Virtuaalitodellisuuslaboratorion laiteympäristön kehittäminen - ohjaimet ja ohjelmistot

Tämä diplomityö on tehty osana HumanICT-projektia, jonka tavoitteena on kehittää uusi, virtuaalitekniikoita hyödyntävä, työkoneiden käyttäjäliityntöjen suunnittelumenetelmä. Työn tarkoituksena oli kehittää VTT:n Tuotteet ja tuotanto tutkimusyksikköön kuluvan Ihminen-kone-turvallisuus ryhmän nykyistä virtuaalitodellisuuslaboratoriota siten, että sitä voidaan käyttää työkoneiden suunnittelussa sekä monipuolisissa ergonomiatarkasteluissa. Itse ympäristön kehittäminen pitää sisällään uuden ohjainjärjestelmän suunnittelun sekä sen implementoinnin nykyisin käytössä olevaan virtuaaliympäristöön. Perinteisesti ohjaamosimulaattorit ovat olleet sovelluskohteisiin räätälöityjä, joten ne ovat kalliita ja niiden konfiguroinnin muuttaminen on vaikeaa, joskus jopa mahdotonta. Tämän työntarkoituksena oli kehittää PC-tietokoneeseen ja yleiseen käyttöjärjestelmään perustuva ohjainjärjestelmä, joka on nopeasti kytkettävissä erilaisiin virtuaaliympäristön sovelluksiin, kuten ohjaamomalleihin. Työssä tarkasteltiin myös tapoja mallintaa fysikaalisia ilmiöitä reaaliaikasovelluksissa, eli on-line simuloinnissa. Tämän tarkastelun perusteella etsittiin ja valittiin jatkokäsittelyyn ohjelmistoja, joiden reaaliaikaisen dynamiikan simulointialgoritmitolivat kaikkein kehittyneimpiä ja monipuolisia.

Tuotteen liiketoimintasuunnitelman tiedonhallintaprosessi

Työn tavoitteena oli tarkentaa uuden tuotteen liiketoimintasuunnitelman laadintaprosessia. Yrityksen käyttämän liiketoimintasuunnitelman formaatin suhteen oli kehittämistarpeita ja liiketoimintasuunnitelman tiedonhallintaprosessi tuli kuvata. Työn teoriaosassa käsiteltiin tuotekehitysprosessia ja tuotteen liiketoimintasuunnitelmaa yleisesti. Käytännön osassa perehdyttiin yrityksen tuotekehitysprosessiin, kuvattiin tuotteen liiketoimintasuunnitelman laatimisprosessi uudistettujen ohjeiden mukaisesti sekä laadittiin uudelle tuotteelle liiketoimintasuunnitelma. Työn tuloksena liiketoimintasuunnitelman laatimista tarkennettiin sekä tunnistettiin tärkeimmät laatimisessa tarvittavat tietolähteet ja vastuut. Uudelle tuotteelle laaditun liiketoimintasuunnitelman avulla saatiin selvitettyä tuotteen hyödyt, kustannukset, myyntivolyymi sekä kannattavuus. Prosessin käyttöönotto on alkamassa.

Hydraulimoottorilla toteutetun kääntölaitteen kehittäminen

Tässä diplomityössä suunnitellaan paralleelityyppisen harvesterinosturin kääntölaite, missä toimilaitteena käytetään hydraulimoottoria. Konevalmistajista riippuman nosturivalmistajan tarpeet huomioiden selvitetään suurelle harvesterinosturille soveltuvat kääntölaiterakenteet, joista etsitään perustelluilla valinnoilla paras. Valitusta rakenteesta kehitetään kääntö-jalustakokonaisuus, johon suunnitellaan pylväs, kallistusrunko ja suojat sekä valitaan tarvittavat käyttökomponentit. Suunnitellun konstruktion ominaisuuksia ja kustannuksia verrataan tuotannossa olevaan sylinteritekniikalla toteutettuun kääntölaitteeseen.

