Sähkökäyttöisen konejärjestelmän vuorovaikutteinen simulointi

Työn tavoitteena oli toteuttaa simulointimalli, jolla pystytään tutkimaan kestomagnetoidun tahtikoneen aiheuttaman vääntömomenttivärähtelyn vaikutuksia sähkömoottoriin liitetyssä mekaniikassa. Tarkoitus oli lisäksi selvittää kuinka kyseinen simulointimalli voidaan toteuttaa nykyaikaisia simulointiohjelmia käyttäen. Saatujen simulointitulosten oikeellisuus varmistettiin tätä työtä varten rakennetulla verifiointilaitteistolla. Tutkittava rakenne koostui akselista, johon kiinnitettiin epäkeskotanko. Epäkeskotankoon kiinnitettiin massa, jonka sijaintia voitiin muunnella. Massan asemaa muuttamalla saatiin rakenteelle erilaisia ominaistaajuuksia. Epäkeskotanko mallinnettiin joustavana elementtimenetelmää apuna käyttäen. Mekaniikka mallinnettiin dynamiikan simulointiin tarkoitetussa ADAMS –ohjelmistossa, johon joustavana mallinnettu epäkeskotanko tuotiin ANSYS –elementtimenetelmäohjelmasta. Mekaniikan malli siirrettiin SIMULINK –ohjelmistoon, jossa mallinnettiin myös sähkökäyttö. SIMULINK –ohjelmassa mallinnettiin sähkökäyttö, joka kuvaa kestomagnetoitua tahtikonetta. Kestomagnetoidun tahtikoneen yhtälöt perustuvat lineaarisiin differentiaaliyhtälöihin, joihin hammasvääntömomentin vaikutus on lisätty häiriösignaalina. Sähkökäytön malli tuottaa vääntömomenttia, joka syötetään ADAMS –ohjelmistolla mallinnettuun mekaniikkaan. Mekaniikan mallista otetaan roottorin kulmakiihtyvyyden arvo takaisinkytkentänä sähkömoottorin malliin. Näin saadaan aikaiseksi yhdistetty simulointi, joka koostuu sähkötoimilaitekäytöstä ja mekaniikasta. Tulosten perusteella voidaan todeta, että sähkökäyttöjen ja mekaniikan yhdistetty simulointi on mahdollista toteuttaa valituilla menetelmillä. Simuloimalla saadut tulokset vastaavat hyvin mitattuja tuloksia.

CITRICULTURE ECONOMIC AND FINANCIAL EVALUATION UNDER CONDITIONS OF UNCERTAINTY

ABSTRACT The citriculture consists in several environmental risks, as weather changes and pests, and also consists in considerable financial risk, mainly due to the period ofreturn on the initial investment. This study was motivated by the need to assess the risks of a business activity such as citriculture. Our objective was to build a stochastic simulation model to achieve the economic and financial analysis of an orange producer in the Midwest region of the state of Sao Paulo, under conditions of uncertainty. The parameters used were the Net Present Value (NPV), the Modified Internal Rate of Return(MIRR), and the Discounted Payback. To evaluate the risk conditions we built a probabilistic model of pseudorandom numbers generated with Monte Carlo method. The results showed that the activity analyzed provides a risk of 42.8% to reach a NPV negative; however, the yield assessed by MIRR was 7.7%, higher than the yield from the reapplication of the positive cash flows. The financial investment pays itself after the fourteenth year of activity.

