Securing Medical Personnel: Case Studies of Two Source Countries and Two Destination Countries

A shortage of medical personnel has become a critical problem for developing countries attempting to expand the provision of medical services for the poor. In order to highlight the driving forces determining the international allocation of medical personnel, the cases of four countries, namely the Philippines and South Africa as source countries and Saudi Arabia and the United Kingdom as destination countries, are examined. The paper concludes that changes in demand generated in major destination countries determine the international allocation of medical personnel at least in the short run. Major destination countries often alter their policies on how many medical staff they can accept, and from where, while source countries are required to make appropriate responses to the changes in demand.

Myanmar Sugar SMEs: History, Technology, Location and Government Policy

Small and medium enterprises (SMEs) engaged in sugar processing in Myanmar appeared in the last decade of the socialist era. An acute sugar deficit, restricted trade in white sugar, and high demand from the conventional dairy business led to the growth of sugar SMEs by appropriate blending of semi-finished products (syrup) in the fields, which were then processed in vacuum pans and centrifugals to obtain white sugar. This became a tradable commodity and sugar SMEs grew in clusters in big cities. They are family-owned businesses. However, they lack the bagasse-based power generation. In recent years, large modern sugar factories operated by private and military companies have emerged as key players. The current shortage of fuel feedstock and competition for raw materials have become driving forces that shift sugar SMEs from market-oriented to raw material-oriented locations. Internal competition among key players made sugar price highly volatile, too. Being placed on a level playing field, the whole industry should be upgraded in terms of price and quality to become export-oriented.

Commercialization of agriculture in the Himalayas

Increased market integration and commercialization of traditional agriculture in the Himalayas is part of a development strategy towards growth and better standard of living. More than 97 percent households depend upon agricultural and allied activities for livelihood which constitutes 30 percent of the household income. Given the importance of commercialization of agriculture to improve the productivity, per capita income and thereby the standard of living in the Himalayas, we examine the factors affecting the commercialization of agriculture on the basis of primary survey data. The results reveal that the land size, gender of the household head, livestock assets, ethnicity, education and location are important determinants of commercialization. Although commercialization of agriculture is considered as stimulated private-sector activity, public policy is essential to facilitate driving forces viz., trade and market reforms, rural infrastructure, and the institutional framework for legal and contractual arrangements between farmers and processors.

Spatial spillover effects in determining China's regional CO2 emission growth : 2007-2010

This paper proposes an alternative input-output based spatial-structural decomposition analysis to elucidate the role of domestic-regional heterogeneity and interregional spillover effects in determining China's regional CO2 emission growth. Our empirical results based on the 2007 and 2010 Chinese interregional input-output tables show that the changes in most regions' final demand scale, final expenditure structure and export scale give positive spatial spillover effects on other regions' CO2 emission growth, the changes in most regions' consumption and export preference help the reduction of other regions' CO2 emissions, the changes in production technology, and investment preference may give positive or negative impacts on other region's CO2 emission growth through domestic supply chains. For some regions, the aggregate spillover effect from other regions may be larger than the intra-regional effect in determining regional emission growth. All these facts can significantly help better and deeper understanding on the driving forces of China's regional CO2 emission growth, thus can enrich the policy implication concerning a narrow definition of "carbon leakage" through domestic-interregional trade, and relevant political consensus about the responsibility sharing between developed and developing regions inside China.

On the structure of the floating zone in melting

Floating zone melting is used in crystal growth and purification of high melting materials. The use of a reduced gravity environment will remove the constraint imposed on the length of the zone by the hydrostatic pressure. The equilibrium of the fioatmg zone may involve, (1)Hydrostatic forces, when the zone rotates as a whole. (2)Convective driving forces, when the zone is stationary but fluid property gradients appear.(3) Hydrodynamic forces, when some parts of the zone are set into motion with respect to others. The last effects are considered in this paper. The flow pattern of a floating zone held between two discs in relative motion is complicated, and thence the solution of the problem is difficult even assuming a constant property-newtonian liquid Nevertheless, when a small parameter appears m the problem, the complete flow field can be split into zones where simple solutions are found. To illustrate this approach, the spin up from rest of an initially cylindrical floating zone is considered with detail. Here the small parameter is the time elapsed from the impulsive starting of motion. Since the problem which has been considered, as well as some others which can be tackled by use of similar methods, concern the viscous layer close to either plate, they can be simulated experimentally in the ground laboratory with short floating zones. Procedures to produce these zones are indicated.

La arquitectura residencial en El Real Sitio de El Pardo (1885 - 1965): Orígenes, tipos y configuración del trazado urbano