Suurnopeuskuvaustekniikan soveltaminen hitsausvalokaaren tutkimuksessa

Työn tavoitteena oli suurnopeuskuvaustekniikan ottaminen osaksi Kemppi Oy:n tuotekehitystä. Työn teoriaosa sisältää hitsausvalokaaren ja lisäaineensiirtymisen teoriaa,sekä perehtymisen suurnopeuskuvaustekniikkaan ja siihen vaadittaviin laitteistoihin. Teoriassa tarkastellaan myös MIG/MAG -päittäisliitoksen olemassa oleviin pohjapalon hitsausprosesseihin. Kokeellisen osan tuloksena syntyi suurnopeuskuvaustekniikkaan pohjautuva tutkimusmenetelmä. Rakennetulla järjestelmällä nähtiin hyvin teoriassa esitetyt MIG/MAG -hitsauksen kaarityypit ja lisäaineensiirtymisen muodot. Kuvattuja tuloksia kyettiin analysoimaan ja vertaamaan teoriaan. Päittäisliitoksen pohjapalon hitsaukseen soveltuvan prosessin kehitys oli osa käytännön osuutta. Tehdyillä kuvauksilla onnistuttiin havainnoimaan kehitetyn valokaaren ja aineensiirtymisen ilmiöitä. Näiden ymmärtäminen helpottui kuvauksien ansiosta ja tämä nopeutti ja mahdollisti tuotekehitystyötä. Tuloksena valmistui uusi pulssitettu lyhytkaariprosessi. Työn tuloksena syntyi uusi suurnopeuskuvaustekniikkaan nojautuva tuotekehitysprosessi, jossa uusi tekniikka kyetään liittämäänosaksi tutkimus- ja kehitystyötä. Tuloksia voidaan käyttää myös markkinoinnin ja myynnin edistämiseen.

Paikka- ja tilannetiedon hyödyntäminen sovelluksissa

Erilaisten mobiiliverkkojen käytön yleistyessä nousee esiin uudenlaisia sovellusalueita, kuten esimerkiksi paikkatietoiset sovellukset. Mobiiliudesta johtuen sovellusten käyttötilanteet vaihtelevat. Käyttötilanteista voidaan kerätä tietoa ja käyttää tätä hyödyksi. Tilannetiedolla tarkoitetaan sovelluksen käyttötilanteeseen tai käyttäjään liittyvää lisätietoa. Paikka- ja tilannetietoisten sovellusten kehittäminen vaati monia ohjelmistokehitystä tukevia järjestelmiä. Tilannetiedon väljän määritelmän takia tilannetietoisten sovellusten kehitykselle ei ole vielä selkeitä toimintamalleja. Tilannetietoisten sovellusten kehitystä avustavia järjestelmiä on luotu etenkin tutkimuksessa, mutta nämä eivät ole vielä yleistyneet laajempaan käyttöön. Paikkatiedon käyttö sen sijaan on hyvinkin standardoitua, mutta paikkatieto nähdään vain osana tilannetietoa. Tässä diplomityössä toteutettiin paikka- ja tilannetiedon sovelluskehitystä tukevia järjestelmiä, joilla paikka- ja tilannetiedon hyödyntäminen sovelluksissa mahdollistettiin. WLAN - verkosta saadun paikkatiedon hyödyntämiseen toteutettiin SOAP -palvelurajapinta. Tilannetiedon hyödyntämiseksi toteutettiin MUPE -sovellusympäristöön välittäjäkomponentteja paikka-, sää- ja kuntopyörän harjoitustiedolle sekä RFID -havaintotiedoille. Näitä komponetteja käytettiin tilannetietoisten sovellusten luomiseen sekä tietoliikennetekniikan laitoksen codecamp -kursseilla, että tilannetietoisessa pelisovelluksessa. Työn tuloksena saatiin toimivia sovelluksia, ja välittäjäkomponentit sovellusten luomiseen. Työn tuloksena voidaan todeta, että ilman tilannetietoista sovelluskehitystä tukevia komponentteja, olisi tämäntyyppinen sovelluskehitys huomattavasti vaativampaa. Tukevat komponentit helpottavat sovelluskehitystä, mutta helposti myös rajaavat kehitysmahdollisuuksia.

