Vaihtosuuntaajan reaaliaikainen lämpömalli

Vaihtosuuntaajan IGBT-moduulin liitosten lämpötiloja ei voida suoraan mitata, joten niiden arviointiin tarvitaan reaaliaikainen lämpömalli. Tässä työssä on tavoitteena kehittää tähän tarkoitukseen C-kielellä implementoitu ratkaisu, joka on riittävän tarkka ja samalla mahdollisimman laskennallisesti tehokas. Ohjelmallisen toteutuksen täytyy myös sopia erilaisille moduulityypeille ja sen on tarvittaessa otettava huomioon saman moduulin muiden sirujen lämmittävä vaikutus toisiinsa. Kirjallisuuskatsauksen perusteella valitaan olemassa olevista lämpömalleista käytännön toteutuksen pohjaksi lämpöimpedanssimatriisiin perustuva malli. Lämpöimpedanssimatriisista tehdään Simulink-ohjelmalla s-tason simulointimalli, jota käytetään referenssinä muun muassa implementoinnin tarkkuuden verifiointiin. Lämpömalli tarvitsee tiedon vaihtosuuntaajan häviöistä, joten työssä on selvitetty eri vaihtoehtoja häviölaskentaan. Lämpömallin kehittäminen s-tason mallista valmiiksi C-kieliseksi koodiksi on kuvattu tarkasti. Ensin s-tason malli diskretoidaan z-tasoon. Z-tason siirtofunktiot muutetaan puolestaan ensimmäisen kertaluvun differenssiyhtälöiksi. Työssä kehitetty monen aikatason lämpömalli saadaan jakamalla ensimmäisen kertaluvun differenssiyhtälöt eri aikatasoille suoritettavaksi sen mukaan, mikä niiden kuvaileman termin vaatima päivitysnopeus on. Tällainen toteutus voi parhaimmillaan kuluttaa alle viidesosan kellojaksoja verrattuna suoraviivaiseen yhden aikatason toteutukseen. Implementoinnin tarkkuus on hyvä. Implementoinnin vaatimia suoritusaikoja testattiin Texas Instrumentsin TMS320C6727- prosessorilla (300 MHz). Esimerkkimallin laskemisen määritettiin kuluttavan vaihtosuuntaajan toimiessa 5 kHz kytkentätaajuudella vain 0,4 % prosessorin kellojaksoista. Toteutuksen tarkkuus ja laskentakapasiteetin vähäinen vaatimus mahdollistavat lämpömallin käyttämisen lämpösuojaukseen ja lisäämisen osaksi muuta jo prosessorilla olemassa olevaa systeemiä.

Innovaatio-ohjelmatoiminnan suorituskyvyn mittaus

Tutkimuksen tavoitteena on luoda viitekehys yritysten innovaatiotoimintaa ohjelmatoiminnalla tukevan julkisen organisaation suorituskyvyn mittaamiseksi. Tutkimus on luonteeltaan tapaustutkimus ja tutkimusotteena siinä käytetään toiminta-analyyttistä tutkimusotetta. Tutkimuksen empiirinen aineisto kerättiin havainnoimalla, keskusteluilla, haastatteluilla sekä ryhmätyöskentely-menetelmillä. Luodun viitekehyksen mukaan innovaatiotoimintaa ohjelmatoiminnalla tukevan julkisen organisaation tuottama julkinen arvo syntyy pienentämällä innovaatio-toiminnan markkina- ja järjestelmähäiriöitä, joka tapahtuu tarjoamalla rahalista tukea sekä palveluita. Näin innovaatiotoiminnan tuloksellisuus ja positiiviset ulkoisvaikutukset lisääntyvät. Tämä johtaa lopulta talouden kasvamiseen sekä yhteiskunnan ja ympäristön hyvinvointiin. Innovaatiotuella voidaan säädellä myös innovaatiotoiminnan aluetta ja näin luoda arvoa pureutumalla yhteiskunnan ongelmakohtiin. Tämän lisäksi kansalaisille on todennäköisesti arvokasta organisaatiota kohtaan tuntema luottamus, jota kasvattavat luultavasti esimerkiksi resurssien tehokas käyttö, oikeudenmukainen toiminta, asiakkaiden yhden-mukainen kohtelu, todennetut tulokset ja vaikutukset sekä toiminnan läpinäkyvyys. Viitekehyksen pohjalta muodostettiin Ohjelmat-ydinprosessin suorituskyvyn mittaristo. Aluksi kuvattiin ydinprosessin tavoitteet, joita tarkennettiin vaikuttavuusmallilla sekä sidosryhmäanalyysillä. Seuraavaksi muodostettiin ydinprosessille strategiakartta ja tunnistettiin sen kriittiset menestystekijät. Tuloksena syntyi mittaristo, jossa on 84 potentiaalista prosessin suorituskykyä mittaavaa mittaria. Lopuksi mittaristoa tarkasteltiin kokonaisuutena ja todettiin se kohtalaisen hyvin onnistuneeksi.

