Lämmöntalteenoton tuotteistus, kannattavuus ja riskit vaneriteollisuudessa

Viilunkuivaus vaneriteollisuudessa on energiaintensiivinen prosessi, josta syntyvä hukkalämpö kannattaa ottaa talteen ja hyödyntää. Työ käsittelee erilaisten lämmöntalteenottovariaatioiden tuotteistusta ja kannattavuutta, sekä sisältää laitteiston riskianalyysin. Aiemman asiakaskohtaisen räätälöinnin sijaan, laitteiston modulaarinen tuoterakenne on otettava tuotteistuksen lähtökohdaksi. Modulaarisen tuoterakenteen ansiosta erilaisiin asiakastarpeisiin pystytään vastaamaan aiempaa tehokkaammin, kiitos erilaisten variaatioiden. Standardien ja yhtenäisten rajapintojen myötä muun muassa suunnittelua, projektinhoito ja myyntiä saadaan tehostettua. Lämmöntalteenottoratkaisuille luodaan kolme eri varustelutasoa: perus, korkea ja luksus. Näillä eri varianteilla pystytään vastamaan entistä kattavammin eri markkina-alueiden asiakastarpeisiin. Kannattavuuslaskelmat todistavat, että lämmöntalteenoton avulla saadaan merkittäviä energiasäästöjä ja eri laitteistovariaatiot maksavat itsensä erittäin nopeasti takaisin, vaikka esimerkiksi sähköenergian hinta nousisi radikaalisti. Lämmöntalteenoton voidaankin katsoa olevan aina erittäin kannattavaa. Laitteistosta on tunnistettu myös tekniset riskit, joihin on puututtava välittömästi sekä lukuisia toimenpide-ehdotuksia, joiden avulla laitteiston tuomintaa voidaan tehostaa ja muuttaa turvallisemmaksi. Riskianalyysi antaa myös suuntaviivoja tuotteistukselle sekä laitteiston huolto- ja käyttöohjeistolle.

Complexity Optimization in Product Development with Modularization

A company’s competence to manage its product portfolio complexity is becoming critically important in the rapidly changing business environment. The continuous evolvement of customer needs, the competitive market environment and internal product development lead to increasing complexity in product portfolios. The companies that manage the complexity in product development are more profitable in the long run. The complexity derives from product development and management processes where the new product variant development is not managed efficiently. Complexity is managed with modularization which is a method that divides the product structure into modules. In modularization, it is essential to take into account the trade-off between the perceived customer value and the module or component commonality across the products. Another goal is to enable the product configuration to be more flexible. The benefits are achieved through optimizing complexity in module offering and deriving the new product variants more flexibly and accurately. The developed modularization process includes the process steps for preparation, mapping the current situation, the creation of a modular strategy and implementing the strategy. Also the organization and support systems have to be adapted to follow-up targets and to execute modularization in practice.

Kantavan modulaarisen kehikkorakenteen suunnittelu optimoiduksi tuotteeksi

Diplomityössä tavoitteena oli suunnitella kantava modulaarinen kehikkorakenne, joka soveltuu käytettäväksi erilaisissa tasoratkaisuissa. Suunnittelumetodina käytettiin järjestelmällistä tuotesuunnittelua. Rakenteen tuli olla modulaarinen, valmistettavissa laserleikkaamalla ja toteutettu ruuviliitoksilla. Lisäksi kehikkorakenteen suunnittelussa pyrittiin optimaalisimpaan ratkaisuun niin teknisen kuin taloudellisenkin toteutuksen kannalta. Premekon Oy investoi vuonna 2009 laserleikkuukeskukseen, jossa pystytään leikkaamaan levyjä ja palkkeja. Yhdessä oikeanlaisen tuotesuunnittelun kanssa laserleikkuukeskuksella pystytään valmistamaan tuotteita suurella tuotantotehokkuudella. Kantavan modulaarisen kehikkorakenteen kehittäminen mahdollisti laserleikkuun aiempaa tehokkaamman hyödyntämisen. Työssä tarkasteltiin yksityiskohtaisemmin erilaisten profiilien soveltuvuutta laserleikattavaksi, osien muotoilua, liitosten yhteensopivuutta ja lujuutta.

