Studies on computer-aided conceptual process design

Conceptual process design phase is of prime importance to the performance and the profitability of a new or retrofit process. It is also a highly complex task with a large number of process alternatives, a large variety of requirement specifications and large differences in temporal and spatial scales. Therefore, it is essential to continuously improve design methods. The research should not only be focused on modelling unit operations or processes but also to develop a framework to support design tasks during the lifecycle of the chemical process. Main target of this thesis is to study and present methods how to intensify the conceptual process design phase. The newly developed methods and tools are applied to process equipment selection and pre-design, separation process synthesis and process design support. First, the theory of case-based reasoning (CBR) was studied with focus in applicability in process engineering. CBR was utilised for general separation process synthesis. The main phases of general CBR-based separation process synthesis algorithm consist of selection of the methods of single separations, selection of separation sequences and selection of combined (hybrid) separations. Selection of single separation also includes selection of azeotropic separations. The applicability of CBR in separation process selection and design was studied by building few prototype CBR systems. The possibilities of CBR and object database techniques in chemical process engineering field have been illustrated by building applications for an inherently safer process design and for a heat exchanger selection. A web-service based approach in conceptual process design, parameterised constructors, which are able to construct process and initial data for control system configuration is also introduced in the thesis. The preliminary process design task can be first defined in a more general level and as the design process proceeds; more accurate models (e.g. PI and control system diagrams, simulation models) are composed and used.Käsitteellisen prosessisuunnittelun vaihe on erittäin tärkeä uuden tai uudistettavan prosessin suorituskyvyn ja tuottavuuden kannalta. Se on myös erittäin monimutkainen tehtävä johtuen lukuisista prosessivaihtoehtoista, vaatimusmäärittelyiden monimuotoisuudesta sekä tila- ja aikaskaalojen eroavuuksista. Tämän vuoksi on välttämätöntä, että prosessisuunnittelumenetelmiä jatkuvasti kehitetään paremmiksi. Tutkimusta pitäisi kohdentaa yksikköoperaatioiden ja -prosessien mallituksen lisäksi myös kemiallisen prosessin koko elinkaaren aikaisia suunnittelutehtäviä tukevan palvelukehyksen kehittämiseen. Väitöskirjassa tutkittiin ja esitettiin menetelmiä, joiden avulla käsitteellistä prosessisuunnittelua voidaan tehostaa. Kehitettyjä menetelmiä ja työkaluja on sovellettu prosessilaitteen valintaan ja esisuunnitteluun, erotusprosessisynteesiin ja prosessisuunnittelun tukemiseen. Työssä tutkittiin tapauspäättelyn teoriaa keskittyen sen soveltuvuuteen prosessisuunnittelussa. Tapauspäättelyä sovellettiin erityisesti erotusprosessien synteesimenetelmän kehittämiseen. Tapauspäättelypohjaisen erotusprosessisynteesialgoritmin päävaiheet koostuvat yksittäisen erotuksen valintamenetelmistä, erotusjärjestyksen valinnasta ja yhdistettyjen (hybridi) erotusten valinnasta. Yksittäisen erotuksen valintamenetelmä sisältää myös atseotrooppiset erotukset. Tapauspäättelyn soveltuvuutta erotusprosessin valintaan tutkittiin rakentamalla muutamia prototyyppisovelluksia. Oliokantatekniikan ja tapauspäättelyn etuja demonstroitiin rakentamalla luontaisesti turvallisemman prosessin valintajärjestelmä sekä lämmönsiirtimen esisuunnittelusovellus. Olemassa olevia esimerkkitapauksia voi käyttää hyväksi uusien samankaltaisten ongelmien ratkaisuissa. Väitöskirjassa käsitellään myös prosessisuunnittelun lisäarvopalveluita, parametrisoituja muodostimia, jotka pystyvät eri tilanteissa muodostamaan prosessi- ja automaatiokonfiguraatio lähtien suunnittelijan antamista korkeamman tason vaatimuksista. Suunnittelutehtävä määritellään ensin yleisemmällä tasolla. Suunnitteluprosessin edetessä prosessisuunnittelun lisäarvopalveluiden avulla muodostetaan ja käytetään tarkempia malleja (esim. PI- ja säätökaavioita, simulointimalleja). Päätarkoituksena on rutiinisuunnittelun tehostaminen, automaatiotoimintojen (tyyppipiirikuvauksien), ajotapadokumenttien sekä automaatiosuunnittelun lähtötietojen generointi. Tavoitteena on suunnittelukulttuurin muutos ja osoittaa, miten uutta suunnittelukulttuuria voidaan toteuttaa prosessi- ja automaatiosuunnittelun kannalta.reviewe

