Integrating commercial process simulators into engineering courses

Abstract: The aim of this article is to encourage university lecturers to utilize commercial process simulation software in engineering courses. This article provides examples on four different simulation modules which are implemented in chemical and electrical engineering courses at Oslo and Akershus University College. The students have given positive evaluation on the learning through the simulation exercises and considered the simulation tool easy to use. Together with the exam results the student feedback indicates enhanced learning outcom

Microstructure characterization of pulsed laser deposited metal oxide nanoparticles

Abstract. In this thesis, the effects of pulsed laser deposition processing parameters on microstructure of tungsten trioxide thin films was studied. Samples were deposited at room temperature under three different background oxygen pressure levels using three different laser beam fluence. Some samples were post-annealed at temperatures between 400 and 600 °C, and the rest were left as deposited. Micro- and crystal structure of the samples were examined with X-ray diffraction, Raman spectroscope, atomic force microscope, and field emission scanning electron microscope. Results showed that the films were porous, constructed of nanoparticles and had a rough surface. In crystal structure studies, amorphous phase as well as crystalline monoclinic γ- ja ε-phases were found. Value of background pressure and laser beam fluence were found to have significant effect on crystal structure, morphology, porosity, and thickness of the films. Effect of post-annealing temperature was non-linear and dependent on the as-deposited structure of the films. Before the post-annealing, the films were mostly amorphous and during the heating some of them remained amorphous, some crystallized into γ-phase, and some formed different mixtures of γ- and ε-phases. Grain sizes of the samples were studied with different methods, which gave somewhat different results, but it could be concluded that fluence of the laser was largely insignificant, and pressure and post-annealing temperature had more dominant effects.Pulssilaserkasvatettujen metallioksidinanopartikkeleiden mikrorakenteen karakterisointi. Tiivistelmä. Tässä työssä tutkittiin pulssilaserkasvatuksen parametrien vaikutusta volframitrioksidistaohutkalvojen mikrorakenteeseen. Näytteet kasvatettiin huonelämpötilassa kolmessa eri happipaineessa ja kolmella eri laserin intensiteetillä. Osa näytteistä jälkihehkutettiin 400–600 °C asteen lämpötilassa. Näytteiden mikro- ja kiderakennetta tutkittiin röntgendiffraktiolla, Raman spektroskopialla sekä atomivoima- ja elektronimikroskopian menetelmillä. Tuloksista kävi ilmi kalvojen huokoinen, nanopartikkeleista koostuva rakenne, pinnan karheus sekä eri faasien määräsuhteet. Amorfisen faasin lisäksi näytteistä löytyi kiteiset monokliiniset γ- ja ε-faasit. Taustapaineen ja laserin intensiteetin muutosten havaittiin vaikuttavan voimakkaasti kalvojen huokoisuuteen, pinnan rakenteeseen ja kalvon paksuuteen. Paineen ja intensiteetin vaikutukset olivat vastakkaisia, mutta aina samanlaisia. Jälkihehkutuksen vaikutus oli epälineaarinen sekä riippuvainen hehkutuslämpötilasta, mutta myös hehkuttamattomasta kalvon rakenteesta. Ennen jälkihehkutusta kalvot olivat pääsääntöisesti amorfista faasia, mutta hehkutettaessa osa jäi pääosin amorfiseksi ja loput kiteytyivät melko puhtaaksi monokliiniseksi γ-faasiksi tai erilaiseksi yhdistelmäksi ε- ja γ-faaseja. Jälkihehkutettujen kalvojen raekokoja laskettiin röntgendiffraktion mittaustuloksista eri menetelmillä, joilla saatiin hieman eriäviä tuloksia, mutta kaikista kävi ilmi, että laserin intensiteetillä ei ollut merkittävää vaikutusta keskimääräiseen raekokoon toisin kuin lämpötilalla ja taustapaineella

Large-scale training simulators for industry and academia

How should industrial large-scale simulators be used in academia? Which aspects of industrial training can benefit engineering education? This article demonstrates the use of industrial large-scale simulators for educational and training purposes for both academia and industry. The didactic models of the simulator courses are described and the learning results are evaluated for two case examples using the same industrial oil and gas process simulator. The differences and similarities of the didactic models of the courses are explored and the further possibilities for collaboration between academia and industry are outlined

Economic benefits of training simulators

Use of operator training simulators (OTS) is claimed to be one of the best ways to train new operators and to refresh the skills of experienced ones, providing numerous benefits to the companies. What is the value of an operator training simulator in oil & gas industry? What are the economical and HSE benefits of successful simulator training? How much can be earned or saved by the use of training simulators? How large increase in productivity and effectiveness can be gained? This article reviews the OTS practices and quantifies the benefits of the OTS use based on a survey conducted in the Norwegian Oil & Gas industry during fall 2011