Tras la denominación de Real Sitio a mediados del siglo XVIII, bajo el reinado de Fernando VI, su sucesor Carlos III procedió a la incorporación a su Patrimonio de todos los Montes y Bosques de El Pardo. Comenzó entonces el proceso de planeamiento urbano y de construcción arquitectónica que finalizó en torno al año 1800. En lo sucesivo, no sólo se mantiene el curso de la conservación y consolidación de los edificios principales, sino que se realiza obra nueva de índole civil. Algunos edificios cambiaron de propiedad y de uso hasta que tras la Guerra Civil se procedió a la mayor transformación vivida por el Real Sitio. El intervalo que aquí se trata (1885 a 1965), no ha suscitado, en los estudios sobre El Pardo, atención suficiente al no acontecer obra nueva de carácter patrimonial ni ha sido objeto de análisis el trazado y la fisonomía del centro urbano residencial del pueblo que Carlos III configuró. Sin embargo se estima relevante analizar los cambios en la actividad residencial; en primer lugar porque coexiste con la arquitectura oficial y, por tanto, se entiende necesario un análisis global del conjunto y en segundo lugar porque facilita la comprensión sobre la imagen original de carácter histórico del conjunto de finales del siglo XVIII. Este marco temporal determina tres partes principales de estudio que estructuran la presente tesis, cuyas fechas establecen los intervalos históricos clave: Actuaciones sobre el núcleo urbano consolidado (1885-1931). Cese de la actividad constructiva (1931-1939). Propuestas regeneradoras y crecimiento acelerado (1939-1965). Dentro de ellos se establecen, a su vez, dos subcapítulos diferenciados con la finalidad de explicar los sucesos que pautaron los cambios trascendentales en la historia de El Pardo. En el estudio del estado de la cuestión se observa que en El Pardo, al igual que sucede en otros Reales Sitios, se investigan los edificios destacados como el Palacio, la Casita del Príncipe, la Casa de Oficios y la Casa de Infantes desde el punto de vista de su historia pero no desde la arquitectura ni de cómo esta afecta al desarrollo del trazado y por tanto al contexto urbano. Se manifiestan determinadas carencias de tratamiento gráfico que facilitarían la comprensión histórica mediante el análisis de la forma y cómo esta ha ido variando sustancialmente. El concepto de escala y orientación reordena el estudio, no sólo de estos edificios protagonistas sino de los que se entretejen a su alrededor y componen el conjunto histórico, lo cual aporta nuevas conclusiones al estado de la cuestión que aquí compete. El principal objetivo de la tesis es, por tanto, contribuir a la dimensión patrimonial mediante el estudio de la arquitectura residencial del pueblo de El Pardo y en cómo esta ha ido conformando y consolidando el entramado urbano original en torno a edificios de la realeza y corte. Analizar aquellos edificios que perduran, los que fueron reconstruidos, rehabilitados, y apuntar acontecimientos históricos que formularon la actual fisonomía. Sistematizar y reordenar sobre la traza actual los edificios que desaparecieron, nos da las pistas sobre las modificaciones en concepto de escala arquitectónica y urbana. El estudio de las fuentes y establecer una metodología de conexión de estas, ayuda a detectar dónde no se han dirigido aún los focos de interés así como las lagunas que han quedado por explorar con el fin de responder a nuevas hipótesis, conceder conclusiones y abrir otras líneas de investigación. Como conclusiones generales, la tesis aporta documentación nueva sobre el objeto de estudio, no solicitada, digitalizada o publicada con anterioridad. En ella se analizan los procesos de configuración, consolidación y transformación en el Real Sitio mediante la sistematización de estados comparativos. Con respecto al estudio de los diferentes contextos natural y urbano la tesis analiza cómo los accidentes naturales, el desarrollo de infraestructuras y el impulso de la agronomía afectaron a El Pardo a partir del siglo XIX, y estudia los procesos de configuración, consolidación y transformación en el Real Sitio mediante la sistematización de la documentación encontrada de manera gráfica y escrita. En relación al marco patrimonial arquitectónico, la tesis analiza los procesos edificatorios históricos. Se estudian, a su vez, cambios de ocupación o uso que derivaron en reformas, ampliaciones, obras de nueva planta e incluso en derribos, así como los proyectos no materializados o que se llevaron a cabo de manera parcial. Con respecto al análisis del momento histórico, la tesis analiza las posibles afectaciones, políticas, sociales y económicas en las etapas de Monarquía, Segunda República, Guerra Civil y Posguerra. Por último, la tesis abre cuatro vías de investigación (que ya se han tratado y avanzado en parte pero que escapan a los límites de este trabajo) que pueden plantear nuevas hipótesis, reportando así respuestas sobre objetos de estudio complementarios y paralelos al presente. Estas refieren a análisis más concretos sobre El Palacio Real de El Pardo y la Casa de Oficios, el Camino Real de Madrid a El Pardo desde la Puerta de Hierro, los cuarteles, puertas y portilleras del Monte de El Pardo y los proyectos desarrollados por el arquitecto Diego Méndez en los Reales Sitios para el Patrimonio Nacional. ABSTRACT Following the Royal Site denomination being granted in the mid-18th Century, during the reign of Ferdinand VI, his successor Charles III proceeded to include all the Forests and Woodlands of El Pardo in his heritage. That then gave rise to the process of town planning and architectural construction that was completed around 1800. Thereafter, not only the process of conservation and consolidation of the main buildings has been maintained, but new civil engineering works have also been carried out. Some buildings changed ownership and use until, after the Civil War, the greatest transformation experienced by the Royal Site was undertaken. The time frame this paper concerns (1885 to 1965), has not attracted sufficient attention in studies of El Pardo due to there having been no new works with heritage status, nor has there been an analysis of the layout and external appearance of the residential centre in the town once conceived by Charles III. However, it is considered relevant to analyse the changes in residential activity, firstly, because it coexists with the official architecture and, thus, it is considered necessary to perform a global analysis of the complex and, secondly, because it facilitates a historical understanding of the original appearance of the complex at the end of the 18th Century. This time framework defines three main parts of the study that provide the structure of this thesis, the dates of which establish the key historical time frames: Actions in the consolidated town centre (1885-1931). Cessation of construction works (1931-1939). Proposals of regeneration and accelerated growth (1939-1965). Two distinct sub-chapters are also established within these, in order to explain the events that marked the transcendental changes in the history of El Pardo. When studying the subject matter, it is noted that in El Pardo, as is the case in other Royal Sites, outstanding buildings such as the Palace, the Prince's Cottage, the Trades House and the Infantes House are usually researched strictly from the point of view of their history, but not from an architectural perspective, nor analysing how that affects the development of the site layout and thus the urban area. Specific shortcomings are evident in the graphic treatment that would have otherwise facilitated a historical understanding through the analysis of the shape and the way it has gradually undergone substantial variation. The concept of scale and orientation reorganises the study, not only of these key buildings, but also of those that are woven around them and make up the historic complex, allowing entirely new conclusions concerning the subject matter analysed herein. Therefore, the main purpose of this thesis is to outline our heritage through the study of the residential architecture of the town of El Pardo and the analysis of the way the original town has been built up and consolidated around the buildings erected by royalty and the court; to analyse the buildings that still remain, those that were rebuilt, refurbished, and to note historic events that shaped its current appearance. To this end, a systematic classification and reorganisation on the current urban layout of the buildings that have disappeared will give us the key to understand changes in the concept of architectural and urban scale. Studying the sources and establishing a methodology to connect them will help us detect those areas where the focus of interest has not concentrated yet, and will also reveal the gaps that remain unexplored, in order to respond to new hypotheses, reach new conclusions and open up new lines of research. As general conclusions, this thesis provides new documentation on the subject matter that had not been requested, digitized or published before. There we find an analysis of the processes of configuration, consolidation and transformation of the Royal Site through a systematic classification of comparative states. With regard to the study of the multiple natural and urban environments, this thesis analyses the way natural features, development of infrastructures and agricultural driving forces affected El Pardo as of the 19th Century, and it studies the processes of configuration, consolidation and transformation of the Royal Site by systematically classifying the documentation found in graphic and written documents. In relation to the architectural heritage framework, this thesis analyses historical building processes. Likewise, a study is also performed on the changes in land occupation or use that led to reforms, extensions, new buildings and even to demolitions, as well as on unrealized projects, or even on those that were partially implemented. As for the analysis of the historical time period, this thesis assesses the potential political, social and economic effects of the Monarchy, Second Republic, Civil War and Post-War Periods. Finally, this thesis opens up four lines of investigation (that have already been discussed and partially advanced, but which fall beyond the scope of this work) that could pose new hypotheses, thus giving answer to other subject matters parallel and complementary to the one assessed herein. These refer to more specific analyses of El Palacio Real de El Pardo (Royal Palace of El Pardo) and the Casa de Oficios (Trades House), the Royal Highway from Madrid to El Pardo from Puerta de Hierro, the barracks, gates and entrances to estates in the Woodlands of El Pardo and the projects developed on the Royal Sites by the architect Diego Méndez for the National Heritage.

