Analysis of electricity distribution network operation business models and capitalization of control room functions with DMS

Electricity distribution network operation (NO) models are challenged as they are expected to continue to undergo changes during the coming decades in the fairly developed and regulated Nordic electricity market. Network asset managers are to adapt to competitive technoeconomical business models regarding the operation of increasingly intelligent distribution networks. Factors driving the changes for new business models within network operation include: increased investments in distributed automation (DA), regulative frameworks for annual profit limits and quality through outage cost, increasing end-customer demands, climatic changes and increasing use of data system tools, such as Distribution Management System (DMS). The doctoral thesis addresses the questions a) whether there exist conditions and qualifications for competitive markets within electricity distribution network operation and b) if so, identification of limitations and required business mechanisms. This doctoral thesis aims to provide an analytical business framework, primarily for electric utilities, for evaluation and development purposes of dedicated network operation models to meet future market dynamics within network operation. In the thesis, the generic build-up of a business model has been addressed through the use of the strategicbusiness hierarchy levels of mission, vision and strategy for definition of the strategic direction of the business followed by the planning, management and process execution levels of enterprisestrategy execution. Research questions within electricity distribution network operation are addressed at the specified hierarchy levels. The results of the research represent interdisciplinary findings in the areas of electrical engineering and production economics. The main scientific contributions include further development of the extended transaction cost economics (TCE) for government decisions within electricity networks and validation of the usability of the methodology for the electricity distribution industry. Moreover, DMS benefit evaluations in the thesis based on the outage cost calculations propose theoretical maximum benefits of DMS applications equalling roughly 25% of the annual outage costs and 10% of the respective operative costs in the case electric utility. Hence, the annual measurable theoretical benefits from the use of DMS applications are considerable. The theoretical results in the thesis are generally validated by surveys and questionnaires.

Modulaarinen kiinnitintekniikka alumiiniveneiden robottihitsauksessa

Tällä hetkellä hitsauksen automatisointiaste on hyvin pieni alumiinivenevalmistuksessa. Automatisointiasteen kasvattaminen on ensiarvoisen tärkeää kilpailukyvyn säilyttämiseksi, sekä edelleen nostamiseksi. Automatisointiasteen kasvattamisen esteenä ei ole teknologian puute, vaan suunnitellut tuotteet soveltuvat huonosti robotisoituun hitsaukseen. Lisäksi liitettävien osien tarkkuus on monissa tapauksissa puutteellinen, joten robottihitsaus on monessa tapauksessa mahdotonta. Robottihitsauksessa vaaditaan osien hyvää paikoittamista ja siihen tarvitaan kiinnittimiä. Kuitenkin alumiinivenevalmistuksessa valmistusmäärät ovat sen verran pieniä, että tuotekohtaisia kiinnittimiä ei kannata hankkia tai valmistaa. Siksi kiinnittimiltä vaaditaan joustavuutta ja modulaarisuutta, jotta samalla kiinnittimellä voi hitsata useita vastaavia piirteitä omaavia tuotteita. Tässä työssä tutkittiin modulaarisia kiinnittimiä, edistyneitä kiinnitinsuunnitteluprosesseja, osavalmistustarkkuuksia, tuotemoduloinnin hyödyntämistä ja alumiinin robottihitsauksen erityispiirteitä. Työssä suunniteltiin ja simuloitiin modulaarinen hitsauskiinnitin, jota käytetään tietyn alumiinivenemallin erillisenä osakokoonpanona valmistettavan jäykisterakennekonseptin hitsaamiseen. Suunnittelu ja simulointi tehtiin Delmia V5R20 -ohjelmistolla. Jäykisterakenne on modulaarinen tuoterakenne, jossa käytetään itsepaikoittavia liitoksia helpottamaan osien asettelua ja yksinkertaistamaan kiinnitintä. Kiinnitin soveltuu joustavasti erikokoisten jäykisterakenneosakokoonpanojen valmistukseen. Lisäksi suunniteltua kiinnitintä verrattiin kaupalliseen modulaariseen Demmeler -kiinnitinjärjestelmään. Jäykisterakenteen osakokoonpanon hitsaaminen robotilla lyhentää valmistusaikaa verrattuna nykytilaan, kun osat voidaan asettaa kiinnittimeen nopeasti ja luotettavasti. Samalla jäykisterakenteen tekeminen erillisenä osakokoonpanona lyhentää veneen rungon loppukokoonpanoaikaa ja mahdollistaa hitsausrobotin käytön myös veneen muiden hitsien hitsaamisessa. Modulaarisilla hitsauskiinnittimillä saavutetaan alumiiniveneiden nykyisillä valmistusmäärillä skaalaetuja, joita tuotekohtaisella kiinnittimellä ei voi saavuttaa.