A Graphical Pattern Editor for Java Frameworks

Ohjelmistojen uudelleenkäyttö on hyvin tärkeä käsite ohjelmistotekniikan alueella.Ohjelmistojen uudelleenkäyttötekniikat parantavat ohjelmistokehitysprosessin laatua. Yleisiä ratkaisuja sekä ohjelmiston suunnittelun että arkkitehtuurin uudelleenkäyttöön ovat olio-ohjelmointi ja sovelluskehykset. Tähän asti ei ole ollut olemassa yleisiä tapoja sovelluskehysten erikoistamiseen. Monet nykyääntunnetuista sovelluskehyksistä ovat hyvin suuria ja mutkikkaita. Tällaisten sovelluskehyksien käyttö on monimutkaista myös kokeneille ohjelmoijille. Hyvin dokumentoidut uudelleenkäytettävät sovelluskehyksen rajapinnat parantavat kehyksen käytettävyyttä ja tehostavat myös erikoistamisprosessiakin sovelluskehyksen käyttäjille. Sovelluskehyseditori (framework editor, JavaFrames) on prototyyppityökalu, jota voidaan käyttää yksinkertaistamaan sovelluskehyksen käyttöä. Perusajatus JavaFrames lähestymistavassa ovat erikoistamismallit, joita käytetään kuvamaan sovelluskehyksen uudelleenkäytettäviä rajapintoja. Näihin malleihin perustuen JavaFrames tarjoaa automaattisen lähdekoodi generaattorin, dokumentoinninja arkkitehtuurisääntöjen tarkistuksen. Tämä opinnäyte koskee graafisen mallieditorin kehittämistä JavaFrames ympäristöön. Työssä on laadittu työkalu,jonka avulla voidaan esittää graafisesti erikoistamismalli. Editori sallii uusien mallien luomisen, vanhojen käyttämättä olevien poistamisen, kuten myös yhteyksien lisäämisen mallien välille. Tällainen graafinen tuki JavaFrames ympäristöönvoi huomattavasti yksinkertaistaa sen käyttöä ja tehdä sovellusten kehittämisprosessista joustavamman.

Lasermittauksen soveltaminen vesihydraulisessa sylinterissä

Työn tavoitteena on tutkia mahdollisuutta käyttää laser interferometripohjaista aseman mittausjärjestelmää vesihydraulisessa sylinterissä. Työ liittyy Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa kehitetyn rinnakkaisrakenteisen robotin PENTA WH muuttamiseen öljyhydraulisesta vesihydrauliseksi. Öljyhydraulisen prototyypin käyttämä vanha kuularuuviin ja inkrementaaliseen enkooderiin perustuvamittausjärjestelmä ei sovellu vesihydrauliseen robottiin. Työn tavoitteena on esittää vaihtoehtoinen ratkaisu.

Toimintojen kuormitusten mallintaminen ja toimintolaskennan käyttöönottomahdollisuudet kokoonpanokonepajassa

Työn tavoitteena oli kehittää yrityksen liiketoimintaprosessikuvausta, mallintaa eräiden siinä esitettyjen toimintoryhmien ja yksittäisten toimintojen kuormitukset sekä tutkia toimintolaskennan käyttöönottomahdollisuuksia yrityksessä. Työssä on tuotu esille kapasiteettiin ja resursseihin liittyviä käsitteitä, kuten kapasiteettipäätösten ajoitus, resurssitarvesuunnittelu ja resurssien kohdistaminen. Työssä on myös tarkasteltu perinteisen kustannuslaskennan ja toimintolaskennan välisiä eroja. Aiempaa tutkimustietoa on käytetty asetettujen tavoitteiden saavuttamiseen. Liiketoimintaprosessikuvausta on muokattu vastaamaan paremmin yrityksen nykyistä rakennetta. Toimintojen kuormitukset on mallinnettu liiketoimintaprosessikuvauksesta ja kyselyistä saadun tiedon perusteella. Toimintolaskennan käyttöönottomahdollisuuksien arviointiperusteena on käytetty toimintolaskennan laskennallista toteutettavuutta yrityksessä. Työn ensimmäinen tulos on yksinkertaisempi ja monikäyttöisempi liiketoimintaprosessikuvaus, jota voidaan käyttää henkilöstöhallinnossa ja yrityksen toiminnan kehittämiseen. Toinen tulos on kuormitusmalli, jota voidaan käyttää muun muassa tulevaisuuden kapasiteettitarpeen arvioimiseen. Työnkolmas tulos on analyysi toimintolaskennan käyttöönottomahdollisuuksista ja työnumeroperusteisen kustannusten kohdistamisen periaatteet.

