Vibration based health monitoring of civil infrastructure using energy harvesting techniques

The use of structural health monitoring of civil structures is ever expanding and by assessing the dynamical condition of structures, informed maintenance management can be conducted at both individual and network levels. With the continued growth of information age technology, the potential arises for smart monitoring systems to be integrated with civil infrastructure to provide efficient information on the condition of a structure. The focus of this thesis is the integration of smart technology with civil infrastructure for the purposes of structural health monitoring. The technology considered in this regard are devices based on energy harvesting materials. While there has been considerable focus on the development and optimisation of such devices using steady state loading conditions, their applications for civil infrastructure are less known. Although research is still in initial stages, studies into the uses associated with such applications are very promising. Through the use of the dynamical response of structures to a variety of loading conditions, the energy harvesting outputs from such devices is established and the potential power output determined. Through a power variance output approach, damage detection of deteriorating structures using the energy harvesting devices is investigated. Further applications of the integration of energy harvesting devices with civil infrastructure investigated by this research includes the use of the power output as a indicator for control. Four approaches are undertaken to determine the potential applications arising from integrating smart technology with civil infrastructure, namely • Theoretical analysis to determine the applications of energy harvesting devices for vibration based health monitoring of civil infrastructure. • Laboratory experimentation to verify the performance of different energy harvesting configurations for civil infrastructure applications. • Scaled model testing as a method to experimentally validate the integration of the energy harvesting devices with civil infrastructure. • Full scale deployment of energy harvesting device with a bridge structure. These four approaches validate the application of energy harvesting technology with civil infrastructure from a theoretical, experimental and practical perspective.

Estágio na empresa SPECMAN para a prática de técnicas de controlo da condição

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Análise por ultra-sons no controlo de condição

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Aplicação de ferramentas de simulação estocástica na área de planeamento de uma empresa de abastecimento de água

No presente trabalho procura-se evidenciar algumas soluções para aplicação de simulação estocástica num contexto de gestão dos ativos, aplicado a um sistema de abastecimento de água, tirando partido da informação disponível sobre a manutenção que vem realizando, ao longo dos anos. Procura-se também descrever como estas metodologias podem ser aplicadas noutros casos, futuramente, beneficiando ainda da recolha de informação de colaboradores da empresa, com experiência no cargo e com elevado conhecimento do funcionamento das infraestruturas. A simulação estocástica é uma área cujas ferramentas podem dar uma preciosa ajuda no processo de tomada de decisão. Por outro lado, as organizações preocupam-se, cada vez mais, com o tema da gestão de ativos e com os custos a si associados, começando a investir mais tempo e dinheiro nessa matéria com o objetivo de delinearem estratégias para aumentar o período de vida útil dos seus ativos e otimizarem os seus investimentos de renovação. Nesse contexto, evidencia-se que um adequado plano de intervenções de manutenção e operação é uma boa metodologia, para garantir a redução de falhas no sistema de abastecimento de uma empresa desse setor, bem como garantir que as infraestruturas se encontram em condições de funcionamento. Contudo, esta abordagem tradicional não será suficiente para garantir as melhores práticas e os objetivos que se pretendem alcançar com uma gestão de ativos atual. O trabalho inclui, ainda, um estudo de caso com que se aplicaram as ferramentas estudadas a um caso real de um grupo de bombagem, de uma das Estações Elevatórias da empresa.

Utilização de plataformas de fonte aberta no controlo de condição

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Caracterização de Particulas de Desgaste do Rolamentos por Ferrografia e Ferrometria

Avarias em rolamentos são causas comuns de falhas em máquinas e equipamentos industriais. Portanto, é importante a aplicação de técnicas que permitam a deteção e a identificação do problema o mais cedo possível a fim de evitar a destruição do rolamento e consequente paragem da máquina. Logo, o processo de monitorização do estado dos rolamentos deve receber uma atenção especial no plano de manutenção de qualquer indústria. Este trabalho tem, assim, como principal objetivo a caracterização das partículas de desgaste provenientes de rolamentos através da análise dos seus lubrificantes por ferrometria e ferrografia analítica. Estas técnicas permitem identificar e caracterizar as várias partículas de desgaste presentes numa amostra de lubrificante, permitindo não só avaliar o grau de severidade do desgaste mas também identificar o tipo de desgaste predominante (fadiga, abrasão, corrosão,etc.), e até identificar os diferentes materiais das partículas que se podem associar a componentes específicos com falhas. A criação de uma base de dados para armazenar os resultados, os comentários e as informações mais importantes obtidos nos ensaios experimentais, assim como a análise de alguns casos práticos, foram também realizados no âmbito deste trabalho. Para desenvolver um conhecimento mais profundo sobre as técnicas utilizadas foi importante fazer uma análise aos diversos tipos de rolamentos, a sua lubrificação e as causas e tipos principais de avarias encontradas.