Uuden teknologiayrityksen kärkikäyttäjälähtöinen tuotekonseptointi

Työssä haluttiin tuottaa tietoa päätöksenteon tueksi tuotesuunnittelun tarpeisiin sekä vähentää päätöksentekoon liittyvää epävarmuutta. Koska kiinteistöautomaatio oli nähty erityisen kiinnostavana alueena, haluttiin ensinnäkin tietoa siitä, mitkä tekijät lisäävät järjestelmien kysyntää. Toiseksi tarvittiin esimerkkejä eli konsepteja siitä, millaisiksi uusiksi tuotteiksi teknologiset mahdollisuudet ja markkinoiden haasteet voivat konkretisoitua. Teoriatarkastelussa saatiin tunnistettua viisi kiinteistöautomaatiojärjestelmien kysyntää lisäävää päätekijää: teknologioiden ja palveluiden kehitys, ilmastonmuutos ja energiavarojen väheneminen, kulttuurimuutokset, muutokset koko arvoketjussa sekä valtion toimet. Kysyntää lisäävät syyt jaettiin edelleen makrotrendeihin sekä niitä seuraaviin mikrotrendeihin. Varsinaisessa kärkikäyttäjätutkimuksessa kehitettiin tunnistamattomiin käyttäjätarpeisiin perustuen kolme tuotekonseptia: kiinteistöautomaatiojärjestelmä, vedenlaadun tarkkailujärjestelmä sekä murtohälytysjärjestelmä. Kaikki näistä perustuvat samaan tuotealustaan. Kiinteistöautomaatiojärjestelmä soveltuu kiinteistöjen kokonaisvaltaiseen ja helppokäyttöiseen ohjaukseen sekä energiasäästöjen saavuttamiseen. Tuote räätälöidään erikseen jokaiseen kohteeseen lukuun ottamatta esimerkiksi valmistalojen yhteydessä toimitettavia vakiopaketteja. Vedenlaadun tarkkailujärjestelmä soveltuu puolestaan tilanteisiin, joissa tarvitaan nopea todennus veden puhtaudesta, mutta joissa epäpuhtauksien välitön erittely ei ole tarpeellista. Tuote sopii esimerkiksi kaivos- ja paperiteollisuusyritysten käyttöön. Kolmatta tuotekonseptia, murtohälytysjärjestelmää, voidaan hyödyntää useassa eri kohteessa samanaikaisesti. Järjestelmä on kylmyyden- ja kosteudenkestävä ja sen ensisijaisia käyttökohteita ovat vapaa-ajan asunnot, veneet sekä matkailuautot ja -vaunut.

Licensing Model Development for Small Modular Reactors (SMRs) - Focusing on the Finnish Regulatory Framework

Recently, Small Modular Reactors (SMRs) have attracted increased public discussion. While large nuclear power plant new build projects are facing challenges, the focus of attention is turning to small modular reactors. One particular project challenge arises in the area of nuclear licensing, which plays a significant role in new build projects affecting their quality as well as costs and schedules. This dissertation - positioned in the field of nuclear engineering but also with a significant section in the field of systems engineering - examines the nuclear licensing processes and their suitability for the characteristics of SMRs. The study investigates the licensing processes in selected countries, as well as other safety critical industry fields. Viewing the licensing processes and their separate licensing steps in terms of SMRs, the study adopts two different analysis theories for review and comparison. The primary data consists of a literature review, semi-structured interviews, and questionnaire responses concerning licensing processes and practices. The result of the study is a recommendation for a new, optimized licensing process for SMRs. The most important SMR-specific feature, in terms of licensing, is the modularity of the design. Here the modularity indicates multi-module SMR designs, which creates new challenges in the licensing process. As this study focuses on Finland, the main features of the new licensing process are adapted to the current Finnish licensing process, aiming to achieve the main benefits with minimal modifications to the current process. The application of the new licensing process is developed using Systems Engineering, Requirements Management, and Project Management practices and tools. Nuclear licensing includes a large amount of data and documentation which needs to be managed in a suitable manner throughout the new build project and then during the whole life cycle of the nuclear power plant. To enable a smooth licensing process and therefore ensure the success of the new build nuclear power plant project, management processes and practices play a significant role. This study contributes to the theoretical understanding of how licensing processes are structured and how they are put into action in practice. The findings clarify the suitability of different licensing processes and their selected licensing steps for SMR licensing. The results combine the most suitable licensing steps into a new licensing process for SMRs. The results are also extended to the concept of licensing management practices and tools.