Sinkkirikasteen liuotusprosessin kineettinen mallinnus

Työssä on tehty kineettinen simulointimalli sinkkirikasteen liuotusprosessista. Prosessi on pieni osa Kokkolan sinkinvalmistusprosessia, jonka muita osia ovat: pasutus, neutraaliliuotus, konversio, liuospuhdistus ja elektrolyysi. Rikasteen liuotukseen tulee konversioprosessin liuos ja liuotuksesta lähtevä neste menee takaisin neutraaliliuotukseen. Saostunut jarosiitti läjitetään. Kokkolan liuotusprosessi koostuu liettoreaktorista ja kahdesta neljän liuotusreaktorin sarjasta. Liuotukseen syötetään paluuhappoa liettoreaktoriin ja liuotuspiirien ensimmäisiin liuotusreaktoreihin. Happea syötetään kaikkiin liuotusreaktoreihin. Prosessin mallintamiseen käytettiin Aspen Plus-simulointiohjelmaa, johon pystyttiin syöttämään kineettisiä yhtälöitä. Reaktionopeusyhtälöitä käytettiin raudan hapetuksen, sulfidien liuotuksen ja jarosiitiin saostumisen mallintamiseen, eli kaikkiin liuotusreaktoreissa tapahtuviin reaktioihin. Kineettiset yhtälöt etsittiin kirjallisuudesta. Liettoreaktori puolestaan mallinnettiin syöttämällä ohjelmaan reaktioyhtälöt ja antamalla niille etenemisasteet. Jarosiitin liukenemisesta työssä on tehty laboratoriokokeita, koska aiheesta ei kirjallisuudesta löytynyt kineettistä tietoa. Liuotuskokeissa käytetyn kiintoaineen kuitenkin todettiin sisältävän liikaa götiittiä, että tuloksista olisi voitu laskea kinetiikkaa jarosiitin liukenemiselle. Simulointimallilla laskettiin yksi tapaus vertailukohdaksi, johon malliin tehtyjä muutoksia verrattiin. Mallilla tutkittiin konversiosta tulevan jarosiitin määrän vaikutusta, reaktorikoon merkitystä ja rikasteen liuotuksen sekä jarosiitin saostuksen reaktionopeuksien muutoksen vaikutuksia. Käytetyillä kineettisillä yhtälöillä reaktioiden todettiin tarvitsevan vain ¾ käytetystä reaktiotilavuudesta, rikasteen liuotusnopeuden kohtalaisen pienellä hidastamisen todettiin vähentävän sinkin saantoa ja jarosiitin saostuksen reaktionopeuden kasvulla todettiin myös olevan negatiivinen vaikutus sinkin saantoon. Simulointimallissa käytettyjen reaktionopeusyhtälöiden varmentaminen kokeilla todettiin tarpeelliseksi, sillä jo kohtalaisen pienillä muutoksilla havaittiin olevan merkitystä prosessin toimivuuteen. Lisäksi todettiin jarosiitin liukenemisen huomioimisen olevan tarpeen.

Strategisten reaalioptioiden mallintaminen Monte Carlo -simulointimenetelmällä, case Voest Alpine Stahl Ag

Tutkielman päätavoitteena oli selvittää, miten Monte Carlo –simulointi soveltuu strategisten reaalioptioiden arvonmääritykseen. Tutkielman teoriaosuudessa käytiin läpi reaalioptioteoriaa ja Monte Carlo –simulointimenetelmää toiminta-analyyttisella tutkimusotteella. Tuloksena todettiin, että simulointimenetelmää on reaalioptioiden yhteydessä yleensä käytetty, kun muu menetelmä ei ole ollut mahdollinen. Tutkielman pääpaino on tapaustutkimukseen pohjautuvassa empiriaosuudessa, jossa rakennettiin päätöksentekometodologista tutkimusotetta seuraten simulointimalli, jolla tutkittiin Voest Alpine Stahl Ag:n vaihtoehtoisten hinnoittelustrategioiden taloudellista vaikutusta. Mallin rakentaminen perustui yrityksen tilinpäätösaineistoon. Havaittiin, ettei yritys ole valitsemansa strategian vuoksi juurikaan menettänyt tuottoja, mutta toisaalta pelkkä tilinpäätösaineisto ei riitä kovin luotettavaan tarkasteluun. Vuosikertomusten antaman tiedon pohjalta analysoitiin lisäksi yrityksen toiminnassa havaittuja reaalioptioita. Monte Carlo –simulointimenetelmä sopii reaalioptioiden arvonmääritykseen, mutta kriittisiä tekijöitä ovat mallin rakentaminen ja lähtötietojen oikeellisuus. Numeerisen mallin rinnalla on siksi aiheellista suorittaa myös laadullista reaalioptioanalyysia.