Caracterización de un robot para aplicaciones de mecanizado con requerimientos de tolerancias

El presente Trabajo fin Fin de Máster, versa sobre una caracterización preliminar del comportamiento de un robot de tipo industrial, configurado por 4 eslabones y 4 grados de libertad, y sometido a fuerzas de mecanizado en su extremo. El entorno de trabajo planteado es el de plantas de fabricación de piezas de aleaciones de aluminio para automoción. Este tipo de componentes parte de un primer proceso de fundición que saca la pieza en bruto. Para series medias y altas, en función de las propiedades mecánicas y plásticas requeridas y los costes de producción, la inyección a alta presión (HPDC) y la fundición a baja presión (LPC) son las dos tecnologías más usadas en esta primera fase. Para inyección a alta presión, las aleaciones de aluminio más empleadas son, en designación simbólica según norma EN 1706 (entre paréntesis su designación numérica); EN AC AlSi9Cu3(Fe) (EN AC 46000) , EN AC AlSi9Cu3(Fe)(Zn) (EN AC 46500), y EN AC AlSi12Cu1(Fe) (EN AC 47100). Para baja presión, EN AC AlSi7Mg0,3 (EN AC 42100). En los 3 primeros casos, los límites de Silicio permitidos pueden superan el 10%. En el cuarto caso, es inferior al 10% por lo que, a los efectos de ser sometidas a mecanizados, las piezas fabricadas en aleaciones con Si superior al 10%, se puede considerar que son equivalentes, diferenciándolas de la cuarta. Las tolerancias geométricas y dimensionales conseguibles directamente de fundición, recogidas en normas como ISO 8062 o DIN 1688-1, establecen límites para este proceso. Fuera de esos límites, las garantías en conseguir producciones con los objetivos de ppms aceptados en la actualidad por el mercado, obligan a ir a fases posteriores de mecanizado. Aquellas geometrías que, funcionalmente, necesitan disponer de unas tolerancias geométricas y/o dimensionales definidas acorde a ISO 1101, y no capaces por este proceso inicial de moldeado a presión, deben ser procesadas en una fase posterior en células de mecanizado. En este caso, las tolerancias alcanzables para procesos de arranque de viruta se recogen en normas como ISO 2768. Las células de mecanizado se componen, por lo general, de varios centros de control numérico interrelacionados y comunicados entre sí por robots que manipulan las piezas en proceso de uno a otro. Dichos robots, disponen en su extremo de una pinza utillada para poder coger y soltar las piezas en los útiles de mecanizado, las mesas de intercambio para cambiar la pieza de posición o en utillajes de equipos de medición y prueba, o en cintas de entrada o salida. La repetibilidad es alta, de centésimas incluso, definida según norma ISO 9283. El problema es que, estos rangos de repetibilidad sólo se garantizan si no se hacen esfuerzos o éstos son despreciables (caso de mover piezas). Aunque las inercias de mover piezas a altas velocidades hacen que la trayectoria intermedia tenga poca precisión, al inicio y al final (al coger y dejar pieza, p.e.) se hacen a velocidades relativamente bajas que hacen que el efecto de las fuerzas de inercia sean menores y que permiten garantizar la repetibilidad anteriormente indicada. No ocurre así si se quitara la garra y se intercambia con un cabezal motorizado con una herramienta como broca, mandrino, plato de cuchillas, fresas frontales o tangenciales… Las fuerzas ejercidas de mecanizado generarían unos pares en las uniones tan grandes y tan variables que el control del robot no sería capaz de responder (o no está preparado, en un principio) y generaría una desviación en la trayectoria, realizada a baja velocidad, que desencadenaría en un error de posición (ver norma ISO 5458) no asumible para la funcionalidad deseada. Se podría llegar al caso de que la tolerancia alcanzada por un pretendido proceso más exacto diera una dimensión peor que la que daría el proceso de fundición, en principio con mayor variabilidad dimensional en proceso (y por ende con mayor intervalo de tolerancia garantizable). De hecho, en los CNCs, la precisión es muy elevada, (pudiéndose despreciar en la mayoría de los casos) y no es la responsable de, por ejemplo la tolerancia de posición al taladrar un agujero. Factores como, temperatura de la sala y de la pieza, calidad constructiva de los utillajes y rigidez en el amarre, error en el giro de mesas y de colocación de pieza, si lleva agujeros previos o no, si la herramienta está bien equilibrada y el cono es el adecuado para el tipo de mecanizado… influyen más. Es interesante que, un elemento no específico tan común en una planta industrial, en el entorno anteriormente descrito, como es un robot, el cual no sería necesario añadir por disponer de él ya (y por lo tanto la inversión sería muy pequeña), puede mejorar la cadena de valor disminuyendo el costo de fabricación. Y si se pudiera conjugar que ese robot destinado a tareas de manipulación, en los muchos tiempos de espera que va a disfrutar mientras el CNC arranca viruta, pudiese coger un cabezal y apoyar ese mecanizado; sería doblemente interesante. Por lo tanto, se antoja sugestivo poder conocer su comportamiento e intentar explicar qué sería necesario para llevar esto a cabo, motivo de este trabajo. La arquitectura de robot seleccionada es de tipo SCARA. La búsqueda de un robot cómodo de modelar y de analizar cinemática y dinámicamente, sin limitaciones relevantes en la multifuncionalidad de trabajos solicitados, ha llevado a esta elección, frente a otras arquitecturas como por ejemplo los robots antropomórficos de 6 grados de libertad, muy populares a nivel industrial. Este robot dispone de 3 uniones, de las cuales 2 son de tipo par de revolución (1 grado de libertad cada una) y la tercera es de tipo corredera o par cilíndrico (2 grados de libertad). La primera unión, de tipo par de revolución, sirve para unir el suelo (considerado como eslabón número 1) con el eslabón número 2. La segunda unión, también de ese tipo, une el eslabón número 2 con el eslabón número 3. Estos 2 brazos, pueden describir un movimiento horizontal, en el plano X-Y. El tercer eslabón, está unido al eslabón número 4 por la unión de tipo corredera. El