Aksiaalipuhaltimen tunnuskentän mittaus

Puhaltimen tunnuskenttä koostuu puhallinkäyristä, jotka esittävät puhaltimen toimintaa tietyllä pyörimisnopeudella ja siipikulmalla. Puhallinkäyrä on graafinen esitys, jossa yleensä käytetään x-akselilla tilavuusvirtaa ja y-akselilla puhaltimen kokonais- tai staattista painetta. Tässä kandidaatintyössä on tavoitteena todeta puhaltimen valmistajan ilmoittaman tunnuskentän paikkansapitävyys. Aksiaalipuhaltimen suoritusarvojen mittaus toteutetaan tässä kandidaatintyössä yhdellä pyörimisnopeudella ja siipikulmalla. Työssä esitetään mittausjärjestelyt, tarvittavat mittalaitteet sekä tunnuskentän laskentaan käytettävät yhtälöt. Saaduista mittaustuloksista tuotetaan puhaltimen tunnuskenttä. Mittausepävarmuusrajoissa mittaustulokset eivät vastaa valmistajan ilmoittamaa tunnuskenttää. Tämä saattaa johtua turbulenttisesta virtauksesta puhaltimen imuaukolla. Virtauksen muuttaminen aksiaaliseksi on mahdollista virtauksen oikaisijalla tai liittämällä kaksi eri suuntiin pyörivää puhallinta sarjaan. Sarjassa toimivat puhaltimet kasvattavat kokonaispainetta. Tilavuusvirran kasvattamiseksi voidaan joko liittää kaksi puhallinta rinnan tai nostaa puhaltimen pyörimisnopeutta.

Kaarihitsauksen suojakaasun tunnistus ja virtauksen mittaus ultraäänellä

Kaasukaarihitsauksessa suojakaasuna käytetään yleensä argonin ja hiilidioksidin tai argonin ja heliumin seoksia. Suojakaasu vaikuttaa useisiin hitsausominaisuuksiin, jotka puolestaan vaikuttavat hitsauksen laatuun ja tuottavuuteen. Automaattisella suojakaasun tunnistuksella ja virtausmäärän mittauksella voitaisiin tehdä hitsauksesta paitsi käyttäjän kannalta yksinkertaisempaa, myös laadukkaampaa. Työn tavoite on löytää mahdollisimman edullinen ja kuitenkin mahdollisimman tarkasti kaasuseoksia tunnistava menetelmä, jota voitaisiin hyödyntää MIG/MAG-hitsauskoneeseen sisäänrakennettuna. Selvä etu on, jos menetelmällä voidaan mitata myös kaasun virtausmäärä. Äänennopeus kaasumaisessa väliaineessa on aineen atomi- ja molekyylirakenteesta ja lämpötilasta riippuva ominaisuus, joka voidaan mitata melko edullisesti. Äänennopeuden määritys perustuu ääniaallon kulkuajan mittaamiseen tunnetun pituisella matkalla. Kaasun virtausnopeus on laskettavissa myötä- ja vastavirtaan mitattujen kulkuaikojen erotuksen avulla. Rakennettu mittauslaitteisto koostuu kahdesta ultraäänimuuntimesta, joiden halkaisija on 10 mm ja jotka toimivat sekä lähettimenä että vastaanottimena. Muuntimet ovat 140 mm:n etäisyydellä toisistaan virtauskanavassa, jossa suojakaasu virtaa yhdensuuntaisesti äänen kanssa. Virtauskanava on putki, jossa on käytetty elastisia materiaaleja, jotta ääniaaltojen eteneminen kanavan runkoa pitkin minimoituisi. Kehitetty algoritmi etsii kahden lähetetyn 40 kHz:n taajuisen kanttiaaltopulssin aiheuttaman vasteen perusteella ääniaallon saapumisajanhetken. Useiden mittausten, tulosten lajittelun ja suodatuksen jälkeen tuntemattomalle kaasulle lasketaan lämpötilakompensoitu vertailuluku. Tuntematon kaasu tunnistetaan vertailemalla lukua tunnettujen kaasuseosten mitattuihin vertailulukuihin. Laitteisto tunnistaa seokset, joissa heliumin osuus argonissa on enintään 50 %. Hiilidioksidia sisältävät argonin seokset puolestaan tunnistetaan puhtaaseen hiilidioksidiin asti jopa kahden prosenttiyksikön tarkkuudella. Kaasun tilavuusvirtausmittauksen tarkkuus on noin 1,0 l/min.