Cooling system optimization in medium-speed engines

Tässä työssä optimoidaan keskinopean Wärtsilä 32 -dieselmoottorin jäähdytysjärjestelmää ja tutkitaan taajuusmuuttajien käyttömahdollisuutta kiertopumppujen yhteydessä niin, että järjestelmässä saataisiin kiertämään vain kulloinkin tarvittava määrä vettä. Tutkimuksen mallinnus on toteutettu laatimalla aiemmin käytössä olleista yksinkertaisista simulointimalleista yksi malli, johon on sisällytetty sekä virtauksen että lämmönsiirron laskenta, jotka on aiemmin mallinnettu erillisillä ohjelmilla. Diplomityö on osa projektia, joka on tehty Sähkötekniikan osaston tutkijan Mikko Pääkkösen kanssa yhteistyössä. Tämän diplomityö keskittyy lähinnä virtausteknisiin ja lämmönsiirtoon liittyviin asioihin, kun taas sähkötekniikan osuus on esitetty Mikko Pääkkösen raportissa. Tulosten perustella voidaan sanoa, että taajuusmuuttajakäyttö kannattaa kiertopumppujen yhteydessä. Käyttämällä pumppujen virtaussäätöä voidaan jäähdytysjärjestelmästä jättää monia komponentteja, kuten termostaattiventtiilejä pois. Mallinnetut yksinkertaiset piiriratkaisut näyttävät toimivan ainakin yleisellä tasolla. Tutkimusta pumppujen säädöstä ja tässä projektissa luoduista jäähdytysjärjestelmäkonfiguraatioista kannattaa jatkaa.

On the Analysis and Control of a Linear Synchronous Servomotor with a Flexible Load

Industry's growing need for higher productivity is placing new demands on mechanisms connected with electrical motors, because these can easily lead to vibration problems due to fast dynamics. Furthermore, the nonlinear effects caused by a motor frequently reduce servo stability, which diminishes the controller's ability to predict and maintain speed. Hence, the flexibility of a mechanism and its control has become an important area of research. The basic approach in control system engineering is to assume that the mechanism connected to a motor is rigid, so that vibrations in the tool mechanism, reel, gripper or any apparatus connected to the motor are not taken into account. This might reduce the ability of the machine system to carry out its assignment and shorten the lifetime of the equipment. Nonetheless, it is usually more important to know how the mechanism, or in other words the load on the motor, behaves. A nonlinear load control method for a permanent magnet linear synchronous motor is developed and implemented in the thesis. The purpose of the controller is to track a flexible load to the desired velocity reference as fast as possible and without awkward oscillations. The control method is based on an adaptive backstepping algorithm with its stability ensured by the Lyapunov stability theorem. As a reference controller for the backstepping method, a hybrid neural controller is introduced in which the linear motor itself is controlled by a conventional PI velocity controller and the vibration of the associated flexible mechanism is suppressed from an outer control loop using a compensation signal from a multilayer perceptron network. To avoid the local minimum problem entailed in neural networks, the initial weights are searched for offline by means of a differential evolution algorithm. The states of a mechanical system for controllers are estimated using the Kalman filter. The theoretical results obtained from the control design are validated with the lumped mass model for a mechanism. Generalization of the mechanism allows the methods derived here to be widely implemented in machine automation. The control algorithms are first designed in a specially introduced nonlinear simulation model and then implemented in the physical linear motor using a DSP (Digital Signal Processor) application. The measurements prove that both controllers are capable of suppressing vibration, but that the backstepping method is superior to others due to its accuracy of response and stability properties.

