Kaksiakselisen välijäähdytyksellä, välipoltolla ja rekuperaattorilla varustetun mikrokaasuturbiinin osakuormahyötysuhteen säilyvyyden optimointi

Työssä pyrittiin etsimään differentiaalievoluutioalgoritmilla kaksiakseliselle, välijäähdytyksellä, välipoltolla ja rekuperaattorilla varustetulle mikrokaasuturbiinille sellaiset kompressorien painesuhteet ja rekuperaattorin rekuperaatioaste, että saavutettaisiin mandollisimman hyvä osakuormahyötysuhteen säilyvyys. Osakuormatehon säätömenetelmäksi oli valittu pyörimisnopeussäädön ja turbiinien sisääntulolämpötilan alentamisen yhdistelmä, jossa generaattorilla varustetun akselin pyörimisnopeus sekä molempien turbiinien sisääntulolämpötilat olivat toisistaan riippumatta vapaasti säädettävissä. Työssä löydettiin optimaalinen säätömenetelmien yhdistelmä, jolla saavutetaan parempi osakuormahyötysuhteen säilyvyys, kuin millään käytetyistä menetelmistä yksinään. Lisäksi havaittiin, ettei optimaalinen säätömenetelmä merkittävästi riipu koneikolle valituista suunnittelupisteen parametreista. Osakuormahyötysuhteen säilyvyyden kannalta optimaalinen koneikko ei merkittävästi poikennut suunnittelupisteen hyötysuhteen kannalta optimaalisesta.

Tuulivoimapuiston keskijänniteverkon teknistaloudellinen optimointi

Euroopan Unionin asettamat tavoitteet uusiutuvien energialähteiden lisäämiselle sähköntuotannossa ovat johtamassa tuulivoimalla tuotetun sähkön merkittävään kasvamiseen. Suomeenkin suunnitellaan suuria, useista kymmenistä tuulivoimaloista koostuvia tuulivoimapuistoja niin maalle kuin merelle. Tuulivoimapuiston suunnittelu on kokonaisuudessaan pitkä prosessi, johon sisältyy sähköteknisen suunnittelun lisäksi myös ympäristövaikutusten arviointiohjelma ja erinäiset lupa-asiat. Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää menetelmiä, joiden avulla suurten tuulivoimapuistojen keskijänniteverkon teknistaloudellinen suunnittelu helpottuisi. Tuulivoimapuiston keskijänniteverkon parhaan teknistaloudellisen ratkaisun löytyminen riippuu useista muuttujista. Työssä kehitettiin laskentamallipohja, jonka avulla voidaan helposti ja nopeasti tarkastella erilaisten ratkaisuiden vaikutusta kokonaisuuteen. Tavoite on optimoida teknistaloudellisessa mielessä koko tuulivoimapuiston sisäinen keskijänniteverkko. Kehitettyä laskentamallipohjaa hyödynnettiin esimerkkiprojektina olleen tuulivoimapuiston keskijänniteverkon suunnittelussa. Mallin avulla voidaan laskea nopeasti verkon kustannukset koko pitoajalta. Kustannuslaskelmissa otetaan huomioon investointi-, häviö- ja keskeytyskustannukset.

Jäähdytysnestekierron optimointi tuuliturbiinin konvertterikaapistoon

Diplomityössä perehdytään tuuliturbiinin konvertterikaapiston nestekierron tarkasteluun ja mittausten suunnitteluun sitä varten. Tarkastelun tulokset ovat yhdistettävissä konvertterikaapiston ilmapuolen jäähdytykseen, jolloin koko jäähdytysjärjestelmä on katettu. Työn alkupuolella perehdytään lyhyesti nykyhetken tuulivoimaan. Tämän jälkeen tarkastellaan itse konvertterikaapistoa, sen toimintaa sekä nestejäähdytyksen toteutusta komponentteineen. Työn keskimmäisessä osassa konvertterille tehtiin virtaustekninen malli aiempaa mittausdataa hyväksi käyttäen. Tällä mallilla suoritettiin herkkyystarkasteluja ja simuloitiin konvertterikaapiston nestekierron käyttäytymistä yhden tai useamman haaran tukkeutuessa osittain tai kokonaan. Lisäksi suunniteltiin uusi nestekierto. Lopuksi selvitetään mittauksissa tarvittava laitteisto, perehdytään kunkin laitteen toimintaperiaatteeseen sekä selvennetään suositeltavat asennuspaikat ja suojaetäisyydet.

