Design Optimization of Highly Uncertain Processes: Applications to Papermaking System

In process design, the goal is to find a process structure that satisfies the desired targets and constraints. A typical task involves decision making related to the process flow-sheet and equipment. This dissertation examines design optimization of papermaking process. The main emphasis is on the development of an optimal design procedure for highly uncertain processes with non-Gaussian uncertainties. The design problem is studied as a multiobjective task in which the most effective process structure is sought by maximizing the process long-term performance and minimizing the investment cost. As the assessment of the long-term performance requires that the process be operated optimally, the optimization of the process operation is studied as a subtask of the design problem. Paper manufacturing is a complex process in which paper is produced from wood, water, and chemicals. The task is to manufacture uniform quality paper while minimizing the costs. If the paper web breaks, all the production is discarded. The unpredictable web breaks strongly disturb the paper production. As a result, the process has two separate operating points: normal operation and operation during web breaks. That poses challenges to the process operation as the transition between the operating points is somewhat random and the future evolution of the process is not completely predictable. In model-based process optimization, the uncertainty related to the models affects the reliability of the results. The modelling uncertainty is associated with both the incom-plete understanding of the process and the approximation due to computational reasons. In papermaking, the unpredictable web breaks are the largest source of uncertainty, but incomplete understanding is also related to e.g. the quality models of the paper. Besides modelling uncertainty, also the uncertainty about the available information, i.e. the measurement accuracy, affects the reliability of the optimization. In this thesis, schedul-ing of the measurement resources is studied as a part of the process optimization. This dissertation proposes a procedure to systematically optimize the design and operation of a papermaking process. The procedure is presented at six stages, including problem formulation, modelling, operational optimization, design optimization, robustness analysis, and validation. The main focus is at the operational and design optimization stages, but the purpose of all stages is discussed. The proposed procedure is demonstrated with case studies. The studied cases deal with two types of problems: discrete state systems with uncertain state information and continuous state systems with two operating points. In both groups, non-Gaussian uncertainty plays an important role

