Epäsymmetrisen siipiprofiilin suunnittelu alisooniseen tuulitunneliin

Työssä perehdytään alisoonisen tuulitunnelin käyttöön ja mittaamiseen, sekä suunnitellaan epäsymmetrinen siipiprofiili. Työssä esitellään myös tuulitunnelimittauksissa käytettäviä mittalaitteita ja mittaustekniikoita.

Mielipidekyselyjärjestelmän suunnittelu ja toteutus

Tämän työn tavoitteena on suunnitella yksinkertainen Internet-pohjainen mielipidekyselyjärjestelmä sekä esitellä yksityiskohtaisesti järjestelmän toteutus ja siihen liittyvät menetelmät. Menetelmistäesitellään ainoastaan ennalta valitut menetelmät järjestelmän toteutukseen, tietojen esittämiseen, esitystavan muotoiluun sekä tietojen varastointiin. Järjestelmä toteutetaan HTML- ja PHP-kielillä sekä käyttämällä CSS-menetelmän tyylimuotoiluja ja XML-kielen muotoiluun perustuvia tiedostoja tietovarastoina. Järjestelmän suunnitteluun liittyen työssä pyritään kuvaamaan järjestelmään toteutettavat kaksi erillistä käyttöliittymää, pääkäyttäjän käyttöliittymä ja normaalin käyttäjän käyttöliittymä, sekä näihin toteutettavat toiminnot. Pääkäyttäjän tärkeimmät toiminnot ovat mielipidekyselyiden luominen, käyttäjien lisääminen kyselyihin sekä kyselyiden tulosten seuranta. Normaalin käyttäjän toiminnot taas rajoittuvat kirjautumiseen ja kyselyyn vastaamiseen. Järjestelmän toteutuksen kuvauksessa kuvataan tarkasti edellä mainittujen kahden käyttöliittymän toiminnot sekä näiden toimintojen toteutustavat. Lisäksi toteutuksen kuvauksen yhteydessä määritellään tarkasti järjestelmän tietovarastoina toimivien tiedostojen sisällön muoto. Työn lopputuloksena syntyi valituilla toteutustavoilla toteutettu toimiva mielipidekyselyjärjestelmä sekä tämä järjestelmän suunnitteluun ja toteutuksen selvittämiseen keskittynyt dokumentti. Toteutetusta järjestelmästä ei tullut täydellinen vaan jatkokehityksessä voidaan harkita esimerkiksi tietokannan käyttämistä järjestelmän tietovarastoina sekä joidenkin lisäominaisuuksien toteuttamista. Tavoitteeseen päästiin kuitenkin, sillä toteutettu järjestelmä on toimiva ja käyttötarkoitukseensa sopiva.

Aksiaalisen labyrinttitiivisteen virtaustekninen suunnittelu

Tutkimuksessa selvitettiin eri laskentamenetelmien sopivuutta labyrinttitiivisteen vuodon arviointiin. Tutkimus perustuu julkaistuun kirjallisuuteen ja aikaisemmin suoritettuihin ja raportoituihin koetuloksiin. Omia laboratoriomittauksia ei tehty. Raportissa esitetään virtaustekniset ja termodynaamiset perusteet virtaukselle labyrinttitiivisteessä sekä esitellään ja vertaillaan tärkeimpiä menetelmiä tiivisteen vuodon laskemiseksi. Saatujen tulosten perusteella laadittiin mikrotietokoneohjelma, joka laskee aksiaalisen labyrinttitiivisteen vuodon sekä tärkeimpiä virtausteknisiä suureita. Laskenta perustuu yksiulotteiseen malliin. Ohjelmalla voidaan laskea vesi- ja kaasutiivisteitä neljällä eri menetelmällä. Ohjelman laskemia tuloksia verrataan lukuisten eri tutkijoiden mittaustuloksiin ja elementtimenetelmällä laskettuihin kolmiulotteisiin virtausmalleihin. Tässä raportissa esitetyillä menetelmillä saadaan melko luotettava arvio labyrinttitiivisteen läpi vuotavalle massavirralle. Se on riittävän tarkka käytettäväksi turbokoneiden suunnittelussa ja sitä voidaan varauksin käyttää myös uusien tiivisteiden suunnittelussa. Raportin lopussa esitetään mahdollisia jatkotutkimuksen aiheita.