Monivaiheisen höyryturbiinin optimointi

Tässä diplomityössä optimoitiin nelivaiheinen 1 MWe höyryturbiinin prototyyppimalli evoluutioalgoritmien avulla sekä tutkittiin optimoinnista saatuja kustannushyötyjä. Optimoinnissa käytettiin DE – algoritmia. Optimointi saatiin toimimaan, mutta optimoinnissa käytetyn laskentasovelluksen (semiempiirisiin yhtälöihin perustuvat mallit) luonteesta johtuen optimoinnin tarkkuus CFD – laskennalla suoritettuun tarkastusmallinnukseen verrattuna oli jonkin verran toivottua pienempi. Tulosten em. epätarkkuus olisi tuskin ollut vältettävissä, sillä ongelma johtui puoliempiirisiin laskentamalleihin liittyvistä lähtöoletusongelmista sekä epävarmuudesta sovitteiden absoluuttisista pätevyysalueista. Optimoinnin onnistumisen kannalta tällainen algebrallinen mallinnus oli kuitenkin välttämätöntä, koska esim. CFD-laskentaa ei olisi mitenkään voitu tehdä jokaisella optimointiaskeleella. Optimoinnin aikana ongelmia esiintyi silti konetehojen riittävyydessä sekä sellaisen sopivan rankaisumallin löytämisessä, joka pitäisi algoritmin matemaattisesti sallitulla alueella, muttei rajoittaisi liikaa optimoinnin edistymistä. Loput ongelmat johtuivat sovelluksen uutuudesta sekä täsmällisyysongelmista sovitteiden pätevyysalueiden käsittelyssä. Vaikka optimoinnista saatujen tulosten tarkkuus ei ollut aivan tavoitteen mukainen, oli niillä kuitenkin koneensuunnittelua edullisesti ohjaava vaikutus. DE – algoritmin avulla suoritetulla optimoinnilla saatiin turbiinista noin 2,2 % enemmän tehoja, joka tarkoittaa noin 15 000 € konekohtaista kustannushyötyä. Tämä on yritykselle erittäin merkittävä konekohtainen kustannushyöty. Loppujen lopuksi voitaneen sanoa, etteivät evoluutioalgoritmit olleet parhaimmillaan prototyyppituotteen optimoinnissa. Evoluutioalgoritmeilla teknisten laitteiden optimoinnissa piilee valtavasti mahdollisuuksia, mutta se vaatii kypsän sovelluskohteen, joka tunnetaan jo entuudestaan erinomaisesti tai on yksinkertainen ja aukottomasti laskettavissa.