Computational methods in codes and games

This dissertation discusses exhaustive search algorithms and heuristic search methods in combinatorial optimization, including combinatorial games. In this work unidirectional covering codes are introduced and some theoretical foundations for them are laid. Exhaustive search is used to construct asymmetric covering codes, unidirectional covering codes and multiple coverings with given parameters—or to show that no such codes exist. Integer programming formulations, bounds on maximal coverages of partial codes and code isomorphisms are used to prune the search space. Tabu search is used to construct asymmetric and unidirectional covering codes—with several record-breaking codes for the former. A new definition for neighborhood is derived. The traditional board game of go and computer go results are reviewed. The concept of entropy is introduced into the game context as a metric for complexity and for relevance (of features—like distance to the previous move). Experimental results and questionnaire studies are presented to support the use of entropy

Design acceleration in chemical engineering

Nowadays, Chemical Engineering has to face a new industrial context with for example: the gradually falling of hydrocarbon reserves after 2020-2030, relocation, emerging of new domains of application (nano-micro technologies) which necessitate new solutions and knowledges… All this tendencies and demands accelerate the need of tool for design and innovation (technically, technologically). In this context, this paper presents a tool to accelerate innovative preliminary design. This model is based on the synergy between: TRIZ (Russian acronym for Theory of Inventive Problem Solving) and Case Based Reasoning (CBR). The proposed model offers a structure to solve problem, and also to store and make available past experiences in problems solving. A tool dedicated to chemical engineering problems, is created on this model and a simple example is treated to explain the possibilities of this tool