Aksiaaliturbiinin suunnittelu kokemusperäisillä häviökertoimilla

Tässä raportissa on esitettyaksiaalisen turbiinivaiheen suunnittelun perusperiaatteet perustuen ideaalikaasun paisuntaprosessin termodynamiikkaan yhdistettynä kokemusperäisiin häviökertoimiin. Häviökertoimien avulla voidaan arvioida turbiinin siivistössä syntyvien aerodynaamisten häviöiden suuruutta ja jakaantumista. Niiden määrittämiseksi on esitetty yhteenvetomaisesti kolme tunnettua ja kirjallisuudessa runsaasti siteerattua laskentamenetelmää. Esitettyjen laskentaperiaatteiden avulla voidaan arvioida annetuissa toimintaolosuhteissa tietyllä virtaus- ja siipigeometrialla rakennetun turbiinivaiheen teho, hyötysuhde ja paisuvan kaasun tila-arvot eri kohdissa turbiinia. Annetut yhtälöt ovat suhteellisen helposti ohjelmoitavissa tietokoneella ohjelmaksi, mikä käytännössä helpottaa huomattavasti esimerkiksi optimaalisen virtausgeometrian etsintää tai off-design analyysiä. Saadut tulokset eivät välttämättä ole absoluuttisen tarkkoja johtuen tehdyistä yksinkertaistuksista ja häviökertoimien epätarkkuuksista. Ne soveltuvat kuitenkin hyvin suuruusluokkatarkasteluun ja erilaisten ratkaisujen suhteellisten erojen arviointiin sekä lähtökohdaksi tarkempaan numeeriseen laskentaan (CFD). Työ liittyy LTKK:n Energiatekniikan osastolla tehtävään suurnopeustekniikan koelaitetutkimukseen. Työssä esitettyjä menetelmiä on hyödynnetty käänteisen Brayton-prosessin turbiinin rakenteellisessa esisuunnittelussa ja feasibility-selvityksessä. Lisäksi raportti on hyödyksi turbotekniikan opetusmateriaalina.

Hiilinanoputkireaktorin suunnittelu

Hiilinanoputki on vasta 90-luvun alussa löydetty uusi hiilestä koostuva materiaali, jonka erinomaiset mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet tarjoavat niiden käytölle useita mahdollisia sovelluskohteita. Teknologian puute ja valmistusmenetelmien korkeat kustannukset ovat kuitenkin estäneet tehokkaasti niiden käytön nykyisten materiaalien ja puolijohteiden korvaajana. Tämän työn tarkoituksena on esitellä yleisimmät menetelmät hiilinanoputkien syntetisoimiseksi sekä suunnitella laite yksiseinäisten hiilinanoputkien tuottamiseen kemiallisen höyrydeposition avulla. Lisäksi tavoitteena on luoda laitteelle modulaarinen rakenne, jolloin sen eri osien korvaaminen rajapintojen sallimissa rajoissa on helppoa. Reaktorin mekaanisen suunnittelun ja komponenttien valinnan lisäksi työssä käsitellään laitteen kaasu- ja lämpövirtauksia, prosessissa tärkeiden katalyyttipartikkelien tuotantoa sekä laitteessa tarvittavien jäähdytysjärjestelmien mitoituksia. Tuloksena syntyi helposti toteutettava suunnitelma yksiseinäisiä nanoputkia tuottavan reaktorin valmistamiseksi. Työ jatkuu laitteen rakentamisella, testaamisella sekä jatkokehittelyllä.