Keskipakopumpun suorituskyvyn mittaus

Tässä kandidaatintyössä mitataan Sulzer APP 22-80 – keskipakopumpun suoritusarvoja pyörimisnopeusalueella 750 … 1500 rpm. Työn tavoitteena on laatia mittaustulosten perusteella eri pyörimisnopeuksia vastaava pumppauksen hyötysuhdekäyrä nostokorkeuden ja tilavuusvirran funktiona ja selvittää hyötysuhteen määrityksen epävarmuus käytetyssä mittausmenetelmässä. Lisäksi tutkitaan affiniteettisääntöjen paikkansapitävyyttä pumpun suorituskyvyn arvioinnissa ja pohditaan kehitysehdotuksia mittausmenetelmään. Mittaus suoritettiin Lappeenrannan teknillisellä yliopistolla 2.11.2012. Mittaustulosten perusteella laaditaan mitattuja pyörimisnopeuksia vastaavat pumpun ominais- ja hyötysuhdekäyrät. Työssä esitetään mittauksen suoritus ja käytetyt mittalaitteet, pumpun toiminta-arvojen laskentaan tarvittavat yhtälöt ja saadut tulokset. Hyötysuhteen määri-tyksen tarkkuutta arvioidaan epävarmuuslaskennalla ja eri parametrien vaikutusta hyötysuhteeseen herkkyysanalyysilla. Mittaustulosten perusteella pumpun suorituskyky vastasi sallitun mittausepävarmuuden rajoissa valmistajan ilmoittamia arvoja. Affiniteettisääntöjä voidaan käyttää hyvällä tarkkuudella, kun pyörimisnopeuden muutos nimellispyörimisnopeuteen verrattuna on alle 30 % tai verrattava pyörimisnopeus voidaan valita mahdollisimman läheltä laskettavaa toimintapistettä. Käytettyä mittausmenetelmää voitaisiin kehittää automatisoidulla mittausohjelmalla, sijoittamalla pumpun imuputkeen virtaustasaimet oikaisemaan virtausta paineenmittaukselle ja asentamalla painemittarit samaan mittatasoon.

Kappaletavarayrityksen toimintaprosessi ja suorituskyvyn mittaus

Yrityksen prosessit ovat viimeaikoina nousseet kiinnostaviksi tutkimuskohteiksi. Toimintaprosessi on yksi yrityksen sisäisistä prosesseista, jonka tarkoituksena on tuottaa arvoa asiakkaalle sekä osakkeenomistajille. Nämä prosessit ovat arkipäiväisiä yrityksille, jotka tuottavat tuotteita ja palveluita sekä toimittavat niitä asiakkailleen. Myös suorituskyvyn mittaaminen on noussut tärkeäksi osaksi yritysten toimintaa. Balanced Scorecard on yksi suorituskyvyn mittaamisen työkalu. Työkalun neljä näkökulmaa antavat monipuolisen mahdollisuuden mitata suorituskykyä. Mittariston ja mittareiden valinta on oleellista luotettavan mittaustuloksen saamiseksi. Työn tavoitteena on tuoda näkyväksi toimintaprosessin eri osat kappaletavarayrityksessä sekä analysoida niitä Balanced Score Cardin avulla. Toimintaprosessien mittaamisessa tärkeää on saada oikeaa ja riittävää tietoa mitattavasta kohteesta. Toimintaprosesseista jakelu, toimitus, tuotanto, riskien hallinta, myynti ja markkinointi sekä huolto ovat nostettu tarkasteltaviksi kappaletavarayrityksen kohdalla. Tasapainoisen mittariston rakentamisessa hyödynnettiin laadullisia kuin rahamääräisiä mittareita. Näin saatiin mahdollisimman laaja kuva yrityksen sen hetkisestä suorituskyvystä.

