Abstract

This thesis promotes simulation-driven design process. It means, in practice, a fact-based methodology, where the project core team makes the design process decisions based on the simulated facts instead of gut feelings. At the same time, this thesis will, hopefully, work as introductory material for new employees, and parts of it work as teaching material in machine design courses. This thesis builds on knowledge gained from the practical work experience during the past twelve years while working in the Wärtsilä R&D and Engineering organization. All the method development exists because there has been a need for it. The results presented in this thesis are valuable to Wärtsilä, who has been the early adopter of the simulation-driven design process. In Wärtsilä’s engine development projects the new presented methodology is in use. Wärtsilä-31 product was the first using the new methodology, and the results speak for itself, it is the most efficient 4-stroke engine in the world. Rest of the Finnish industry will benefit from the results as well. All of these new findings will eventually merge into the machine design teaching in the University of Oulu. Thus, the next generation designers will have the new set of tools when they enter the job market.

Tiivistelmä

Tässä väitöskirjassa esitellään simulointivetoista tuotekehitystä. Käytännössä se tarkoittaa, että projektin ydinryhmä tekee päätökset simulointituloksien perusteella vakiintuneiden käytäntöjen sijaan. Kuvaillut menetelmät perustuvat kahdentoista vuoden työkokemukseen Wärtsilän moottorien tuotekehitysosastolla. Väitöskirjan tulokset ovat arvokkaita Wärtsilälle, joka on jo varhain ymmärtänyt simulointivetoisen tuotekehityksen edut. Kaikki esitellyt menetelmät on kehitetty todelliseen tarpeeseen, ja ne ovat käytössä Wärtsilän uusien moottorien tuotekehitysprojekteissa. Wärtsilä 31 -moottori oli ensimmäinen tuote, jonka kehityksessä näitä uusia menetelmiä käytettiin, ja tuloksena syntyi maailman parhaalla hyötysuhteella varustettu moottori. Wärtsilä tulee käyttämään tätä väitöskirjaa uusien työntekijöiden perehdyttämismateriaalina, mutta myös muulla suomalaisella teollisuudella on mahdollisuus hyötyä sen tuloksista. Toivon mukaan väitöskirjassa esitellyt uuden menetelmät päätyvät ammattikorkeakoulujen ja yliopistojen koneesuunnittelun opetukseen ja antavat seuraavan sukupolven koneensuunnittelijoiden käyttöön nykyaikaiset työkalut, kun he astuvat työmaailmaan.

Osajulkaisut / Original papers

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon / Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

1. Frondelius, T., Halla-aho, P., & Mäntylä, A. (2016). Crankshaft development with virtual engine modelling. In: CIMAC Congress Helsinki.

2. Könnö, J., Frondelius, T., Resch, T., & Santos-Descalzo, M. J. (2016). Simulation based grid compliance. In: CIMAC Congress Helsinki.

3. Frondelius, T., & Aho, J. (2017). JuliaFEM - open source solver for both industrial and academia usage. Rakenteiden Mekaniikka, 50(3), 229–233. https://doi.org/10.23998/rm.64224

4. Könnö, J., Tienhaara, H., & Frondelius, T. (2017). Wärtsilä Digital Design Platform. Rakenteiden Mekaniikka, 50(3), 234–238. https://doi.org/10.23998/rm.64621

5. Frondelius, T., Tienhaara, H., & Haataja, M. (2018). History of structural analysis & dynamics of Wärtsilä medium speed engines. Rakenteiden Mekaniikka, 51(2), 1–31. https://doi.org/10.23998/rm.69735

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

6. Frondelius, T., Mäntylä, A., Vaara, J., Könnö, J., Andersson, T., Lindroos, M., … Laukkanen, A. (2018). Micromechanical modeling of the role of inclusions in high cycle fatigue damage initiation and short crack growth. In: CAASE18 The Conference on Advancing Analysis & Simulation in Engineering. Nafems.

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

7. Frondelius, T., Tienhaara, H., Kömi, J., & Haataja, M. (2018). Simulation-Driven Development of Combustion Engines: Theory and Examples. SAE Technical Paper Series. Automotive Technical Papers. https://doi.org/10.4271/2018-01-5050

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version