Nelitietrukin ohjausjärjestelmän suunnittelu QFD-laatutyökalua hyväksikäyttäen

Tämä työ käsittelee tuotekehitysprojektia, jonka tarkoituksena on suunnitella uusi nelitietyöntömastotrukki asiakaslähtöisesti QFD-laatutyökalua hyväksi käyttäen. Työ esittelee QFD-laatutyökalun, sekä varsinkin sen nelivaiheisen ASI:n toimintamallin. Työ antaa myös perusvalmiudet ASI:n toimintamallin käyttöön tuotekehitysprojektissa. Työssä keskitytään tarkastelemaan uuden ohjausjärjestelmän mekaanista kehittelyä. Suunnittelutyössä käytetään hyväksi ASI:n (American Supplier Institute) nelivaiheista QFD-laatutyökalua, joka on autoteollisuuden toimintatapoihin perustuva QFD-tekniikka. QFD tulee sanoista Quality Funcktion Deployment ja vapaasti suomennettuna se merkitsee asiakaslähtöinen tuotesuunnittelu. Nelivaiheinen QFD-malli koostuu seuraavista matriiseista: 1. Tuotteen suunnittelu, 2. osien suunnittelu ja kehittäminen, 3. prosessin suunnittelu sekä 4. tuotannon suunnittelu. Matriisin tulokset muodostavat aina seuraavan matriisin lähtökohdat. Ensimmäisen matriisin lähtökohdat muodostuvat asiakastarvekuvauksesta, joka saadaan haastatteluista, tutkimuksista yms. Tuotekehitysprojektissa kehitetty TEM-monitietrukki, jossa rajattomasti ympäripyöriviä tukipyöriä ohjataan CAN-väylän kautta älykkäällä ohjauslogiikalla, on markkinoilla erittäin kilpailukykyinen sekä ominaisuuksiensa että hintansa puolesta. QFD yhdessä huolellisesti analysoidun asiakastarvekuvauksen kanssa selkeyttää ja priorisoi tuotteen spesifikaation määrittelyä sekä ohjaa tuotteen kehittelyä ja tuotannollistamista. Tuotekehitysprojekti pysyy aikataulussaan ja tuotannollistamisen kynnyksellä tehtävät muutokset vähenevät selkeän jäsentelyn ansiosta.

Ostoreskontra –moduulin suunnittelu ja toteutus Sähkömies –taloushallinto-ohjelmistoon

Sähkömies -taloushallinto-ohjelmisto on pienille sähköalan yrityksille suunnattu valmisohjelmisto. Se on tarkoitettu tehostamaan talous- ja materiaalihallinnon tehtäviä yrityksessä. Tämän työn tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa ostoreskontra –moduuli Sähkömies –taloushallinto-ohjelmistoon. Ostoreskontra -ominaisuuden lisääminen ohjelmistoon on saanut alkunsa useiden asiakkaiden palautteesta saada automatisoitua yrityksen ostoreskontra -toiminto. Samalla ohjelmistosta saadaan kilpailukykyisempi tuote sähköalalla. Työssä on ensiksi tutkittu ostoreskontran yleistä toimintamallia. Ohjelmiston kehitysprosessissa on sovellettu vesiputous –ohjelmistoprosessimallia. Ostoreskontra –moduulin vaatimukset on määritelty yhdessä avainasiakkaiden kanssa. Ohjelmiston toiminnallisuuden määrittelyssä on käytetty use case –menetelmää. Vaatimusmäärittelyyn ja toiminnalliseen määrittelyyn perustuen on suunniteltu tietokantataulut, käyttöliittymälomakkeet sekä tehty ohjelmamäärittelyt. Ohjelmiston toteutukseen on käytetty Visual Basic –sovelluskehitintä sekä Access 2000 –tietokanta-ohjelmistoa.Työn lopullista onnistumista on vielä aikaista arvioida, koska ohjelmiston ostoreskontra –moduulin sisältävää versiota ei ole vielä toimitettu asiakkaille. Lupaavaa palautetta on kuitenkin tullut projektissa tiiviisti mukana olleilta asiakkailta.

