A vision of cyber-physical internet

When the Internet was born, the purpose was to interconnect computers to share digital data at large-scale. On the other hand, when embedded systems were born, the objective was to control system components under real-time constraints through sensing devices, typically at small to medium scales. With the great evolution of the Information and Communication Technology (ICT), the tendency is to enable ubiquitous and pervasive computing to control everything (physical processes and physical objects) anytime and at a large-scale. This new vision gave recently rise to the paradigm of Cyber-Physical Systems (CPS). In this position paper, we provide a realistic vision to the concept of the Cyber-Physical Internet (CPI), discuss its design requirements and present the limitations of the current networking abstractions to fulfill these requirements. We also debate whether it is more productive to adopt a system integration approach or a radical design approach for building large-scale CPS. Finally, we present a sample of realtime challenges that must be considered in the design of the Cyber-Physical Internet.

Rainwater harvesting case study: FCT/UNL campus

Dissertação apresentada para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, Perfil Engenharia Sanitária

Modified Discrete PSO to Increase the Delivered Energy Probability in Distribution energy Systems

This paper proposes a PSO based approach to increase the probability of delivering power to any load point by identifying new investments in distribution energy systems. The statistical failure and repair data of distribution components is the main basis of the proposed methodology that uses a fuzzyprobabilistic modeling for the components outage parameters. The fuzzy membership functions of the outage parameters of each component are based on statistical records. A Modified Discrete PSO optimization model is developed in order to identify the adequate investments in distribution energy system components which allow increasing the probability of delivering power to any customer in the distribution system at the minimum possible cost for the system operator. To illustrate the application of the proposed methodology, the paper includes a case study that considers a 180 bus distribution network.

FluidUM: análise de fluidos de um automóvel

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Computer integrated testing for the transport refrigeration systems industry.

This is a study of a state of the art implementation of a new computer integrated testing (CIT) facility within a company that designs and manufactures transport refrigeration systems. The aim was to use state of the art hardware, software and planning procedures in the design and implementation of three CIT systems. Typical CIT system components include data acquisition (DAQ) equipment, application and analysis software, communication devices, computer-based instrumentation and computer technology. It is shown that the introduction of computer technology into the area of testing can have a major effect on such issues as efficiency, flexibility, data accuracy, test quality, data integrity and much more. Findings reaffirm how the overall area of computer integration continues to benefit any organisation, but with more recent advances in computer technology, communication methods and software capabilities, less expensive more sophisticated test solutions are now possible. This allows more organisations to benefit from the many advantages associated with CIT. Examples of computer integration test set-ups and the benefits associated with computer integration have been discussed.

Tietoturvainformaation ja -tapahtumien hallinta PCI DSS -standardissa

Työn keskeisimpänä tavoitteena on tutkia SIEM-järjestelmien (Security Information and Event Management) käyttömahdollisuuksia PCI DSS -standardissa (Payment Card IndustryData Security Standard) lähtökohtaisesti ratkaisutoimittajan näkökulmasta. Työ on tehty Cygate Oy:ssä. SIEM on uusi tietoturvan ratkaisualue, jonka käyttöönottoa vauhdittavat erilaiset viralliset sääntelyt kuten luottokorttiyhtiöiden asettama PCI DSS -standardi. SIEM-järjestelmien avulla organisaatiot pystyvät keräämään valmistajariippumattomasti verkon systeemikomponenteista tapahtumatietoja, joiden avulla pystytään näkemään keskitetysti, mitä verkossa on tapahtunut. SIEM:ssa käsitellään sekä historiapohjaisia että reaaliaikaisia tapahtumia ja se toimii organisaatioiden keskitettynä tietoturvaprosessia tukevana hallintatyökaluna. PCI DSS -standardi on hyvin yksityiskohtainen ja sen vaatimusten täyttäminen ei ole yksinkertaista. Vaatimuksenmukaisuutta ei saavuteta hetkessä, vaan siihen liittyvä projekti voi kestää viikoista kuukausiin. Standardin yksi haasteellisimmista asioista on keskitetty lokien hallinta. Maksukorttitietoja käsittelevien ja välittävien organisaatioiden on kerättävä kaikki audit-lokit eri järjestelmistä, jotta maksukorttitietojen käyttöä pystytään luottamuksellisesti seuraamaan. Standardin mukaan organisaatioiden tulee käyttää myös tunkeutumisen ja haavoittuvuuksien havainnointijärjestelmiä mahdollisten tietomurtojen havaitsemiseksi ja estämiseksi. SIEM-järjestelmän avulla saadaan täytettyä PCI DSS -standardin vaativimpia lokien hallintaan liittyviä vaatimuksia ja se tuo samallamonia yksityiskohtaisia parannuksia tukemaan muita standardin vaatimuskohtia. Siitä voi olla hyötyä mm. tunkeutumisen ja haavoittuvuuksien havainnoinnissa. SIEM-järjestelmän hyödyntäminen standardin apuna on kuitenkin erittäin haasteellista. Käyttöönotto vaatii tarkkaa etukäteissuunnittelua ja kokonaisuuksien ymmärtämistä niin ratkaisutoimittajan kuin ratkaisun käyttöönottajan puolelta.