Resident interests and participation in energy refurbishment processes

This thesis offers views on the resident interests and participation in energy refurbishment processes by qualitatively analysing nine thematic resident interviews. Urban areas and buildings largely contribute to energy consumption and carbon emissions. The ageing building stock across Europe offers a window of opportunity for large scale energy refurbishments. Urban sustainability and participatory planning, the framework theories of this thesis, are both threaded by the lack of social focus, reflected in the lack of residential focus in housing refurbishments. Residents' main interests include economic reasoning, quality of life, and energy and environment. Economic reasoning includes concern of costs, interest in energy bill savings and stable living costs, and property value increase, indicating a rising market demand. Quality of life includes building condition, comfort, visual aspects, ease of maintenance, interest in technology, and preference on either shared or private systems. Environmental motivations vary and seem to correlate with one's faith in the effect of individuals and communities in solving climate issues. Good process practices facilitating trust include: activation of different information channels when refurbishments are approaching, personal and technical planning support, and a strong house strategy communicating residents the justifications and their areas of interest. Neighbourhood examples motivate residents and help them plan their own projects. As refurbishments make residents more proudly develop their houses and neighbourhoods, resident ambassadors can be used to replicate the experiences. Sharing and networking are already in place, but lack of promoting the sense of community may hinder such development. Existing co-planning reflects residents' strong position as stakeholders. Differences in participation power are found between housing cooperative boards and other residents. The boards dominate planning, justifying it with technical expertise and the difficulty of including everyone. This is accepted if an open communication culture is on place, as house meetings offer other residents a place to get informed and participate in decision making. The idea of including residents into planning is emerging. Participation benefits include residents offering good ideas, gaining knowledge, and achieving a stronger sense of community. Information and inclusion make residents more engaged to the development, speeding up decision making. A process model for participatory refurbishments is presented. Apart from the resident drivers active in house and neighbourhood levels, four challenging resident groups are identified: the unsocial, the objectors, the uninformed, and the unheard. Resident segmentation offers a good tool for identifying motivators to engage residents, as well as identify their needs as project participants.Tämä Pro gradu-tutkielma käsittelee asukasintressejä ja – osallistumista energiasaneerausprosesseissa analysoiden kvalitatiivisesti yhdeksän asukkaan teemahaastatteluja. Kaupungit ja rakennukset kuluttavat merkittävästi energiaa ja ovat osallisena hiilidioksidipäästöihin. Euroopan ikääntyvä rakennuskanta tarjoaa mahdollisuuden suuren mittakaavan energiasaneerauksille. Kestävää kaupunkikehitystä ja osallistavaa suunnittelua, tämän tutkielman johtavia teoreettisia viitekehyksiä, uhkaa sosiaalisen näkökulman puute, kuten myös asuntosaneerauksia asukasnäkökulman puute. Asukkaiden pääintressejä ovat taloudellinen järkeily, elämänlaatu sekä energia ja ympäristö. Taloudelliseen järkeilyyn kuuluu huoli kustannuksista, kiinnostus energialaskujen säästöjä ja vakaita asumiskustannuksia kohtaan, sekä kiinteistön arvonnousu, viitaten kasvavaan kysyntään. Elämänlaatuun kuuluu rakennuksen kunto, mukavuus, visuaaliset aspektit, huollon helppous, kiinnostus teknologiaan, sekä joko jaetut tai yksityiset järjestelmät. Ympäristömotivaatiot vaihtelevat ja vaikuttavat olevan yhteydessä siihen missä määrin asukkaat uskovat yksilöiden ja yhteisöjen mahdollisuuksiin vaikuttaa ilmastokysymyksiin. Luottamusta herättäviä hyviä prosessikäytänteitä ovat: eri tietolähteiden aktivointi saneerausten lähestyessä, henkilökohtainen tekninen suunnittelutuki, ja vahva talon strategia joka keskittyy perusteluihin ja asukasintresseihin. Esimerkit naapurustossa motivoivat asukkaita ja ovat apuna omien projektien suunnittelussa. Koska saneeraukset saavat asukkaat ylpeämmin osallistumaan talojen ja alueen kehittämiseen, asukkaita voidaan käyttää viestinviejinä kokemusten replikoinnissa. Jakamista ja verkostoitumista tapahtuu jo, mutta vähäinen huomio yhteisöllisyyteen voi hidastaa kehitystä. Suunnittelu muiden osallisten kanssa kielii asukkaiden vahvasta asemasta osallisina. Osallistumismahdollisuudet kuitenkin vaihtelevat taloyhtiön hallituksen ja muiden asukkaiden välillä. Hallitukset johtavat suunnittelua ja perustelevat tätä teknisellä tietämyksellä ja vaikeudella ottaa kaikki huomioon. Toimintatapa hyväksytään, mikäli kommunikaatio on avointa, sillä yhtiökokoukset tarjoavat mahdollisuuden vastaanottaa tietoa ja osallistua päätöksentekoon. Asukkaiden ottaminen mukaan jo suunnitteluun herättää kiinnostusta, sillä osallistumisen etuina ovat asukkaiden hyvät ideat, tiedonsaanti sekä kasvava yhteisöllisyys. Tiedonsaanti ja osallisuus sitouttavat asukkaita kehitykseen, mikä nopeuttaa päätöksentekoa. Tutkielma esittää prosessimallin osallistavaan saneeraukseen. Talo- ja aluetasolla aktiivisten asukasajureiden lisäksi tutkielmassa tunnistetaan neljä haastavaa asukasryhmää: epäsosiaaliset, vastustajat, informaation ulkopuoliset, sekä ne keitä ei kuulla. Asukkaiden segmentoiti tarjoaa hyödyllisen työkalun asukkaiden sitoutumisen motiivien ja osallistumistarpeiden tunnistamiseen

Rakennuksen käyttötarkoituksen muutoksen edellytykset : Case toimistorakennus

Rakennukset suunnitellaan aina jotakin käyttötarkoitusta tai -tarkoituksia varten. Käyttötarkoitus määrittelee, millaista toimintaa rakennuksessa voidaan harjoittaa. Rakennuksen käyttötarve saattaa ajan kuluessa muuttua tai se saattaa jäädä tyhjilleen, jolloin käyttötarkoituksen muutos voi pidentää rakennuksen elinkaarta. Pidentynyt elinkaari ehkäisee uuden rakentamista ja sen aiheuttamaa hiilipiikkiä. Esimerkiksi pääkaupunkiseudulla toimistorakennuksissa käyttöaste on viimevuosina vähentynyt huomattavasti, kun taas asunnoista on ollut pulaa. Rakennusten käyttötarkoituksen muutosta kutsutaan myös konversioksi. Konversioissa on aina uudisrakentamista suuremmat taloudelliset riskit, jotka pitää tunnistaa ja joihin tulee osata varautua jo ennen konversiohankkeeseen ryhtymistä. Käyttötarkoituksen muutokset toimitiloista asumiseen vaatii aina myös maankäytöllistä harkintaa ja vaikutusten arviointia yhtä hanketta laajemmassa mittakaavassa. Rakennuksen konversiossa on uudisrakentamiseen verrattuna myös mahdollisuuksia, joita tässä selvityksessä on tuotu esille. Tässä selvityksessä on tutkittu konversiohankkeiden estäviä ja edistäviä tekijöitä sekä tyypillisiä ratkaisuja toteutuneissa konversiohankkeissa. Estäviä ja edistäviä tekijöitä on tutkittu sekä yksittäisen rakennuksen ominaisuuksien kannalta että laajemmin alueidenkäytön kannalta. Lisäksi selvityksessä on tuotu esille uudisrakentamisen suunnittelussa huomioon otettavia asioita, esimerkiksi uudisrakennuksen elinkaaren pidentämistä ja joustavuutta