Operaatio poliosokeri:Suomen kamppailu poliovirusta vastaan vuosien 1984–1985 aikana

Tiivistelmä. Kandidaatintutkielmassani perehdyn Suomessa vuosien 1984–1985 välisenä aikana tapahtuneeseen poliovirusepidemiaan ja epidemian pysäyttämiseksi suoritettuun kansanterveysoperaatioon. Suomalaiset rokotettiin Albert Sabinin eläviä polioviruksia sisältävällä rokotteella, joka tarjoiltiin väestölle sokeripalaan liuotettuna. Ensimmäisellä tutkimuskysymykselläni selvitän, mitkä tekijät mahdollistivat villin polioviruksen leviämisen Suomessa 1980-luvulla. Toinen tutkimuskysymykseni käsittelee sitä, mitkä olivat edellytykset kansanterveysoperaation onnistumiselle. Perehdyn aiheeseen tutkimalla Helsingin Sanomien Kotimaa- ja Mielipide -osioiden kirjoituksia aikaväliltä 13.11.1984–13.6.1985 sekä lukemalla aiheeseen liittyvää tutkimuskirjallisuutta. Aikaisempaa historiatieteellistä Suomen vuosien 1984–1985 polioepidemiaa käsittelevää tutkimusta ei ole, minkä vuoksi käyttämäni tutkimuskirjallisuus käsittelee aihepiiriä yleisemmin. Per Axelssonin väitöskirja Höstens spöke: De svenska polioepidemiernas historia vuodelta 2004 tuo tutkielmaani pohjoismaalaista näkemystä polion historiasta ja Ruotsin epidemioista. Dora Varghan teos Polio across the iron curtain: Hungary’s cold war with an epidemic (2018) puolestaan käsittelee Itä-Euroopassa ilmenneitä polioepidemioita. Stuart Blumen sekä Ingrid Geesinkin poliorokotteeseen keskittyvät artikkelit sekä Seppo Utriaisen ja Hannu Vuoren poliota käsittelevät teokset toivat oleellista tietoa rokotteiden lääketieteellisestä puolesta. Sosiaalihistoriallista näkemystä tutkielmaani toivat Malte Thießenin sekä Wyatt Harold Vivianin artikkelit. Tutkielmani tulokset osoittavat, että 1980-luvun poliovirusepidemia yllätti suomalaiset lääkintäviranomaiset, asiantuntijat sekä kansalaiset. Edellisen kerran polioepidemia koettiin Suomessa 1960-luvulla, minkä jälkeinen pitkä polioton ajanjakso johti siihen, että erinäisiä toimia poliolta suojautumiseen lakkautettiin. Esimerkiksi poliovirusta koskevat jätevesitutkimukset lopetettiin Suomessa vuonna 1982, sillä tautia ei uskottu enää esiintyvän. Samasta syystä myös useat vanhemmat saattoivat jättää lapsensa rokottamatta poliota vastaan. Lisäksi Suomessa käytössä ollut Jonas Salkin inaktivoitu poliorokote ei ollut tarpeeksi tehokas suojaamaan uudelta virusmuunnokselta, joka Suomeen rantautui. Vaikka suomalaiset terveysviranomaiset ja väestö olivat uuden äärellä, kansanterveysoperaatio onnistui lopulta hyvin, sillä 90 % väestöstä otti elävän poliovirusrokotteen, eivätkä polioepidemiat enää 1980-luvun jälkeen palanneet Suomeen

A Frequency Tuning Method for a Planar Inverted-F Antenna

A novel method is presented for electrically tuning the frequency of a planar inverted-F antenna (PIFA). A tuning circuit, comprising an RF switch and discrete passive components, has been completely integrated into the antenna element, which is thus free of dc wires. The proposed tuning method has been demonstrated with a dual-band PIFA capable of operating in four frequency bands. The antenna covers the GSM850, GSM900, GSM1800, PCS1900 and UNITS frequency ranges with over 40% total efficiency. The impact of the tuning circuit on the antenna's efficiency and radiation pattern have been experimentally studied through comparison with the performance of a reference antenna not incorporating the tuning circuit. The proposed frequency tuning concept can be extended to more complex PIFA structures as well as other types of antennas to give enhanced electrical performance.</p

Novel modeling and control approach for performance improvement of an industrial copper solvent extraction process

