Kumppanuusyrityksen jakelurakenne rakentamisen toimitusketjussa - Case: Starkki Oy Ab

Tutkimuksen tavoitteena on selvittää tarvitseeko Starkki Oy Ab keskusvarastotoimintoja rakennustyömaan toimitusketjussa. Tutkimuksen teoriaosa esittelee reagoivan toimitusketjun hallinnan menetelmiä ja jakelun merkitystä toimitusketjussa. Lisäksi teoriaosassa esitellään kumppanuus-ajattelun perusteita. Empiriaosassa esitellään kohdeyritys, rakennustyömaan logistiikkaa tällä hetkellä ja pohditaan kolmea erilaista yrityksen jakelurakennetta. Tutkimus on kuvaileva. Rakennustyömaan logistiikan voidaantodeta jäävän helposti materiaalitoimittajien vastuulle. Vaikka materiaalitoimittajat pysyvätkin yleensä sovitussa aikataulussa, ei rakennustyömaa itsessään siinä välttämättä onnistu. Tämä johtaa rakentamisen logistiikan hallitsemattomuuteen ja rakentamisen tehokkuuden heikkenemiseen. Ongelma voidaan kuitenkin välttäätehokkaalla informaation jakamisella ja rakennustyömaan toimitusketjun läpi ulottuvalla yhteistyöllä.

FPGA-Based Control Design for Power Electronic Applications

Tehoelektoniikkalaitteella tarkoitetaan ohjaus- ja säätöjärjestelmää, jolla sähköä muokataan saatavilla olevasta muodosta haluttuun uuteen muotoon ja samalla hallitaan sähköisen tehon virtausta lähteestä käyttökohteeseen. Tämä siis eroaa signaalielektroniikasta, jossa sähköllä tyypillisesti siirretään tietoa hyödyntäen eri tiloja. Tehoelektroniikkalaitteita vertailtaessa katsotaan yleensä niiden luotettavuutta, kokoa, tehokkuutta, säätötarkkuutta ja tietysti hintaa. Tyypillisiä tehoelektroniikkalaitteita ovat taajuudenmuuttajat, UPS (Uninterruptible Power Supply) -laitteet, hitsauskoneet, induktiokuumentimet sekä erilaiset teholähteet. Perinteisesti näiden laitteiden ohjaus toteutetaan käyttäen mikroprosessoreja, ASIC- (Application Specific Integrated Circuit) tai IC (Intergrated Circuit) -piirejä sekä analogisia säätimiä. Tässä tutkimuksessa on analysoitu FPGA (Field Programmable Gate Array) -piirien soveltuvuutta tehoelektroniikan ohjaukseen. FPGA-piirien rakenne muodostuu erilaisista loogisista elementeistä ja niiden välisistä yhdysjohdoista.Loogiset elementit ovat porttipiirejä ja kiikkuja. Yhdysjohdot ja loogiset elementit ovat piirissä kiinteitä eikä koostumusta tai lukumäärää voi jälkikäteen muuttaa. Ohjelmoitavuus syntyy elementtien välisistä liitännöistä. Piirissä on lukuisia, jopa miljoonia kytkimiä, joiden asento voidaan asettaa. Siten piirin peruselementeistä voidaan muodostaa lukematon määrä erilaisia toiminnallisia kokonaisuuksia. FPGA-piirejä on pitkään käytetty kommunikointialan tuotteissa ja siksi niiden kehitys on viime vuosina ollut nopeaa. Samalla hinnat ovat pudonneet. Tästä johtuen FPGA-piiristä on tullut kiinnostava vaihtoehto myös tehoelektroniikkalaitteiden ohjaukseen. Väitöstyössä FPGA-piirien käytön soveltuvuutta on tutkittu käyttäen kahta vaativaa ja erilaista käytännön tehoelektroniikkalaitetta: taajuudenmuuttajaa ja hitsauskonetta. Molempiin testikohteisiin rakennettiin alan suomalaisten teollisuusyritysten kanssa soveltuvat prototyypit,joiden ohjauselektroniikka muutettiin FPGA-pohjaiseksi. Lisäksi kehitettiin tätä uutta tekniikkaa hyödyntävät uudentyyppiset ohjausmenetelmät. Prototyyppien toimivuutta verrattiin vastaaviin perinteisillä menetelmillä ohjattuihin kaupallisiin tuotteisiin ja havaittiin FPGA-piirien mahdollistaman rinnakkaisen laskennantuomat edut molempien tehoelektroniikkalaitteiden toimivuudessa. Työssä on myösesitetty uusia menetelmiä ja työkaluja FPGA-pohjaisen säätöjärjestelmän kehitykseen ja testaukseen. Esitetyillä menetelmillä tuotteiden kehitys saadaan mahdollisimman nopeaksi ja tehokkaaksi. Lisäksi työssä on kehitetty FPGA:n sisäinen ohjaus- ja kommunikointiväylärakenne, joka palvelee tehoelektroniikkalaitteiden ohjaussovelluksia. Uusi kommunikointirakenne edistää lisäksi jo tehtyjen osajärjestelmien uudelleen käytettävyyttä tulevissa sovelluksissa ja tuotesukupolvissa.