Sistema de predição de avarias em máquinas de unidades fabris globalmente dispersas

Tese de Doutoramento Ramo Engenharia Industrial e de Sistemas

Kunnossapidon kehitysmalli sanomalehtipainon tuotannon luotettavuuden, tuottavuuden ja tuotteen laadun turvaamiseksi

Diplomityössä käsitellään ne toimet, jotka Esa Lehtipaino Oy:ssä tarvitsee tehdä kunnossapidon kehittämiseksi sanomalehtipainoprosessin kunnossapidossa. Työssä käytettiin luotettavuuskeskeisen ja kokonaisvaltaisen tuottavuuskeskeisen kunnossapidon strategioiden osia sekä PSK Standardisoinnin PSK 5705:2006standardin mukaista menetelmää määrittämään kunnossapidon kannalta tärkeimmät kohteet ja osa-alueet. PSK 5705:2006 on kunnonvalvonnan värähtelymittausten mittaustoiminnan suunnitteluun luotu standardi, jonka perusteella rakennettiin sanomalehtipainoprosessiin sopiva tuotantolaitteiston luokitusjärjestelmä. Luokituksenperusteella kohdennetaan kunnossapidon resurssit tuotantojärjestelmän luotettavuuden kannalta oikeisiin, tuottavimpiin kohteisiin. Tuotantohenkilöstön kunnossapitohenkilökunnalle tekemien vikailmoitusten välitykseen rakennettiin Microsoft Access -pohjainen Vikaloki-lomake. Kunnossapitotoiminnan kehityksen tuloksien seuraamiseksi määritettiin PSK 6201:2003 standardin mukainen tuotannon kokonaistehokkuutta kuvaava KNL-luku. KNL-luvusta luotiin ennuste kunnossapidon kehittämistarpeista regressioanalyysin avulla. Kehitysmalli esittää, että kohdeyrityksessä tulee toiminnan kehittäminen aloittaa päivittämällä tietokonepohjainen toiminnanohjausjärjestelmä, johon lisätään ennakoivat suunnitellut kunnossapitotoimet. Toimet määriteltiin yllämainitun kriittisyysluokituksen perusteella.

Data collection and criticality analysis for cost effective maintenance during the life cycle of a flue gas line

Työn tarkoituksena oli kerätä käyttövarmuustietoa savukaasulinjasta kahdelta suomalaiselta sellutehtaalta niiden käyttöönotosta aina tähän päivään asti. Käyttövarmuustieto koostuu luotettavuustiedoista sekä kunnossapitotiedoista. Kerätyn tiedon avulla on mahdollista kuvata tarkasti laitoksen käyttövarmuutta seuraavilla tunnusluvuilla: suunnittelemattomien häiriöiden lukumäärä ja korjausajat, laitteiden seisokkiaika, vikojen todennäköisyys ja korjaavan kunnossapidon kustannukset suhteessa savukaasulinjan korjaavan kunnossapidon kokonaiskustannuksiin. Käyttövarmuustiedon keräysmetodi on esitelty. Savukaasulinjan kriittisten laitteiden määrittelyyn käytetty metodi on yhdistelmä kyselytutkimuksesta ja muunnellusta vian vaikutus- ja kriittisyysanalyysistä. Laitteiden valitsemiskriteerit lopulliseen kriittisyysanalyysiin päätettiin käyttövarmuustietojen sekä kyselytutkimuksen perusteella. Kriittisten laitteiden määrittämisen tarkoitus on löytää savukaasulinjasta ne laitteet, joiden odottamaton vikaantuminen aiheuttaa vakavimmat seuraukset savukaasulinjan luotettavuuteen, tuotantoon, turvallisuuteen, päästöihin ja kustannuksiin. Tiedon avulla rajoitetut kunnossapidon resurssit voidaan suunnata oikein. Kriittisten laitteiden määrittämisen tuloksena todetaan, että kolme kriittisintä laitetta savukaasulinjassa ovat molemmille sellutehtaille yhteisesti: savukaasupuhaltimet, laahakuljettimet sekä ketjukuljettimet. Käyttövarmuustieto osoittaa, että laitteiden luotettavuus on tehdaskohtaista, mutta periaatteessa samat päälinjat voidaan nähdä suunnittelemattomien vikojen todennäköisyyttä esittävissä kuvissa. Kustannukset, jotka esitetään laitteen suunnittelemattomien kunnossapitokustannusten suhteena savukaasulinjan kokonaiskustannuksiin, noudattelevat hyvin pitkälle luotettavuuskäyrää, joka on laskettu laitteen seisokkiajan suhteena käyttötunteihin. Käyttövarmuustiedon keräys yhdistettynä kriittisten laitteiden määrittämiseen mahdollistavat ennakoivan kunnossapidon oikean kohdistamisen ja ajoittamisen laitteiston elinaikana siten, että luotettavuus- ja kustannustehokkuusvaatimukset saavutetaan.