More than 20% of the cathode copper is annually produced by copper leaching, solvent extraction and electrowinning processes. The focus in process technology has been on research and capital intensive development of the process equipment and chemicals. However, the financial benefits gained through an advanced control system would be significant. An advanced control system would maximize production by running the process closer to the optimal operating point, and increase the production of the first quality copper cathode by decreasing the variation in key process variables. The lack of adequate dynamic process models for industrial applications has, to date, prevented the development of advanced process control systems. Therefore, the first aim of this thesis is to develop dynamic models to describe the behaviour of an industrial copper solvent process and to facilitate control system development. The second aim of this thesis is to develop an advanced control system for the copper solvent extraction process, and to verify that the performance and profitability of an industrial copper solvent extraction process can be significantly increased by utilizing the advanced process control system. In the process model, the mass transfer of copper in the mixer-settler units is described by means of dynamic, modified ideal mixing and plug flow models. The equilibrium value for the ideal mixing model is calculated on the basis of the steady state McCabe-Thiele diagram. The model utilizes industrial online and offline measurements. The unit process models are combined according to the case plant flowsheet. Based on the process models, a control hierarchy is developed for the case copper solvent extraction process. The optimization level in the hierarchy consists of an optimization algorithm that maximizes the production of the copper solvent extraction process and provides setpoints for the stabilizing control level. The stabilizing control level consists of a single input-single output control strategy employing two PI controllers or, alternatively, a multi input-multi output control strategy using the model predictive control (MPC). The dynamic models are tested by comparing the simulated data with the industrial data. The controller performances are tested for setpoint tracking and disturbance rejection in the simulation environment with step input changes. The benefits of the control system are assessed by comparing the variation in the controlled variables and the total copper production to the data collected from the process under manual control. The dynamic models are tested with two data sets representing the normal operation of the industrial case copper solvent extraction plant. The models follow the output copper concentration trends smoothly for the major input changes in the flow rates and copper concentrations, and the residuals between the simulated data and the industrial measurements are sufficiently small. The average absolute error is 1-3 % of the mean value of the output copper concentrations. The performance of the control system for setpoint tracking and disturbance rejection is very good. As expected, the model predictive controller performs better than the PI controllers. The disturbance rejection capabilities are further improved by adding four feedforward compensators to the control strategies. Compared to manual control, the variation in the rich electrolyte copper concentration was decreased by 70-80 % with the PI controllers and 80-90 % with the model predictive controller. The copper mass production was increased by about 3-5 % with both control strategies. The modeling and control results are very encouraging for the further testing of the control system in an industrial copper solvent extraction plant.Katodikuparista vuosittain yli 20 % tuotetaan kuparin liuotus - uutto - elektrolyysi -menetelmällä. Prosessiteknologian painopisteenä on ollut prosessilaitteiden ja -kemikaalien kehittäminen, joka vaatii paljon tutkimusta ja runsaasti taloudellista pääomaa. Kehittyneitä säätömenetelmiä soveltamalla voitaisiin saavuttaa merkittäviä taloudellisia hyötyjä kuluttamalla huomattavasti vähemmän resursseja. Kehittyneellä säätöjärjestelmällä kuparin uuttoprosessin tuotantoa sekä parhaan katodilaadun osuutta koko tuotannosta voidaan kasvatettaa, koska prosessia voidaan ajaa lähempänä optimaalista operointipistettä ja prosessin laatuparametrien vaihtelua voidaan pienentää. Kuparin uuttoprosessille soveltuvien dynaamisten mallien puute on tähän mennessä estänyt ylemmän tason säätöjärjestemien kehityksen. Tämän työn ensimmäinen tavoite oli kehitettää dynaaminen malli, joka kuvaa teollisen kuparin uuttoprosessin käyttäytymistä ja mahdollistaa säätöjärjestelmän kehityksen. Työn toisena tavoitteena oli kehittää säätöjärjestelmä ja todistaa että sen avulla kuparin uuttoprosessin tehokkuutta ja tuottavuutta voidaan merkittävästi parantaa. Dynaaminen prosessimalli perustuu kuparin massansiirrolle vesi- ja orgaanisen faasin välilla sekoitus-selkeytys-prosessilaitteissa. Sekoittimen malli perustuu modifioituun ideaalisekoitin malliin, jossa tasapaino lasketaan McCabe-Thiele diagrammista. Selkeyttimen malli perustuu tulppavirtaukseen. Prosessimalli laadittiin yhdistelemällä sekoitin-selkeytin-yksikkömalleja teollisen sovellusprosessin virtauskaavion mukaisesti. Tämän mallin perusteella implementoitiin prosessisimulaattori. Prosessimalliin perustuen prosessille kehitettiin säätöhierarkia, joka koostuu optimointitason optimointialgoritmista ja stabiloivan säädön tason yksikkösäätöstrategiasta (PI- ja myötäkytkentäsäätimet) tai monimuuttujasäätöstrategiasta (MPC-säädin). Dynaamisten malleilla saatua simulointidataa verrattiin teolliseen prosessidataan hyvin tuloksin. Simuloitu data seurasi kuparikonsentraatioiden ja virtausten vaihteluista johtuvia muutoksia ja keskimääräinen ero simuloidun ja oikean datan valilla oli noin 1-3% testatuissa kahdessa datajoukossa. Säätösysteemiä testattiin prosessisimulaattorilla, jonka sisääntuloina käytettiin prosessidataa. Manuaaliseen säätöön verrattuna, rikkaan elektrolyytin kuparikonsentraation vaihtelu pienentyi 70-80% PI-säätimillä ja 80-90% MPC-säätimellä. Kuparin tuotanto kasvoi 3-5% käyttämällä kumpaakin säätöstrategiaa. Mallitus- ja säätötulokset luovat vahvan pohjan säätösysteemin testaukselle teollisella kuparin uuttolaitoksella.reviewe

