Metallien kompleksinmuodostus liuosfaasissa

Liuoksessa metallit muodostavat erilaisia koordinatioyhdisteitä epäorgaanisten ja orgaanisten anionien ja neutraalien molekyylien kanssa. Erityisesti siirtymämetalleilla on voimakas taipumus kompleksiyhdisteiden muodostamiseen elektroneja sisältävien 3-, 4-, ja 5d orbitaaliensa johdosta. Samassa liuoksessa voi samanaikaisesti esiintyä useita erilaisia, mutta samoista lähtöaineista muodostuneita, kompleksiyhdisteitä. Kompleksinmuodostusreaktiot ovat tasapainoreaktioita. Usein tasapainovakiot on esitetty termodynaamisina tasapainovakioina eli ne ovat päteviä standarditilassa. Standarditilan tasapainovakioista voidaan johtaa missä tahansa liuoksessa pätevät vakiot erilaisten Debye-Hückel-teoriasta johdettujen laskentamenetelmien avulla. Metalli-ligandiparin jakautuminen erilaisiksi kompleksiyhdisteiksi voidaan mallintaa kun tunnetaan muodostumisreaktioiden tasapainovakiot. Muodostumisreaktioiden tasapainovakioiden yhtälöistä voidaan johtaa epälineaarinen yhtälöryhmä, joka voidaan ratkaista jollakin numeerisella ratkaisimella. Esimerkiksi Matlab-ohjelmiston sisältämä fsolve-ratkaisin soveltuu tällaiseen tehtävään. Osana tätä työtä on kirjoitettu Matlab-sovellus, jolla voidaan mallintaa kationi-ligandiparin jakautumista koordinaatioyhdisteiksi tunnettujen tasapainovakioiden perusteella.

Testiohjelmiston kehittäminen väsytyskokeiden suorittamiseksi mielivaltaisilla kuormituksilla

Väsytyskokeita on väsymisilmiön keksimisestä lähtien tehty pääasiallisesti vakioamplitudisella kuormituksella. Paremmin todellisuutta kuvaavaan testitilanteeseen päästään kuitenkin vain käyttämällä testattavan rakenteen reaalikuormitusta simuloivaa muuttuva-amplitudista kuormitusta. Tällaisen kuormituksen testaaminen käytännössä on kuitenkin huomattavasti vaikeampaa kuin perinteisen vakioamplitudisen kuormituksen, koska muuttuva-amplitudisen kuormituksen spektri on ensin kehitettävä jostain – joko käytännön mittausten kautta tai rakenteen käyttötilaa analysoimalla. Myöskään tiedossa olevan spektrin tuottaminen käytännön kokeissa ei ole aivan yksinkertaista. Tässä kandidaatintyössä pyrittiin ratkaisemaan näitä ongelmia suunnittelemalla ja toteuttamalla testiohjelmisto, joka pystyy sekä generoimaan että käytännössä toistamaan käyttäjän haluaman kuormitusspektrin laboratoriokokeissa. Jälkimmäistä varten oli olemassa ohjelma, jota haluttiin hyödyntää tässä työssä. Tehtävä jaettiin kolmeen osioon: kuormitusspektrien generoiminen, kuormitusspektrien yhdistäminen ja lopuksi spektrien toistaminen itse väsytyskokeessa. Kahdessa ensimmäisessä osiossa käytettiin ohjelmointiympäristönä Matlab-ohjelmaa; kolmannessa käytettiin pohjana olemassa olevaa väsytyskoeohjelmaa ja käytännön ohjelmointi suoritettiin näin ollen ANSI C –kielellä käyttäen kääntäjänä Microsoft Visual Studio 6.0:aa. Alkuperäinen väsytyskoeohjelma vaati useita merkittäviä muutoksia, ennen kuin se soveltui käytettäväksi tässä yhteydessä. Työssä on kuvattu periaatetasolla ohjelmien suunnittelu- ja toteuttamisvaiheet. Lisäksi työn on tarkoitus toimia yksinkertaisena käyttöohjeena ja opastuksena koko ohjelmiston käyttöön.

