Kilpailutehtävä Taitaja 2017 -finaalikilpailuun

Tämän toiminnallisen opinnäytetön tarkoituksena oli luoda kilpailutehtävä Taitaja 2017 sm-kilpailun -cateringkokki lajiin. Kilpailutehtävän luomiseen kuului tehtävän reseptiikan suunnittelu sekä sen testaus. Luotu kilpailutehtävä toimi osana toukokuussa 2017 käytyä finaalia. Finaalikilpailu käytiin Helsingin messukeskuksessa monipäiväisessä Taitaja2017 -kilpailun tapahtumassa. Opinnäytetyön toimeksiantajana toimii Taitaja 2017 kilpailun lajiohjausryhmä. Opinnäytetyön tavoitteina oli luoda toimiva ja haastava kilpailutehtävä, joka sopisi cateringkokki -lajin finaaliin. Finaalitehtävän vaikeusasteen määritti hotelli-, ravintola- ja cateringalan perusopintojen kiitettävään suoritukseen vaadittava osaamisen taso. Tavoitteiden täyttyminen näkyy opinnäytetyössä luodun tehtävän käytössä. Taitaja 2017 finaalikilpailun cateringkokki -lajin kilpailijat olivat ammattikouluopiskelijoita eri puolilta suomea, jotka olivat selvittäneet tiensä finaaliin erinäisten ennakkotehtävien sekä semifinaalin kautta. Opinnäytetyön teoriaosuudessa käsitellään cateringkokin osaamisvaatimuksia ammattikoulun opintosuunnitelman mukaisesti. Teoriaosuus käsittelee myös oppimista, sillä oppiminen on keskeisessä osassa opinnäytetyön teoriakehikkoa ja oppimisen määrittely auttoi kehittämään sopivan finaalitehtävän. Opinnäytetyön toiminnallista osuutta esitellään teoriaan perustuvan finaalitehtävän reseptiikan luomisen ja testauksen muodossa. Teoriapohja on viitekehyksenä luodulle reseptiikalle. Luodun kilpailutehtävän onnistuminen todettiin Helsingin messukeskuksessa toukokuussa 2017 käydyssä finaalissa.The meaning of this functional thesis is to create an assignment for the finnish-championship com-petitions cateringchef genre. The competition happened in Taitaja 2017 -event, which took place in Helsinki convention centre -Messukeskus on May of 2017. The creation of the competition assignment included drafting, planning and testing the recipes created for the assignment. This thesis was created on an assignment by the judge team of Cateringcook -genre. The objective of this thesis was to create a functional and challenging assignment for cateringchef -genre. The level of difficulty in the assignment was specified by studies on hotel-, restaurant and cateringindustries. Specifically the competition assignment was created with the standards of a well accomplished student in mind. The competitors in the competition are vocational school students from all around Finland, whom have gotten to the finals by getting through various assignments in advance and the semi-finals. The theoretical framework of this thesis describes the standards of a well accomplished student in the field. The theoretical framework also describes learning, as understanding how we learn gives reasoning to making this thesis. Understanding how we learn also gave a proper mindset to the making of the assignment and the recipes in it. The functional part of the thesis is demonstrated by the created recipies for the assignment. The testing and creating of the assignments recipes is the key part of this thesis. The theoretical base gives a framework for the created recipies. The succefullnes of the competition assignment was seen in the finals that took place on May in 2017

Potential impacts of pandemics on global warming, agricultural production, and biodiversity loss

The rising frequency of infectious diseases under climate change poses an emerging threat to environmental and agricultural sustainability by consuming large quantities of materials. The demand for crops to produce personal protective equipment (PPE) competes for land and fertilizers, leads to cropland expansion, and accelerates climate change, but the ecological impacts remain unclear. Here we explore the impacts of pandemics on global warming, agricultural production, and biodiversity loss in an Earth system model by developing relationships between consumption of PPE and the rate of infection during COVID-19. Meeting the demand for PPE would increase production of cotton lint, corn, and natural rubber, which accelerates global warming by 0.2°C with 1.8% additional species losses by 2100. Our results suggest that the risks of public health, food security, climate change, and ecological integrity have been connected to each other, which should be considered when predicting the impacts of future pandemics