Power line communication in motor cables of variable-speed electric drives − analysis and

Data transmission between an electric motor and a frequency converter is required in variablespeed electric drives because of sensors installed at the motor. Sensor information can be used for various useful applications to improve the system reliability and its properties. Traditionally, the communication medium is implemented by an additional cabling. However, the costs of the traditional method may be an obstacle to the wider application of data transmission between a motor and a frequency converter. In any case, a power cable is always installed between a motor and a frequency converter for power supply, and hence it may be applied as a communication medium for sensor level data. This thesis considers power line communication (PLC) in inverter-fed motor power cables. The motor cable is studied as a communication channel in the frequency band of 100 kHz−30 MHz. The communication channel and noise characteristics are described. All the individual components included in a variable-speed electric drive are presented in detail. A channel model is developed, and it is verified by measurements. A theoretical channel information capacity analysis is carried out to estimate the opportunities of a communication medium. Suitable communication and forward error correction (FEC) methods are suggested. A general method to implement a broadband and Ethernet-based communication medium between a motor and a frequency converter is proposed. A coupling interface is also developed that allows to install the communication device safely to a three-phase inverter-fed motor power cable. Practical tests are carried out, and the results are analyzed. Possible applications for the proposed method are presented. A speed feedback motor control application is verified in detail by simulations and laboratory tests because of restrictions for the delay in the feedback loop caused by PLC. Other possible applications are discussed at a more general level.

The Design of a Software Lifecycle Management Framework to a Configuration Management System

Keeping track of software assets and managing software installations in IT environments can be a hard endeavor, especially when the size and diversity of the environment grows. How to install and uninstall software efficiently and cost effectively? Are there too few or too many software licenses purchased? If installed, is the software actually in use? Software Asset Management (SAM) is a process that involves managing and optimizing the purchase, deployment, maintenance, utilization, and disposal of software applications within an organization. This master’s thesis describes a special Software Lifecycle Management Framework to provide solutions to the multitude of challenges within SAM. The main objectives when designing the framework was to provide a set of tools to control the software assets during their entire lifecycle while trying to minimize the costs related to owning and managing them.

Kunnonvalvonnan uudelleen organisointi

Tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella nykyinen kunnonvalvonnan toimintomalli Eforan kunnossapitopaikkakunnilla. Tarkastelun pohjalta tutkimuksessa organisoidaan kunnonvalvonta uudelleen näissä kohteissa. Kohteena ovat Eforan paikkakunnat Heinola, Imatra, Oulu, Varkaus, Veitsiluoto is Uimaharju. Teoriaosiossa käsitellään strategista johtamista yrityksen perustamisen näkökulmasta, Perustamista lähestytään myös analyysien kautta, sekä organisaation liiketoimintamallien ja prosessien kautta. Empiirisessä osiossa tehtiin organisaation hahmottamisen kautta portfolio-analyysi, markkinatarkastelu is toimintasuunnitelma. Ne loivat perustan uudelleen organisoitumiselle. Osioon sisältyvät myös toiminnan käynnistämiseen, järjestäytymiseen, mittaamiseen, seurantaan ja raportointiin liittyvät toimet.