Kestomagneettikoneen roottorin väsymisanalyysi

Työn tavoitteena oli luoda työkalu kestomagneettikoneiden roottoreiden väsymisen analysointia varten. Työkalu toteutettiin siten, että siihen voidaan liittää oikeasta koneesta mitattu kuormitusdata, sekä tarvittavat materiaalitiedot. Kuormitusdata muunnetaan työkalussa jännityshistoriaksi käyttämällä elementtimenetelmän avulla laskettavaa skaalauskerrointa. Kestoiän laskemiseen analyysityökalu käyttää jännitykseen perustuvaa menetelmää sekä rainflowmenetelmää ja Palmgren-Minerin kumulatiivista vauriosääntöä. Lisäksi työkalu tekee tutkittavalle tapaukselle Smithin väsymislujuuspiirroksen. Edellä mainittujen menetelmien lisäksi työn teoriaosassa esiteltiin väsymisanalyysimenetelmistä myös paikalliseen venymään perustuva menetelmä sekä murtumismekaniikka. Nämä menetelmät jäivät monimutkaisuutensa vuoksi toteuttamatta työkalussa. Väsymisanalyysityökalulla laskettiin kestoiät kahdelle esimerkkitapaukselle. Kummassakin tapauksessa saatiin tulokseksi ääretön kestoikä, mutta aksiaalivuokoneen roottorin dynaaminen varmuus oli pieni. Vaikka tulokset vaikuttavat järkeviltä, ne olisi vielä hyvä verifioida esimerkiksi kaupallisen ohjelmiston avulla täyden varmuuden saamiseksi.

Construction Plan Image Service for Mobile Devices

The forthcoming media revolution of exchanging paper documents to digital media in construction engineering requires new tools to be developed. The basis of this bachelor’s thesis was to explore the preliminary possibilities of exporting imagery from a Building Information Modelling –software to a mobile phone on a construction yard. This was done by producing a Web Service which uses the design software’s Application Programming Interface to interact with a structures model in order to produce the requested imagery. While mobile phones were found lacking as client devices, because of limited processing power and small displays, the implementation showed that the Tekla Structures API can be used to automatically produce various types of imagery. Web Services can be used to transfer this data to the client. Before further development the needs of the contractor, benefits for the building master and inspector and the full potential of the BIM-software need to be mapped out with surveys.

Tuotehallinnan tietoprosessin haasteet ja kehittäminen ohjelmistoyrityksessä

Diplomityössä tutustuttiin ohjelmistoyrityksen tuotteiden asiakastarpeiden ja vaatimusten käsittelyyn tuotehallinnan tietoprosessin näkökulmasta. Työssä kuvattiin yrityksen nykyinen prosessi sekä analysoitiin erityisesti sen haasteita. Teoriatiedon sekä yrityksen asiantuntijalausuntojen pohjalta laadittiin tuotehallinnan tietoprosessin kehitysehdotuksia. Kvalitatiivinen tapaustutkimus toteutettiin käytännönläheisesti esittämällä kohdeyrityksen asiantuntijoille avoimia kysymyksiä sekä heidän kanssaan keskustellen. Tutkimus tehtiin neljässä vaiheessa ja sen päätavoitteena oli selvittää, millä keinoilla voidaan tukea kohdeyrityksen tuotekehitystarpeisiin ja tuotekehitysehdotuksiin liittyvän tiedon hallintaa sekä tuotantopäätöksiä. Tutkimuksen teoreettinen viitekehys koostui organisaation tietoprosessista, organisaation päätöksentekoprosessista, ohjelmistotuotteen erityispiirteistä sekä ohjelmiston tuotehallinnasta. Kohdeyrityksen tuotehallinnan tietoprosessin kehittämisen keskeisiksi tekijöiksi nousivat tuotehallinnan tukena käytettävän tietojärjestelmän ominaisuudet, tiedon hakeminen, tiedon löytäminen ja tulkinta. Kehityskohteiksi nousivat lisäksi prosessin kulku, perustuotekehityksen ja asiakastoimituksien rinnakkainen hallinta sekä asiakasarvon tuottaminen tuotehallinnan keinoin. Tutkimuksen lopputuloksena toteutettiin kohdeyrityksen tuotehallinnan tietoprosessin tavoitetilan kuvaus. Tavoitetilan elementtejä olivat tuotteiden pidemmän tähtäimen suunnitelmat (roadmap), tuotehallinnan organisointi tiimeille sekä sensemaking-prosessin hyödyntäminen osapuolien yhteisen ymmärryksen luomiseksi kehitystarpeille. Käytössä olevan tietojärjestelmän kehitysehdotukset perustuivat näiden tuotehallinnan elementtien tukemiseen.

