Aplicació d'algoritmes genètics en l'optimització dels processos de fabricació del paper

La creciente preocupación y concienciación de la sociedad respecto el medio ambiente, y en consecuencia la legislación y regulaciones generadas inducen a la modificación de los procesos productivos existentes en la industria química. Las configuraciones iniciales deben modificarse para conseguir una mayor integración de procesos. Para este fin se han creado y desarrollado diferentes metodologías que deben facilitar la tarea a los responsables del rediseño. El desarrollo de una metodología y herramientas complementarias es el principal objetivo de la investigación aquí presentada, especialmente centrada en el desarrollo y la aplicación de una metodología de optimización de procesos. Esta metodología de optimización se aplica sobre configuraciones de proceso existentes y pretende encontrar nuevas configuraciones viables según los objetivos de optimización fijados. La metodología tiene dos partes diferenciadas: la primera se basa en un simulador de procesos comercial y la segunda es la técnica de optimización propiamente dicha. La metodología se inicia con la elaboración de una simulación convenientemente validada que reproduzca el proceso existente, en este caso una papelera no integrada que produce papel estucado de calidad, para impresión. A continuación la técnica de optimización realiza una búsqueda dentro del dominio de los posibles resultados, en busca de los mejores resultados que satisfazcan plenamente los objetivos planteados. Dicha técnica de optimización está basada en los algoritmos genéticos como herramienta de búsqueda, junto a un subprograma basado en técnicas de programación matemática para el cálculo de resultados. Un número reducido de resultados son finalmente escogidos y utilizados para modificar la simulación existente fijando la redistribución de los flujos del proceso. Los resultados de la simulación del proceso determinan en último caso la viabilidad técnica de cada reconfiguración planteada. En el proceso de optimización, los objetivos están definidos en una función objetivo dentro de la técnica de optimización. Dicha función rige la búsqueda de resultados. La función objetivo puede ser individual o una combinación de objetivos. En el presente caso, la función persigue una minimización del consumo de agua y una minimización de la pérdida de materia prima. La optimización se realiza bajo restricciones para alcanzar este objetivo combinado en forma de una solución de compromiso. Producto de la aplicación de esta metodología se han obtenido resultados interesantes que significan una mejora del cierre de circuitos y un ahorro de materia prima, sin comprometer al mismo tiempo la operabilidad del proceso producto ni la calidad del papel.

Case based reasoning as an extension of fault dictionary methods for linear electronic analog circuits diagnosis

El test de circuits és una fase del procés de producció que cada vegada pren més importància quan es desenvolupa un nou producte. Les tècniques de test i diagnosi per a circuits digitals han estat desenvolupades i automatitzades amb èxit, mentre que aquest no és encara el cas dels circuits analògics. D'entre tots els mètodes proposats per diagnosticar circuits analògics els més utilitzats són els diccionaris de falles. En aquesta tesi se'n descriuen alguns, tot analitzant-ne els seus avantatges i inconvenients. Durant aquests últims anys, les tècniques d'Intel·ligència Artificial han esdevingut un dels camps de recerca més importants per a la diagnosi de falles. Aquesta tesi desenvolupa dues d'aquestes tècniques per tal de cobrir algunes de les mancances que presenten els diccionaris de falles. La primera proposta es basa en construir un sistema fuzzy com a eina per identificar. Els resultats obtinguts son força bons, ja que s'aconsegueix localitzar la falla en un elevat tant percent dels casos. Per altra banda, el percentatge d'encerts no és prou bo quan a més a més s'intenta esbrinar la desviació. Com que els diccionaris de falles es poden veure com una aproximació simplificada al Raonament Basat en Casos (CBR), la segona proposta fa una extensió dels diccionaris de falles cap a un sistema CBR. El propòsit no és donar una solució general del problema sinó contribuir amb una nova metodologia. Aquesta consisteix en millorar la diagnosis dels diccionaris de falles mitjançant l'addició i l'adaptació dels nous casos per tal d'esdevenir un sistema de Raonament Basat en Casos. Es descriu l'estructura de la base de casos així com les tasques d'extracció, de reutilització, de revisió i de retenció, fent èmfasi al procés d'aprenentatge. En el transcurs del text s'utilitzen diversos circuits per mostrar exemples dels mètodes de test descrits, però en particular el filtre biquadràtic és l'utilitzat per provar les metodologies plantejades, ja que és un dels benchmarks proposats en el context dels circuits analògics. Les falles considerades son paramètriques, permanents, independents i simples, encara que la metodologia pot ser fàcilment extrapolable per a la diagnosi de falles múltiples i catastròfiques. El mètode es centra en el test dels components passius, encara que també es podria extendre per a falles en els actius.