On the development of object functions and restrictions for shapes made with a turret punch press

This study presents the information required to describe the machine and device resources in the turret punch press environment which are needed for the development of the analysing method for automated production. The description of product and device resources and their interconnectedness is the starting point for method comparison the development of expenses, production planning and the performance of optimisation. The manufacturing method cannot be optimized unless the variables and their interdependence are known. Sheet metal parts in particular may then become remarkably complex, and their automatic manufacture may be difficult or, with some automatic equipment, even impossible if not know manufacturing properties. This thesis consists of three main elements, which constitute the triangulation. In the first phase of triangulation, the manufacture occuring on a turret punch press is examined in order to find the factors that affect the efficiency of production. In the second phase of triangulation, the manufacturability of products on turret punch presses is examined through a set of laboratory tests. The third phase oftriangulation involves an examination of five industry parts. The main key findings of this study are: all possible efficiency in high automation level machining cannot be achieved unless the raw materials used in production and the dependencies of the machine and tools are well known. Machine-specific manufacturability factors for turret punch presses were not taken into account in the industrial case samples. On the grounds of the performed tests and industrial case samples, the designer of a sheet metal product can directly influence the machining time, material loss, energy consumption and the number of tools required on a turret punch press by making decisions in the way presented in the hypothesis of thisstudy. The sheet metal parts to be produced can be optimised to bemanufactured on a turret punch press when the material to be used and the kinds of machine and tool options available are known. This provides in-depth knowledge of the machine and tool properties machine and tool-specifically. None of the optimisation starting points described here is a separate entity; instead, they are all connected to each other.

