiden etsintä ohjataan lähelle painotetun summan menetelmän optimipistettä. Evoluutioalgoritmin toteutuksessa käytetään hyväksi varmistusjärjestelmiin liittyvää ongelmakohtaista tietoa. Työn tuloksena saadaan varmistusjärjestelmän simulointi- sekä optimointityökalu. Simulointityökalua käytetään kartoittamaan nykyisen varmistusjärjestelmän toimivuutta. Optimoinnin avulla tehostetaan varmistusjärjestelmän toimintaa. Työkalua voidaan käyttää myös uusien varmistusjärjestelmien suunnittelussa sekä nykyisten varmistusjärjestelmien laajentamisessa.

Teollisuusverkon stabiilisuus saarekekäyttöön siirryttäessä

Työn aluksi on käsitelty sähkövoimajärjestelmien stabiilisuutta yleisesti. Myös teollisuuden sähköverkkojen erityispiirteitä on tarkasteltu. Teollisuusverkkojen komponentteja koskevassa selvityksessä eri laitteet on käsitelty siten, että niiden tärkeimmät ominaisuudet verkon erilaisissa muutostilanteissa tulevat esille. Tahtigeneraattorit ja epätahtikoneet on käsitelty yksityiskohtaisesti. Tutkimuksessa on esitelty teollisuusverkon saarekekäyttöön johtavia syitä, saarekkeeseen siirtymisen kriteereitä ja saarekekäytön toteutustapoja. Tehonvajaussuojaukseen liittyen on tutustuttu kuormanpudotusjärjestelyihin. Myös höyryverkon kuormien tasausten mahdollisuuksiin on luotu katsaus. Verkostolaskentaa käsittelevässä luvussa on keskitytty sopivan laskentamallin luomiseen liittyviin menetelmiin ja rajoituksiin. Lisäksi on kerrottu työn käytännön osan laskentamallin luomisen keskeiset periaatteet. Työn lopuksi on suoritettu simulointeja, joissa on tutkittu erään teollisuusverkon stabiilisuutta saarekekäyttöön siirryttäessä Calpos-verkostolaskentaohjelmistolla.

Virtuaaliprototyypin käyttö roottorin dynamiikan analysoinnissa

Työn tavoitteena oli selvittää kaupallisen dynamiikansimulointiohjelmiston soveltuvuus roottoridynamiikan analysointiin. Työssä keskityttiin erityisesti roottorin dynamiikkaan vaikuttavien epäideaalisuuksien mallintamiseen. Simulointitulosten tarkkuutta selvitettiin mittauksilla. Lisäksi vertailtiin yleiskäyttöisen dynamiikan simulointiohjelmiston ja roottoridynamiikan erikoisohjelmiston teoriaa. Tutkittava roottori oli paperikoneen putkitela. Telan joustavuus kuvattiin elementtimenetelmällä ratkaistujen moodien avulla. Elementtimallissa huomioitiin telan vaipan seinämänpaksuusvaihtelu, joka vaikuttaa telan massa- ja jäykkyysjakaumaan. Dynamiikkaohjelmistossa mallinnettiin telan tuennasta tulevat herätteet. Dynamiikkaohjelmistona käytettiin ADAMS:ia ja FEM-ohjelmana ANSYS:stä. Tuloksista havaittiin käytetyn menetelmän soveltuvan roottoridynamiikan analysointiin ja roottorin epäideaalisuuksien mallintamiseen. Simulointimallilla saatiin esille murtolukukriittiset pyörimisnopeudet ja telan kriittinen pyörimisnopeus vastasi hyvin mittaustuloksia.

Virtauslaskentaa ja energia-analyysiä hyödyntävä huoneilman lämpöolosuhteiden simulointimalli

Huonetilojen lämpöolosuhteiden hallinta on tärkeä osa talotekniikan suunnittelua. Tavallisesti huonetilan lämpöolosuhteita mallinnetaan menetelmillä, joissa lämpödynamiikkaa lasketaan huoneilmassa yhdessä laskentapisteessä ja rakenteissa seinäkohtaisesti. Tarkastelun kohteena on yleensä vain huoneilman lämpötila. Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää huoneilman lämpöolosuhteiden simulointimalli, jossa rakenteiden lämpödynamiikka lasketaan epästationaarisesti energia-analyysilaskennalla ja huoneilman virtauskenttä mallinnetaan valittuna ajanhetkenä stationaarisesti virtauslaskennalla. Tällöin virtauskentälle saadaan jakaumat suunnittelun kannalta olennaisista suureista, joita tyypillisesti ovat esimerkiksi ilman lämpötila ja nopeus. Simulointimallin laskentatuloksia verrattiin testihuonetiloissa tehtyihin mittauksiin. Tulokset osoittautuivat riittävän tarkoiksi talotekniikan suunnitteluun. Mallilla simuloitiin kaksi huonetilaa, joissa tarvittiin tavallista tarkempaa mallinnusta. Vertailulaskelmia tehtiin eri turbulenssimalleilla, diskretointitarkkuuksilla ja hilatiheyksillä. Simulointitulosten havainnollistamiseksi suunniteltiin asiakastuloste, jossa on esitetty suunnittelun kannalta olennaiset asiat. Simulointimallilla saatiin lisätietoa varsinkin lämpötilakerrostumista, joita tyypillisesti on arvioitu kokemukseen perustuen. Simulointimallin kehityksen taustana käsiteltiin rakennusten sisäilmastoa, lämpöolosuhteita ja laskentamenetelmiä sekä mallinnukseen soveltuvia kaupallisia ohjelmia. Simulointimallilla saadaan entistä tarkempaa ja yksityiskohtaisempaa tietoa lämpöolosuhteiden hallinnan suunnitteluun. Mallin käytön ongelmia ovat vielä virtauslaskennan suuri laskenta-aika, turbulenssin mallinnus, tuloilmalaitteiden reunaehtojen tarkka määritys ja laskennan konvergointi. Kehitetty simulointimalli tarjoaa hyvän perustan virtauslaskenta- ja energia-analyysiohjelmien kehittämiseksi ja yhdistämiseksi käyttäjäystävälliseksi talotekniikan suunnittelutyökaluksi.