Modulaarisen tuotteen mallivalikoiman ja tuoterakenteen keventäminen

Työn päätavoitteena on analysoida Konecranesin nosturiohjaamoperheitä ja tehdä analyysin pohjalta ehdotuksia liiketoimintayksiköiden käyttämän ohjaamovalikoiman ja modulaarisen tuoterakenteen keventämisestä. Ohjaamovalikoiman ja ohjaamojen tuoterakenteen keventämiselle on tarvetta koska laajan ohjaamovalikoiman ja monimutkaisen tuoterakenteen myötä tuotehallinta on vaikeutunut hankaloittaen myyntiprosessia ja lisäten samalla myös tuotteen tilaus-toimitusprosessin virhealttiutta ja kustannuksia. Suuren valikoiman ja monimutkaisen tuoterakenteen takia tuotekonfiguroinnissa tarvittavia teknisiä lausekkeita ei voida myöskään soveltaa kaikkiin ohjaamomalleihin ja ne ovatkin sen takia jääneet vajaakäyttöön Työn tuloksena ehdotetaan elinkaarensa päähän tulleiden ja/tai duplikaateiksi luokiteltavien mallien poistamista valikoimasta ja vain vähäistä myyntipotentiaalia omaavien tuotteiden siirtämistä erikoistuotteiden valikoimaan tarjottavaksi suunnittelua vaativina, projektiluonteisina tuotteina. Työn tuloksena ehdotetaan myös ohjaamoperheiden tuoterakenteen yhtenäistämistä ja tuotealustojen vari-oituvuuden vähentämisestä siirtämällä pienen myyntipotentiaalin omaavia alustoja projektituotteiksi.

Modular Double-Cascade Converter

Medium-voltage motor drives extend the power rating of AC motor drives in industrial applications. Multilevel converters are gaining an ever-stronger foothold in this field. This doctoral dissertation introduces a new topology to the family of modular multilevel converters: the modular double-cascade converter. The modularity of the converter is enabled by the application of multiwinding mediumfrequency isolation transformers. Owing to the innovative transformer link, the converter presents many advantageous properties at a concept level: modularity, high input and output power quality, small footprint, and wide variety of applications, among others. Further, the research demonstrates that the transformer link also plays a key role in the disadvantages of the topology. An extensive simulation study on the new converter is performed. The focus of the simulation study is on the development of control algorithms and the feasibility of the topology. In particular, the circuit and control concepts used in the grid interface, the coupling configurations of the load inverter, and the transformer link operation are thoroughly investigated. Experimental results provide proof-of-concept results on the operation principle of the converter. This work concludes a research collaboration project on multilevel converters between LUT and Vacon Plc. The project was active from 2009 until 2014.