Voimalaitoksen tuotannon optimointijärjestelmän suunnittelu

Tässä diplomityössä on suunniteltu ja toteutettu tuotannon optimointijärjestelmä Kotkan Energia Oy:n tuotantolaitoksille sekä osto- ja myyntisopimuksille. Työssä on kerätty ja laskettu Kotkan Energian tuotantolaitosten teknisiä ja suunnittelutietoja, sekä esitelty eri laitteiden ja tuotantolaitosten toimintaa. Lisäksi on käyty läpi kaukolämmön ja prosessihöyryn kulutusta, kulutuksien ennustamista ja tuotantojärjestelmiä, sekä sähkökauppaa ja laitoksilla käytettävien polttoaineiden ominaisuuksia ja hintoja. Voimalaitoksen laitteille on laskettu hyötysuhteet ja tuotteiden hinnat erilaisilla kuormilla. Laskelmien avulla on tehty polynomisovitteet laitteiden hyötysuhteille. Polynomisovitteet ja muu laitosten toiminnasta kerätty ja laskettu tieto on siirretty Kotkan Energian tietohallintopäällikön kanssa yhteistyössä kehitettyyn tietokonepohjaiseen optimointiohjelmaan. Myös optimoinnin teoriaa ja menetelmiä on käyty lyhyesti läpi. Optimointiohjelman avulla pystytään nyt laskemaan erilaisten kaukolämmön, prosessihöyryn ja sähkön hintojen ja kulutusten mukaisia optimaalisia ajotapoja Hovinsaaren voimalaitoksen tuotannolle ja hankintasopimuksille. Optimointiohjelmalla pyritään maksimoimaan energiantuotannon kokonaistuottoa tai minimoimaan tuotantokustannuksia annettujen ja ennustettujen alkuarvojen mukaisesti. Ohjelman antamia tuloksia voidaan käyttää apuna esimerkiksi tuotannon suunnittelussa ja budjetoinnissa. Laskelmat ja ohjelman kehittäminen ovat onnistuneet hyvin ja ohjelman käyttämisestä ja testaamisesta saadut tulokset vaikuttavat oikeanlaisilta ja luotettavilta. Optimointiohjelma on nyt käytössä ja jatkokehittely jatkuu myös diplomityön valmistumisen jälkeen.

Ohjelmistolisenssien hallintaprosessin suunnittelu

Varsinkin suurissa yrityksissä ohjelmistolisenssien hallinta on erittäin vaikeaa, ellei sen hoitamiseen ole käytössä toimivaa menetelmää. Nykyisin markkinoilla on useita valmissovelluksia helpottamaan ohjelmistolisenssien hallintaa, mutta pelkkä ohjelmisto ei yleensä riitä. Ohjelmistolisenssien hallinnan järkevöittämiseksi, tarvitaan lisäksi suunniteltu prosessi, jota voidaan tarvittaessa tukea valmissovelluksella. Tässä työssä keskitytään ohjelmistolisenssien hallintaprosessin suunnitteluun. Suunnittelu aloitetaan selvittämällä lähtötilanne sekä prosessin todellinen tarve. Nykyisen toimintatavan ongelmien ja käyttäjien asettamien vaatimusten perusteella luodaan prosessille tarvelauseet, jotka pyritään toteuttamaan suunnitellun prosessin avulla. Prosessia tukemaan voidaan tarpeen mukaan hankkia ohjelmistolisenssien hallintajärjestelmä markkinoilla olevista vaihtoehdoista. Työn tuloksena annetaan jatkotoimenpidesuositus viemään eteenpäin Lappeenrannan teknillisen yliopiston ohjelmistolisenssien hallintaprosessia. Jatkotoimenpidesuositus sisältää perustelut ehdotetulle prosessille sekä järjestelmäsuosituksen. Näiden tarkoituksena on helpottaa ohjelmistolisenssien hallintaprosessin ja -järjestelmän lopullista valintaa sekä käyttöönottoa.