Henkilöstöresurssien optimointi ja hallinta sataman operaattoriyhtiössä

Työn tavoitteena on selvittää erilaisten työaikamallien ja henkilöstön määrän vaikutuksia Finnsteven henkilöstökustannuksiin ja ylitöiden määrään. Selvitystyö toteutetaan simuloimalla vaihtoehtoisia työaikamalleja ja henkilöstömääriä tilastollisten menetelmien avulla. Työn toisena tavoitteena on ehdottaa yritykselle toimintatapaa suorittaa lopullinen henkilöstöresurssien optimointi. Työn teoriaosuudessa esitellään aluksi yritystä ja sen toimintaympäristöä. Tämän jälkeen tarkastellaan nykyisen TE-sopimuksen mahdollistamia työaikamalleja. Seuraavaksi perustellaan käytettävät tilastolliset menetelmät ja tiedonkeruumenetelmät. Edetessään työ syventyy tarkastelemaan yrityksen tekemän työn kohdentumista aikatyöhön ja ylityöhön sekä viikonpäiville että työvuoroille. Lopuksi kuvataan työn optimoinnissa käytetty logiikka, analysoidaan saatuja tuloksia ja esitellään optimointityökalun toteutussuunnitelma. Diplomityössä tehdyn selvityksen mukaan satamatyössä tehdään nykyisellään erittäin paljon ylitöitä. Siten työaikamallien optimointi on perusteltua. Optimoinnilla saavutettavat potentiaaliset kustannussäästöt ovat erittäin huomattavia. Lopullinen optimointi on haastava tehtävä, jota henkilöstöhallinto ei pysty ratkaisemaan pelkkään kokemukseensa luottaen. Tuotannonsuunnittelun avuksi tarvitaan täten työkalu, joka palvelee paitsi mallien luontia, toimii suunnittelun apuna jatkossakin.

Ydinvoimalaitoksen vuosihuoltoajankohdan optimointi

Viimeaikoina ydinvoima on ollut vahvasti esillä mediassa. Keskustelut lisäydinvoimasta, sähköntuotantomuodoista, Olkiluodon kolmannen ydinvoimalaitosyksikön rakennustöistä, sähkön kulutuksen tulevaisuudesta ja nykyisestä taloustilanteesta ovat vaikuttaneet tarpeeseen tutkia sähkön tuotantokustannuksia ydinvoiman osalta. Tutkimuksessa keskitytään erityisesti ydinvoimalaitosyksiköiden vuosihuolto- ja polttoainekustannuksiin, jotka muodostavat suurimman suunnitellun yksittäisen kustannuserän ydinvoiman käyttöön liittyen. Työ tehdään Teollisuuden Voima Oyj:lle, joka pääsääntöisesti toimii Eurajoen Olkiluodossa. Työssä optimoidaan jokaiselle Olkiluodon ydinvoimalaitosyksikölle mahdollisimman edullinen vuosihuoltoajankohta. Optimaalisin ajankohta määrittyy edullisimman sähkön hinnan, ihanteellisimman käyttöjakson pituuden sekä resurssien saatavuuden perusteella. Ydinvoimalaitosyksiköiden vuosihuoltoajankohdat suunnitellaan siten, että vuosihuollot ovat kokonaisuudessaan ja laitosyksikkökohtaisesti optimaaliset. Työn lopputuloksena on esitys Olkiluodon ydinvoimalaitosyksiköiden optimaalisista vuosihuoltoajankohdista. Työn tuloksien myötä Teollisuuden Voima Oyj:llä on mahdollisuus pienentää vuosihuoltokustannuksiaan ja osaltaan vaikuttaa ydinvoimalla tuotetun sähkön kannattavuuteen. Vuosihuoltoajankohdan optimointi palvelee myös Teollisuuden Voima Oyj:n osakkaiden vaatimuksia.

Tarkastusten turvallinen ja taloudellinen optimointi kattilalaitoksessa

Vuoden 1999 muutos kansallisessa painelaitelainsäädännössä mahdollistaa perinteisten määräaikaistarkastusten korvaamisen aiempaa joustavimmilla tavoilla. Tarkastusresurssit voidaan uuden mallin mukaisesti kohdentaa laitteisiin olemassa olevan, todellisen riskin perusteella, joka osoitetaan asianmukaisin arviointimenettelyin. Nykyiset riskianalyysit ovat osoittautuneet tähän tarkoitukseen liian raskaiksi ja työläiksi. Tässä työssä on kehitetty nykyisten arviointimenetelmien pohjalta näitä kevyempi, riskiperusteinen analyysimalli, jota on testattu kattilalaitoksen riskikohteiden arvioinnissa. Arviointimenettely on rakennettu ensisijaisesti palvelemaan painelaitteiden kunnonvalvontajärjestelmään sisältyvien tarkastusten määrittelyä, mutta se soveltuu yhtälailla perinteisen tarkastustoiminnan rinnalle. Tällöin vältytään päällekkäisiltä tarkastuksilta ja voidaan hyödyntää lainsäädännön suomaa mahdollisuutta tarkastus-aikavälien pidentämiseen sekä säästetään kustannuksissa. Aiempaan nähden, kohteen potentiaaliset riskit voidaan esittää kehitetyllä riskianalyysimallilla yhteismitallisina, jolloin niiden keskinäinen vertailu ja päätöksenteko ovat helpompia.