Farmer Field Schools in Expanding Cultivation to Newly Reclaimed Land in Ismailia in Egypt

The use of irrigation systems is expanding in Egypt to facilitate cultivation on sandy areas that were previously desert. Many of the farmers starting on the new areas are undergraduates and others with no background in farming. Much support is required when they start farming. In addition, farmers moving to the new lands from the Nile Delta meet completely new challenges because the poor and infertile sandy soils require different management from the clay soils at the Delta. Ismailia Agricultural Research Station (IARS) of the Agricultural Research Center of Egypt focuses on research on how to cultivate the newly reclaimed sandy soils. The Ministry for Foreign Affairs of Finland has supported the research and advisory work of IARS for the last fifteen years through the Egypt - Finland Agricultural Research Project (EFARP). This has been implemented as a twinning project between the Agricultural Research Center of Egypt and the equivalent organisation in Finland: MTT Agrifood Research Finland. In this paper we describe the Farmer Field School (FFS) approach applied to forage and animal production on smallholder farms from 2000-2004

Ihmismäisen robotin pään, silmien ja suun liikkeiden kehittäminen

Tiivistelmä. Perinteisesti robotit ovat olleet tärkeässä roolissa muun muassa tehdastyön tehokkuuden kasvattamisessa, mutta viime vuosina robotiikan huomio on keskittynyt yhä enemmän ihmistä muistuttaviin robotteihin eli humanoidirobotteihin, joita voitaisiin käyttää useissa tehtävissä ihmisten korvikkeena. Ihmisen muoto kuitenkin aiheuttaa useita haasteita robotin suunnittelussa, suurimpien joukossa luonnollisilta vaikuttavien liikkeiden toteuttaminen. InMoov-robotin päälle toteutettiin ohjausjärjestelmä, joka parantaa aiemmin toteutettua kasvojen seuraamista yhdistämällä siihen pään liikkeet, ja lisää puhesynteesin perusteella liikkuvan leuan sekä erinäisiä pään eleitä ihmisen ja robotin vuorovaikutuksen parantamiseksi. Järjestelmän suoriutumista testattiin käyttötarkoituksen mukaisessa ympäristössä kahdella erillisellä kerralla, joissa ilmi tulleita havaintoja käytettiin järjestelmän parantamiseen. Lopullinen järjestelmä pystyy kääntämään robotin silmiä sekä päätä ihmismäisesti kohti tunnistettuja kasvoja ja suorittamaan valmiiksi ohjelmoituja pään eleitä, minkä lisäksi siinä on valmius yhdistää leuka liikkumaan ulkoisen ohjelmiston puheen mukaan. Robotin kokoonpano koostuu päästä, kaulasta, torsosta ja olkavarsista.Developing head, eye, and jaw movements of a humanoid robot. Abstract. Traditionally robots have had an important role in making factories more efficient, among other things, but in recent years the field of robotics has been more and more focused on robots that resemble humans, also known as humanoid robots, which could be used in many tasks as replacements for human workers. However, designing such robots poses many challenges, one of the greatest being the difficulty of creating human-like movements. In this work, a control system for the head of an InMoov robot, which improves on its previously implemented face tracking capabilities by adding head movement and implements speech synthesis-based jaw movements along with various head gestures in order to improve human-robot interaction with the robot, was implemented. The system was tested in its intended environment on two separate occasions in order to observe where the system could be improved further. The final system is able to turn the robot’s eyes and head towards detected faces in a human-like fashion and execute pre-programmed head gestures, in addition to which it has the capability to move its jaw according to speech synthesised in an external program. The robot consists of a head, a neck, a torso, and upper arms