FUTURES OF FINNISH FOOD SYSTEM BY 2050. The perspective of resilience

Modern food systems face complex global challenges such as climate change, resource scarcities, population growth, concentration and globalization. It is not possible to forecast how all these challenges will affect food systems, but futures research methods provide possibilities to enable better understanding of possible futures and that way increases futures awareness. In this thesis, the two-round online Delphi method was utilized to research experts’ opinions about the present and the future resilience of the Finnish food system up to 2050. The first round questionnaire was constructed based on the resilience indicators developed for agroecosystems. Sub-systems in the study were primary production (main focus), food industry, retail and consumption. Based on the results from the first round, the future images were constructed for primary production and food industry sub-sections. The second round asked experts’ opinion about the future images’ probability and desirability. In addition, panarchy scenarios were constructed by using the adaptive cycle and panarchy frameworks. Furthermore, a new approach to general resilience indicators was developed combining “categories” of the social ecological systems (structure, behaviors and governance) and general resilience parameters (tightness of feedbacks, modularity, diversity, the amount of change a system can withstand, capacity of learning and self- organizing behavior). The results indicate that there are strengths in the Finnish food system for building resilience. According to experts organic farms and larger farms are perceived as socially self-organized, which can promote innovations and new experimentations for adaptation to changing circumstances. In addition, organic farms are currently seen as the most ecologically self-regulated farms. There are also weaknesses in the Finnish food system restricting resilience building. It is important to reach optimal redundancy, in which efficiency and resilience are in balance. In the whole food system, retail sector will probably face the most dramatic changes in the future, especially, when panarchy scenarios and the future images are reflected. The profitability of farms is and will be a critical cornerstone of the overall resilience in primary production. All in all, the food system experts have very positive views concerning the resilience development of the Finnish food system in the future. Sometimes small and local is beautiful, sometimes large and international is more resilient. However, when probabilities and desirability of the future images were questioned, there were significant deviations. It appears that experts do not always believe desirable futures to materialize.

FUTURES OF FINNISH FOOD SYSTEM BY 2050. The perspective of resilience

Modern food systems face complex global challenges such as climate change, resource scarcities, population growth, concentration and globalization. It is not possible to forecast how all these challenges will affect food systems, but futures research methods provide possibilities to enable better understanding of possible futures and that way increases futures awareness. In this thesis, the two-round online Delphi method was utilized to research experts’ opinions about the present and the future resilience of the Finnish food system up to 2050. The first round questionnaire was constructed based on the resilience indicators developed for agroecosystems. Sub-systems in the study were primary production (main focus), food industry, retail and consumption. Based on the results from the first round, the future images were constructed for primary production and food industry sub-sections. The second round asked experts’ opinion about the future images’ probability and desirability. In addition, panarchy scenarios were constructed by using the adaptive cycle and panarchy frameworks. Furthermore, a new approach to general resilience indicators was developed combining “categories” of the social ecological systems (structure, behaviors and governance) and general resilience parameters (tightness of feedbacks, modularity, diversity, the amount of change a system can withstand, capacity of learning and self- organizing behavior). The results indicate that there are strengths in the Finnish food system for building resilience. According to experts organic farms and larger farms are perceived as socially self-organized, which can promote innovations and new experimentations for adaptation to changing circumstances. In addition, organic farms are currently seen as the most ecologically self-regulated farms. There are also weaknesses in the Finnish food system restricting resilience building. It is important to reach optimal redundancy, in which efficiency and resilience are in balance. In the whole food system, retail sector will probably face the most dramatic changes in the future, especially, when panarchy scenarios and the future images are reflected. The profitability of farms is and will be a critical cornerstone of the overall resilience in primary production. All in all, the food system experts have very positive views concerning the resilience development of the Finnish food system in the future. Sometimes small and local is beautiful, sometimes large and international is more resilient. However, when probabilities and desirability of the future images were questioned, there were significant deviations. It appears that experts do not always believe desirable futures to materialize.