movimiento que puede describir es paralelo al eje Z. El robot es de 4 grados de libertad (4 motores). En relación a los posibles trabajos que puede realizar este tipo de robot, su versatilidad abarca tanto operaciones típicas de manipulación como operaciones de arranque de viruta. Uno de los mecanizados más usuales es el taladrado, por lo cual se elige éste para su modelización y análisis. Dentro del taladrado se elegirá para acotar las fuerzas, taladrado en macizo con broca de diámetro 9 mm. El robot se ha considerado por el momento que tenga comportamiento de sólido rígido, por ser el mayor efecto esperado el de los pares en las uniones. Para modelar el robot se utiliza el método de los sistemas multicuerpos. Dentro de este método existen diversos tipos de formulaciones (p.e. Denavit-Hartenberg). D-H genera una cantidad muy grande de ecuaciones e incógnitas. Esas incógnitas son de difícil comprensión y, para cada posición, hay que detenerse a pensar qué significado tienen. Se ha optado por la formulación de coordenadas naturales. Este sistema utiliza puntos y vectores unitarios para definir la posición de los distintos cuerpos, y permite compartir, cuando es posible y se quiere, para definir los pares cinemáticos y reducir al mismo tiempo el número de variables. Las incógnitas son intuitivas, las ecuaciones de restricción muy sencillas y se reduce considerablemente el número de ecuaciones e incógnitas. Sin embargo, las coordenadas naturales “puras” tienen 2 problemas. El primero, que 2 elementos con un ángulo de 0 o 180 grados, dan lugar a puntos singulares que pueden crear problemas en las ecuaciones de restricción y por lo tanto han de evitarse. El segundo, que tampoco inciden directamente sobre la definición o el origen de los movimientos. Por lo tanto, es muy conveniente complementar esta formulación con ángulos y distancias (coordenadas relativas). Esto da lugar a las coordenadas naturales mixtas, que es la formulación final elegida para este TFM. Las coordenadas naturales mixtas no tienen el problema de los puntos singulares. Y la ventaja más importante reside en su utilidad a la hora de aplicar fuerzas motrices, momentos o evaluar errores. Al incidir sobre la incógnita origen (ángulos o distancias) controla los motores de manera directa. El algoritmo, la simulación y la obtención de resultados se ha programado mediante Matlab. Para realizar el modelo en coordenadas naturales mixtas, es preciso modelar en 2 pasos el robot a estudio. El primer modelo se basa en coordenadas naturales. Para su validación, se plantea una trayectoria definida y se analiza cinemáticamente si el robot satisface el movimiento solicitado, manteniendo su integridad como sistema multicuerpo. Se cuantifican los puntos (en este caso inicial y final) que configuran el robot. Al tratarse de sólidos rígidos, cada eslabón queda definido por sus respectivos puntos inicial y final (que son los más interesantes para la cinemática y la dinámica) y por un vector unitario no colineal a esos 2 puntos. Los vectores unitarios se colocan en los lugares en los que se tenga un eje de rotación o cuando se desee obtener información de un ángulo. No son necesarios vectores unitarios para medir distancias. Tampoco tienen por qué coincidir los grados de libertad con el número de vectores unitarios. Las longitudes de cada eslabón quedan definidas como constantes geométricas. Se establecen las restricciones que definen la naturaleza del robot y las relaciones entre los diferentes elementos y su entorno. La trayectoria se genera por una nube de puntos continua, definidos en coordenadas independientes. Cada conjunto de coordenadas independientes define, en un instante concreto, una posición y postura de robot determinada. Para conocerla, es necesario saber qué coordenadas dependientes hay en ese instante, y se obtienen resolviendo por el método de Newton-Rhapson las ecuaciones de restricción en función de las coordenadas independientes. El motivo de hacerlo así es porque las coordenadas dependientes deben satisfacer las restricciones, cosa que no ocurre con las coordenadas independientes. Cuando la validez del modelo se ha probado (primera validación), se pasa al modelo 2. El modelo número 2, incorpora a las coordenadas naturales del modelo número 1, las coordenadas relativas en forma de ángulos en los pares de revolución (3 ángulos; ϕ1, ϕ 2 y ϕ3) y distancias en los pares prismáticos (1 distancia; s). Estas coordenadas relativas pasan a ser las nuevas coordenadas independientes (sustituyendo a las coordenadas independientes cartesianas del modelo primero, que eran coordenadas naturales). Es necesario revisar si el sistema de vectores unitarios del modelo 1 es suficiente o no. Para este caso concreto, se han necesitado añadir 1 vector unitario adicional con objeto de que los ángulos queden perfectamente determinados con las correspondientes ecuaciones de producto escalar y/o vectorial. Las restricciones habrán de ser incrementadas en, al menos, 4 ecuaciones; una por cada nueva incógnita. La validación del modelo número 2, tiene 2 fases. La primera, al igual que se hizo en el modelo número 1, a través del análisis cinemático del comportamiento con una trayectoria definida. Podrían obtenerse del modelo 2 en este análisis, velocidades y aceleraciones, pero no son necesarios. Tan sólo interesan los movimientos o desplazamientos finitos. Comprobada la coherencia de movimientos (segunda validación), se pasa a analizar cinemáticamente el comportamiento con trayectorias interpoladas. El análisis cinemático con trayectorias interpoladas, trabaja con un número mínimo de 3 puntos máster. En este caso se han elegido 3; punto inicial, punto intermedio y punto final. El número de interpolaciones con el que se actúa es de 50 interpolaciones en cada tramo (cada 2 puntos máster hay un tramo), resultando un total de 100 interpolaciones. El método de interpolación utilizado es el de splines cúbicas con condición de aceleración inicial y final constantes, que genera las coordenadas independientes de los puntos interpolados de cada tramo. Las coordenadas dependientes se obtienen resolviendo las ecuaciones de