Molecular Dynamics Simulation for Macromolecular Systems

在许多领域，分子动力学模拟（Molecular Dynamics Simulation）已经与实验一样成为重要的研究方法，并处于快速发展过程中。但分子动力学模拟计算量大、计算时间长、计算体系小等特点制约了其功能的发挥。本论文建立了基于CPU-GPU（中央处理器-图形处理器）多级耦合并行计算的大分子分子动力学模拟方法和软件，并以此研究了聚乙烯结晶、蛋白质折叠、病毒结构变化等大分子自组织行为。同时，从大分子分子动力学模拟中抽象了更通用的离散粒子间近程可叠加作用方式，并以离散元方法（Discrete Element Method）为实例，建立并优化了其共性算法，从而实现了工业尺度滚筒中颗粒流的准实时模拟。论文首先提出了基于CPU-GPU耦合平台的聚合物体系分子动力学模拟方法，并开发了相应的软件（GPU_MD）。以聚乙烯为研究对象，在单个NVIDIA C2050 GPU中运行的速度分别达到了通用高效CPU软件GROMACS-4.0.5在Intel Xeon E5430 2.66 GHz CPU 单核和8核上的39倍和9倍。应用GPU_MD模拟了聚乙烯体系结晶过程，得到了合理的结晶现象与结晶过程的物理性质，验证了GPU_MD的合理性。在聚合物体系分子动力学模拟方法的基础上，提出了计算生物分子所需的CPU-GPU耦合算法，包括计算静电作用的PME算法（Particle Mesh Ewald）、约束算法SETTLE（Analytical Version of the SHAKE and RATTLE）和LINCS（Linear Constraint Solver）、虚拟作用点算法（Virtual Interacting Site），完成了生物体系模拟的分子动力学程序。对比CPU上的GROMACS-4.5.5，在一块C2050 GPU卡中的计算速度达到了Intel Xeon E5520 2.27 GHz CPU单核的8.03倍和8核并行的1.12倍。应用此GPU分子动力学模拟程序，以及热力学与动力学相结合的多尺度模拟方法研究了蛋白质折叠的机理。首先通过热力学目标函数搜索蛋白质典型构象，然后通过动力学模拟典型构象的局部演化。以RN24蛋白质为例，发现了三种动力学稳定的构象，构象间的转变易于被动能的涨落触发，动能涨落主要由静电作用引起。然而，样本数最多的结构并非热力学搜索得到的自由能最低的结构，由此提出了应存在其他机制与自由能一起协同作用影响RN24的折叠过程的设想，即认为蛋白质折叠这一复杂过程是由两种以上机制共同驱动的。论文还实现了多GPU并行分子动力学模拟方法，根据模拟体系规模，提出了两种重新构建成键作用列表的方法：设定方法和搜索方法。其性能高达相同进程数的GROMACS-4.5.5在CPU的32.6倍。应用该程序，尝试了H1N1病毒的全原子模拟，研究其在水溶液中的结构变化。该模拟含约3亿个原子，是迄今为止生物分子体系中全原子模拟的最大规模，为从微观层次了解流感病毒的生物行为提供了有力工具。在以上工作的基础上，从大分子分子动力学模拟方法中，抽象了离散粒子间更通用的近程可叠加作用方式，建立了一维并行分割方法下，计算与通信重叠的异步并行计算模式，进一步提高了多GPU并行模拟的效率。并以相对简单的离散元方法为例，实现了计算速度为实际演化速度9.37%的工业尺度滚筒中颗粒流的准实时模拟。论文最后总结了所获得的主要成果，展望了所建立的分子动力学计算方法在模拟自组织行为和离散粒子体系中的应用。同时对计算程序与可视化模块、控制模块的耦合，以及由此实现基于离散模拟的虚拟过程作了初步探讨

Tracking guaranteed-cost control under a class of constrains

本文研究了一类时变非线性系统在输入有位置约束条件下的跟踪保性能控制问题．首先对非线性对象选择合适的特征运行状况，采用瞬时线性化技术得到多个线性化控制模型，将之看作是一个线性不确定系统，提出应用基于线性矩阵不等式的跟踪保性能控制设计控制器，然后经过推导得到了满足控制约束的充分条件，以定理的形式给出了约束条件下跟踪保性能控制器存在的充分条件．最后给出了仿真算例，仿真结果表明了所提方法的有效性和可行性