Theoretical and numerical study of thermomagnetic convection in magnetic fluids

In this thesis, the magnetic field control of convection instabilities and heat and mass transfer processesin magnetic fluids have been investigated by numerical simulations and theoretical considerations. Simulation models based on finite element and finite volume methods have been developed. In addition to standard conservation equations, themagnetic field inside the simulation domain is calculated from Maxwell equations and the necessary terms to take into account for the magnetic body force and magnetic dissipation have been added to the equations governing the fluid motion.Numerical simulations of magnetic fluid convection near the threshold supportedexperimental observations qualitatively. Near the onset of convection the competitive action of thermal and concentration density gradients leads to mostly spatiotemporally chaotic convection with oscillatory and travelling wave regimes, previously observed in binary mixtures and nematic liquid crystals. In many applications of magnetic fluids, the heat and mass transfer processes including the effects of external magnetic fields are of great importance. In addition to magnetic fluids, the concepts and the simulation models used in this study may be applied also to the studies of convective instabilities in ordinary fluids as well as in other binary mixtures and complex fluids.

Experimental insights into deformation dynamics and intermittency in rapid granular shear flows

This work concerns the experimental study of rapid granular shear flows in annular Couette geometry. The flow is induced by continuous driving of the horizontal plate at the top of the granular bed in an annulus. The compressive pressure, driving torque, instantaneous bed height and rotational speed of the shearing plate are measured. Moreover, local stress fluctuations are measured in a medium made of steel spheres 2 and 3 mm in diameter. Both monodisperse packing and bidisperse packing are investigated to reveal the influence of size diversity in intermittent features of granular materials. Experiments are conducted in an annulus that can contain up to 15 kg of spherical steel balls. The shearing granular medium takes place via the rotation of the upper plate which compresses the material loaded inside the annulus. Fluctuations of compressive force are locally measured at the bottom of the annulus using a piezoelectric sensor. Rapid shear flow experiments are pursued at different compressive forces and shear rates and the sensitivity of fluctuations are then investigated by different means through monodisperse and bidisperse packings. Another important feature of rapid granular shear flows is the formation of ordered structures upon shearing. It requires a certain range for the amount of granular material (uniform size distribution) loaded in the system in order to obtain stable flows. This is studied more deeply in this thesis. The results of the current work bring some new insights into deformation dynamics and intermittency in rapid granular shear flows. The experimental apparatus is modified in comparison to earlier investigations. The measurements produce data for various quantities continuously sampled from the start of shearing to the end. Static failure and dynamic shearing ofa granular medium is investigated. The results of this work revealed some important features of failure dynamics and structure formation in the system. Furthermore, some computer simulations are performed in a 2D annulus to examine the nature of kinetic energy dissipation. It is found that turbulent flow models can statistically represent rapid granular flows with high accuracy. In addition to academic outcomes and scientific publications our results have a number of technological applications associated with grinding, mining and massive grain storages.