APROS model validation in case of fast transients in a boiling water reactor

This Master´s thesis investigates the performance of the Olkiluoto 1 and 2 APROS model in case of fast transients. The thesis includes a general description of the Olkiluoto 1 and 2 nuclear power plants and of the most important safety systems. The theoretical background of the APROS code as well as the scope and the content of the Olkiluoto 1 and 2 APROS model are also described. The event sequences of the anticipated operation transients considered in the thesis are presented in detail as they will form the basis for the analysis of the APROS calculation results. The calculated fast operational transient situations comprise loss-of-load cases and two cases related to a inadvertent closure of one main steam isolation valve. As part of the thesis work, the inaccurate initial data values found in the original 1-D reactor core model were corrected. The input data needed for the creation of a more accurate 3-D core model were defined. The analysis of the APROS calculation results showed that while the main results were in good accordance with the measured plant data, also differences were detected. These differences were found to be caused by deficiencies and uncertainties related to the calculation model. According to the results the reactor core and the feedwater systems cause most of the differences between the calculated and measured values. Based on these findings, it will be possible to develop the APROS model further to make it a reliable and accurate tool for the analysis of the operational transients and possible plant modifications.

Sage-ohjelmisto lukion matematiikan opetuksessa

Sage on verkkoselaimessa toimiva symbolisesti laskeva ohjelmisto, joka rakentuu useista avoimen lähdekoodin periaatetta noudattavista moduuleista. Komentokielenä se käyttää Python-ohjelmointikieltä. Sage soveltuu sekä opetus- että tutkimuskäyttöön. Opetuskäytössä sen tärkeimpiä ominaisuuksia ovat ilmaisuus, helppokäyttöisyys, vuorovaikutteiset ja graafiset toiminnot, dokumenttien muotoilutyökalut sekä verkkoympäristön edut, kuten käyttöjärjestelmäriippumattomuus ja ryhmätyö- mahdollisuudet. Tutkielmassa esitellään aihealueittain, miten Sagea voidaan hyödyntää lukion matematiikan opetuksessa kursseilla, joilla käsitellään funktioita ja yhtälöitä, geometriaa ja trigonometriaa, differentiaali- ja integraalilaskentaa, todennäköisyyslaskentaa sekä numeerisia menetelmiä. Aihepiireihin liittyvien metodien toimintaa havainnollistetaan esimerkkien ja opetusta tukevien interaktiivisten sovellusten avulla. Lisäksi tutkielma sisältää 21 Sagen käyttöön perustuvaa tehtävää ratkaisuineen. Suurin osa tutkielmaa varten ohjelmoiduista sovelluksista on julkaistu osana Sagea versiosta 4.7.1 alkaen. Tutkielma perustuu Sage-ohjelmiston versioon 4.7.