Tool-supported invariant-based programming

The development of correct programs is a core problem in computer science. Although formal verification methods for establishing correctness with mathematical rigor are available, programmers often find these difficult to put into practice. One hurdle is deriving the loop invariants and proving that the code maintains them. So called correct-by-construction methods aim to alleviate this issue by integrating verification into the programming workflow. Invariant-based programming is a practical correct-by-construction method in which the programmer first establishes the invariant structure, and then incrementally extends the program in steps of adding code and proving after each addition that the code is consistent with the invariants. In this way, the program is kept internally consistent throughout its development, and the construction of the correctness arguments (proofs) becomes an integral part of the programming workflow. A characteristic of the approach is that programs are described as invariant diagrams, a graphical notation similar to the state charts familiar to programmers. Invariant-based programming is a new method that has not been evaluated in large scale studies yet. The most important prerequisite for feasibility on a larger scale is a high degree of automation. The goal of the Socos project has been to build tools to assist the construction and verification of programs using the method. This thesis describes the implementation and evaluation of a prototype tool in the context of the Socos project. The tool supports the drawing of the diagrams, automatic derivation and discharging of verification conditions, and interactive proofs. It is used to develop programs that are correct by construction. The tool consists of a diagrammatic environment connected to a verification condition generator and an existing state-of-the-art theorem prover. Its core is a semantics for translating diagrams into verification conditions, which are sent to the underlying theorem prover. We describe a concrete method for 1) deriving sufficient conditions for total correctness of an invariant diagram; 2) sending the conditions to the theorem prover for simplification; and 3) reporting the results of the simplification to the programmer in a way that is consistent with the invariantbased programming workflow and that allows errors in the program specification to be efficiently detected. The tool uses an efficient automatic proof strategy to prove as many conditions as possible automatically and lets the remaining conditions be proved interactively. The tool is based on the verification system PVS and i uses the SMT (Satisfiability Modulo Theories) solver Yices as a catch-all decision procedure. Conditions that were not discharged automatically may be proved interactively using the PVS proof assistant. The programming workflow is very similar to the process by which a mathematical theory is developed inside a computer supported theorem prover environment such as PVS. The programmer reduces a large verification problem with the aid of the tool into a set of smaller problems (lemmas), and he can substantially improve the degree of proof automation by developing specialized background theories and proof strategies to support the specification and verification of a specific class of programs. We demonstrate this workflow by describing in detail the construction of a verified sorting algorithm. Tool-supported verification often has little to no presence in computer science (CS) curricula. Furthermore, program verification is frequently introduced as an advanced and purely theoretical topic that is not connected to the workflow taught in the early and practically oriented programming courses. Our hypothesis is that verification could be introduced early in the CS education, and that verification tools could be used in the classroom to support the teaching of formal methods. A prototype of Socos has been used in a course at Åbo Akademi University targeted at first and second year undergraduate students. We evaluate the use of Socos in the course as part of a case study carried out in 2007.

Alumiiniveneen rungon modulointi robottihitsauksen tehostamiseksi

Alumiiniveneiden valmistuksessa hitsauksen automatisointiaste on hyvin matala. Kilpailukyvyn säilyttämiseksi on tärkeää saada automatisointiastetta nostettua ja tätä kautta hitsauskustannuksia alennettua. Automatisoinnin esteenä ei ole teknologian puute, vaan ongelmana on alumiiniveneiden rakenteen huono soveltuvuus automatisoituun tuotantoon. Rakenteen kehittäminen modulaariseksi on yksi mahdollisuus tehostaa robottihitsausta venerunkojen valmistuksessa. Tässä diplomityössä tutkittiin modulaarisuutta, modulointiin johtavia tekijöitä sekä modulaarisuudella mahdollisesti saavutettavia etuja valmistavassa teollisuudessa ja erityisesti robottihitsauksessa. Lisäksi käsiteltiin modulointiin läheisesti liittyvää valmistus- ja kokoonpanoystävällistä suunnittelua. Työssä tehtiin modulointiesimerkki huviveneen rungon robottihitsauksen tehostamiseksi. Veneen runko ja siihen suunniteltu jäykisterakennemoduuli mallinnettiin käyttäen SolidWorks-ohjelmistoa sekä Delmia V5-ohjelmistoon sisällytettyä Catia V5-suunnitteluympäristöä. Suunnitellun modulaarisen rakenteen hitsattavuutta ja hitsaukseen kuluvaa aikaa simuloitiin Delmia V5-ohjelmistolla. Modulaarisen rakenteen avulla robottihitsattavuutta on mahdollista tehostaa erityisesti rungon sisäisen jäykisterakenteen osalta. Kun tuotteesta on suurempi osa hitsattavissa robotin avulla, on myös robotisointi-investoinnit kannattavampia. Modulaarisuuden avulla voidaan päästä myös pienillä tuotantomäärillä sarjatuotannon etuihin, kun samaa moduulia voidaan käyttää vähäisillä muutoksilla useammassa eri venemallissa.