烧结矿竖冷炉内物料的偏析

烧结机竖式冷却回收烧结矿显热工艺是一种新型余热回收技术,其本质上是气固逆流换热散料床,梅钢从环保和节能两方面考虑引入该技术代替传统的环冷机对其烧结矿余热进行回收利用。以烧结矿竖冷炉为研究对象,利用离散单元法(DEM)模拟缓冲仓内和竖冷炉内烧结矿颗粒的偏析行为,分别研究在工业上可行的缓解一次偏析和二次偏析的方法。计算结果显示,在缓冲仓加入分料板会使烧结矿颗粒在中心位置形成料坑,且坑内颗粒粒度明显增大,表明此方法可缓解一次偏析;在进料喉管底部增加分流管可以有效调节烧结矿颗粒的运动方向,控制颗粒落在更有益的位置,从而达到缓解二次偏析的目的,另外,通过调整分流管的倾斜角度还可以进一步优化烧结矿颗粒的二次偏析

纳米材料制备及物性测量的虚拟过程工程初探

分子模拟方法和高性能计算的进展为材料领域的虚拟过程工程提供了可能,即可以从微观层面以可视化和在线交互的方式复现并虚拟操控一些纳米材料的完整制备过程并全面测量其机械和热力学性质。本文以晶硅气相化学沉积过程和硅纳米线导热系数的预测为例,探讨并初步展示了这种可能性。文章表明:通过单独调控反应、扩散两种主要控制机制可以揭示它们的竞争协调对所制备的晶体结构与形貌的影响,为其定向调控提供指导与依据;通过大规模的原子模拟,可以直接获得微米以上尺度的硅、碳等材料的机械和热力学性质,克服有限尺寸效应。材料虚拟过程工程的最终实现将为其构效关系的机理研究和优化设计与制备调控提供强有力手段。</p

烧结矿竖冷炉内物料的偏析

烧结机竖式冷却回收烧结矿显热工艺是一种新型余热回收技术,其本质上是气固逆流换热散料床,梅钢从环保和节能两方面考虑引入该技术代替传统的环冷机对其烧结矿余热进行回收利用。以烧结矿竖冷炉为研究对象,利用离散单元法(DEM)模拟缓冲仓内和竖冷炉内烧结矿颗粒的偏析行为,分别研究在工业上可行的缓解一次偏析和二次偏析的方法。计算结果显示,在缓冲仓加入分料板会使烧结矿颗粒在中心位置形成料坑,且坑内颗粒粒度明显增大,表明此方法可缓解一次偏析;在进料喉管底部增加分流管可以有效调节烧结矿颗粒的运动方向,控制颗粒落在更有益的位置,从而达到缓解二次偏析的目的,另外,通过调整分流管的倾斜角度还可以进一步优化烧结矿颗粒的二次偏析

Particle-Mesh Ewald(PME)算法的GPU加速

讨论在NVIDIACUDA开发环境下,用GPU加速分子动力学模拟中静电作用的长程受力计算部分.采用Particle-Mesh Ewald（PME）方法,将其分解为参数确定、点电荷网格离散、离散网格的傅立叶变换、静电热能求解与静电力求解5个部分,并分别分析各部分的GPU实现.此方法已成功用于7个不同大小的生物分子体系的模拟计算,达到了7倍左右的加速.该程序可耦合到现有分子动力学模拟软件中,或作为进一步开发的GPU分子动力学程序的一部分,显著加速传统分子动力学程序

螺旋输送器中颗粒混合过程的模拟

采用离散单元法(discrete element method,DEM)模拟了工业尺度螺旋输送器中两种不同密度与粒径的颗粒的流动状态与混合过程。采用Lacey混合指标的定量分析表明,该输送器的混合性能强烈地依赖于操作条件和结构尺寸,转速和物料的添加速率对混合效果影响最大,其次是混合段螺距和物料粒径。根据工业生产的具体要求,可参考上述发现合理地选择技术参数、提高混合效率、降低能耗。</p

基于EMMS范式的离散模拟及其化工应用

化工过程通常涉及化学、化工、过程系统工程3个层次,而每个层次又包含微尺度、介尺度和宏尺度,如化工层次的颗粒、颗粒团和反应器尺度。每个层次中的微尺度单元都自然适用离散模型,即通过跟踪每个单元的运动获得整个体系演化的宏观规律。但由于单元数量巨大,工程模拟往往依赖经过统计平均的连续介质模型。由此带来的精度问题,特别是忽略了介尺度结构的问题,随着对化工过程效率和绿色度等要求的提高而日渐突出。介绍了通过问题、模型、软件和硬件结构的一致性提升离散模拟的精度、能力和效率的方法、进展及其在复杂分子体系、颗粒流、气固流态化等方面的应用,展示了通过离散模拟实现虚拟过程工程的可能性。</p