Convectively coupled equatorial waves: A new methodology for identifying wave structures in observational data

Convectively coupled equatorial waves are fundamental components of the interaction between the physics and dynamics of the tropical atmosphere. A new methodology, which isolates individual equatorial wave modes, has been developed and applied to observational data. The methodology assumes that the horizontal structures given by equatorial wave theory can be used to project upper- and lower-tropospheric data onto equatorial wave modes. The dynamical fields are first separated into eastward- and westward-moving components with a specified domain of frequency–zonal wavenumber. Each of the components for each field is then projected onto the different equatorial modes using the y structures of these modes given by the theory. The latitudinal scale yo of the modes is predetermined by data to fit the equatorial trapping in a suitable latitude belt y = ±Y. The extent to which the different dynamical fields are consistent with one another in their depiction of each equatorial wave structure determines the confidence in the reality of that structure. Comparison of the analyzed modes with the eastward- and westward-moving components in the convection field enables the identification of the dynamical structure and nature of convectively coupled equatorial waves. In a case study, the methodology is applied to two independent data sources, ECMWF Reanalysis and satellite-observed window brightness temperature (Tb) data for the summer of 1992. Various convectively coupled equatorial Kelvin, mixed Rossby–gravity, and Rossby waves have been detected. The results indicate a robust consistency between the two independent data sources. Different vertical structures for different wave modes and a significant Doppler shifting effect of the background zonal winds on wave structures are found and discussed. It is found that in addition to low-level convergence, anomalous fluxes induced by strong equatorial zonal winds associated with equatorial waves are important for inducing equatorial convection. There is evidence that equatorial convection associated with Rossby waves leads to a change in structure involving a horizontal structure similar to that of a Kelvin wave moving westward with it. The vertical structure may also be radically changed. The analysis method should make a very powerful diagnostic tool for investigating convectively coupled equatorial waves and the interaction of equatorial dynamics and physics in the real atmosphere. The results from application of the analysis method for a reanalysis dataset should provide a benchmark against which model studies can be compared.

Enhancement of ENSO variability by a weakened Atlantic thermohaline circulation in a coupled GCM

A coupled ocean–atmosphere general circulation model is used to investigate the modulation of El Niño–Southern Oscillation (ENSO) variability due to a weakened Atlantic thermohaline circulation (THC). The THC weakening is induced by freshwater perturbations in the North Atlantic, and leads to a well-known sea surface temperature dipole and a southward shift of the intertropical convergence zone (ITCZ) in the tropical Atlantic. Through atmospheric teleconnections and local coupled air–sea feedbacks, a meridionally asymmetric mean state change is generated in the eastern equatorial Pacific, corresponding to a weakened annual cycle, and westerly anomalies develop over the central Pacific. The westerly anomalies are associated with anomalous warming of SST, causing an eastward extension of the west Pacific warm pool particularly in August–February, and enhanced precipitation. These and other changes in the mean state lead in turn to an eastward shift of the zonal wind anomalies associated with El Niño events, and a significant increase in ENSO variability. In response to a 1-Sv (1 Sv ≡ 106 m3 s−1) freshwater input in the North Atlantic, the THC slows down rapidly and it weakens by 86% over years 50–100. The Niño-3 index standard deviation increases by 36% during the first 100-yr simulation relative to the control simulation. Further analysis indicates that the weakened THC not only leads to a stronger ENSO variability, but also leads to a stronger asymmetry between El Niño and La Niña events. This study suggests a role for an atmospheric bridge that rapidly conveys the influence of the Atlantic Ocean to the tropical Pacific and indicates that fluctuations of the THC can mediate not only mean climate globally but also modulate interannual variability. The results may contribute to understanding both the multidecadal variability of ENSO activity during the twentieth century and longer time-scale variability of ENSO, as suggested by some paleoclimate records.