Alkuaineanalysaattorin keskusyksikön suunnittelu ja toteutus

Tässä diplomityössä esitellään jatkuvatoimisen alkuaineanalysaattorin kehitykseen liittyvän projektin alkuosa. Tässä osuudessa on tarkoituksena löytää analysaattorin vanhalle keskusyksikölle uusi korvaava kaupallinen prosessorikortti sekä suunnitella ja toteuttaa uudelle keskusyksikölle analysaattorin toiminnan vaatima ohjelma. Hihna-analysaattori on sulautettu reaaliaikajärjestelmä. Työssä esitellään sulautetun järjestelmän suunnittelun ja toteutuksen yleisiä toimintatapoja ja ratkaisuja. Erilaisista toteutusvaihtoehdoista esitellään niiden etuja ja haittoja. Työn toteutuksessa käytetään PC/104-standardin mukaisia valmiita kaupallisia yksiköitä. Tämä ISA-standardin laajennus soveltuu hyvin käytettäväksi sulautetussa järjestelmissä. Uudella keskusyksiköllä on mahdollista liittyä analysaattorin jäljelle jääviin yksiköihin erillisen sovitinkortin välityksellä. Työn lopputuloksena valittu toteutusratkaisu mahdollistaa analysaattorijärjestelmän vapaan jatkokehityksen, mikä ei ollut mahdollista vanhalla toteutuksella. Analysaattoriin on nyt mahdollista kehittää uusia ominaisuuksia, ja lisäksi sen nykyinen toiminta on hallitaan paremmin.

Kaasunpolton tutkimuslaitteiston mittausten suunnittelu

Tämä diplomityö on Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa aloitetun kaasunpolttotutkimushankkeen ensimmäinen tutkimusjakso. Tutkimushanketta varten on LTY:n voimalaitostekniikan koepolttolaboratoriossa rakennettu kaasunpolton tutkimuslaitteisto, jolla tässä diplomityössä perehdytään kaasuliekin lämpötilan mittausmenetelmiin, lämmönsiirtoon ja syntyviin päästöihin neste- ja maakaasupoltossa. Hankkeen toisessa tutkimusjaksossa laitteistolla tutkitaan regenaratiivista polttoa, ja polttoaineena käytetään neste- ja maakaasun lisäksi muita kaasuja kuten vetyä ja erilaisia seoskaasuja. Kaasunpolttotutkimushankkeen kokonaistavoitteena on pienentää kaasunpoltossa syntyviä NOx-päästöjä ja parantaa palamishyötysuhdetta ja tätä kautta pienentää laitteiston kokoa ja vähentää hiilidioksidipäästöjä.

Visualisointiympariston suunnittelu

Diplomityossa kartoitetaan Visualisointiympäristön rakentamiseen ja toteuttamiseen soveltuvia tekniikoita. Kartoituksen perusteella laadittiin lista tarvittavista komponenteista Visualisointiympäristön toteuttamiseksi Lappeenrannan teknillisen yliopiston konetekniikan osastolle mekatroniikan ja virtuaalisuunnittelun laboratoriolle. Työssä tarkastellaan keinotodellisuuden ulottuvuuksia ja esitellään sen hyödyntämismahdollisuuksia eri aloilla nyt ja tulevaisuudessa. Keinotodellisuuteen liittyvät tekniikat eri toteuttamistapoineen esitellaan käyttäen esimerkkeinä tällä hetkellä markkinoilla olevia tuotteita. Lopuksi arvioitiin virtuaalitekniikan kehitystä ja sen merkitystä tulevaisuudessa. Tutkimus osoittaa, etta keinotodellisuudelle löytyy runsaasti sovelluksia eri aloilla, ja edullisen PC-tekniikan kehittyessä kustannukset laskevat jatkuvasti, jolloin vähitellen keinotodellisuus yleistyy.

Sulautetun moniprosessorijärjestelmän suunnittelu sähkömoottorien ohjaus- ja valvontatarpeisiin

