Green welding in practice

Efficient production and consumption of energy has become the top priority of national and international policies around the world. Manufacturing industries have to address the requirements of the government in relation to energy saving and ecologically sustainable products. These industries are also concerned with energy and material usage due to their rising costs. Therefore industries have to find solutions that can support environmental preservation yet maintain competitiveness in the market. Welding, a major manufacturing process, consumes a great deal of material and energy. It is a crucial process in improving a product’s life-cycle cost, strength, quality and reliability. Factors which lead to weld related inefficiencies have to be effectively managed, if industries are to meet their quality requirements and fulfil a high-volume production demand. Therefore it is important to consider some practical strategies in welding process for optimization of energy and material consumption. The main objective of this thesis is to explore the methods of minimizing the ecological footprint of the welding process and methods to effectively manage its material and energy usage in the welding process. The author has performed a critical review of the factors including improved weld power source efficiency, efficient weld techniques, newly developed weld materials, intelligent welding systems, weld safety measures and personnel training. The study lends strong support to the fact that the use of eco-friendly welding units and the quality weld joints obtained with minimum possible consumption of energy and materials should be the main directions of improvement in welding systems. The study concludes that, gradually implementing the practical strategies mentioned in this thesis would help the manufacturing industries to achieve on the following - reduced power consumption, enhanced power control and manipulation, increased deposition rate, reduced cycle time, reduced joint preparation time, reduced heat affected zones, reduced repair rates, improved joint properties, reduced post-weld operations, improved automation, improved sensing and control, avoiding hazardous conditions and reduced exposure of welder to potential hazards. These improvement can help in promotion of welding as a green manufacturing process.

Maakaasupolttimen säätöjärjestelmän kehittäminen

Jatkuvasti kiristyvät päästörajoitukset pakottavat teollisuuden kehittämään uusia ratkaisuja päästöjen vähentämiseksi. Hiilimonoksidin ja typen oksidien päästörajoitukset ovat erityi-sen tiukat esimerkiksi Kiinassa ja Yhdysvalloissa. Maakaasun ja ilman epätäydellisessä pa-lamisessa muodostuu hiilimonoksidia ja typen oksideja. Käytännön sovelluksissa palaminen on lähes aina epätäydellistä polttoaineen ja ilman epätäydellisen sekoittumisen takia, joten palamisreaktiossa muodostuva savukaasu sisältää edellä mainittuja haitallisia komponentteja lähes poikkeuksetta. Savukaasua voidaan puhdistaa erilaisilla menetelmillä ennen sen pää-tymistä ympäristöön. Tässä diplomityössä esitellään maakaasupoltinjärjestelmän keskeiset komponentit ja aihee-seen liittyvät tarpeelliset käsitteet sekä suunnitellaan polttoaine-ilma-seossuhdesäätö eräälle maakaasupoltinjärjestelmälle. Säädön ensisijaisena tavoitteena on pitää seossuhde mahdolli-simman tarkasti halutussa arvossa savukaasun puhdistuksen kannalta. Lisäksi säädön on tarkoitus taata mahdollisimman hyvä suorituskyky transienttitilanteissa. Järjestelmän eri osien toiminta mallinnetaan ja analysoidaan. Mallinnuksen perusteella suunnitellaan ja simu-loidaan säätöjärjestelmä. Suunniteltu säätöjärjestelmä toteutetaan osaksi polttolaitoksen automaatiojärjestelmää. Mittaustulokset osoittavat, että päästöjen kannalta säätö pitää seossuhteen riittävän tarkasti halutussa arvossa: hiilimonoksidin ja typen oksidien päästöt ovat asetettujen rajojen sisällä. Testiajojen perusteella prosessi on kuitenkin erittäin häiriöinen ja transienttitilanteissa ei saavuteta simulointien mukaista suorituskykyä.