Terrestrial Trunked Radio - verkossa toimivan reaaliaikaisen Short Data Service - viesteihin perustuvan telemetriasovelluksen ohjelmistokehitys

Tämä diplomityö tarkastelee TETRA-verkon soveltuvuutta turvallisuusviranomaisille tarkoitettuun telemetriasovellukseen, jossa erilaiset mittausdatat ja hälytystiedot kulkevat verkon yli SDS-viestiliikenteenä. Diplomityön tarkoituksena on tehdä kaksi sulautettua ohjelmistoa sekä yksi PCohjelmisto, joita käytetään rakennettavassa demolaitteistossa. Lisäksi selvitetään TETRA-verkon toimivuus ja rajoitukset sovelluksessa eri olosuhteissa ja eri kuormitustilanteissa. Diplomityön teoriaosassa käydään läpi työn määrittely ja ohjelmistonkehitysprosessin läpivienti eri osa-alueilla. Loppuosassa kuvataan tehdyt ohjelmistot erikseen ja yhdessä suunnittelusta toteutukseen, sekä lopullisen järjestelmän testaus.

Onnistuneen uuden tuotteen kehittäminen ja hallinta - Tapaustutkimus: Tekstiilialan yritys

Tuotesuunnittelu on yrityksen selviämisen kannalta erittäin tärkeä toiminto. Menestynyt tuotesuunnittelu vaatii selkeän tuotestrategian, laadukkaasti suoritetun tuotesuunnitteluprosessin ja tarvittavienresurssien yhdistämistä sekä uuden tuotteen tuottojen hallintaa myynnin seurannalla. Kohdeyrityksessä uusien tuotteiden suunnittelun ja hallinnan tärkeys on huomattu ja niiden kehittämiseksi yritys on lisäämässä panostustaan. Tämä tutkimuspyrkii tuomaan kohdeyrityksen tietoon tuotesuunnitteluun ja uuden tuotteen hallintaan vaikuttavat menestystekijät sekä tuomaan esille näitä toimintoja tukevia kehittämismahdollisuuksia. Tutkimus on normatiivinen tapaustutkimus, jossa teoria on koottu tieteellisistä, lähinnä empiirisistä tutkimuksista koostuvista artikkeleista. Yrityksen tuotesuunnitteluun liittyvät prosessit ja toiminnot on selvitetty puolistrukturoiduilla haastatteluilla sekä havainnoimalla. Tutkimuksessa havaittiin selkeitä eroja uuden tuotteen hallinnan menestystekijöiden ja yrityksen toimintojen välillä. Tuotesuunnitteluprosessin uudelleen organisointi, toimitusketjun hallinta ja tuotekohtainen kustannuslaskenta ovat asioita, joita kehittämällä yritys voi mahdollisesti parantaa uusien tuotteiden elinkaaren aikaista hallintaa ja taloudellista onnistumista sekä lisätä yrityksen kannattavuutta.

Compact thermal storage: a-state-of-the-art review of experimental results

Thermal energy storage (TES) can increase the thermal energy effieresa, of a process by reusing the waste heat from industrial process, solar energy or other sources. There are different ways to store thermal energy: by sensible heat, by latest heat, by sorption process or by chemical reaction. This thesrs provides a-state-of-the-art review of the experimental performance of TES systems based on solid gas sorption process and chemical reactions. The importance of theses processes is that provides a heat loss free storage system with a high energy density.

Observations on Software Testing Practice

This thesis investigates factors that affect software testing practice. The thesis consists of empirical studies, in which the affecting factors were analyzed and interpreted using quantitative and qualitative methods. First, the Delphi method was used to specify the scope of the thesis. Secondly, for the quantitative analysis 40industry experts from 30 organizational units (OUs) were interviewed. The survey method was used to explore factors that affect software testing practice. Conclusions were derived using correlation and regression analysis. Thirdly, from these 30 OUs, five were further selected for an in-depth case study. The data was collected through 41 semi-structured interviews. The affecting factors and their relationships were interpreted with qualitative analysis using grounded theory as the research method. The practice of software testing was analyzed from the process improvement and knowledge management viewpoints. The qualitative and quantitativeresults were triangulated to increase the validity of the thesis. Results suggested that testing ought to be adjusted according to the business orientation of the OU; the business orientation affects the testing organization and knowledge management strategy, and the business orientation andthe knowledge management strategy affect outsourcing. As a special case, the complex relationship between testing schedules and knowledge transfer is discussed. The results of this thesis can be used in improvingtesting processes and knowledge management in software testing.