Tilaus-toimitus-laskutusprosessin levittäminen kansainväliseen ympäristöön (Case: Itella Oyj)

Tilaus-toimitus-laskutusprosessi on liiketoimintaprosessi, joka ylittää organisaatiorajat ulottuen aina loppuasiakkaalta toimittajaan asti. Tilaus-toimitus-laskutusprosessia, kuten muitakin liiketoimintaprosesseja, voidaan tehostaa sähköisten työkalujen avulla. Automatisoinnin avulla prosessi nopeutuu ja aiemmin prosessiin käytettyjä resursseja voidaan vapauttaa muuhun yritystoimintaan. Kun tilaus-toimitus-laskutusprosessi viedään kotimaan rajojen ulkopuolelle uuteen liiketoimintaympäristöön, sen käyttöönotossa pitää huomioida kansainvälisen ympäristön prosessille asettamat vaatimukset. Ympäristötekijöiden lisäksi prosessin käyttöönotossa on otettava huomioon yrityksen sisäiset tekijät, ja viedä prosessi hallitusti yrityksen työntekijöiden käyttöön. Tässä tutkielmassa tutkittiin tilaus-toimitus-laskutusprosessin levittämistä kansainväliseen ympäristöön. Aihetta käsiteltiin liiketoimintaprosessien, kansainvälisen liiketoimintaympäristön ja muutosjohtamisen teorian sekä case -yritystä käsitelleen empiriaosan pohjalta. Tutkielma tehtiin kvalitatiivisena tutkimuksena. Tutkielmassa havaittiin, että tilaus-toimitus-laskutusprosessin vieminen kansainväliseen ympäristöön sisältää mahdollisuuksien lisäksi useita haasteita. Haasteista suurimpana on saada prosessista riittävän houkutteleva sekä saada niin yritysjohto kuin työntekijät sitoutumaan yrityksen yhteisiin toimintamalleihin.

ZigBee-verkot ja evaluointilaitteen suunnittelu

In this thesis a closer look at ZigBee wireless network protocol was made and a ZigBee evaluation device was designed and built for testing it. ZigBee is a digital wireless network technology published in 2004, which was developed for wireless control and automation systems. It is based on the IEEE 802.15.4-2003 standard, and its aim was to create a reliable wireless networking protocol with secure data transmissions, low power consumption and low manufacturing costs. The low power consumption requirement has also led to a slow data rate and a short range, but in a ZigBee network individual network devices can route messages to each other, so short range is not a problem. In automation and control systems a fast data rate is not usually an important requirement either. ZigBee network can form automatically and one ZigBee network can theoretically include thousands of devices, all of which can communicate with each other. ZigBee network is also self-healing, so an individual device dropping out of the network, like breaking down, does not affect functionality of the network. Evaluation device was designed and implemented in four different versions, which were tested with six different antenna designs. All antennas were tested at a range of 100 meters in an open terrain using two different frequencies and transmission powers. Also a range test was performed for selected antennas using transmission power of 4,5 dBm, which was maximum power of the ZigBee chip used in the evaluation device. Range test resulted in a measured range of several hundred meters, which can be considered as a good result for a short-range technology.