6LoWPAN: energiankulutuksen langaton mittaus kiinteistössä

Langattomiin sensoriverkkoihin pohjautuvien sovellusten odotetaan lähitulevaisuudessa kasvavan räjähdysmäisesti. Sovellusalueita löytyy kaikkialta, teollisuudesta ympäristön aistintaan ja kotitalouksiin. Teoriassa suurin osa nykyisistä sensorijärjestelmistä on mahdollista muuttaa käyttämään langattomia tekniikoita. Opinnäytetyössäni perehdyn langattomiin sensoriverkkoihin ja niiden standardeihin, sekä toteutan mittausasetelman jolla on tarkoitus tutkia rakennuksen energiankulutusta. Opinnäytetyön teoriaosuudessa keskityn pääasiassa langattomien sensoriverkkojen IEEE 802.15.4- ja 6LoWPAN-standardeihin, jotta käytetyn laitteiston tiedonsiirtotekniikan ymmärtäminen olisi mahdollista. 6LoWPAN-tekniikka on omalta osaltaan erikoinen poikkeus suuressa kirjossa keskenään kilpailevia yhteensopimattomia standardeja langattomien sensoriverkkojen parissa. 6LoWPAN-tekniikka tuo IP-pohjaiset sovellukset langattomien sensoriverkkojen hallintaan, konfigurointiin ja datan keräykseen. IPv6 tuo laitteistoon lisää skaalautuvuutta sekä mahdollista yhteensopivuuden myös toisten laitevalmistajien kesken ja on näiltä osin valmiina vastaamaan myös tulevaisuuden haasteisiin langattomien sensoriverkkojen yleistyessä niin kodin tekniikassa kuin teollisuuden parissakin. Rakennuksen energiankulutuksen mittaus on ensiarvoisen tärkeää kun halutaan säästää energiaa. On vaikea mieltää mahdollisia säästökohteita, jos ei tiedetä, mihin energiaa kuluu ja kuinka paljon. Tämän opinnäytetyön tarkoitus oli selvittää kohderakennuksen osalta, kuinka paljon energiaa kuluu, mihin energia käytetään ja minä vuorokaudenaikoina. Kohderakennuksen energiankäyttö paljastui mittausten edetessä varsin kohtuulliseksi ja mielekkäästi suunnatuksi.Wireless sensor networks based applications are expected to grow exponentially in the near future. Application areas can be found everywhere, in the sense of the environment, industry and households. In theory, most of the current sensor systems it is possible to change the use of wireless technologies. In my thesis I get acquainted wireless sensor networks and their standards to carry out the measurement template of which is to investigate the building's energy consumption. The theoretical part will concentrate mainly in wireless sensor networks with IEEE 802.15.4 and 6LoWPAN, in order to understand hardware data transfer technology used in measurements. 6LoWPAN technology has contributed to a special exception to a large spectrum of competing incompatible wireless sensor systems involved. 6LoWPAN technology will bring IP-based applications in wireless sensor networks management, configuration and data collection. IP will bring more hardware scalability, as well as possible, compatibility with the other equipment manufacturers, and in this respect is well positioned to meet the challenges of the future of wireless sensor networks becomes more common as home technology as the industry. The building energy consumption measurement is of paramount importance, if desired, to save energy. It is difficult to perceive the potential savings if it is not known where the energy is consumed and how much. This study seeks to ascertain the destination of the building, how much energy is consumed, where the energy is used and at what times of the day. Building energy usage revealed to be very reasonable during the measurements

Epäsymmetriset ja yksisuuntaiset peittokoodit

Kombinatorinen optimointi on laaja tutkimuskohde, jolla on monia käytännön sovelluksia. Kombinatorista optimointia voi lähestyä monilla tunnetuilla perinteisillä menetelmillä, kuten kokonaislukuohjelmoinnilla, paikallisella haulla tai täydellisellä haulla - ratkaisten näin ongelman joko globaaliin optimiin (mikä saattaa olla varsin vaikeaa ja aikaa vievää) tai sitten riittävän hyvään ratkaisuun. Tässä työssä tarkastelemme kahta, epäsymmetristä ja yksisuuntaista, peittokoodiongelman muunnelmaa. Sovellamme kokonaislukuoptimointia, paikallishakua (tabuhaku) ja täydellistä hakua selvittämään (tai ainakin rajaamaan) epäsymmetrisien ja yksisuuntaisien peittokoodien kokoja. Keskustelemme perinteisten ratkaisumenetelmien mahdollisista heikkouksista ja ongelmista sekä keinoista, joilla ne voisi kenties ratkaista käyttämällä apuna tietoutta käsiteltävänä olevasta ongelmasta. Esittelemme lyhyesti alustavia tuloksia joistakin mainituista keinoista. Lopuksi listaamme parhaimmat tiedossa olevat ala- ja ylärajat epäsymmetrisille ja yksisuuntaisille peittokoodeille

Plant Design Report Series

Kemian tekniikan osasto Kemian laitetekniikan ja tehdassuunnittelun laboratorio Distribution

Luokanopettajaopiskelijoiden käsityksiä tiedonhankinta- ja -hallintataidoistaan sekä niiden soveltamisesta kouluopetuksessa