Liikealustan suunnittelu liikkuvan työkoneen simulaattoriin

Työssä suunniteltiin liikealusta liikkuvan työkoneen koulutussimulaattoriin. Suunnittelu aloitettiin mittaamalla lastauskoneen dynaamisia ominaisuuksia. Mittausdatan ja koneen toiminnan analysoinnin perusteella valittiin liikealustan perusrakenne. Toimilaitteiden mitoitus tapahtui simulointimallin avulla, jossa käytettiin mitattuja kiihtyvyyksiä, signaalin suodatusta, käänteiskinematiikkaa ja käänteisdynamiikkaa. Simulointimallia käytettiin myös mekaanisen rakenteen mitoituksessa. Lisäksi visualisoinnin ja ohjauksen toteutusta tutkittiin. Työn tavoitteena oli kehittää mahdollisimman realistisen liiketuntuman toteuttava ja kustannustehokas liikealusta. Lisäksi pyrittiin matalaan ja helposti siirrettävissä olevaan rakenteeseen. Liikealustan liikkeet pyrittiin toteuttamaan sähkökäytöillä. Suunnittelun tuloksena saatiin kolmen vapausasteen liikealusta, joka on toteutettu servomoottoreilla. Työssä suunnitellusta liikealustasta on tarkoitus rakentaa fyysinen prototyyppi ja liittää se lastauskoneen reaaliaikasimulaattoriin.

Kustannusrakenteen simulointi ja optimointi

Primääripakatun tuotteen liiketoiminnallisen arvoketjun kustannusrakenteen tunnistaminen tuo merkittävää lisäarvoa pakkausliiketoiminnan suunnittelua koskevaan päätöksentekoon. Tämän konstruktiivisen tutkimuksen tavoitteena on rakentaa pakkaustuotannon liiketoiminnallisen arvoketjun simulointimalli, jonka avulla voidaan analysoida pakkaustuotannon arvoketjun kustannusrakennetta lähtien pakkausraaka-aineen valmistuksesta ja päättyen kaupan vähittäismyyntiin. Käytettävä tutkimusaineisto koostuu jonoteoriaan ja tuotannonsuunnitteluun liittyvästä kirjallisuudesta, tieteellisistä artikkeleista sekä asiantuntijalausunnoista. Tutkimuksen yhteydessä rakennetun simulointimallin avulla määritettiin erään primääripakatun tuotteen konvertointivaiheen optimaalinen valmistuseräkoko ja liiketoiminnallisen arvoketjun kustannusrakenne. Arvoketjuanalyysissä primääripakatun tuotteen kustannustekijöiksi määritettiin pakkausmateriaali, pakkausvalmistus, pakattava tuote, pakkauksen täyttö ja suljenta sekä pakatun tuotteen jakelulogistiikka ja vähittäismyynti. Arvoketjuanalyysin johtopäätöksenä voidaan todeta, että primääripakatulle esimerkkituotteelle kohdistuvista kustannuksista noin 97 % on brand ownerin ja vähittäismyynnin aiheuttamia ja noin 3 % varsinaisesta tuotteen pakkaamisesta aiheutuvia.

Lineaarisen hammashihnaservokäytön tilasäätö

Tuotantotehokkuus näyttelee yhä suurempaa roolia teollisuudessa, minkä vuoksi myös pakkauslinjas­toille joudutaan asettamaan suuria vaatimuksia. Usein leik­kaus- ja kappaleensiirtosovelluksissa käyte­tään lineaarisia ruuvikäyttöjä, jotka voitaisiin tietyin edellytyksin korvata halvemmilla ja osittain suori­tuskykyisimmillä hammashihnavetoisilla johteilla. Yleensä paikkasäädetty työsolu muodostuu kahden tai kolmen eri koordinaatisto­akselin suuntaan asen­netuista johteista. Tällaisen työsolun paikoitustarkkuuteen vaikuttavat muun muassa käytetty säätöra­kenne, moottorisäätöketjun viiveet, sekä laitteiston eri epälineaarisuudet, kuten kitka. Tässä työssä esitetään lineaarisen hammashihnaservokäytön dynaamista käytöstä kuvaava matemaatti­nen malli ja laaditaan mallin pohjalta laitteen simulointimalli. Mallin toimivuus varmistetaan käytän­nön identifiointitesteillä. Lisäksi työssä tut­kitaan, kuinka hyvään suorituskykyyn lineaarinen hammas­hihnaservokäyttö kyke­nee, jos teollisuudessa paikoitussäätörakenteena tyypillisesti käytetty kaskadira­kenne tai PID-rakenne korvataan kehittyneemmällä mallipohjaisella tilasäädinra­kenteella. Säädön toi­mintaa arvioidaan simulointien ja koelaitteistolla suoritetta­vien mittaus­ten perusteella.