restricción no lineales con el método de Newton-Rhapson. El método de las splines cúbicas es muy continuo, por lo que si se desea modelar una trayectoria en el que haya al menos 2 movimientos claramente diferenciados, es preciso hacerlo en 2 tramos y unirlos posteriormente. Sería el caso en el que alguno de los motores se desee expresamente que esté parado durante el primer movimiento y otro distinto lo esté durante el segundo movimiento (y así sucesivamente). Obtenido el movimiento, se calculan, también mediante fórmulas de diferenciación numérica, las velocidades y aceleraciones independientes. El proceso es análogo al anteriormente explicado, recordando la condición impuesta de que la aceleración en el instante t= 0 y en instante t= final, se ha tomado como 0. Las velocidades y aceleraciones dependientes se calculan resolviendo las correspondientes derivadas de las ecuaciones de restricción. Se comprueba, de nuevo, en una tercera validación del modelo, la coherencia del movimiento interpolado. La dinámica inversa calcula, para un movimiento definido -conocidas la posición, velocidad y la aceleración en cada instante de tiempo-, y conocidas las fuerzas externas que actúan (por ejemplo el peso); qué fuerzas hay que aplicar en los motores (donde hay control) para que se obtenga el citado movimiento. En la dinámica inversa, cada instante del tiempo es independiente de los demás y tiene una posición, una velocidad y una aceleración y unas fuerzas conocidas. En este caso concreto, se desean aplicar, de momento, sólo las fuerzas debidas al peso, aunque se podrían haber incorporado fuerzas de otra naturaleza si se hubiese deseado. Las posiciones, velocidades y aceleraciones, proceden del cálculo cinemático. El efecto inercial de las fuerzas tenidas en cuenta (el peso) es calculado. Como resultado final del análisis dinámico inverso, se obtienen los pares que han de ejercer los cuatro motores para replicar el movimiento prescrito con las fuerzas que estaban actuando. La cuarta validación del modelo consiste en confirmar que el movimiento obtenido por aplicar los pares obtenidos en la dinámica inversa, coinciden con el obtenido en el análisis cinemático (movimiento teórico). Para ello, es necesario acudir a la dinámica directa. La dinámica directa se encarga de calcular el movimiento del robot, resultante de aplicar unos pares en motores y unas fuerzas en el robot. Por lo tanto, el movimiento real resultante, al no haber cambiado ninguna condición de las obtenidas en la dinámica inversa (pares de motor y fuerzas inerciales debidas al peso de los eslabones) ha de ser el mismo al movimiento teórico. Siendo así, se considera que el robot está listo para trabajar. Si se introduce una fuerza exterior de mecanizado no contemplada en la dinámica inversa y se asigna en los motores los mismos pares resultantes de la resolución del problema dinámico inverso, el movimiento real obtenido no es igual al movimiento teórico. El control de lazo cerrado se basa en ir comparando el movimiento real con el deseado e introducir las correcciones necesarias para minimizar o anular las diferencias. Se aplican ganancias en forma de correcciones en posición y/o velocidad para eliminar esas diferencias. Se evalúa el error de posición como la diferencia, en cada punto, entre el movimiento teórico deseado en el análisis cinemático y el movimiento real obtenido para cada fuerza de mecanizado y una ganancia concreta. Finalmente, se mapea el error de posición obtenido para cada fuerza de mecanizado y las diferentes ganancias previstas, graficando la mejor precisión que puede dar el robot para cada operación que se le requiere, y en qué condiciones. -------------- This Master´s Thesis deals with a preliminary characterization of the behaviour for an industrial robot, configured with 4 elements and 4 degrees of freedoms, and subjected to machining forces at its end. Proposed working conditions are those typical from manufacturing plants with aluminium alloys for automotive industry. This type of components comes from a first casting process that produces rough parts. For medium and high volumes, high pressure die casting (HPDC) and low pressure die casting (LPC) are the most used technologies in this first phase. For high pressure die casting processes, most used aluminium alloys are, in simbolic designation according EN 1706 standard (between brackets, its numerical designation); EN AC AlSi9Cu3(Fe) (EN AC 46000) , EN AC AlSi9Cu3(Fe)(Zn) (EN AC 46500), y EN AC AlSi12Cu1(Fe) (EN AC 47100). For low pressure, EN AC AlSi7Mg0,3 (EN AC 42100). For the 3 first alloys, Si allowed limits can exceed 10% content. Fourth alloy has admisible limits under 10% Si. That means, from the point of view of machining, that components made of alloys with Si content above 10% can be considered as equivalent, and the fourth one must be studied separately. Geometrical and dimensional tolerances directly achievables from casting, gathered in standards such as ISO 8062 or DIN 1688-1, establish a limit for this process. Out from those limits, guarantees to achieve batches with objetive ppms currently accepted by market, force to go to subsequent machining process. Those geometries that functionally require a geometrical and/or dimensional tolerance defined according ISO 1101, not capable with initial moulding process, must be obtained afterwards in a machining phase with machining cells. In this case, tolerances achievables with cutting processes are gathered in standards such as ISO 2768. In general terms, machining cells contain several CNCs that they are interrelated and connected by robots that handle parts in process among them. Those robots have at their end a gripper in order to take/remove parts in machining fixtures, in interchange tables to modify position of part, in measurement and control tooling devices, or in entrance/exit conveyors. Repeatibility for robot is tight, even few hundredths of mm, defined according ISO 9283. Problem is like this; those repeatibilty ranks are only guaranteed when there are no stresses or they are not significant (f.e. due to only movement of parts). Although inertias due