Tuoteryhmän kehitysprojektin optimointi

Tämä diplomityö toteutettiin Sammet Dampers Oy:ltä saatuna toimeksiantona. Yritys haluaa yhä parempia tuloksia tuoteryhmien kehitysprojekteista, jolloin se asettaa vaatimuksia kehitysprojekteissa käytettävälle kehitysprosessille. Yrityksen täytyy optimoida ja systematisoida käytettävää menetelmää, jotta näihin parempiin tuloksiin voidaan päästä. Työn ensimmäisenä tavoitteena on optimoida yrityksen käytössä oleva tuoteryhmien kehitysprojekteissa käytettävä prosessimalli. Tavoitteen mukaisesti työssä luodaan uusi optimoitu tuoteryhmien kehitysprosessimalli, joka vastaa yrityksen tarpeisiin. Tämä uusi malli kirjataan osaksi yrityksen toiminnanohjausjärjestelmää. Työn toisena tavoitteena on käyttää uutta optimoitua prosessimallia kellopeltien tuoteryhmän kehitysprojektissa. Tätä kehitysprojektia käytetään samalla uuden prosessimallin sisäänajamiseen osaksi yrityksen toimintoja.Tämän diplomityön puitteissa kellopeltien kehitysprojektista käydään läpi kehitysprojektin ensimmäinen osio eli vaatimustenmäärittelyprosessi ja esitellään sen tuloksena syntynyt toteutussuunnitelma. Työn tuloksena syntyneen uuden tuoteryhmien kehitysprojektin prosessimallin avulla voidaan saavuttaa merkittäviä parannuksia tarkasteltaessa kehitysprojektin tuloksia ajankäytön, laadun ja kustannusten suhteen.

Jakelukeskuksen tiedonhallinnan optimointi

Vuoden 2008 lopussa alkaneen talouslaman johdosta myös Polar Electrolla lähdettiin hallitsemaan kuluja aiempaa tehokkaammin. Eri toimintojen kustannukset otettiin tarkempaan ja entistä kriittisempään tarkasteluun. Tällä tavoin pyrittiin löytämään kohtia, joissa toimintoja ja prosesseja pystyttäisiin tehostamaan. Tämän diplomityön tarkoituksena oli löytää ratkaisuja Polar Electron ja logistiikkaratkaisuja tarjoavan Geodis Wilsonin väliseen kommunikaatioon sekä yhtiöiden väliseen tiedonhallintaan. Optimoimalla näiden osa-alueiden toimintaa pystytään saavuttamaan kustannussäästöjä sekä parantamaan toimitusketjun tehokkuutta jakelukeskuksen toiminnan osalta. Ensimmäisenä vaiheena projektissa tunnistettiin nykyiset prosessit ja kuvattiin ne hyödyntäen SCOR-mallin standardikuvaustyyppejä. Näiden kuvausmallien avulla Polarilla voidaan tarkastella logistista ympäristöä uudesta näkökulmasta. Konkreettisena tuloksena työssä saavutettiin viisi kehitysehdotusta, joiden pohjalta prosesseja pystytään muokkaamaan ja edelleen kehittämään.