New TTCN interfaces for WCDMA base station testing

WCDMA tukiasema (Node B) on osa UMTS-järjestelmän radioverkkoa. Node B on tärkeä verkkoelementti, jonka tarkoituksena on yhdistää mobiilikäyttäjät verkkoon. Telecom –ohjelmisto (TCOM SW) on vastuussa suuresta osasta Node B:n toiminnallisuutta. TCOM SW:n testaukseen käytetään paljon resursseja, jotta ohjelmiston oikeasta toiminnasta ja laadusta voidaan varmistua. System component testing on testausvaihe, jossa järjestelmän (Node B) osa (system component, tässä diplomityössä TCOM SW) testataan ennen sen integroimista muuhun järjestelmään. Tähän tarvitaan testityökalu ja testitapausten toteutus. Node B TTCN Tester (testeri) on työkalu, jota käytetään Node B:n ohjelmiston testauksessa. Testitapaukset toteutetaan TTCN-testinotaatiota käyttäen ja testataan testerin avulla. TCOM SW:n system component –testausvaihetta varten testeriin lisättiin uudet rajapinnat, joiden avulla voidaan simuloita Node B:n ATM-ohjelmistoa sekä WPA- ja WTR-yksiköitä. Tässä diplomityössä toteuttiin TTCN testitapaukset uusille rajapinnoille. Testitapaukset tekivät TCOM SW system component –testausvaiheen riippumattomaksi Node B:n ATM-ohjelmistosta sekä WPA- ja WTR-yksiköistä. Lisäksi TCOM SW:n toiminnan testaus näissä rajapinnoissa voidaan tästä lähtien tehdä automaattisesti. Testitapauksien toiminta varmistettiin testeriä käyttäen. Tulokset olivat hyviä, uudet testitapaukset ja TTCN rajapinnat toimivat oikein lisäten testauksen tehokkuutta.

Langattomien tietoverkkojen hyödyntäminen kuntoilujärjestelmissä

Tekniikan ja elektroniikan kehityksen myötä on voitu kehittää erilaisia kuntoilujärjestelmiä. Niiden tarkoituksena on motivoida liikkumaan, parantaa suorituksia sekä helpottaa harjoitustietojen keräystä ja analysointia. Langattomuus tuo etuja järjestelmän liikkuvuuteen ja komponenttien päivitettävyyteen. Langattomien henkilökohtaisten päätelaitteiden käyttö kuntoilujärjestelmän osana tarjoaa mahdollisuuden hyödyntää harjoitustietoja laajemmin. Langattoman kuntoilujärjestelmän luominen ei kuitenkaan ole ongelmatonta. Tässä diplomityössä keskitytään tutkimaan voidaanko tämän hetken langattomilla tietoverkoilla ja niitä käyttävillä päätelaitteilla toteuttaa sujuvasti toimiva langaton kuntoilujärjestelmä. Työssä perehdytään ensin olemassa oleviin kuntoilujärjestelmiin. Niiden ongelmia ratkomaan käytettiin langattomia tietoverkkoja. Tutkittaviksi tietoverkoiksi valitiin käytetyimmät radioverkot, joita myöhemmin hyödynnetään kuntoiluyhteisötutkimuksessa. Teoriaosaa tukemaan toteutetaan langaton kuntoilujärjestelmä. Työn tuloksena on selvitys langattoman kuntoilujärjestelmän toteuttamisen mahdollisuudesta tämän päivän tekniikoilla. Lisäksi tuloksena on langaton Bluetooth-verkkoa hyödyntävä kuntoiluohjelmisto.