to moving parts at a high speed make that intermediate paths have little accuracy, at the beginning and at the end of trajectories (f.e, when picking part or leaving it) movement is made with very slow speeds that make lower the effect of inertias forces and allow to achieve repeatibility before mentioned. It does not happens the same if gripper is removed and it is exchanged by an spindle with a machining tool such as a drilling tool, a pcd boring tool, a face or a tangential milling cutter… Forces due to machining would create such big and variable torques in joints that control from the robot would not be able to react (or it is not prepared in principle) and would produce a deviation in working trajectory, made at a low speed, that would trigger a position error (see ISO 5458 standard) not assumable for requested function. Then it could be possible that tolerance achieved by a more exact expected process would turn out into a worst dimension than the one that could be achieved with casting process, in principle with a larger dimensional variability in process (and hence with a larger tolerance range reachable). As a matter of fact, accuracy is very tight in CNC, (its influence can be ignored in most cases) and it is not the responsible of, for example position tolerance when drilling a hole. Factors as, room and part temperature, manufacturing quality of machining fixtures, stiffness at clamping system, rotating error in 4th axis and part positioning error, if there are previous holes, if machining tool is properly balanced, if shank is suitable for that machining type… have more influence. It is interesting to know that, a non specific element as common, at a manufacturing plant in the enviroment above described, as a robot (not needed to be added, therefore with an additional minimum investment), can improve value chain decreasing manufacturing costs. And when it would be possible to combine that the robot dedicated to handling works could support CNCs´ works in its many waiting time while CNCs cut, and could take an spindle and help to cut; it would be double interesting. So according to all this, it would be interesting to be able to know its behaviour and try to explain what would be necessary to make this possible, reason of this work. Selected robot architecture is SCARA type. The search for a robot easy to be modeled and kinematically and dinamically analyzed, without significant limits in the multifunctionality of requested operations, has lead to this choice. Due to that, other very popular architectures in the industry, f.e. 6 DOFs anthropomorphic robots, have been discarded. This robot has 3 joints, 2 of them are revolute joints (1 DOF each one) and the third one is a cylindrical joint (2 DOFs). The first joint, a revolute one, is used to join floor (body 1) with body 2. The second one, a revolute joint too, joins body 2 with body 3. These 2 bodies can move horizontally in X-Y plane. Body 3 is linked to body 4 with a cylindrical joint. Movement that can be made is paralell to Z axis. The robt has 4 degrees of freedom (4 motors). Regarding potential works that this type of robot can make, its versatility covers either typical handling operations or cutting operations. One of the most common machinings is to drill. That is the reason why it has been chosen for the model and analysis. Within drilling, in order to enclose spectrum force, a typical solid drilling with 9 mm diameter. The robot is considered, at the moment, to have a behaviour as rigid body, as biggest expected influence is the one due to torques at joints. In order to modelize robot, it is used multibodies system method. There are under this heading different sorts of formulations (f.e. Denavit-Hartenberg). D-H creates a great amount of equations and unknown quantities. Those unknown quatities are of a difficult understanding and, for each position, one must stop to think about which meaning they have. The choice made is therefore one of formulation in natural coordinates. This system uses points and unit vectors to define position of each different elements, and allow to share, when it is possible and wished, to define kinematic torques and reduce number of variables at the same time. Unknown quantities are intuitive, constrain equations are easy and number of equations and variables are strongly reduced. However, “pure” natural coordinates suffer 2 problems. The first one is that 2 elements with an angle of 0° or 180°, give rise to singular positions that can create problems in constrain equations and therefore they must be avoided. The second problem is that they do not work directly over the definition or the origin of movements. Given that, it is highly recommended to complement this formulation with angles and distances (relative coordinates). This leads to mixed natural coordinates, and they are the final formulation chosen for this MTh. Mixed natural coordinates have not the problem of singular positions. And the most important advantage lies in their usefulness when applying driving forces, torques or evaluating errors. As they influence directly over origin variable (angles or distances), they control motors directly. The algorithm, simulation and obtaining of results has been programmed with Matlab. To design the model in mixed natural coordinates, it is necessary to model the robot to be studied in 2 steps. The first model is based in natural coordinates. To validate it, it is raised a defined trajectory and it is kinematically analyzed if robot fulfils requested movement, keeping its integrity as multibody system. The points (in this case starting and ending points) that configure the robot are quantified. As the elements are considered as rigid bodies, each of them is defined by its respectively starting and ending point (those points are the most interesting ones from the point of view of kinematics and dynamics) and by a non-colinear unit vector to those points. Unit vectors are placed where there is a rotating axis or when it is needed information of an angle. Unit vectors are not needed to measure distances. Neither DOFs must coincide with the number