Computational methods for tactical simulations

Tämä taktiikan tutkimus keskittyy tietokoneavusteisen simuloinnin laskennallisiin menetelmiin, joita voidaan käyttää taktisen tason sotapeleissä. Työn tärkeimmät tuotokset ovat laskennalliset mallit todennäköisyyspohjaisen analyysin mahdollistaviin taktisen tason taistelusimulaattoreihin, joita voidaan käyttää vertailevaan analyysiin joukkue-prikaatitason tarkastelutilanteissa. Laskentamallit keskittyvät vaikuttamiseen. Mallit liittyvät vahingoittavan osuman todennäköisyyteen, jonka perusteella vaikutus joukossa on mallinnettu tilakoneina ja Markovin ketjuina. Edelleen näiden tulokset siirretään tapahtumapuuanalyysiin operaation onnistumisen todennäköisyyden osalta. Pienimmän laskentayksikön mallinnustaso on joukkue- tai ryhmätasolla, jotta laskenta-aika prikaatitason sotapelitarkasteluissa pysyisi riittävän lyhyenä samalla, kun tulokset ovat riittävän tarkkoja suomalaiseen maastoon. Joukkueiden mies- ja asejärjestelmävahvuudet ovat jakaumamuodossa, eivätkä yksittäisiä lukuja. Simuloinnin integroinnissa voidaan käyttää asejärjestelmäkohtaisia predictor corrector –parametreja, mikä mahdollistaa aika-askelta lyhytaikaisempien taistelukentän ilmiöiden mallintamisen. Asemallien pohjana ovat aiemmat tutkimukset ja kenttäkokeet, joista osa kuuluu tähän väitöstutkimukseen. Laskentamallien ohjelmoitavuus ja käytettävyys osana simulointityökalua on osoitettu tekijän johtaman tutkijaryhmän ohjelmoiman ”Sandis”- taistelusimulointiohjelmiston avulla, jota on kehitetty ja käytetty Puolustusvoimien Teknillisessä Tutkimuslaitoksessa. Sandikseen on ohjelmoitu karttakäyttöliittymä ja taistelun kulkua simuloivia laskennallisia malleja. Käyttäjä tai käyttäjäryhmä tekee taktiset päätökset ja syöttää nämä karttakäyttöliittymän avulla simulointiin, jonka tuloksena saadaan kunkin joukkuetason peliyksikön tappioiden jakauma, keskimääräisten tappioiden osalta kunkin asejärjestelmän aiheuttamat tappiot kuhunkin maaliin, ammuskulutus ja radioyhteydet ja niiden tila sekä haavoittuneiden evakuointi-tilanne joukkuetasolta evakuointisairaalaan asti. Tutkimuksen keskeisiä tuloksia (kontribuutio) ovat 1) uusi prikaatitason sotapelitilanteiden laskentamalli, jonka pienin yksikkö on joukkue tai ryhmä; 2) joukon murtumispisteen määritys tappioiden ja haavoittuneiden evakuointiin sitoutuvien taistelijoiden avulla; 3) todennäköisyyspohjaisen riskianalyysin käyttömahdollisuus vertailevassa tutkimuksessa sekä 4) kokeellisesti testatut tulen vaikutusmallit ja 5) toimivat integrointiratkaisut. Työ rajataan maavoimien taistelun joukkuetason todennäköisyysjakaumat luovaan laskentamalliin, kenttälääkinnän malliin ja epäsuoran tulen malliin integrointimenetelmineen sekä niiden antamien tulosten sovellettavuuteen. Ilmasta ja mereltä maahan -asevaikutusta voidaan tarkastella, mutta ei ilma- ja meritaistelua. Menetelmiä soveltavan Sandis -ohjelmiston malleja, käyttötapaa ja ohjelmistotekniikkaa kehitetään edelleen. Merkittäviä jatkotutkimuskohteita mallinnukseen osalta ovat muun muassa kaupunkitaistelu, vaunujen kaksintaistelu ja maaston vaikutus tykistön tuleen sekä materiaalikulutuksen arviointi.