Modulaarinen arkkitehtuuri tuoteperheen kehittämisessä

Modulaarisen tuotteen kehittäminen tehostaa yrityksen kilpailukykyä ja helpottaa asiakkaiden tarpeiden tyydyttämistä. Tuoteperheen edut verrattaessa massatuotantoon ovat laajempi tuotevalikoima sekä parempi tuotettavuus massaräätälöintiin verrattuna. Eri tuotevaihtoehtoja ja moduuleja on mahdollista kehittää rinnakkain. Moduloitava tuoteperhe helpottaa yrityksen eri vaiheita aina tuotteen suunnittelusta huoltotoimenpiteisiin ja lopulta tuotteen purkamiseen. Asiakkaille tärkeitä hyötyjä moduloinnin osalta ovat tuotteiden parempi laatu ja huollettavuus. Täysin uuden modulaarisen tuoteperheen kehittäminen vaatii runsaasti resursseja suunnitteluosastolla. Modulaarisessa tuotteessa suunnittelutyö voidaan kohdistaa vain tietyn moduulin kohdalle ja suunnitteluaikoja saadaan täten lyhennettyä. Tässä kandidaatintyössä tutkittiin, miten hitsausautomaatiosovelluksissa modulaarisuus on toteutettu sekä pohditaan kehityskohteita, koska hitsausautomaatiosovelluksia tuotetaan runsaasti asiakasräätälöintinä. Tarkasteltavana tuoteperheenä oli robottihitsausportaalit ja hitsaustornit.

Cohesion Metrics for Improving Software Quality

Abstract Software product metrics aim at measuring the quality of software. Modu- larity is an essential factor in software quality. In this work, metrics related to modularity and especially cohesion of the modules, are considered. The existing metrics are evaluated, and several new alternatives are proposed. The idea of cohesion of modules is that a module or a class should consist of related parts. The closely related principle of coupling says that the relationships between modules should be minimized. First, internal cohesion metrics are considered. The relations that are internal to classes are shown to be useless for quality measurement. Second, we consider external relationships for cohesion. A detailed analysis using design patterns and refactorings confirms that external cohesion is a better quality indicator than internal. Third, motivated by the successes (and problems) of external cohesion metrics, another kind of metric is proposed that represents the quality of modularity of software. This metric can be applied to refactorings related to classes, resulting in a refactoring suggestion system. To describe the metrics formally, a notation for programs is developed. Because of the recursive nature of programming languages, the properties of programs are most compactly represented using grammars and formal lan- guages. Also the tools that were used for metrics calculation are described.

Robotiikkatuoteperheen kehittäminen

Robottiikkatuoteperheeseen kuuluu robottihitsausportaalit, joiden päärunko rakentuu kote-lopalkeista. Koteloprofiilien käyttö on suosittua teollisuuden eri aloilla ja se soveltuu hyvin raskaaseen konepajateollisuuteen. Hitsausrobottiportaalin suunnitteluun liittyy monia eri vaiheita ja valituilla teknisillä ratkaisuilla voidaan vaikuttaa valmistettavan tuotteen hitsin laatuun ja työn onnistumiseen. Hitsausrobottiportaalit ovat usein asiakasräätälöityjä ratkaisuja, jolloin suunnittelutyö sekä valmistusvaihe vaativat runsaasti kapasiteettia. Modulaarisuuden avulla suunnittelu- ja valmistusvaiheita on mahdollista nopeuttaa sekä parantaa tuotteen testausta, huollettavuutta ja laatua. Tässä diplomityössä tutkittiin, miten hitsausrobottiportaalin vaakapuomi käyttäytyy ja taipuu erilaisissa kuormitustilanteissa. Lisäksi työssä määritettiin alkuperäisen koteloprofiilin tilalle uusi optimoitu koteloprofiili sekä tarkasteltiin moduloinnin mahdollistamista robo-tiikkatuoteperheen portaalisovelluksiin.