of unit vectors. Lengths of each arm are defined as geometrical constants. The constrains that define the nature of the robot and relationships among different elements and its enviroment are set. Path is generated by a cloud of continuous points, defined in independent coordinates. Each group of independent coordinates define, in an specific instant, a defined position and posture for the robot. In order to know it, it is needed to know which dependent coordinates there are in that instant, and they are obtained solving the constraint equations with Newton-Rhapson method according to independent coordinates. The reason to make it like this is because dependent coordinates must meet constraints, and this is not the case with independent coordinates. When suitability of model is checked (first approval), it is given next step to model 2. Model 2 adds to natural coordinates from model 1, the relative coordinates in the shape of angles in revoluting torques (3 angles; ϕ1, ϕ 2 and ϕ3) and distances in prismatic torques (1 distance; s). These relative coordinates become the new independent coordinates (replacing to cartesian independent coordinates from model 1, that they were natural coordinates). It is needed to review if unit vector system from model 1 is enough or not . For this specific case, it was necessary to add 1 additional unit vector to define perfectly angles with their related equations of dot and/or cross product. Constrains must be increased in, at least, 4 equations; one per each new variable. The approval of model 2 has two phases. The first one, same as made with model 1, through kinematic analysis of behaviour with a defined path. During this analysis, it could be obtained from model 2, velocities and accelerations, but they are not needed. They are only interesting movements and finite displacements. Once that the consistence of movements has been checked (second approval), it comes when the behaviour with interpolated trajectories must be kinematically analyzed. Kinematic analysis with interpolated trajectories work with a minimum number of 3 master points. In this case, 3 points have been chosen; starting point, middle point and ending point. The number of interpolations has been of 50 ones in each strecht (each 2 master points there is an strecht), turning into a total of 100 interpolations. The interpolation method used is the cubic splines one with condition of constant acceleration both at the starting and at the ending point. This method creates the independent coordinates of interpolated points of each strecht. The dependent coordinates are achieved solving the non-linear constrain equations with Newton-Rhapson method. The method of cubic splines is very continuous, therefore when it is needed to design a trajectory in which there are at least 2 movements clearly differents, it is required to make it in 2 steps and join them later. That would be the case when any of the motors would keep stopped during the first movement, and another different motor would remain stopped during the second movement (and so on). Once that movement is obtained, they are calculated, also with numerical differenciation formulas, the independent velocities and accelerations. This process is analogous to the one before explained, reminding condition that acceleration when t=0 and t=end are 0. Dependent velocities and accelerations are calculated solving related derivatives of constrain equations. In a third approval of the model it is checked, again, consistence of interpolated movement. Inverse dynamics calculates, for a defined movement –knowing position, velocity and acceleration in each instant of time-, and knowing external forces that act (f.e. weights); which forces must be applied in motors (where there is control) in order to obtain requested movement. In inverse dynamics, each instant of time is independent of the others and it has a position, a velocity, an acceleration and known forces. In this specific case, it is intended to apply, at the moment, only forces due to the weight, though forces of another nature could have been added if it would have been preferred. The positions, velocities and accelerations, come from kinematic calculation. The inertial effect of forces taken into account (weight) is calculated. As final result of the inverse dynamic analysis, the are obtained torques that the 4 motors must apply to repeat requested movement with the forces that were acting. The fourth approval of the model consists on confirming that the achieved movement due to the use of the torques obtained in the inverse dynamics, are in accordance with movements from kinematic analysis (theoretical movement). For this, it is necessary to work with direct dynamics. Direct dynamic is in charge of calculating the movements of robot that results from applying torques at motors and forces at the robot. Therefore, the resultant real movement, as there was no change in any condition of the ones obtained at the inverse dynamics (motor torques and inertial forces due to weight of elements) must be the same than theoretical movement. When these results are achieved, it is considered that robot is ready to work. When a machining external force is introduced and it was not taken into account before during the inverse dynamics, and torques at motors considered are the ones of the inverse dynamics, the real movement obtained is not the same than the theoretical movement. Closed loop control is based on comparing real movement with expected movement and introducing required corrrections to minimize or cancel differences. They are applied gains in the way of corrections for position and/or tolerance to remove those differences. Position error is evaluated as the difference, in each point, between theoretical movemment (calculated in the kinematic analysis) and the real movement achieved for each machining force and for an specific gain. Finally, the position error obtained for each machining force and gains are mapped, giving a chart with the best accuracy that the robot can give for each operation that has been requested and which conditions must be provided.