Universal Converter (UNICON) –projektin osana suunniteltiin sähkömoottorikäyttöjen ohjaukseen ja mittaukseen soveltuva digitaaliseen signaaliprosessoriin (DSP) pohjautuva sulautettu järjestelmä. Riittävän laskentatehon varmistamiseksi päädyttiin käyttämään moniprosessorijärjestelmää. Prosessorijärjestelmässä käytettävää DSP-piiriä valittaessa valintaperusteina olivat piirien tarjoama prosessointiteho ja moniprosessorituki. Analog Devices:n SHARC-sarjan DSP-piirit täyttivät parhaiten asetetut vaatimukset: Ne tarjoavat tehokkaan käskykannan lisäksi suuren sisäisen muistin ja sisäänrakennetun moniprosessorituen. Järjestelmän mittalaiteluonteisuudesta johtuen keskeinen suunnitteluparametri oli luoda nopeat tiedonsiirtoyhteydet mittausantureilta DSP-järjestelmään. Tämä toteutettiin käyttäen ohjelmointavia FPGA-logiikkapiirejä digitaalimuotoisen mittausdatan vastaanotossa ja esikäsittelyssä. Tiedonsiirtoyhteys PC-tietokoneelle toteutettiin käyttäen erityistä liityntäkorttia DSP-järjestelmän ja PC-tietokoneen välillä. Liityntäkortin päätehtävänä on puskuroida siirrettävä data. Järjestelyllä estetään PC-tietokoneen vaikutus DSP-järjestelmän toimintaan, jotta kyetään takaamaan järjestelmän reaaliaikainen toiminta kaikissa olosuhteissa.

Paperikoneiden työskentelytasojen vaatimusten mukainen suunnittelu

Työtasojen kantavien rakenteiden on kestettävä riittävällä varmuudella mm. henkilökuormasta aiheutuvat jännitykset rakenneosissa. Lisäksi tasot eivät saa tuntua notkuvilta niillä käveltäessä, joten rakenteen siirtymille asetetaan rajoituksia. Työssä esitetään yleisimmin epäselvyyttä aiheuttaneet paperikoneiden työskentelytasoille asetetut vaatimukset. Vaatimukset ja niiden täyttäminen esitetään yksiselitteisellä tavalla esimerkiksi sovellettavien kuormitusten osalta. Materiaaliominaisuuksien osalta esitetään tärkeimmät työtasojen suunnittelussa huomioon otettavat asiat yleisimmille austeniittisille ruostumattomille teräksille ja alumiiniseoksille. Työtasorakenteiden mitoitusohjeet esitetään ritilöille, kulmaprofiilista valmistetuille jalkalistoille ja putkipalkista valmistetuille työtasojen kannattimille. Mitoituksessa otetaan myötöehdon ja siirtymärajoitusten lisäksi huomioon mm. levykenttien lommahdus. Kannattimien mitoituksessa otetaan huomioon vinoutuvien liitosten joustavuus ja kestävyys. Lisäksi esitetään mitoitusohjeet kitkaliitoksena toimivalle päätylevyliitokselle, johon kohdistuu mm. taivutus- ja vääntömomenttia.

Kulujen seurantajärjestelmän suunnittelu ja toteutus telealan yrityksessä

Työssä kuvataan ne tietojärjestelmäprojektin vaiheet, joiden kautta Radiolinja Oy:ssä otettiin käyttöön uusi verkkovuokrauksen kulujen seurantajärjestelmä. Tarkastelun keskeisimmät osa-alueet ovat tavoitetilan ja järjestelmän suunnittelu, tarjouskierroksen vaiheet, sopimusneuvottelut järjestelmätoimittajan kanssa sekä järjestelmän toteutus ja käyttöönotto. Tietojärjestelmän hankintaprojektissa on tärkeintä suunnitelmallinen eteneminen ja tarkka tavoitetilan määrittely. Määrittelyn puutteet ovat sitä vaikeammat korjata, mitä pidemmälle projekti etenee. Tässä työssä tavoitetila määriteltiin loppukäyttäjiä haastattelemalla. Kulujen seurantajärjestelmälle asetetut tavoitteet dokumentoitiin ja liitettiin tarjouspyyntöön. Sopivan järjestelmätoimittajan kanssa käytyjen sopimusneuvottelujen jälkeen järjestelmä toteutettiin räätälöintityönä. Työn lopputuloksena otettiin käyttöön asetettuja tavoitteita vastaava kulujen seurantajärjestelmä. Projektin aikana ongelmia kohdattiin suunnitellun aikataulun ja budjettikehyksen pitämisessä, mikä johtui pääasiassa räätälöintityön luonteesta ja siihen kuluvan ajan vaikeasta arvioitavuudesta. Projektin vahvuutena sen sijaan oli sitoutunut ja oikein valittu loppukäyttäjistä muodostettu projektiryhmä.