Evaluation of the main energy scenarios for the global energy transition

Energy scenarios are used as a tool to examine credible future states and pathways. The one who constructs a scenario defines the framework in which the possible outcomes exist. The credibility of a scenario depends on its compatibility with real world experiences, and on how well the general information of the study, methodology, and originality and processing of data are disclosed. In the thesis, selected global energy scenarios’ transparency and desirability from the society’s point of view were evaluated based on literature derived criteria. The global energy transition consists of changes to social conventions and economic development in addition to technological development. Energy solutions are economic and ethical choices due to far-reaching impacts of energy decision-making. Currently the global energy system is mostly based on fossil fuels, which is unsustainable over the long-term due to various reasons: negative climate change impacts, negative health impacts, depletion of fossil fuel reserves, resource-use conflicts with water management and food supply, loss of biodiversity, challenge to preserve ecosystems and resources for future generations, and inability of fossil fuels to provide universal access to modern energy services. Nuclear power and carbon capture and storage cannot be regarded as sustainable energy solutions due to their inherent risks and required long-term storage. The energy transition is driven by a growing energy demand, decreasing costs of renewables, modularity and scalability of renewable technologies, macroeconomic benefits of using renewables, investors’ risk awareness, renewable energy related attractive business opportunities, almost even distribution of solar and wind resources on the planet, growing awareness of the planet’s environmental status, environmental movements and tougher environmental legislation. Many of the investigated scenarios identified solar and wind power as a backbone for future energy systems. The scenarios, in which the solar and wind potentials were deployed in largest scale, met best the set out sustainability criteria. In future research, energy scenarios’ transparency can be improved by better disclosure on who has ordered the study, clarifying the funding, clearly referencing to used sources and indicating processed data, and by exploring how variations in cost assumptions and deployment of technologies influence on the outcomes of the study.

Enabling and Measuring Complexity in Evolving Designs using Generative Representations for Artificial Architecture

As the complexity of evolutionary design problems grow, so too must the quality of solutions scale to that complexity. In this research, we develop a genetic programming system with individuals encoded as tree-based generative representations to address scalability. This system is capable of multi-objective evaluation using a ranked sum scoring strategy. We examine Hornby's features and measures of modularity, reuse and hierarchy in evolutionary design problems. Experiments are carried out, using the system to generate three-dimensional forms, and analyses of feature characteristics such as modularity, reuse and hierarchy were performed. This work expands on that of Hornby's, by examining a new and more difficult problem domain. The results from these experiments show that individuals encoded with those three features performed best overall. It is also seen, that the measures of complexity conform to the results of Hornby. Moving forward with only this best performing encoding, the system was applied to the generation of three-dimensional external building architecture. One objective considered was passive solar performance, in which the system was challenged with generating forms that optimize exposure to the Sun. The results from these and other experiments satisfied the requirements. The system was shown to scale well to the architectural problems studied.

A Type-Preserving Compiler from System F to Typed Assembly Language

L'utilisation des méthodes formelles est de plus en plus courante dans le développement logiciel, et les systèmes de types sont la méthode formelle qui a le plus de succès. L'avancement des méthodes formelles présente de nouveaux défis, ainsi que de nouvelles opportunités. L'un des défis est d'assurer qu'un compilateur préserve la sémantique des programmes, de sorte que les propriétés que l'on garantit à propos de son code source s'appliquent également au code exécutable. Cette thèse présente un compilateur qui traduit un langage fonctionnel d'ordre supérieur avec polymorphisme vers un langage assembleur typé, dont la propriété principale est que la préservation des types est vérifiée de manière automatisée, à l'aide d'annotations de types sur le code du compilateur. Notre compilateur implante les transformations de code essentielles pour un langage fonctionnel d'ordre supérieur, nommément une conversion CPS, une conversion des fermetures et une génération de code. Nous présentons les détails des représentation fortement typées des langages intermédiaires, et les contraintes qu'elles imposent sur l'implantation des transformations de code. Notre objectif est de garantir la préservation des types avec un minimum d'annotations, et sans compromettre les qualités générales de modularité et de lisibilité du code du compilateur. Cet objectif est atteint en grande partie dans le traitement des fonctionnalités de base du langage (les «types simples»), contrairement au traitement du polymorphisme qui demande encore un travail substantiel pour satisfaire la vérification de type.