Hitsauskoneen kunnonvalvontajärjestelmän kehittäminen

Teollisuuden kasvavien laatuvaatimusten johdosta valmistava teollisuus joutuu tiukentamaan laatuvaatimuksiaan täyttääkseen asiakasvaatimukset. Laatujärjestelmät asettavat valmistajille erilaisia vaatimuksia, kuten valmistuksessa käytettävien laitteistojen huoltodokumentaatioiden tuottaminen. Standardi SFS-EN ISO 3834-2 Metallien sulahitsauksen laatuvaatimukset: Kattavat laatuvaatimukset tuo edellä mainitut vaatimukset myös hitsaustuotantoon. Ennakoivaa kunnossapitoa käytetään monilla teollisuuden aloilla, koska tuotannon yllättävät keskeytymiset halutaan ennaltaehkäistä. Käsinhitsaukseen ei ole ollut toistaiseksi työkaluja, jotka mahdollistaisivat ennakoivan kunnossapidon hitsauskoneille. Kemppi Oy kehittää hitsauksen monitorointiratkaisua, jonka yhtenä päämääränä on kunnonvalvontajärjestelmän kehittäminen hitsauslaitteistolle. Järjestelmä ottaa huomioon myös laatujärjestelmien asettamat vaatimukset hitsauskoneiden huoltodokumentaation tuottamisesta. Diplomityön tavoitteena oli tehdä vaatimusmäärittely hitsauskoneiden kunnonvalvontajärjestelmälle. Tässä diplomityössä perehdyttiin kunnossapidon ja vikaantumisen lajeihin, laatujärjestelmiin sekä hitsauslaitteistoon. Tutkimuksessa syvennyttiin hitsauskoneiden kunnossapidon ja vikaantumistapauksien kautta suunnitteilla olevan järjestelmän tarpeisiin. Haastatteluiden avulla kartoitettiin hitsauslaitteiden kunnonvalvontajärjestelmältä vaadittavia piirteitä, järjestelmälle asetettavia vaatimuksia sekä järjestelmän monitorointikohteita. Tutkimuksen pohjalta laadittuun vaatimusmäärittelyyn saatiin muodostettua toiminnalliset vaatimukset, joista muodostetaan tuotekehityksen aikana tuotteen ominaisuudet. Lisäksi vaatimusmäärittelyyn luotiin käyttäjäryhmät, käyttötapaukset sekä alustavat monitorointikohteet. Vaatimusten täyttämiseksi kunnonvalvontajärjestelmään on suunnitteilla myös laitetietokanta, johon sisällytetään hitsauslaitteille suoritettujen huoltojen ja validointien tiedot. Varsinaisen tuotekehitystyön alkaessa nyt laadittua vaatimusmäärittelyä tullaan käyttämään suuntaviivojen näyttäjänä projektissa.

Exploration and Design of Power-Efficient Networked Many-Core Systems

Multiprocessing is a promising solution to meet the requirements of near future applications. To get full benefit from parallel processing, a manycore system needs efficient, on-chip communication architecture. Networkon- Chip (NoC) is a general purpose communication concept that offers highthroughput, reduced power consumption, and keeps complexity in check by a regular composition of basic building blocks. This thesis presents power efficient communication approaches for networked many-core systems. We address a range of issues being important for designing power-efficient manycore systems at two different levels: the network-level and the router-level. From the network-level point of view, exploiting state-of-the-art concepts such as Globally Asynchronous Locally Synchronous (GALS), Voltage/ Frequency Island (VFI), and 3D Networks-on-Chip approaches may be a solution to the excessive power consumption demanded by today’s and future many-core systems. To this end, a low-cost 3D NoC architecture, based on high-speed GALS-based vertical channels, is proposed to mitigate high peak temperatures, power densities, and area footprints of vertical interconnects in 3D ICs. To further exploit the beneficial feature of a negligible inter-layer distance of 3D ICs, we propose a novel hybridization scheme for inter-layer communication. In addition, an efficient adaptive routing algorithm is presented which enables congestion-aware and reliable communication for the hybridized NoC architecture. An integrated monitoring and management platform on top of this architecture is also developed in order to implement more scalable power optimization techniques. From the router-level perspective, four design styles for implementing power-efficient reconfigurable interfaces in VFI-based NoC systems are proposed. To enhance the utilization of virtual channel buffers and to manage their power consumption, a partial virtual channel sharing method for NoC routers is devised and implemented. Extensive experiments with synthetic and real benchmarks show significant power savings and mitigated hotspots with similar performance compared to latest NoC architectures. The thesis concludes that careful codesigned elements from different network levels enable considerable power savings for many-core systems.