Uusien energianormien vaikutus pientalojen rakenteisiin ympäristön kannalta

Tehokkaimpia keinoja vähentää rakennusten lämmitysenergian kulutusta ja lämmityksen aiheuttavia hiilidioksidi- ja happamoitavia päästöjä on tiukentaa rakentamismääräysten lämmöneristysvaatimuksia. Hyvin lämmöneristetyissä, tiiveissä ja ilmanvaihdoltaan optimoiduissa taloissa on pienet lämpöhäviöt. Näin ympäristöä kuormittava vaikutus saadaan paljon vähemmäksi kuin nykynormien mukaisissa asuinrakennuksissa. Johtumislämpöhäviö pienenee suoraan eristekerroksia paksuntamalla ja siihen on helpointa vaikuttaa. Mitä suurempiin eristepaksuuksiin mennään sen suuremmaksi tulee konvektion osuus kokonaislämpöhäviöstä. Tulevaisuudessa parempia ratkaisuja haetaan erityisesti konvektiosta ja säteilystä aiheutuvien lämpöhäviöiden pienentämiseksi. Eristeen osastointi ilmanpitävillä, vesihöyryä diffuusisesti läpäisevillä pystysuuntaisilla konvektiokatkoilla vähentää tehokkaasti paksun seinäeristeen kuljettumis-ilmavirtauksia. Katkoina käytetään erilaisia kalvoja ja rakennuspapereita, joilla on pieni emissiviteetti. Katkojen merkitys kasvaa, kun mennään uusien normien mukaisiin eristepaksuuksiin. Lämmöneriste voidaan toteuttaa myös kokoamalla ohuita kalvoja paketiksi, jotka jakavat ilmatilan ja siis eristeelle varatun paksuuden suljettuihin ilmaväleihin. Kun kalvoiksi valitaan pieniemissiviteettisiä pintoja, saadaan säteilylämmönsiirto lähes eliminoiduksi. Tällaisen ilmatilan lämmönjohtumisluku lähestyy paikallaan pysyvän ilman lämmönjohtumislukua, l = 0,025 W/Km, eli tällä rakennesysteemillä on mahdollista toteuttaa ohuempia rakenteita kuin perinteisillä eristeillä. Hygroskooppisen massan käyttö sisäilman kosteutta tasaavana rakenteena voi olla tulevaisuutta. Kehitystyö tuottaa uusia, kosteusteknisesti toimivia sovelluksia. Toisaalta palomääräykset tulevat kehitystyötä vastaan. Hygroskooppinen pintamateriaali on kevyt (pieni tiheys) ja paloteknisesti arka. Suoraa sähkölämmitystä ei voida pitää ympäristöystävällisenä. Sen jalostusketju on pitkä ja monivaiheinen. Millä peruspolttoaineella sähköä tuotetaan, vaikuttaa asiaan luonnollisestikin. Suoraa sähkölämmitystä voidaan suositella vain yksinäisen ihmisen taloudessa lämmitysmuotona taloudellisista syistä. Halvan polttoaineen säästöllä ei voida maksaa suuria laiteinvestointeja. Aurinkoenergian hyvä hyödyntäminen edellyttää hyvää säätöä, joka kytkee lämmityksen pois päältä silloin, kun aurinko lämmittää. Auringon hetkelliset säteilytehot ovat suuria verrattuna rakenteen lämpöhäviöihin ja huonetilojen lämmöntarpeeseen. Ratkaisu aurinkoenergian hetkellisyyteen ja paikallisuuteen on energian siirtäminen lämmöntarpeen mukaan rakennuksen eri osiin ja sen varastoiminen päivätasolla. Kun varastoivasta massasta ei ole suoraa yhteyttä ulos, voidaan kerääjäeristeeltä saatu lämpö käyttää häviöttömästi huonetilojen lämmittämiseen. Vaikka lämmitysenergian käytössä päästään 30 % vähennyksiin uudisrakennusten osalta, ei kokonaisenergian käyttö merkittävästi pienene, jos taloussähkön kulutus pysyy vakiona. Sama pätee myös CO2 -päästöihin. Saavutettava etu lämmitys-energian kulutuksessa voidaan hukata yhä suurenevaksi taloussähkön käytöksi, mikä olisi erityisen huono asia ympäristön kannalta.