Opittavuus WWW-sovelluksissa

Nykyisin yhä laajempia sovelluksia toteutetaan WWW-sovelluksina, joita myös vähän tietokoneita käyttäneiden pitäisi oppia käyttämään. Ohjelmiston oppimisen helppoutta mitataan opittavuudella, jota parantavat yksinkertaistaminen, graafinen suunnittelu, kuvakkeiden selkeys ja yleisesti käytettävät toimintatavat. Tässä työssä tarkastellaan HTML5:ttä ja kolmea WWW-sovellusta edellä mainittujen opittavuuden tekijöiden suhteen. HTML5:ssä on muutamia opittavuutta parantavia uusia ominaisuuksia, kuten tehokkaammat tietojensyöttötavat ja median toisto. Tutkituilla sivuilla opittavuuteen vaikuttavat tekijät olivat pääosin kunnossa. Hyvin toteutettuna laajakin WWW-sovellus on helposti opittava. HTML5 tuo yhtenäisyyttä ja häivyttää yhä enemmän WWW-sovellusten ja työpöytäsovellusten rajaa. Jatkossa sisällön visualisointia voisi kehittää opittavuuden parantamiseksi.

Development of a project control procedure

The aim of this study is to develop a suitable project control procedure for a target company that can be used in engineering, procurement, and construction or con-struction management contracts. This procedure contains suitable project control software and a model for the use of the software in practice. This study is divided into two main sections. Theoretical part deals with project management, focusing on cost and time dimensions in projects. Empirical part deals with the development of the project control procedure for the target compa-ny. This development takes place in two parts. In the first part, semi-structured interviews are used to find out the company’s employees’ demands and desires for the project control software which will then be used in the developed procedure. These demands and desires are compared to available software in the market and the most suitable one will be chosen. Interview results show that important factors are cost tracking, integration with other software, English language availability, references, helpdesk, and no need for regular updates. The most suitable one is CMPro5 cost control software. The chosen software is used in a pilot project, where its functions and use are analyzed. Project control procedure which will be used in the future is developed based on these procedures. The five steps in developed procedure include employment of a cost engineer, whose task is to maintain the procedure in the target company.

Analyysityökalun kehittäminen C#-kielisten lähdekoodien tarkastamiseen

Katselmoinnit ja tarkastusmenettelyt ovat osa ohjelmistotuotantoprosessin laadunvarmistusta. Staattisella tarkastamisella tarkoitetaan ohjelmistotuotteen visuaalista tarkastamista ohjelmistovirheiden havaitsemiseksi ja korjaamiseksi. Ohjelmiston lähdekoodin tarkastaminen voidaan suorittaa automaattisesti tarkoitukseen sopivalla ohjelmistolla l. analyysityökalulla. Tässä työssä toteutettiin analyysityökalu C#-kielisten lähdekoodien tarkastamiseen. Työkalulla suoritetussa kenttätestauksessa havaittiin tarkastettavissa ohjelmistoissa ohjelmiston ylläpitoon vaikuttavia puutteita. Lisäksi työssä tarkasteltiin katselmointeja osana ohjelmistotuotantoprosessin laadunvarmistusta sekä erilaisia ohjelmistovirheitä ja niiden lähteitä.