Packaging concept development for an assortment of medical device products

Diplomityön tavoitteena oli kehittää Wipak Oy:n valmistamille sterilointipakkauksille tulevaisuuden pakkauskonsepti. Sterilointipakkaukset luokitellaan lääkelaitedirektiivin mukaan lisätarvikkeiksi luokan 1 lääkelaitteille, ja tämä näkökulma oli vahvasti mukana konseptin kehityksessä. Lähtökohtana pakkauskonseptin suunnittelulle oli tuotteiden arvoketjussa, eli pakata tuotteet siten että pakkausten avulla voidaan tuottaa lisäarvoa arvoketjun toimijoille. Tavoitteena oli parantaa pakkausten viestintää, toimivuutta/tehokkuutta toimitusketjussa sekä vahvistaa brändin imagoa myynti- ja kuljetuspakkauksen avulla. Lääkinnälliset laitteet ja tarvikkeet ovat lainsäädännön ja normien avulla tarkasti säädeltyjä. Näiden normien vaatimukset asettavat perusteet myynti- ja kuljetuspakkausten kehittämiselle. Tämän lisäksi suunnittelussa on huomioitu asiakkaiden toiveet ja kehitystarpeet. Kirjallisuusosuudessa on keskitytty lääkinnällisten laitteiden pakkausyksiköiden toimintoihin sekä niiden kehitysnäkymiin. Pääpaino on ollut pakkausmerkintöjen ja jäljitettävyyden kehittämisellä, koska tietojen automaattisen tunnistuksen hyödyntäminen lääkintälaitteiden pakkausten arvoketjussa on kasvava trendi. Manuaalisesti tehtävät tuotevirtojen kirjaukset ketjun eri toimijoiden osalta lisäävät riskejä jäljitettävyyden kannalta ja aiheuttavat lisätyötä ja – kustannuksia ketjun kaikille osapuolille. Ehdotus uudesta pakkauskonseptista on kehitetty näiden tietojen pohjalta. Ehdotuksessa on huomioitu lainsäädännöstä ja ketjun toimijoilta tulevat tarpeet, sekä alan tulevaisuuden kehitysnäkymät. Ehdotetun pakkauskonseptin avulla saadaan lisättyä myynti- ja kuljetuspakkausten tehokkuutta, parannettua jäljitettävyyttä ja helpotettu arvoketjun alavirran toimijoiden työtä lisäämällä erillinen sisäpakkaus myyntiyksikön sisälle. Työssä on lisäksi selvitetty pakkauskonseptin kustannusvaikutukset tuotteiden hintaan. Lopussa on ehdotettu jatkotoimenpiteet suunnitelman implementoimisesta käytäntöön.

Web-makrot ja käyttäjäautomaatio web-sovelluksessa: prototyypin suunnittelu ja toteutus

Tämän kandidaatintyön aiheena on web-sovelluksen käyttäjäautomaatio web-makrojen avulla. Työssä esitellään prototyyppitoteutus SaaS-sovellukseen kohdistetusta web-makrojärjestelmästä. Työn teoriaosa esittelee web-automaation ja web-ympäristön keskeisen teknologian. Ratkaisuosa pohjustaa ratkaisuun käytetyn lähestymistavan, esittelee työn prototyyppiratkaisun ja arvioi ratkaisun lopputulosta. Lopputuloksena havaitaan, että prototyyppiratkaisu onnistuu selvittämään makrotoiminnallisuuden toteuttamiseen liittyvät tekniset haasteet. Ratkaisun merkittävimmäksi tekniseksi haasteeksi arvioidaan selainyhteensopivuuden saavutus ja ylläpito. Ratkaisun hyödynnettävyys koko web-sovelluksen mittakaavassa todetaan kuitenkin heikoksi, koska sovelluksen liiketoimintalogiikka rajoittaa makroparadigman käyttöä.

Compton scattering tomography for agricultural measurements

This paper presents a new approach in tomographic instrumentation for agriculture based on Compton scattering, which allows for the simultaneous measurements of density and moisture of soil samples. Compton tomography is a technique that can be used to obtain a spatial map of electronic density of samples. Quantitative results can be obtained by using a reconstruction algorithm that takes into account the absorption of incident and scattered radiation. Results show a coefficient of linear correlation better than 0.81, when comparison is made between soil density measurements based on this method and direct transmission tomography. For soil water contents, a coefficient of linear correlation better than 0.79 was found when compared with measurements obtained by time domain reflectrometry (TDR). In addition, a set of Compton scatter images are presented to illustrate the efficacy of this imaging technique, which makes possible improved spatial variability analysis of pre-established planes.