Dynamic analysis of belt-drives using the absolute nodal coordinate formulation

Belt-drive systems have been and still are the most commonly used power transmission form in various applications of different scale and use. The peculiar features of the dynamics of the belt-drives include highly nonlinear deformation,large rigid body motion, a dynamical contact through a dry friction interface between the belt and pulleys with sticking and slipping zones, cyclic tension of the belt during the operation and creeping of the belt against the pulleys. The life of the belt-drive is critically related on these features, and therefore, amodel which can be used to study the correlations between the initial values and the responses of the belt-drives is a valuable source of information for the development process of the belt-drives. Traditionally, the finite element models of the belt-drives consist of a large number of elements thatmay lead to computational inefficiency. In this research, the beneficial features of the absolute nodal coordinate formulation are utilized in the modeling of the belt-drives in order to fulfill the following requirements for the successful and efficient analysis of the belt-drive systems: the exact modeling of the rigid body inertia during an arbitrary rigid body motion, the consideration of theeffect of the shear deformation, the exact description of the highly nonlinear deformations and a simple and realistic description of the contact. The use of distributed contact forces and high order beam and plate elements based on the absolute nodal coordinate formulation are applied to the modeling of the belt-drives in two- and three-dimensional cases. According to the numerical results, a realistic behavior of the belt-drives can be obtained with a significantly smaller number of elements and degrees of freedom in comparison to the previously published finite element models of belt-drives. The results of theexamples demonstrate the functionality and suitability of the absolute nodal coordinate formulation for the computationally efficient and realistic modeling ofbelt-drives. This study also introduces an approach to avoid the problems related to the use of the continuum mechanics approach in the definition of elastic forces on the absolute nodal coordinate formulation. This approach is applied to a new computationally efficient two-dimensional shear deformable beam element based on the absolute nodal coordinate formulation. The proposed beam element uses a linear displacement field neglecting higher-order terms and a reduced number of nodal coordinates, which leads to fewer degrees of freedom in a finite element.

Agile Methods in Small Software Projects

Agile software development methods are attempting to provide an answer to the software development industry's need of lighter weight, more agile processes that offer the possibility to react to changes during the software development process. The objective of this thesis is to analyze and experiment the possibility of using agile methods or practices also in small software projects, even in projects containing only one developer. In the practical part of the thesis a small software project was executed with some agile methods and practices that in the theoretical part of the thesis were found possible to be applied to the project. In the project a Bluetooth proxy application that is run in the S60 smartphone platform and PC was developed further to contain some new features. As a result it was found that certain agile practices can be useful even in the very small projects. The selection of the suitable practices depends on the project and the size of the project team.

Anaerobic treatment of deinking pulp plant effluents

Anaerobic treatment as a first biological stage in wastewater treatment is nowadays a well-established technology in recycled paper processing mills using closed water circuits. Today further developed high-rate processes and especially high-tower reactors are also able to handle lower organic loads and become therefore feasible for deinking pulp plant effluents. The interest in the anaerobic method is based on a positive energy balance in form of biogas production and low biomass yield from the process. The anaerobic treatment method was researched and its suitability for the deinking pulp plant effluents was tested experimentally at Stora Enso Maxau mill. In the theory, the deinking pulp process is introduced and the effluents from the deinking process are characterized. The anaerobic treatment is brought up in depth in terms of its use for the deinking effluents, and different kind of reactor types are presented. In addition, other wastewater treatment methods are shortly introduced with the focus on tertiary treatment. Static biodegradability tests were carried out for the wastewaters both anaerobically and aerobically. Based on the results, the deinking effluents can be degraded anaerobically, and inhibition to the methanogenic bacteria was not noticed. In the aerobic static test a good performance of the existing wastewater treatment plant at Maxau mill was proved. Later on pilot trials with sequential anaerobic-aerobic treatment were carried out for the deinking effluents. The anaerobic reactor used was a so called internal circulation reactor. The results confirmed that the combination of the anaerobic treatment and the aerobic activated sludge process is a suitable method for deinking wastewaters with a COD reduction as good as with a two stage aerobic method. When combined with the outstanding quality of the produced biogas and the cost savings acquired from the lower sludge production, the anaerobic treatment was found to be an especially favorable treatment method.