Paikalliset elinkeinot ja ilmastonmuutos Kaakkois-Suomen alueella

Kasvihuonekaasujen vähentäminen on lähitulevaisuudessa välttämätöntä ilmastonmuutoksen torjunnassa. Tämä tosiasia tulisi nähdä niin yrityksissä kuin kunnissakin mahdollisuutena, johon liittyvillä toimenpiteillä voitaisiin kehittää myös alueen liiketoimintaa ja elinkeinoelämää. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli löytää Kaakkois- Suomen kannalta tehokkaimmat keinot ja toimintamallit alueen liiketoiminnan edistämiseksi kasvihuonekaasupäästöjä hillitsevään suuntaan. Työssä on käsitelty erityisesti kunnan toimintaan liittyviä vaikutusmahdollisuuksia tavoitteiden saavuttamisessa. Tutkimus on toteutettu osana Suomen Kuntaliitto Ry:n koordinoimaa kuntienilmastonsuojelukampanjaa. Tutkimus on luonteeltaan kirjallisuuden pohjalta tehty esiselvitys. Työhön sisältyvien esimerkkitapausten osalta on tietoa hankittu myös haastattelemalla alueen yrityksiä. Tutkimuksen alkuvaiheessa on kartoitettu Kaakkois-Suomen alueellisia erityispiirteitä ja potentiaaleja. Työssä on arvioitu esimerkiksi uusiutuvien energialähteiden lisäämispotentiaalien käyttöönottamisella saavutettavat kasvihuonekaasupäästöjen vähenemät sekä työllisyysvaikutukset Kaakkois-Suomen alueella. Potentiaalien luoman pohjan perusteella on selvitetty mahdollisuuksia kehittää alueen elinkeinorakenteeseen soveltuvaa liiketoimintaa. Kasvihuonekaasuja vähentävän liiketoiminnan edistämiseksi on selvitetty keinoja sekä olemassa olevien yritysten kilpailukyvyn parantamiseen että uuden liiketoiminnan kehittämiseen liittyen. Näiden tavoitteiden saavuttamisessa nähtiin yritysten verkostoitumisen olevan eräs tärkeä keino, jolla voidaan parantaa mm. alueen lukuisten pienten yritysten mahdollisuuksia suurten kokonaistoimitusten tuottamisessa. Työssä on esitetty kunnan toimintaan soveltuva toimintamalli yritysten verkostoimiseksi. Jätteiden ja sivutuotteiden osalta työssä on esitetty materiaalivirtojen hyötykäyttöön ohjaamiseen erikoistunutta liiketoimintaa niin sanotun materiaalipörssin muodossa. Myös koulutuksen, tutkimuksen ja rahoituksen tarjontaa kasvihuonekaasuja vähentävän liiketoiminnan kehittämisen tueksi on selvitetty Kaakkois-Suomen alueella. Tutkimuksen sisällössä ovat esimerkkitapaukset keskeisessä asemassa. Niiden puitteissa on haastateltu paikallisen alueen yrityksiä ja viranomaisia. Esimerkkitapauksissa on selvitetty materiaalipörssin, lämpöyrittäjyyden sekä erään yrityksen verkostoimiseen liittyviä tekijöitä ja keinoja. Haastatteluista ja kirjallisuudesta saatuihin tietoihin perustuen on ehdotettu toimintavaihtoehtoja toiminnan kehittämiseksi. Tutkimuksen tulosten perusteella on lopuksi esitetty suunnitelma jatkotoimenpiteistä, joilla tuloksia lähdetään viemään käytännön tasolle.