Automatic recognition of fish from video sequences

The problem of automatic recognition of the fish from the video sequences is discussed in this Master’s Thesis. This is a very urgent issue for many organizations engaged in fish farming in Finland and Russia because the process of automation control and counting of individual species is turning point in the industry. The difficulties and the specific features of the problem have been identified in order to find a solution and propose some recommendations for the components of the automated fish recognition system. Methods such as background subtraction, Kalman filtering and Viola-Jones method were implemented during this work for detection, tracking and estimation of fish parameters. Both the results of the experiments and the choice of the appropriate methods strongly depend on the quality and the type of a video which is used as an input data. Practical experiments have demonstrated that not all methods can produce good results for real data, whereas on synthetic data they operate satisfactorily.

Modelling Cutting States in Rough Turning of 34CrNiMo6 Steel

Rough turning is an important form of manufacturing cylinder-symmetric parts. Thus far, increasing the level of automation in rough turning has included process monitoring methods or adaptive turning control methods that aim to keep the process conditions constant. However, in order to improve process safety, quality and efficiency, an adaptive turning control should be transformed into an intelligent machining system optimizing cutting values to match process conditions or to actively seek to improve process conditions. In this study, primary and secondary chatter and chip formation are studied to understand how to measure the effect of these phenomena to the process conditions and how to avoid undesired cutting conditions. The concept of cutting state is used to address the combination of these phenomena and the current use of the power capacity of the lathe. The measures to the phenomena are not developed based on physical measures, but instead, the severity of the measures is modelled against expert opinion. Based on the concept of cutting state, an expert system style fuzzy control system capable of optimizing the cutting process was created. Important aspects of the system include the capability to adapt to several cutting phenomena appearing at once, even if the said phenomena would potentially require conflicting control action.

Simultaneous detection of the C282Y, H63D and S65C mutations in the hemochromatosis gene using quenched-FRET real-time PCR

Hereditary hemochromatosis (HH) is a common autosomal disorder of iron metabolism mainly affecting Caucasian populations. Three recurrent disease-associated mutations have been detected in the hemochromatosis gene (HFE): C282Y, H63D, and S65C. Although HH phenotype has been associated with all three mutations, C282Y is considered the most relevant mutation responsible for hemochromatosis. Clinical complications of HH include cirrhosis of the liver, congestive cardiac failure and cardiac arrhythmias, endocrine pancreatic disease, which can be prevented by early diagnosis and treatment. Therefore, a reliable genotyping method is required for presymptomatic diagnosis. We describe the simultaneous detection of the C282Y, H63D and S65C mutations in the hemochromatosis gene by real-time PCR followed by melting curve analysis using fluorescence resonance energy transfer (FRET) probes. The acceptor fluorophore may be replaced by a quencher, increasing multiplex possibilities. Real-time PCR results were compared to the results of sequencing and conventional PCR followed by restriction digestion and detection by agarose gel electrophoresis (PCR-RFLP). Genotypes from 80 individuals obtained both by the conventional PCR-RFLP method and quenched-FRET real-time PCR were in full agreement. Sequencing also confirmed the results obtained by the new method, which proved to be an accurate, rapid and cost-effective diagnostic assay. Our findings demonstrate the usefulness of real-time PCR for the simultaneous detection of mutations in the HFE gene, which allows a reduction of a significant amount of time in sample processing compared to the PCR-RFLP method, eliminates the use of toxic reagents, reduces the risk of contamination in the laboratory, and enables full process automation.

A simple method to assess freezing of gait in Parkinson's disease patients

Freezing of gait (FOG) can be assessed by clinical and instrumental methods. Clinical examination has the advantage of being available to most clinicians; however, it requires experience and may not reveal FOG even for cases confirmed by the medical history. Instrumental methods have an advantage in that they may be used for ambulatory monitoring. The aim of the present study was to describe and evaluate a new instrumental method based on a force sensitive resistor and Pearson's correlation coefficient (Pcc) for the assessment of FOG. Nine patients with Parkinson's disease in the "on" state walked through a corridor, passed through a doorway and made a U-turn. We analyzed 24 FOG episodes by computing the Pcc between one "regular/normal" step and the rest of the steps. The Pcc reached ±1 for "normal" locomotion, while correlation diminished due to the lack of periodicity during FOG episodes. Gait was assessed in parallel with video. FOG episodes determined from the video were all detected with the proposed method. The computed duration of the FOG episodes was compared with those estimated from the video. The method was sensitive to various types of freezing; although no differences due to different types of freezing were detected. The study showed that Pcc analysis permitted the computerized detection of FOG in a simple manner analogous to human visual judgment, and its automation may be useful in clinical practice to provide a record of the history of FOG.