Tiedonhankinta- ja -hallintataidot ovat nousseet nyky-yhteiskunnassa keskeisiksi tulevaisuuden taidoiksi, joita yksilö tarvitsee toimiakseen yleistyvissä digitaalisissa ympäristöissä. Opettajat kohtaavat ammattiurallaan sellaisia tilanteita, joissa he tarvitsevat tiedonhankinta- ja -hallintataitoja esimerkiksi etsiäkseen tietoa mielen hyvinvoinnista tukitoimien suunnittelua varten tai oppilaan ohjaamiseksi avun piiriin. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, millaisia käsityksiä luokanopettajaopiskelijoilla on heidän omista tiedonhankinta- ja -hallintataidoistaan ja miten he hyödyntäisivät näitä taitoja kouluopetuksessa etenkin mielen hyvinvointia käsitteleviin sivustoihin ja sovelluksiin kohdistuvassa tiedonhankinnassa. Tutkimus toteutettiin laadullisena tutkimuksena aineistolähtöisestä näkökulmasta kerätystä tutkimusaineistosta. Tutkimusaineisto koostui 19 luokanopettajaopiskelijan tuottamasta materiaalista heidän opintoihinsa kuuluneella, äidinkielen ja kirjallisuuden sekä terveystiedon oppiaineita integroineella yliopistokurssilla. Tutkimusaineiston analyysissä hyödynnettiin laadullista sisällönanalyysiä. Tutkimuksen tuloksena tutkimusaineistosta muodostettiin hyvien, keskinkertaisten ja heikkojen tiedonhankinta- ja -hallintataitojen osaamisprofiilit, jotka kuvaavat opettajaopiskelijoiden käsityksiä heidän tiedonhankinta- ja -hallintataidoistaan. Tiedonhankinta- ja -hallintataitojen osaamisprofiileissa on esillä sekä eroavaisuuksia että samankaltaisuuksia siinä, miten opettajaopiskelijat näkevät omat tiedonhankinta- ja -hallintataitonsa. Opettajaopiskelijoiden mukaan opettajan tulisi tiedostaa omat tiedonhankinta- ja -hallintataitonsa, koska heidän tulee osata ohjata oppilaitaan hallitsemaan näitä taitoja. Opettaja voi esimerkiksi käyttää etsimäänsä tietoa oppilaan mielen hyvinvoinnista nousseen huolen perustelemisessa. Tiedonhankinta- ja hallintataidot nähtiin tämän tutkimuksen perusteella arvokkaina, tulevaisuuden ympäristöissä tarvittavina taitoina, joita opettaja voi hyödyntää mielen hyvinvointia tukevissa käyttötarkoituksissa. Koululla ja koulutuksella on opettajaopiskelijoiden mukaan keskeinen rooli tällaisen osaamisen kehittämisessä

Kulttuuria Hiedanrannassa : Kuosimalliston suunnittelu Modus Ry:lle

Opinnäytetyön aihe oli kuosimalliston suunnittelu Modus Ry:lle. Kuosimalliston lisäksi tilaajalle luotiin kuosin aiheista ja elementeistä elementtikirjasto kuosin elementtien helppoa jatkokäyttöä varten. Kuosimalliston tavoitteena on ilmentää Tampereen Hiedanrannan jo olemassa olevaa kulttuuria sekä monipuolista toimintaa alueen muodostuessa tulevaisuuden kestäväksi ja yhteisölliseksi kaupunginosaksi. Mallistoon sisällytetiin alueen historiallista arkkitehtuuria, käsityöläisiä ja toimijoita, tapahtumallisuutta, luontoa sekä alueen tulevaisuuden suunnitelmien visuaalisuutta. Tutkimuksellisessa osuudessa tarkastellaan malliston monikäyttöisyyteen ja muovautuvuuteen vaikuttavia tekijöitä tekemällä erilaisia kokeiluita ja versiointeja malliston kuoseilla ja elementeillä. Mallistosta haluttiin mahdollisimman moneen käyttötarkoitukseen sopiva ja istuva, sillä valmis mallisto saatetaan monialaisen käsityöläisten kirjon hyödynnettäväksi ja siitä valmistetaan monia erilaisia tuotteita tulevaisuudessa