Integroitujen laitekaappien tuotannon tehostaminen elektroniikkateollisuudessa

Laitekaappien integrointi koostuu moduulien sekä kaapeleiden liittämisestä mallikohtaisiksi kokonaisuuksiksi. Tämä kokoonpanoprosessi on tilausohjautuva ja tehdään mallikohtaisesti yksittäiskokoonpanona. Mallien integrointityön vaikeus ja kokoonpanoaika vaihtelevat voimakkaasti. Tämä yhdistettynä työvoiman vaihtuvuuteen luo haastavan ympäristön kehittää tuotantoa sekä laadun että kapasiteetin näkökulmasta. Työssä on selvitetty voidaanko näitä kehittää jakamalla tuotantoprosessi pienempiin vaiheisiin, jotka ovat helpompi tasapainottaa ja oppia. Kokoomalinjan soveltaminen tilausohjautuvaan tuotantoon vaatii perinteiseen tahdistettuun kokoomalinjaan nähden suurempien poikkeavuuksien sallimista. Toisistaan merkittävästi poikkeavien työaikojen ja laajan mallivariaation vuoksi linjaa ei pystytä hallitsemaan niin järjestelmällisesti kuin tasapituisilla työvaiheilla. Tehokkaan tuotannon aikaansaaminen tällaiselle linjalle vaatii mahdollisuutta työjärjestyksen suunnitteluun ja sen simulointiin. Tässä työssä on pyritty arvioimaan simuloinnin avulla kokoomalinjan toimivuutta stokastisen kysynnän vallitessa. Malli on luotu hyväksikäyttäen tuotteiden valmistusaikoja, jotka on jaettu mallikohtaisesti kaikkiin mahdollisiin työtehtäviin. Nämä tehtävät on pyritty tasapainottamaan eri työpisteiden tehtäviksi. Tasapainotuksen tavoitteena on ollut minimoida tuotteiden työtehtävien keston voimakasta hajontaa, jota mallien kysynnän satunnaisuus voimistaa. Simulointien perusteella on luotu yksinkertaistettu sääntö työjärjestyksen muodostamiselle. Mallinnuksessa on pyritty maksimoimaan tuotannon tehokkuus minimoiden sekä keskeneräisen tuotannon määrää että läpimenoaikaa. Tehokkaimman vaihtoehdon löydyttyä on arvioitu kokoomalinjan soveltuvuutta laitekaappien integrointiin.

Developing of the Variable Speed Drive -control in simulated parallel pumping systems

This thesis presents briefly the basic operation and use of centrifugal pumps and parallel pumping applications. The characteristics of parallel pumping applications are compared to circuitry, in order to search analogy between these technical fields. The purpose of studying circuitry is to find out if common software tools for solving circuit performance could be used to observe parallel pumping applications. The empirical part of the thesis introduces a simulation environment for parallel pumping systems, which is based on circuit components of Matlab Simulink —software. The created simulation environment ensures the observation of variable speed controlled parallel pumping systems in case of different controlling methods. The introduced simulation environment was evaluated by building a simulation model for actual parallel pumping system at Lappeenranta University of Technology. The simulated performance of the parallel pumps was compared to measured values of the actual system. The gathered information shows, that if the initial data of the system and pump perfonnance is adequate, the circuitry based simulation environment can be exploited to observe parallel pumping systems. The introduced simulation environment can represent the actual operation of parallel pumps in reasonably accuracy. There by the circuitry based simulation can be used as a researching tool to develop new controlling ways for parallel pumps.

Urbanités marchandes : le commerce dans la production de la qualité urbaine et ses régulations : le cas de Lausanne