Embedded Service Bus for Internet of Things Interoperability

Internet of Things (IoT) technologies are developing rapidly, and therefore there exist several standards of interconnection protocols and platforms. The existence of heterogeneous protocols and platforms has become a critical challenge for IoT system developers. To mitigate this challenge, few alliances and organizations have taken the initiative to build a framework that helps to integrate application silos. Some of these frameworks focus only on a specific domain like home automation. However, the resource constraints in the large proportion of connected devices make it difficult to build an interoperable system using such frameworks. Therefore, a general purpose, lightweight interoperability framework that can be used for a range of devices is required. To tackle the heterogeneous nature, this work introduces an embedded, distributed and lightweight service bus, Lightweight IoT Service bus Architecture (LISA), which fits inside the network stack of a small real-time operating system for constrained nodes. LISA provides a uniform application programming interface for an IoT system on a range of devices with variable resource constraints. It hides platform and protocol variations underneath it, thus facilitating interoperability in IoT implementations. LISA is inspired by the Network on Terminal Architecture, a service centric open architecture by Nokia Research Center. Unlike many other interoperability frameworks, LISA is designed specifically for resource constrained nodes and it provides essential features of a service bus for easy service oriented architecture implementation. The presented architecture utilizes an intermediate computing layer, a Fog layer, between the small nodes and the cloud, thereby facilitating the federation of constrained nodes into subnetworks. As a result of a modular and distributed design, the part of LISA running in the Fog layer handles the heavy lifting to assist the lightweight portion of LISA inside the resource constrained nodes. Furthermore, LISA introduces a new networking paradigm, Node Centric Networking, to route messages across protocol boundaries to facilitate interoperability. This thesis presents a concept implementation of the architecture and creates a foundation for future extension towards a comprehensive interoperability framework for IoT.

Ulosottotoimen maksuvelvoitteen täytäntöönpanoprosessin nykytilan analysointi ja kehittäminen

Ulosottolaitoksen rakenneuudistushankkeessa selvitetään miten ulosottotyötä olisi mahdollista tehdä tehokkaammin. Toiminnan menoja on tulevina vuosina sopeutettava vähäisempiin määrärahoihin, johtuen hallinnonalan säästövelvoitteista. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää Ulosottolaitoksen maksuvelvoitteen täytäntöönpanoprosessin työvoimakustannuksia ja tutkia miten työvoimakustannusvähennyksiin olisi mahdollista päästä. Työssä selvitetään prosessin työvaiheet, minkä jälkeen työvoimakustannuksia lasketaan aikaperusteisella toimintolaskentamenetelmällä. Laskennassa tarvittavaa materiaalia on kerätty haastatteluin, sekä Ulosottolaitoksen tilastotiedoista ja kirjallisuudesta. Tulokset osoittavat prosessin yleisimpien työtehtävien tekemisen aiheuttavan noin 24,3 miljoonaa euroa työvoimakustannuksia vuodessa. Palveluiden sähköistämisen ja työtehtävien automatisoinnin lisäämisellä sekä töiden uudelleenorganisoinnilla olisi mahdollista vähentää vuosityövoimakustannuksia noin 6,2 miljoonaa euroa. Osa työtehtävistä voitaisiin myös keskittää työkuorman tasaamiseksi. Jatkossa tulee selvittää ovatko muutokset mahdollista toteuttaa kokonaisuudessaan.