Ohjelmistotuotannon menetelmien käyttö sulautetuissa järjestelmissä

Sulautettujen järjestelmien tekemisessä käytettävät metodit ovat moninaiset. Tämä johtuu siitä, että sulautettuja järjestelmiä on tuhansia erilaisia, sekä laitteiston ja ohjelmiston rakentamisen eroavaisuuksista. Sovellukset vaihtelevat kännyköistä aina avaruusluotaimiin. Näihin projekteihin on sovellettu metodeita joita ei ole alun perin suunniteltu laitteiston ja ohjelmiston yhteissuunnitteluun ja toteuttamiseen. Ohjelmistotuotannon menetelmistä oikean valinta nimenomaan tietylle sulautetulle järjestelmälle on haasteellista. Viimeisimpinä ovat tulleet erilaiset ketterät menetelmät ja niitäkin on olemassa useita erilaisia. Ketteriä ja perinteisempiä ohjelmistotuotannon menetelmiä esitellään tässä kandidaatin työssä. Tässä työssä on tarkoituksena selvittää mitkä olisivat parhaiten soveltuvia sulautetun järjestelmän projektille.

Multi-axis solutions in packaging machines in Europe

The objective of this thesis was to examine the potential of multi-axis solutions in packaging machines produced in Europe. The definition of a multi-axis solution in this study is a construction that uses a common DC bus power supply for different amplifiers running the axes and the intelligence is centralized into one unit. The cost structure of a packaging machine was gained from an automation research, which divided the machines according to automation categories. The automation categories were then further divided into different sub-components by evaluating the ratio of multi-axis solutions compared to other automation components in packaging machines. A global motion control study was used for further information. With the help of the ratio, an estimation of the potential of multi-axis solutions in each country and packaging machine sector was completed. In addition to the research, a specific questionnaire was sent to five companies to gain information about the present situation and possible trends in packaging machinery. The greatest potential markets are in Germany and Italy, which are also the largest producers of packaging machinery in Europe. The greatest growth in the next few years will be seen in Turkey where the annual growth rate equals the general machinery production rate in Asia. The greatest market potential of the Nordic countries is found in Sweden in 35th position on the list. According to the interviews, motion control products in packaging machines will retain their current power levels, as well as the number of axes in the future. Integrated machine safety features together with a universal programming language are the desired attributes of the future. Unlike generally in industry, the energy saving objectives are and will remain insignificant in the packaging industry.

Ketterien menetelmien hyödyntäminen sulautettujen järjestelmien kehityksessä

Sulautettujen järjestelmien projekti voidaan toteuttaa monella tavalla. Projektiin liittyy aina ohjelmiston, sekä laitteiston kehittäminen. Ohjelmiston suunnittelulla on suuri painoarvo ja tämä näkyy erityisesti varsinkin kulutuselektroniikassa. Kannettavien laitteiden räjähdysmäisesti lisääntynyt myynti ja käyttö ovat tuoneet markkinoille lisää rahaa ja mielenkiintoa. Tästä johtuen markkinoille tulee joka vuosi entistä kehittyneempiä laitteita. Laitteiston kehittymisen sekä asiakkaiden vaatimusten lisääntyessä ohjelmistojen koko on kasvanut. Tämä on luonut tarpeen myös sulautettujen järjestelmien projekteille ottaa käyttöön jokin tietty metodi ohjelmistojen tuotannossa. Ongelmana on kuitenkin se, että sulautettujen järjestelmien projekteihin on sovellettu metodeita, joita ei ole alun perin suunniteltu laitteiston ja ohjelmiston yhteissuunnitteluun ja toteuttamiseen. Miten voidaan valita oikea metodi sulautettujen järjestelmien projektiin? Tässä työssä esitellään perinteisiä ohjelmistotuotannon metodeita, sekä keskitytään eri ketterien metodien tutkimiseen. Tämä työ selvittää mikä vaikuttaa metodin valintaan sulautetun järjestelmän projektille. Tässä tutkimuksessa päädytään siihen johtopäätökseen, että sulautetuin järjestelmän suunnittelussa ja toteutuksessa ketterien menetelmien käyttö parantaa projektin mahdollisuutta onnistua täyttämään asiakkaan vaatimukset. Ketterien menetelmien käyttö ei poista tarvetta kehittää menetelmää, joka lähtökohtaisesti ottaa huomioon laitteiston ja ohjelmiston yhteissuunnittelun.