Design Optimization of Highly Uncertain Processes: Applications to Papermaking System

In process design, the goal is to find a process structure that satisfies the desired targets and constraints. A typical task involves decision making related to the process flow-sheet and equipment. This dissertation examines design optimization of papermaking process. The main emphasis is on the development of an optimal design procedure for highly uncertain processes with non-Gaussian uncertainties. The design problem is studied as a multiobjective task in which the most effective process structure is sought by maximizing the process long-term performance and minimizing the investment cost. As the assessment of the long-term performance requires that the process be operated optimally, the optimization of the process operation is studied as a subtask of the design problem. Paper manufacturing is a complex process in which paper is produced from wood, water, and chemicals. The task is to manufacture uniform quality paper while minimizing the costs. If the paper web breaks, all the production is discarded. The unpredictable web breaks strongly disturb the paper production. As a result, the process has two separate operating points: normal operation and operation during web breaks. That poses challenges to the process operation as the transition between the operating points is somewhat random and the future evolution of the process is not completely predictable. In model-based process optimization, the uncertainty related to the models affects the reliability of the results. The modelling uncertainty is associated with both the incom-plete understanding of the process and the approximation due to computational reasons. In papermaking, the unpredictable web breaks are the largest source of uncertainty, but incomplete understanding is also related to e.g. the quality models of the paper. Besides modelling uncertainty, also the uncertainty about the available information, i.e. the measurement accuracy, affects the reliability of the optimization. In this thesis, schedul-ing of the measurement resources is studied as a part of the process optimization. This dissertation proposes a procedure to systematically optimize the design and operation of a papermaking process. The procedure is presented at six stages, including problem formulation, modelling, operational optimization, design optimization, robustness analysis, and validation. The main focus is at the operational and design optimization stages, but the purpose of all stages is discussed. The proposed procedure is demonstrated with case studies. The studied cases deal with two types of problems: discrete state systems with uncertain state information and continuous state systems with two operating points. In both groups, non-Gaussian uncertainty plays an important role

Optimizing the design and operation of measurements for control: Dynamic optimization approach

acceptedVersionPeer reviewe

Risk-aversive optimal planning of sensing

Operable sensing is studied as a means for improving system performance. Both single and sequential planning are analysed, and the complexity due to risk-averseness in various formulations discussed. Three classes of sensing operation are defined and analysed.publishedVersionPeer reviewe

Optimization issues of the broke management system in papermaking

acceptedVersionPeer reviewe

PEG-letkuravitsemuksen toteuttaminen : Opetusvideon tuottaminen opiskelijoille

Tämän toiminnallisen opinnäytetyön tarkoituksena oli tuottaa video opetusmateriaaliksi Metropolia Ammattikorkeakoululle. Aiheeksi valikoitui PEG-letkuravitsemuksen toteuttaminen, koska koettiin tarpeelliseksi kehittää lisää opetusmateriaalia sen käyttöön liittyen. Tavoitteena oli lisätä hoitoalan opiskelijoiden teoreettista tietoutta ja valmiuksia PEG-letkuravitsemuksen toteuttamisesta. Opinnäytetyötä ohjasivat tutkimuskysymykset, joita olivat: Mitä asioita tulee ottaa huomioon ravitsemuksen toteuttamisessa PEG-letkun kautta, miten ravitsemus toteutetaan PEG-letkun kautta, mitä riskitekijöitä PEG-letkun kautta toteutettavaan ravitsemukseen liittyy ja minkälainen on hyvä opetusvideo?Linkki videoon: https://www.youtube.com/watch?v=VzkwY2TrLR8&feature=youtu.b