Content marketing performance measurement system in the context of customer acquisition

This thesis examines how content marketing is used in B2B customer acquisition and how content marketing performance measurement system is built and utilized in this context. Literature related to performance measurement, branding and buyer behavior is examined in the theoretical part in order to identify the elements influence on content marketing performance measurement design and usage. Qualitative case study is chosen in order to gain deep understanding of the phenomenon studied. The case company is a Finnish software vendor, which operates in B2B markets and has practiced content marketing for approximately two years. The in-depth interviews were conducted with three employees from marketing department. According to findings content marketing performance measurement system’s infrastructure is based on target market’s decision making processes, company’s own customer acquisition process, marketing automation tool and analytics solutions. The main roles of content marketing performance measurement system are measuring performance, strategy management and learning and improvement. Content marketing objectives in the context of customer acquisition are enhancing brand awareness, influencing brand attitude and lead generation. Both non-financial and financial outcomes are assessed by single phase specific metrics, phase specific overall KPIs and ratings related to lead’s involvement.

Proximity Based Authentication in IoT

IoT consists of essentially thousands of tiny sensor nodes interconnected to the internet, each one of which executes the programmed functions under memory and power limita- tions. The sensor nodes are distributed mainly for gathering data in various situations. IoT envisions the future technologies such as e-health, smart city, auto-mobiles automa- tion, construction sites automation, and smart home. Secure communication of data under memory and energy constraints is major challenge in IoT. Authentication is the first and important phase of secure communication. This study presents a protocol to authenticate resource constraint devices in physical proximity by solely using the shared wireless communication interfaces. This model of authentication only relies on the abundance of ambient radio signals to authenticate in less than a second. To evaluate the designed protocol, SkyMotes are emulated in a network environment simulated by Contiki/COOJA. Results presented during this study proves that this approach is immune against passive and active attacks. An adversary located as near as two meters can be identified in less than a second with minimal expense of energy. Since, only radio device is used as required hardware for the authentication, this technique is scalable and interoperable to heterogeneous nature of IoT.

Aktiivisten magneettilaakereiden ohjauslaitteiston vaatimusmäärittely ja toteutus

Aktiivinen magneettilaakeri on järjestelmä joka mahdollistaa pyörivän kappaleen, esimerkiksi sähkökoneen roottorin, leijuttamisen magneettikentässä ilman fyysistä kontaktia vastakappaleiden välillä. Tekniikalla on joitain merkittäviä etuja muihin laakerointijärjestelmiin verrattuna erityisesti suurnopeuksisissa tai puhdastiloissa käytettävissä sähkökäytöissä. Magneettilaakereiden yleistymistä nopeuttaisi ja niiden hintaa laskisi mikäli laakereiden säätöön ja tehonsyöttöön voitaisiin käyttää standardeja teollisuusautomaatiolaitteita erityisesti tätä käyttötarkoitusta varten kehitettyjen laitteiden sijaan. Tässä työssä luodaan menetelmä määrittää vähimmäisvaatimukset aktiivisen magneettilaakerin säätöalgoritmien suorittamiseen käytetylle säätöjärjestelmälle ja anturoinnille sekä laakerin toimintaan tarvittavalle tehoelektroniikalle. Näiden vaatimusten perusteella luodaan katsaus soveltuviin laitteisiin ja kootaan esimerkkikokoonpanot kahdelle erilaiselle magneettilaakeroitavalle kohteelle. Lisäksi työssä esitellään LUT:ssa vuosina 2014-2015 kehitetty magneettilaakerin teholähdeprototyyppi ja selvitetään edellytykset käyttää laitetta laakerijärjestelmän osana.