While collective identity markers are constantly evolving in today's city, the hyper-consumption society has allowed retail, even though greatly transformed, to remain a community hub for socialization. Society's commodification takes shape precisely within the public realm and the urban scene: sprawling analogous drivable retail-only suburbs and turning city centers into bland, soulless and undefined places displaying homogeneous frontages characterized by the same retail storefronts worldwide. More than ever, urban policies on retail oriented servicescapes seem crucial to urban and regional planning from a sustainable perspective. Thorough the study case of Lausanne, our research focuses on how the urban planning model and its policies could set into place spatial strategies to enhance urban quality and to reorganize retail centralities without succumbing to the prevailing commodification of the public realm. -- Les indicateurs d'identité collective se reformulent dans la ville actuelle, mais la société de l'hyperconsommation a permis au commerce, aussi transformé soit-il, de rester un lieu d'échange et de brassage social. La marchandisation de la société prend des formes précises dans l'espace et a un impact certain sur le paysage urbain : multipliant les espaces marchands périphériques monofonctionnels ou encore transformant nos centres-villes en paysages anodins, présentant des vitrines semblables quel que soit le pays où elles se situent. Plus que jamais, une régulation des espaces de consommation semble incontournable pour l'aménagement du territoire et l'urbanisme dans une perspective de durabilité. À travers le cas lausannois, cette thèse s'interroge sur la façon dont les modèles urbanistiques de régulation des jeux d'acteurs privés peuvent participer à la mise en place de stratégies de qualification urbaine et d'organisation des centralités commerciales sans céder à la tentation de la marchandisation des espaces publics.

Monitoisioisen muuntajan parametrien mittaus

Tässä kandidaatintyössä on tarkoitus määrittää monitoisioisen muuntajan yksivaiheisen sijaiskytkentä ja sen parametrit käyttämällä perinteisiä mittausmenetelmiä. Näihin kuuluvat tyhjäkäynti-, oikosulku- sekä tasajännitekoe. Muuntajasta on tehty simulointimalli, jota varten sijaiskytkennän parametreja tarvitaan.

Combining Advanced Forecasting Methods with System Dynamics - the Case of Finnish Seaports

Seaports play an important part in the wellbeing of a nation. Many nations are highly dependent on foreign trade and most trade is done using sea vessels. This study is part of a larger research project, where a simulation model is required in order to create further analyses on Finnish macro logistical networks. The objective of this study is to create a system dynamic simulation model, which gives an accurate forecast for the development of demand of Finnish seaports up to 2030. The emphasis on this study is to show how it is possible to create a detailed harbor demand System Dynamic model with the help of statistical methods. The used forecasting methods were ARIMA (autoregressive integrated moving average) and regression models. The created simulation model gives a forecast with confidence intervals and allows studying different scenarios. The building process was found to be a useful one and the built model can be expanded to be more detailed. Required capacity for other parts of the Finnish logistical system could easily be included in the model.

Simuloinnin hyödyntäminen ajoneuvon kestoikäanalyysissä

Diplomityö tehtiin Patria Land & Armament Oy:n toimeksiannosta. Patria Land & Armament Oy:n tuotteisiin kuuluvat vaativiin maasto-olosuhteisiin soveltuvat sotilasajoneuvot. Tuotesuunnittelussa otetaan huomioon ajoneuvon koko elinkaari, joten väsymismitoitus ja kestoikäanalyysit ovat suunnittelun tärkeitä osa-alueita. Kestoikäanalyysit ovat perinteisesti pohjautuneet mittausten avulla määritettyyn jännityshistoriaan. Työn tavoitteena oli tutkia tietokonesimuloinnin soveltuvuutta maastoajoneuvon jännityshistorian määrittämiseen. Selvityksen perusteella muodostettiin kohdeyrityksen tarpeisiin soveltuva ja kestoikäanalyysiä helpottava simulointiympäristö. Tietokonesimuloinnin tuloksien tarkkuutta tutkittiin mittaamalla todellisen ajoneuvon käyttäytymistä. Simulointiympäristö toteutettiin analysoimalla joustavia kappaleita ADAMS dynamiikkaohjelmistolla. Kappaleiden joustavuus mallinnettiin kelluvan koordinaatiston menetelmällä ja siihen käytettiin PATRAN/NASTRAN elementtimenetelmäohjelmistoa. Simulointiympäristön toimivuus testattiin case-esimerkin avulla. Esimerkissä tutkittiin AMV:n alatukivarren rasituksia. Tuloksista havaittiin, että simuloimalla on mahdollista tuottaa maastoajoneuvon rakenteiden jännityshistoria. Eri parametrien tutkiminen onnistuu vaivattomasti, mutta simuloimalla määritetyn kestoiän absoluuttisiin arvoihin tulee suhtautua varauksella.