Hylky- ja vesijärjestelmän vaikutus kartongin tuotepuhtauteen

Kirjallisuusosassa käsitellään paperi- ja kartonkikoneiden eri vesijärjestelmiä, vedenkäytön vähentämistä ja sen vaikutusta prosessiin. Mikrobiologiaa, mikrobien aiheuttamia prosessiongelmia, mikrobien torjuntaa ja simulointia on myös käsitelty kirjallisuusosassa. Kokeellisessa osassa laadittiin Kartonkikone 1:n massa- ja vesijärjestelmän mikrobiologisen puhtauden simulointimalli Balas-prosessisimulointiohjelmalla. Kartongin mikrobiologinen puhtaus määritettiin kokonaispesäkelukuna. Kokeellinen osa sisälsi pilot-mittakaavan suodatinkoeajoja, joissa määritettiin tarvittavat erotusparametrit simulointimallille, selvitettiin Dynasand-hiekkasuodattimen soveltuvuus suihkuvesien puhdistukseen, Dynadisc-kiekkosuodattimen käyttökelpoisuus kiertoveden puhdistukseen kiertovesisuodattimena ja hiekkasuodattimien esisuodattimena sekä UV-reaktorin soveltuvuus suodatettujen vesien desifiointiin. Simulointimallilla tarkasteltiin eri prosessivaihtoehtojen vaikutus kartongin mikrobiologiseen puhtauteen. Suihkuvesien puhdistaminen hiekkasuodattimilla alentaa kokonaispesäkelukua vain vähän. Koneen ajettavuus paranee suihkuputkien roskaryöppyjen ja viiraosan limoittumisen vähenemisen takia. Kiertovesijärjestelmän pelkkä jakaminen hylkyprosessi- ja sakeudensäätövedeksi aiheuttaa kokonaispesäkeluvun kasvun prosessista poistettavien vesien puhdistumisen takia. Kokonaispesäkeluku minimoidaan poistamalla ylimääräinen vesi hylkysaostajan suodoksena. Suodatettua hylkysaostajan suodoksen ja viiraveden seosta käytetään sekä sakeudensäätö- että hylkyprosessivedeksi. Hylkymassalla on dominoiva vaikutus kokonaispesäkelukuun. Suurin vähennys kokonaispesäkeluvussa saadaan estämällä mikrobikasvu hylkymassassa. Tämä voidaan tehdä kuumentamalla hylkymassa 80 °C:n höyryllä. Suodatuskoeajojen perusteella Dynasand-hiekkasuodattimella voidaan puhdistaa pisaralämmönvaihtimelta saatavaa lämmintä suihkuvettä. Esisuodatettua kiertovettä voidaan puhdistaa Dynasand-hiekkasuodattimella viiran johtotelojen suihkuvedeksi. Dynadisc-kiekkosuodatinta voidaan käyttää hiekkasuodattimen esisuodattimena ja kiertovesisuodattimena. UV-säteily poistaa tehokkaasti mikrobeja suodatetuista vesistä.

Liikesimulaattorialustan kehittäminen virtuaaliprototyypin avulla

Työn tarkoituksena oli kehittää kuuden vapausasteen liikesimulaattorialusta virtuaaliprototyypin avulla siten, että alustan dynamiikka mallinnetaan Adams-ohjelmistolla ja ohjaus- ja säätöpiiri Matlab Simulink:llä. Tarkoituksena oli tutkia dynaamisen mallin ja säätöteknisen mallin yhdistämistä ja niiden yhteen toimimista. Tarkoituksena oli myös selvittää tulevaisuudessa rakennettavan Stewart:n alustan mekaniikan mitat ja hydraulikomponenttien koot. Työssä tutkittiin alustan käyttäytymistä halutulla liikealueella, nopeuksia joita saavutetaan ja mekaanisia rajoitteita. Työn tuloksesta on tarkoitus rakentaa fyysinen prototyyppi liittyen KONSI-projektiin, jossa kehitetään satamanosturisimulaattori nosturiohjaajan koulutuksen tueksi. Malli tullaan kytkemään Teppo Lehtisen diplomityönä tehtyyn satamanosturi kontin simulointimalliin ja koko järjestelmän on tarkoitus toimia reaaliaikaisena.