Virtuaalinen käyttöönottoympäristö automaatiojärjestelmälle

Valmistavan teollisuuden kiristyvät vaatimukset suunnittelusta markkinoille -ajassa (engl. time-to-market), laadussa, kustannustehokkuudessa ja turvallisuudessa luovat paineita uusien toimintatapojen etsimisessä. Usein laitteiston ohjausalgoritmeja ei ole mahdollista testata todellisen laitteiston kanssa, vaan ainoaksi ennakoivaksi vaihtoehdoksi jää todellisen laitteiston virtuaalinen mallintaminen. Eräs uusista toimintavoista on virtuaalinen käyttöönotto, jossa tuotantolinja tai laitteisto mallinnetaan ja sen käyttäytymistä simuloidaan ohjausalgoritmien parantamista ja todentamista varten. Tämän diplomityön tavoitteena oli toteuttaa virtuaalinen käyttöönottoympäristö, jolla laitteiston 3D-mallinnettua virtuaalista mallia voidaan ohjata reaaliajassa todellisen laitteiston ohjauslaitteistolla. Käyttöönottoympäristön toteuttamisen lopullisena tavoitteena on tutkia, millaisia hyötyjä sillä voidaan saavuttaa Outotec (Finland) Oy:n automaatiojärjestelmien suunnittelussa ja käyttöönotossa kiristyvien vaatimusten täyttämiseksi. Työssä toteutetulla käyttöönottoympäristöllä pystytään simuloimaan 3D-mallinnetun laitteiston osan toimintaa reaaliajassa. Todellisen laitteiston ominaisuuksista määritettyjä vaatimuksia ei kustannussyistä täytetty, sillä ennen sitä haluttiin varmistua valitun alustan ominaisuuksista, toimivuudesta ja soveltuvuudesta. Toteutuksen katsotaan kuitenkin täyttävän pehmeän reaaliaikaisuuden kriteerin noin 40 ms aikatasolla ja 80 ms reaktioajalla. Toteutettu virtuaalinen käyttöönottoympäristö osoittautui toimivaksi ja soveltuvaksi, sekä sen todettiin tuovan potentiaalisia hyötyjä Outotec (Finland) Oy:lle, esimerkiksi kosketusnäyttöjen visualisoinnin parannus, hybridikäyttöönottomahdollisuus sekä automaatio-ohjauksien kehittäminen. Työn perusteella arvioidaan onko Outotec:lla tarvetta jatkaa valitulla alustalla todellisen laitteiston aikavaatimukset täyttävään reaaliaika-toteutukseen, jota työssä esitellään.

Lämminvesivaraajan ohjaus automaatiolla aurinkosähköä tuottavassa kotitaloudessa

Hajautettu sähköntuotanto aurinkopaneeleilla on Suomessa kasvussa. Kotitalouksiin asennettujen aurinkopaneelijärjestelmien määrä kasvaa jatkuvasti, mutta suuri osa tuotetusta sähköenergiasta syötetään sähköverkkoon. Tämä johtuu aurinkosähkön tuotannon painottumisesta kesäpäiviin, jolloin kotitalouksien kulutus on pienimmillään. Suurin hyöty itse tuotetusta energiasta saadaan kuitenkin käyttämällä se tuotantokohteessa, jolla minimoidaan energiansiirto sähköverkon ja kotitalouden rajapinnassa. Siirtämällä kotitalouden suurimpia kuormia aurinkosähkön mukaan ohjatuksi, voidaan saavuttaa merkittäviä parannuksia tuotetun sähkön omakäyttöasteessa. Helpoimmillaan tämä onnistuu kellokytkimellä, joka ajoittaa kulutuksen parhaimman tuotannon ajalle. Tämä ei kuitenkaan poista ongelmaa tilanteissa, jossa aurinkosähkön tuotanto on häiriintynyt esimerkiksi pilvisyyden takia aamupäivällä ja huipputuotanto saavutetaan vasta iltapäivän puolella. Saatavilla on jo useita järjestelmiä, jotka ohjaavat kodin laitteita tuotannon mukaisesti. Suuri osa näistä järjestelmistä on kuitenkin suunniteltu toimimaan vain tuotetun energiamäärän mukaisesti, ottamatta huomioon kotitaloudessa olevaa muuta, automaation piiriin kuulumatonta kulutusta. Tässä kandidaatin työssä vertaillaan sähköenergian eri mittaustapoja ja niiden vaikutusta siirretyn energian laskennalliseen määrään. Lisäksi työssä tutkitaan lämminvesivaraajan kuormanohjausta käyttäen termostaatti-, kellokytkin- ja logiikkaohjausta. Työssä esitelty logiikkaohjaus hyödyntää siirretyn energian mittausta sähköverkon ja kotitalouden rajapinnassa, ottaen automaattisesti huomioon myös talouden muun kulutuksen. Työssä esitellään myös esimerkkilaitteisto, jolla suunniteltu logiikka voidaan toteuttaa.