Design and development of the architecture of an agricultural mobile robot

Parameters such as tolerance, scale and agility utilized in data sampling for using in Precision Agriculture required an expressive number of researches and development of techniques and instruments for automation. It is highlighted the employment of methodologies in remote sensing used in coupled to a Geographic Information System (GIS), adapted or developed for agricultural use. Aiming this, the application of Agricultural Mobile Robots is a strong tendency, mainly in the European Union, the USA and Japan. In Brazil, researches are necessary for the development of robotics platforms, serving as a basis for semi-autonomous and autonomous navigation systems. The aim of this work is to describe the project of an experimental platform for data acquisition in field for the study of the spatial variability and development of agricultural robotics technologies to operate in agricultural environments. The proposal is based on a systematization of scientific work to choose the design parameters utilized for the construction of the model. The kinematic study of the mechanical structure was made by the virtual prototyping process, based on modeling and simulating of the tension applied in frame, using the.

Development of capacitive sensor for measuring soil water content

The irrigation management based on the monitoring of the soil water content allows for the minimization of the amount of water applied, making its use more efficient. Taking into account these aspects, in this work, a sensor for measuring the soil water content was developed to allow real time automation of irrigation systems. This way, problems affecting crop yielding such as irregularities in the time to turn on or turn off the pump, and excess or deficit of water can be solved. To develop the sensors were used stainless steel rods, resin, and insulating varnish. The sensors measuring circuit was based on a microcontroller, which gives its output signal in the digital format. The sensors were calibrated using soil of the type “Quartzarenic Neosoil”. A third order polynomial model was fitted to the experimental data between the values of water content corresponding to the field capacity and the wilting point to correlate the soil water content obtained by the oven standard method with those measured by the electronic circuit, with a coefficient of determination of 93.17%, and an accuracy in the measures of ±0.010 kg kg-1. Based on the results, it was concluded that the sensor and its implemented measuring circuit can be used in the automation process of irrigation systems.

Benefits of automated acclimatization during the pre-milking phase of lactating girolando cows

The aim of this paper was to evaluate the automated acclimatization effects during pre-milking of cows on thermal conditioning, physiology, milk production and cost-benefit of the automated adiabatic evaporative cooling system (AECS). The treatments 20; 30; 40 min and control consisted of exposure time of pre-milking cows to the automated AECS. Sixteen cows were used with an average daily milk yield of 19 kg, distributed in a 4 x 4 Latin square design. The Tukey's test (P<0.05) was used to compare the means. The environmental variables, dry bulb temperature (DBT, ºC) and relative humidity (RH, %), were recorded every minute, which allowed the determination of the system efficiency through the Temperature and Humidity Index (THI). The respiratory rate (RR), rectal temperature (RT) and temperature of the coat (TC) were measured before and after the acclimatization. The 40 min treatment kept the environmental variables and the comfort indexes within recommended limits. The physiological variables (RR, RT and TC) were lower in the 40 min treatment and reflected positively on milk production, which increased 3.66% compared to the control treatment. The system was profitable, having a 43 days return on investment and a monthly revenue increase of R$ 1,992.67.

Application of artificial neural networks as an alternative to volumetric water balance in drip irrigation management in watermelon crop

Precision irrigation seeks to establish strategies which achieve an efficient ratio between the volume of water used (reduction in input) and the productivity obtained (increase in production). There are several studies in the literature on strategies for achieving this efficiency, such as those dealing with the method of volumetric water balance (VWB). However, it is also of great practical and economic interest to set up versatile implementations of irrigation strategies that: (i) maintain the performance obtained with other implementations, (ii) rely on few computational resources, (iii) adapt well to field conditions, and (iv) allow easy modification of the irrigation strategy. In this study, such characteristics are achieved when using an Artificial Neural Network (ANN) to determine the period of irrigation for a watermelon crop in the Irrigation Perimeter of the Lower Acaraú, in the state of Ceará, Brazil. The Volumetric Water Balance was taken as the standard for comparing the management carried out with the proposed implementation of ANN. The statistical analysis demonstrates the effectiveness of the proposed management, which is able to replace VWB as a strategy in automation.