Liqum-järjestelmän optimointi eräällä paperikoneella

Tämän työn tarkoituksena oli jalkauttaa Liqum Oy:n kehittämä Chemistry Navi-gator (Chena) kunnossapidon ja tuotannon päivittäiseksi työkaluksi prosessin märän pään kemian seurantaan. Chena – analysaattorin mittausteknologia perustuu hapetus – pelkistysreaktioiden mittaamiseen. Analysaattori mittaa paperimassassa olevien ionien ja ionikombinaatioiden konsentraatioita ja aktiivisuuksia kuudella anturilla, joiden toiminta perustuu sähkökemiallisiin muutoksiin mitattavassa näytteessä. Diplomityön tarkoituksena oli erityisesti Chena – järjestelmän toimintakuntoon saattaminen sekä tutkia minkälaisia muutoksia märkäosan kemian tilassa analysaattorilla voidaan havaita. Työn kirjallisuusosassa esitellään yleisesti paperikoneen märkäosan kemiallisia ilmiöitä ja kemian tilan muuttujia. Lisäksi esitellään yleisimpiä prosessiin annosteltavia paperin laatuun sekä prosessin toimivuuteen vaikuttavia kemikaaleja. Kokeellisessa osassa optimoitiin järjestelmässä olevien ajoparametrien raja-arvoja vastaamaan nykypäivän ajo-olosuhteita sekä tutkittiin miten Chenan signaalit reagoivat eri massasuhteilla ja kemikaaliannoksilla. Kokeellisen osassa suoritettujen askelvastekokeiden tulosten perusteella havait-tiin, että peroksidi ja ditioniitti antoivat voimakkaimmat vasteet Chenan signaaleihin varsinkin suuremmilla pitoisuuksilla. Myös retentio- ja vaahdonestoaineen osalta oli havaittavissa selviä vasteita Chenan signaaleissa. Massasuhteiden osalta merkittävimmät vasteet Chenan signaaleihin PK4:n puolella aiheuttivat täysin hylytön massaseos sekä puolet kokonaistilavuudesta päällystämätöntä hylkyä sisältänyt massaseos. PK7:n puolella voimakkaimmat vasteet aiheutuivat alhaisen hylkypitoisuuden massoista. Chena avulla saadaan uutta

Työntömastotrukkien tuotannon optimointi

Tutkimuksessa luodaan Tuko Logistics Oy:n työntömastotrukkien toimintaa opti-moivia toimintaehdotuksia varastonohjausjärjestelmästä saatavan työntömastotruk-kidatan pohjalta. Tutkimus on toteutettu haastattelututkimuksena ja käyttäen apuna tieteellisiä julkaisuja. Tehtävien lomittamistutkimuksen ja loogiseen päättelyn tulok-sena on luotu kaksi toimintaehdotusta: A ja B. Toimintaehdotusten vaikutuksia van-haan järjestelmään verrataan mittareilla, joista osa on tehty jonoteorian jonomallien laskukaavojen pohjalta. Mittareita ovat: tehdyt tehtävät tunnissa, tuottamattoman ajon suhde tuottavaan, normaalitehtäväjonon pituus ja normaalitehtäväjonon koko-naisodotusaika. Toimintaehdotus B osoittautuu tehokkaammaksi ehdotukseksi, mutta Toimintaehdotus A:lla voi varmistaa tehtävien riittämisen työntömastotrukeille. Tut-kimuksessa ehdotetaan myös muita työntömastotrukkien toimintaa optimoivia muu-toksia, jotka voidaan ottaa käyttöön jokaisessa toimintamallissa.

Yliopistovalaistuksen energiatehokkuuden optimointi lamppuvalinnoilla

Tässä julkaisussa tarkastellaan valaistuksen energiatehokkuutta erityisesti lamppujen kannalta. Aluksi tutustutaan valaistukseen ja sen suunnitteluun teoriassa. Empiriaosuudessa esitellään energiatehokkaita lamppuja, joita voidaan käyttää yliopistovalaistuksessa. Lopuksi suositellaan näistä energiatehokkaimpia valaistuksen toteutukseen.