Lajinvaihtokustannusten vaikutus tuotevalikoiman kannattavuuteen

Asiakkaat vaativat yhä suurempaa tuotannon joustavuutta ja lyhyitä toimitusaikoja paperiteollisuudelta. Samanaikaisesti kiristyvä kilpailu ajaa yritykset tavoittelemaan parempaa kannattavuutta kasvattamalla tuotevalikoimaa. Edellä mainitut tekijät lisäävät lajinvaihtojen määrää ja aiheuttavat kustannuksia. Diplomityön pääasiallisena tavoitteena on selvittää kohdeyrityksen paperikoneen lajinvaihdoista aiheutuvat kustannukset ja niiden vaikutus tuotevalikoiman kannattavuuteen. Toisena merkittävänä tavoitteena voidaan mainita lajinvaihtokustannusten simulointimallin rakentaminen, jota voidaan käyttää apuna tuotannonsuunnittelussa. Lisäksi saatujen tutkimustulosten perusteella pyritään löytämään keinoja kannattavuuden parantamiseksi. Paperikoneella tehdyn seurannan avulla selvitettiin eri tyyppisten lajinvaihtojen aiheuttamat tuotannonmenetykset. Tämän perusteella laskettiin niiden kustannusvaikutukset. Tarkastelua laajennettiin kahden toteutuneen syklin avulla syklitasolle ja lopuksi tuotevalikoimatasolle. Lajinvaihtokustannukset lisääntyivät paperin laatusuureiden muutoksen kasvaessa. Kalanterointimuutokset osoittautuivat kalleimmiksi ja niiden määrä tulisi minimoida. Kustannukset eivät osoittautuneet syklitasolla kovin suuriksi, mutta laji- ja ajokohtaisesti ne ovat merkittäviä erityisesti pienivolyymisilla tuotteilla. Niiden ajofrekvenssin harventaminen vähentäisi kustannuksia ja parantaisi kannattavuutta. Lajinvaihto-kustannukset tulisi jatkossa huomioida tuotekustannuslaskennassa.

TMP- laitoksen mallinnus ja simulointi

Diplomityössä tehtiin Balas- simulointimalli Stora Enso Publication Papers Oy Ltd Varkauden tehtaiden kuumahierrelaitoksesta, johon sovitettiin tehtaan lämpö-, kuitu- ja kiertovesivirtaukset sekä kiertovesissä olevien liuenneiden ja kolloidisten aineiden virtaukset. Kirjallisuusosassa perehdyttiin simulaattorimallin luontiin ja käyttötarkoituksiin. Siinä käsitellään Balas- simulaattorin ominaisuuksia ja laiteparametrointia. Tarkastellaan kuumahierreprosessin eri vaiheita, olosuhteita ja laitteiden toimintaa. Perehdytään prosessin energian kulutukseen ja talteenottoon sekä kiertovesien liuenneiden ja kolloidisten aineiden mittaussuureisiin ja vaikutuksiin prosessissa. Simulaattorimallin tekemiseen kuului tehtaan virtauskaavion ja simulaattorimallin tekeminen, mittauskoesuunnittelu, tehdasmittaukset, simulaattorin parametrointi, mittaus- ja simulaattoritulosten yhteensovittaminen sekä mallin kelpoistaminen. Tehtaan virtauskaavion piirtämisessä käytettiin apuna tehtaan prosessi- ja instrumentointikaavioita, joiden pohjalta mittauskoesuunnitelma ja simulaattorimalli tehtiin. Koesuunnitelman mittaussuureiksi valittiin virtaukset, sakeudet, lämpötilat sekä kiertovesien kiintoaineen-, kokonaisorgaanisen hiilen- ja liuenneen orgaanisen aineen pitoisuuksien määritykset. Mittauksilla saatiin tietoja prosessivirtausten taseista, joita käytettiin simulaattorimallin keskeisempien laiteparametriarvojen määrityksessä. Exceliä hyödynnettiin mittaus- ja simulaattoritulosten taulukoinnissa, laiteparametrien laskemisessa sekä arvojen syötössä ja vastaanotossa Excelin ja simulaattorin välillä. Sitä käytettiin myös graafisessa mittaus- ja simulaattoritulosten yhteensovittamisessa, jolla pystyttiin havainnollisesti näkemään eri syöttöparametrien muutoksien vaikutukset simulaattorin laskemissa virtaustuloksissa. Mallin antamien arvojen ja todellisten prosessimittausarvojen yhteensovittamisen ja mallista varmistumisen tuloksista voidaan todeta mallin korreloivan todellista prosessia melko hyvin.