Sähkönmyyntiyhtiöiden riskienhallinnan haasteet ja kehittäminen

Diplomityön tavoitteena on esitellä sähkökaupan ja erityisesti sähköyhtiöiden kokemia sähkönmyynnin riskejä sekä kuvata sähkönmyyntiin liittyvää riskienhallinnan problematiikkaa. Tarkastelun näkökulmana on tietojärjestelmien ja saatavissa olevan tiedon hyödyntäminen energiayhtiöiden riskienhallinnassa. Toinen päätavoitteista on tutkia, kuinka saatavilla olevaa tiedon hyödyntämistä voidaan kehittää sähkönmyynnin hinnoittelussa sekä suojausten suunnittelussa. Työ toteutettiin työskentelemällä asiantuntijana energia-alaan keskittyneessä ohjelmistoyrityksessä sekä haastattelemalla yhdeksän suomalaisen sähkönmyyntiyhtiön henkilöitä riskienhallinnan haasteiden sekä tietojärjestelmien näkökulmasta. Saatavilla olevien tietojen nykyistä parempi hyödyntäminen ja automatisointi voivat auttaa pienentämään yhtiöiden riskitasoa ja parantaa menestymisen edellytyksiä sähkönmyynnin vähittäismarkkinoilla. Lisäksi kulloiseenkin markkinatilanteeseen sopivat sähkön hankintahinnan suojausstrategiat sekä monipuoliset dynaamiset hinnoittelumallit auttavat pienentämään yhtiön kokemia riskejä tai niiden vaikutuksia. Näiden hyödyntäminen vaatii laajaa ymmärrystä sähkö- ja johdannaismarkkinoiden toiminnasta sekä usein myös nykyisten tietojärjestelmien kehittämistä. Tulevaisuudessa yhä yleistyvä hajautettu tuotanto sekä kysynnän jousto asettavat tietojärjestelmille uusia vaatimuksia, jotka toteutuessaan mahdollistavat uudenlaisten palveluiden käyttöönoton sekä voivat tuoda tilaa myös alan uusille toimijoille. Työssä käsitellään energiayhtiöiden kokemia riskejä sähkönmyynnin näkökulmasta, esitellään alan yleisimmät riskit sekä keinot ja työkalut niiltä suojautumiseen. Työn lopuksi tarkastellaan sähkönmyynnin ja –hankinnan oleellisimpia prosesseja riskienhallinnan kehittämisen näkökulmasta.

Systematic mapping study on integration of B2B customers in ERP

Business-to-business terminology is relatively new as a business concept, so is the enterprise resource planning system in information technology. Research, implementation and integration of these two concept has been observed for last two decades in this paper. One of the major success point for growth in business-to-business environment is the availability of internal and partner data. Enterprise resource planning system facilitates storing, analysis of such data and enables different business process automation, forecasting and numerous value creating activity. In order to achieve such functionality for B2B customers, integrating them within ERP is very useful. This paper aims at understanding and suggesting such integration through investigating related documentation of similar integration scenarios, infrastructure, models and architectures. The investigation of the topic of this paper has been made using systematic mapping study of related papers and listing and suggesting necessary ingredients that enables such integration. Furthermore, this paper also suggests possibilities to overcome challenges integration experts might face during the integration phase and opens doors to future research scope in the related fields.