Time-multiscale methods for the simulation of slow transport problems in atomistic systems

En esta tesis presentamos una teoría adaptada a la simulación de fenómenos lentos de transporte en sistemas atomísticos. En primer lugar, desarrollamos el marco teórico para modelizar colectividades estadísticas de equilibrio. A continuación, lo adaptamos para construir modelos de colectividades estadísticas fuera de equilibrio. Esta teoría reposa sobre los principios de la mecánica estadística, en particular el principio de máxima entropía de Jaynes, utilizado tanto para sistemas en equilibrio como fuera de equilibrio, y la teoría de las aproximaciones del campo medio. Expresamos matemáticamente el problema como un principio variacional en el que maximizamos una entropía libre, en lugar de una energía libre. La formulación propuesta permite definir equivalentes atomísticos de variables macroscópicas como la temperatura y la fracción molar. De esta forma podemos considerar campos macroscópicos no uniformes. Completamos el marco teórico con reglas de cuadratura de Monte Carlo, gracias a las cuales obtenemos modelos computables. A continuación, desarrollamos el conjunto completo de ecuaciones que gobiernan procesos de transporte. Deducimos la desigualdad de disipación entrópica a partir de fuerzas y flujos termodinámicos discretos. Esta desigualdad nos permite identificar la estructura que deben cumplir los potenciales cinéticos discretos. Dichos potenciales acoplan las tasas de variación en el tiempo de las variables microscópicas con las fuerzas correspondientes. Estos potenciales cinéticos deben ser completados con una relación fenomenológica, del tipo definido por la teoría de Onsanger. Por último, aportamos validaciones numéricas. Con ellas ilustramos la capacidad de la teoría presentada para simular propiedades de equilibrio y segregación superficial en aleaciones metálicas. Primero, simulamos propiedades termodinámicas de equilibrio en el sistema atomístico. A continuación evaluamos la habilidad del modelo para reproducir procesos de transporte en sistemas complejos que duran tiempos largos con respecto a los tiempos característicos a escala atómica. ABSTRACT In this work, we formulate a theory to address simulations of slow time transport effects in atomic systems. We first develop this theoretical framework in the context of equilibrium of atomic ensembles, based on statistical mechanics. We then adapt it to model ensembles away from equilibrium. The theory stands on Jaynes' maximum entropy principle, valid for the treatment of both, systems in equilibrium and away from equilibrium and on meanfield approximation theory. It is expressed in the entropy formulation as a variational principle. We interpret atomistic equivalents of macroscopic variables such as the temperature and the molar fractions, wich are not required to be uniform, but can vary from particle to particle. We complement this theory with Monte Carlo summation rules for further approximation. In addition, we provide a framework for studying transport processes with the full set of equations driving the evolution of the system. We first derive a dissipation inequality for the entropic production involving discrete thermodynamic forces and fluxes. This discrete dissipation inequality identifies the adequate structure for discrete kinetic potentials which couple the microscopic field rates to the corresponding driving forces. Those kinetic potentials must finally be expressed as a phenomenological rule of the Onsanger Type. We present several validation cases, illustrating equilibrium properties and surface segregation of metallic alloys. We first assess the ability of a simple meanfield model to reproduce thermodynamic equilibrium properties in systems with atomic resolution. Then, we evaluate the ability of the model to reproduce a long-term transport process in complex systems.