Effect of dripline flushing on subsurface drip irrigation systems

The velocity of dripline flushing in subsurface drip irrigation (SDI) systems affects system design, cost, management, performance, and longevity. A 30‐day field study was conducted at Kansas State University to analyze the effect of four targeted flushing velocities (0.23, 0.30, 0.46, and 0.61 m/s) for a fixed 15 min duration of flushing and three flushing frequencies (no flushing or flushing every 15 or 30 days) on SDI emitter discharge and sediments within the dripline and removed in the flushing water. At the end of the field experiment (371 h), the amount of solids carried away by the flushing water and retained in every lateral were determined as well as laboratory determination of emitter discharge for every single emitter within each dripline. Greater dripline flushing velocities, which also resulted in greater flushing volumes, tended to result in greater amounts of solids in the flushing water, but the differences were not always statistically significant. Neither the frequency of flushing nor the interaction of flushing frequency and velocity significantly affected the amount of solids in the flushing water. There was a greater concentration of solids in the beginning one‐third of the 90 m laterals, particularly for treatments with no flushing or with slower dripline flushing velocities. As flushing velocity and concurrently flushing volume increased, there was a tendency for greater solids removal and/or more equal distribution within the dripline. At the end of the field study, the average emitter discharge as measured in the laboratory for a total of 3970 emitters was 0.64 L/h. which was significantly less (approximately 2.5%) than the discharge for new and unused emitters. Only six emitters were nearly or fully clogged, with discharges between 0% and 5% of new and unused emitters. Flushing velocity and flushing frequency did not have consistent significant effects on emitter discharge, and those numerical differences that did exist were small (<3%). Emitter discharge was approximately 3% less for the distal ends of the driplines (last 20% of the dripline). Although not a specific factor in the study, the results of solids removals during flushing and solids retention within the different dripline sections suggest that duration of flushing may be a more cost‐effective management option than increasing the dripline flushing velocity through SDI system design. Finally, although microirrigation system components have been improved over the years, the need for flushing to remove solids and reduce clogging potential has not been eliminated

Conceptual Design of Embedded Weather Display

The objective of this thesis work is to describe the Conceptual Design process of an embedded electronic display device. The work presents the following sub processes: definition of device specifications, introduction to the technological alternatives for system components and their comparison, comparative photometric measurements of selected display panels, and the design and building of a functional concept prototype. This work focuses mainly on electronics design, albeit the mechanical issues and fields of the software architecture that significantly affect the decisions are also discussed when necessary. The VESA Flat Panel Display Measurement (FPDM) 2.0 Standard was applied to the appropriate extent into photometric measurements. The results were analyzed against the requirement standards of a customer-specific display development project. An Active Matrix LCD was selected as the display of concept prototype, but also the excellent visual characteristics of Active Matrix OLED technology were noted. Should the reliability of the OLED products be significantly improved in the future, utilizing such products in the described application must be reconsidered.

Polimerização 1,4-cis de butadieno com sistemas catalíticos Ziegler-Natta à base de neodímio

Nowadays the catalyst systems based on neodymium are the ones most used in the high cis polybutadiene production. These systems contain a neodymium compound (catalyst), an alkylaluminium compound (cocatalyst) and a halogen compound (halogenating agent). The microstructure, molecular weight characteristics and the reaction activity are influenced by the nature and concentration of catalyst system components. Those characteristics are also affected by the polymerization conditions. This paper presents a brief review on 1,4-cis-butadiene polymerization on neodymium catalysts.

Älykäs liikennetelematiikkajärjestelmä portti- ja puomiympäristön hallintaan ja automatisointiin

Tässä diplomityössä käsitellään älykkään liikennetelematiikkajärjestelmän määrittelyyn ja toteuttamiseen liittyviä haasteita. Työssä määritellyt konseptit keskittyvät logistiikkakeskuksiin ja parkkihalleihin ja niissä erityisesti puomi- ja porttiympäristöjen hallintaan ja automatisointiin. Työn tavoitteena on tukea kohdeyrityksen päätöksentekoa tuotelinjausten, järjestelemäkomponenttien sekä ohjelmistoympäristöjen valinnan osalta. Diplomityön tuloksia voidaan hyödyntää kohdeyrityksen operatiivisessa toiminnassa tehtäessä strategisia päätöksiä yrityksen tulevaisuuden tuotteiden suuntaviivoista ja teknologialinjauksista. Työ tarjoaa päätöksenteon tueksi sekä arvokasta tausta-aineistoa että suoria johtopäätöksiä ja suosituksia.

