Jatkuvavaletun teräksen leikkaussuunnitelman optimointi

Teollisuuden tuotannon eri prosessien optimointi on hyvin ajankohtainen aihe. Monet ohjausjärjestelmät ovat ajalta, jolloin tietokoneiden laskentateho oli hyvin vaatimaton nykyisiin verrattuna. Työssä esitetään tuotantoprosessi, joka sisältää teräksen leikkaussuunnitelman muodostamisongelman. Valuprosessi on yksi teräksen valmistuksen välivaiheita. Siinä sopivaan laatuun saatettu sula teräs valetaan linjastoon, jossa se jähmettyy ja leikataan aihioiksi. Myöhemmissä vaiheissa teräsaihioista muokataan pienempiä kokonaisuuksia, tehtaan lopputuotteita. Jatkuvavaletut aihiot voidaan leikata tilauskannasta riippuen monella eri tavalla. Tätä varten tarvitaan leikkaussuunnitelma, jonka muodostamiseksi on ratkaistava sekalukuoptimointiongelma. Sekalukuoptimointiongelmat ovat optimoinnin haastavin muoto. Niitä on tutkittu yksinkertaisempiin optimointiongelmiin nähden vähän. Nykyisten tietokoneiden laskentateho on kuitenkin mahdollistanut raskaampien ja monimutkaisempien optimointialgoritmien käytön ja kehittämisen. Työssä on käytetty ja esitetty eräs stokastisen optimoinnin menetelmä, differentiaalievoluutioalgoritmi. Tässä työssä esitetään teräksen leikkausoptimointialgoritmi. Kehitetty optimointimenetelmä toimii dynaamisesti tehdasympäristössä käyttäjien määrittelemien parametrien mukaisesti. Työ on osa Syncron Tech Oy:n Ovako Bar Oy Ab:lle toimittamaa ohjausjärjestelmää.

Muotin suunnittelu- ja valmistusprossin parantaminen solumuoviteollisuudessa

Diplomityö tehtiin Pohjoismainen Solumuovi Oy:lle. Tutkimusongelmaksi määriteltiin hyvin selkeästi tiedon puute muottien suunnittelusta sekä valmistuksesta. Työn tavoite oli parantaa solumuovituotteiden valmistuksessa käytettävien muottien laatua. Työn rajaus asettuu uusien muottien suunnittelu- ja valmistusprosessin parantamiseen. Työssä käsiteltiin tämän prosessin lisäksi mm. mallisuunnittelua, sekä koneen ja prosessien ominaisuuksia niiden muoteille asettamien vaatimusten pohjalta. Muottien ominaisuuksien oikeaoppinen suunnittelu on erittäin tärkeässä roolissa tulevien tuotantokustannusten muodostumisessa. Oikeaoppisella suunnittelulla tarkoitetaan työssä muottien eri osa-alueiden toisiinsa kytkeytymisen ymmärtämistä, niin muotin toimivuuden, lopputuotteen laadun sekä muotin tehokkuuden kannalta. Muottien ominaisuudet määräävät ideaalitilanteessa pitkälti koneiden sykliaikoja käytettävän raaka-aineen ja kappaleen dimensioiden lisäksi. Tämän vuoksi tilanteessa, jossa itse kone toimii moitteettomasti vakuumin, materiaalinsyötön, jäähdytyksen ja höyrytyksen osalta, saadaan muotin oikeaoppisella suunnittelulla lyhennettyä sykliaikoja ja vähennettyä virhekappaleiden määrää. Solumuovimuotin suunnitteluperiaatteita on lähes yhtä monta kuin suunnittelijoita. Mitään yksittäistä periaatetta ei voida suoraan tuomita vääränä, koska näillä muoteilla pystytään valmistamaan laadun kriteerit täyttäviä tuotteita. Useimmat suunnitteluperiaatteet pohjautuvat kuitenkin vain tietyn osa-alueen hallintaan, jonka jälkeen loput osa-alueet suunnitellaan tämän ehdoilla. Työssä saatujen tulosten pohjalta voidaan sanoa, että muotin tuottavuus on erityisesti kiinni kokonaisuudesta, ei yksittäisestä osa-alueesta.

Simulation and optimization tools in paper machine concept design

The last decade has shown that the global paper industry needs new processes and products in order to reassert its position in the industry. As the paper markets in Western Europe and North America have stabilized, the competition has tightened. Along with the development of more cost-effective processes and products, new process design methods are also required to break the old molds and create new ideas. This thesis discusses the development of a process design methodology based on simulation and optimization methods. A bi-level optimization problem and a solution procedure for it are formulated and illustrated. Computational models and simulation are used to illustrate the phenomena inside a real process and mathematical optimization is exploited to find out the best process structures and control principles for the process. Dynamic process models are used inside the bi-level optimization problem, which is assumed to be dynamic and multiobjective due to the nature of papermaking processes. The numerical experiments show that the bi-level optimization approach is useful for different kinds of problems related to process design and optimization. Here, the design methodology is applied to a constrained process area of a papermaking line. However, the same methodology is applicable to all types of industrial processes, e.g., the design of biorefiners, because the methodology is totally generalized and can be easily modified.

Novel Cellular Luminescence Probes for Immunological and Toxicological Assessments

Escherichia coli K-12 (pEGFPluxABCDEAmp) (E. coli-lux), constitutively emitting bioluminescence (BL), was constructed and its BL emitting properties tested in different growth and killing conditions. The BL emission directly correlated with the number of viable E. coli-lux cells, and when subjected to the antimicrobial agent, the diminishment of the BL signal was linked directly to the number of killed bacterial cells. The method provided a very convenient application, especially when compared to conventional plate counting assays. This novel real-time based method was utilized in both immunological and toxicological assessments. The parameters such as the activation phase, the lytic phase and the capacity of the killing of the serum complement system were specified not only in humans but also in other species. E. coli-lux was also successfully used to study the antimicrobial activities of insect haemolymph. The mechanisms of neutrophil activity, like that of a myeloperoxidase (MPO)-H2O2-halide system, were studied using the E. coli-lux approach. The fundamental role of MPO was challenged, since during the actual killing in described circumstances in phagolysosome the MPO system was inactivated and chlorination halted. The toxicological test system, assessing indoor air total toxicity, particularly suitable for suspected mold damages, was designed based on the E. coli-lux method. Susceptibility to the vast number of various toxins, both pure chemicals and dust samples from the buildings and extracts from molds, were investigated. The E. coli-lux application was found to possess high sensitivity and specificity attributes. Alongside the analysis system, the sampling kit for indoor dust was engineered based on the swipe stick and the container. The combination of practical specimen collector and convenient analysis system provided accurate toxic data from the dust sample within hours. Neutrophils are good indicators of the pathophysiological state of the individual, and they can be utilized as a toxicological probe due to their ability to emit chemiluminescence (CL). Neutrophils can either be used as probe cells, directly exposed to the agent studied, or they can act as indicators of the whole biological system exposed to the agent. Human neutrophils were exposed to the same toxins as tested with the E. coli-lux system and measured as luminol amplified CL emission. The influence of the toxins on the individuals was investigated by exposing rats with moniliniformin, the mycotoxin commonly present in Finnish grains. The activity of the rat neutrophils was found to decrease significantly during the 28 days of exposure.