Tukin mittaus ja optimointi sahalinjassa

Tukin mittaus ennen sahausta ja sahausasetteen optimointi on kehittynyt paljon viimeisen 10 vuoden aikana. Sahauksen kannattavuuden huonontuessa raaka-aineen tehokas hyödyntäminen on muodostunut tärkeäksi osaksi prosessia. Mittalaitteiden tekniikan kehityttyä on ollut mahdollista mitata tukin muoto ja halkaisijat eri kohdista entistä tarkemmin. Sahausasetteen optimoinnilla pyritään raaka-aineen mahdollisimman tehokkaaseen käyttöön eli saamaan mahdollisimman hyvä saanto jokaisesta yksittäisestä sahatusta tukista. Mittaustarkkuus on suoraan kytköksissä sahausasetteen optimointi tuloksen onnistumiseen. Yleisesti tukin mittaus ennen sahausta ja sahausasetteen optimointi tulevat samalta toimittajalta. Työssä tarkasteltiin kahden eri toimittajan tukkimittareita sekä optimoinnin onnistumista sen perusteella. Käytössä oli lasikuituinen mallitukki, jota mitattiin kummankin toimittajan mittareilla. Näin voitiin suoraan vertailla mittauksen ja optimoinnin onnistumista ja verrata sitä optimaalisiin tuloksiin. Työssä käytettiin kandidaatintyössä luomaani toimintamallia tukkimittarin tarkkuuden toteamiseksi. Mittaus- ja optimointivirheistä pystyttiin laskemaan, kuinka paljon tappiota sahalaitokselle aiheutui verrattuna optimaaliseen mittaus- ja optimointitulokseen. Jo pienetkin virheet optimoinnissa ja mittauksessa vaikuttavat sahauksen kannattavuuteen, kun tarkastellaan sahalaitosta jossa sahataan 8000 – 10 000 tukkia yhden työvuoron aikana. Tulosten perusteella mittarit mittaavat hieman virheellisesti, ja kummankin mittarin mittausten perusteella saatiin eri sahausasete optimointitulokseksi. Mittavirheen takia voitiin todeta, että parantamalla mittaustarkkuutta voidaan sahauksen kannattavuutta parantaa.

Reaaliaikainen personoitu tuotannonseurantajärjestelmä

Kandidaatintyön loppuraportti on tehty asiakasyritykselle, jolla on räätälöity ”itse tehty” tuotannonohjausjärjestelmä. Tämä nykyinen tuotannonohjausjärjestelmä soveltuu hyvin massatuotantona tapahtuville eri tuotteiden työvaiheiden siirtymisille. Se ei kuitenkaan mahdollista helppokäyttöistä tuotantovaiheiden ja työvaiheiden reaaliaikaista seurantaa. Kandidaatintyön tarkoituksena on lisätä seurantaa fyysisille tuotantolaitteille, jotka eivät ole yhteydessä tuotannonohjausjärjestelmän kanssa. Projektin kehityskohteena on tehdä oma, irrallinen, helppokäyttöinen, personoitava, www -pohjainen käyttöliittymä, jonka seurantapisteitä voidaan hallinnoida varsin itsenäisesti, ilman ulkoisia kumppaneita.

Venttiilin painehäviön mittaus

Kandidaatintyössä pyritään löytämään mittausjärjestelyt takaiskuventtiilin painehäviön mittaamiseksi laboratorio-olosuhteissa. Käyttöolosuhteissa putkistossa on laboratorio-olosuhteita suuremmat virtausnopeudet ja paineet, mikä vaikuttaa fluidin käyttäytymiseen ja siten mittaustulokseen.

Suorituskyvyn mittaus ja controller toimintojen kehittäminen Venäjällä toimivassa yhteisyrityksessä

Tässä työssä tutkittiin kahden suomalaisen yrityksen omistamaa yhteisyritystä Venäjällä. Tavoitteena oli kehittää tasapainotettu mittaristo suorituskyvyn mittaukseen johtamisen tueksi. Lisäksi oli tarve parantaa materiaalinhallintaa kehittämällä controllerin työtä helpottava työkalu, sekä kehittää materiaalinhallinnan prosessia läpinäkyvämmäksi ja suoraviivaisemmaksi. Työ koostuu teoreettisesta ja empiirisestä osuudesta. Teoria koostuu raportoinnista, suorituskyvyn mittauksesta ja materiaalinhallinnan seurannasta. Työssä käytettiin laadullisia menetelmiä ja tutkimustyypiksi valikoitui toimintatutkimus. Teoreettinen aineisto on peräisin julkaisuista ja alan kirjallisuudesta. Empiirinen aineisto kerättiin pääosin haastatteluista, benchmarkkauksesta ja dokumenteista. Työn tuloksena saavutettiin päätavoite, eli kehitettiin Excel – pohjaiset työkalut suorituskyvyn mittaukseen ja materiaalinhallinnan seurantaan. Lisäksi kehitettiin kirjallinen ohjeistus näiden työkalujen käyttöön ja materiaalinhallintaprosessien suoraviivaistamiseksi. Diplomityö helpottaa yrityksen johtamista ja kontrollointia sekä sisäisesti että ulkoisesti omistajanäkökulmasta katsottuna. Venäjällä toimivan ulkomaalaisomisteisen yrityksen seuranta on haastavaa, jossa prosessien toimivuus ja läpinäkyvyys ovat olennaisessa roolissa.