Joustavan särmäyssolun kehittäminen

Tässä diplomityössä esitellään robotisoinnin teoria ja robottisolun oheislaitteet, vaihtoehdot, toiminta ja turvallisuus. Joustavalla tuotantosolulla tarkoitetaan automaattista valmistusjärjestelmää, jossa on useita toisiinsa liitettyjä koneita yhteisellä ohjausjärjestelmällä. Solun komponentteja ovat tuotantolaitteet ja -koneet, ohjausjärjestelmät, valvontalaitteet ja anturit, toimi- ja säätölaitteet sekä ohjelmointijärjestelmä. Joustavaa tuotantosolua voidaan kehittää tehostamalla työntekijöiden koulutusta, ohjelmointia, asetusten tekemistä ja layouttia. Diplomityöhön liittyvä kehitystehtävä koskee heinäveteläisen alihankintakonepajan, Metalliset Oy:n, tuotannon tehostamista robotisoinnin avulla. Metalliset Oy:n joustavan särmäyssolun kehittämiskeinoiksi valittiin nykyisen järjestelmän tehostaminen, uuden tuotantosolun luominen olemassa olevia laitteita hyödyntäen ja tulevaisuuden tuotantosolun kehittäminen. Vertailussa parhaimmaksi osoittautui uuden tuotantosolun luominen olemassa olevia laitteita hyödyntäen.

Monitoring of centrifugal pump operation by a frequency converter

Centrifugal pumps are widely used in industrial and municipal applications, and they are an important end-use application of electric energy. However, in many cases centrifugal pumps operate with a significantly lower energy efficiency than they actually could, which typically has an increasing effect on the pump energy consumption and the resulting energy costs. Typical reasons for this are the incorrect dimensioning of the pumping system components and inefficiency of the applied pump control method. Besides the increase in energy costs, an inefficient operation may increase the risk of a pump failure and thereby the maintenance costs. In the worst case, a pump failure may lead to a process shutdown accruing additional costs. Nowadays, centrifugal pumps are often controlled by adjusting their rotational speed, which affects the resulting flow rate and output pressure of the pumped fluid. Typically, the speed control is realised with a frequency converter that allows the control of the rotational speed of an induction motor. Since a frequency converter can estimate the motor rotational speed and shaft torque without external measurement sensors on the motor shaft, it also allows the development and use of sensorless methods for the estimation of the pump operation. Still today, the monitoring of pump operation is based on additional measurements and visual check-ups, which may not be applicable to determine the energy efficiency of the pump operation. This doctoral thesis concentrates on the methods that allow the use of a frequency converter as a monitoring and analysis device for a centrifugal pump. Firstly, the determination of energy-efficiency- and reliability-based limits for the recommendable operating region of a variable-speed-driven centrifugal pump is discussed with a case study for the laboratory pumping system. Then, three model-based estimation methods for the pump operating location are studied, and their accuracy is determined by laboratory tests. In addition, a novel method to detect the occurrence of cavitation or flow recirculation in a centrifugal pump by a frequency converter is introduced. Its sensitivity compared with known cavitation detection methods is evaluated, and its applicability is verified by laboratory measurements for three different pumps and by using two different frequency converters. The main focus of this thesis is on the radial flow end-suction centrifugal pumps, but the studied methods can also be feasible with mixed and axial flow centrifugal pumps, if allowed by their characteristics.

Evaluation of energy efficiency and best available techniques in pumping processes

The potential for enhancing the energy efficiency of industrial pumping processes is estimated to be in some cases up to 50 %. One way to define further this potential is to implement techniques in accordance to definition of best available techniques in pumping applications. These techniques are divided into three main categories: Design, control method & maintenance and distribution system. In the theory part of this thesis first the definition of best available techniques (BAT) and its applicability on pumping processes is issued. Next, the theory around pumping with different pump types is handled, the main stress being in centrifugal pumps. Other components needed in a pumping process are dealt by presenting different control methods, use of an electric motor, variable speed drive and the distribution system. Last part of the theory is about industrial pumping processes from water distribution, sewage water and power plant applications, some of which are used further on in the empirical part as example cases. For the empirical part of this study four case studies on typical pumping processes from older Master’s these were selected. Firstly the original results were analyzed by studying the distribution of energy consumption between different system components and using the definition of BAT in pumping, possible ways to improve energy efficiency were evaluated. The goal in this study was that by the achieved results it would be possible to identify the characteristic energy consumption of these and similar pumping processes. Through this data it would then be easier to focus energy efficiency actions where they might be the most applicable, both technically and economically.