Three essays on major trends in a slow clockspeed industry : the case of industrial automation

The motivation for this research initiated from the abrupt rise and fall of minicomputers which were initially used both for industrial automation and business applications due to their significantly lower cost than their predecessors, the mainframes. Later industrial automation developed its own vertically integrated hardware and software to address the application needs of uninterrupted operations, real-time control and resilience to harsh environmental conditions. This has led to the creation of an independent industry, namely industrial automation used in PLC, DCS, SCADA and robot control systems. This industry employs today over 200'000 people in a profitable slow clockspeed context in contrast to the two mainstream computing industries of information technology (IT) focused on business applications and telecommunications focused on communications networks and hand-held devices. Already in 1990s it was foreseen that IT and communication would merge into one Information and communication industry (ICT). The fundamental question of the thesis is: Could industrial automation leverage a common technology platform with the newly formed ICT industry? Computer systems dominated by complex instruction set computers (CISC) were challenged during 1990s with higher performance reduced instruction set computers (RISC). RISC started to evolve parallel to the constant advancement of Moore's law. These developments created the high performance and low energy consumption System-on-Chip architecture (SoC). Unlike to the CISC processors RISC processor architecture is a separate industry from the RISC chip manufacturing industry. It also has several hardware independent software platforms consisting of integrated operating system, development environment, user interface and application market which enables customers to have more choices due to hardware independent real time capable software applications. An architecture disruption merged and the smartphone and tablet market were formed with new rules and new key players in the ICT industry. Today there are more RISC computer systems running Linux (or other Unix variants) than any other computer system. The astonishing rise of SoC based technologies and related software platforms in smartphones created in unit terms the largest installed base ever seen in the history of computers and is now being further extended by tablets. An underlying additional element of this transition is the increasing role of open source technologies both in software and hardware. This has driven the microprocessor based personal computer industry with few dominating closed operating system platforms into a steep decline. A significant factor in this process has been the separation of processor architecture and processor chip production and operating systems and application development platforms merger into integrated software platforms with proprietary application markets. Furthermore the pay-by-click marketing has changed the way applications development is compensated: Three essays on major trends in a slow clockspeed industry: The case of industrial automation 2014 freeware, ad based or licensed - all at a lower price and used by a wider customer base than ever before. Moreover, the concept of software maintenance contract is very remote in the app world. However, as a slow clockspeed industry, industrial automation has remained intact during the disruptions based on SoC and related software platforms in the ICT industries. Industrial automation incumbents continue to supply systems based on vertically integrated systems consisting of proprietary software and proprietary mainly microprocessor based hardware. They enjoy admirable profitability levels on a very narrow customer base due to strong technology-enabled customer lock-in and customers' high risk leverage as their production is dependent on fault-free operation of the industrial automation systems. When will this balance of power be disrupted? The thesis suggests how industrial automation could join the mainstream ICT industry and create an information, communication and automation (ICAT) industry. Lately the Internet of Things (loT) and weightless networks, a new standard leveraging frequency channels earlier occupied by TV broadcasting, have gradually started to change the rigid world of Machine to Machine (M2M) interaction. It is foreseeable that enough momentum will be created that the industrial automation market will in due course face an architecture disruption empowered by these new trends. This thesis examines the current state of industrial automation subject to the competition between the incumbents firstly through a research on cost competitiveness efforts in captive outsourcing of engineering, research and development and secondly researching process re- engineering in the case of complex system global software support. Thirdly we investigate the industry actors', namely customers, incumbents and newcomers, views on the future direction of industrial automation and conclude with our assessments of the possible routes industrial automation could advance taking into account the looming rise of the Internet of Things (loT) and weightless networks. Industrial automation is an industry dominated by a handful of global players each of them focusing on maintaining their own proprietary solutions. The rise of de facto standards like IBM PC, Unix and Linux and SoC leveraged by IBM, Compaq, Dell, HP, ARM, Apple, Google, Samsung and others have created new markets of personal computers, smartphone and tablets and will eventually also impact industrial automation through game changing commoditization and related control point and business model changes. This trend will inevitably continue, but the transition to a commoditized industrial automation will not happen in the near future.

Disseny d'un sistema de control del consum d'aigua automàtic

Avui en dia s’ha convertit en una necessitat tenir cura del medi ambient i optimitzar els recursos naturals. En el camp per estalviar energia s’han fet grans progressos i disposem d’un gran ventall de dispositius que ens ajuden i ens faciliten l’optimització del consum d’energia. Però és una realitat que en l’estalvi del consum d’aigua el progrés ha estat molt menor i es limita molt a donar consells i repartir dosificadors d’aigua. Qui no ha vist carrers o jardins o cases inundades amb milers de litres d’aigua? Aquesta realitat m’ha portat a dissenyar i desenvolupar un prototip que em permeti tenir un millor control del consum d’aigua. El prototip, a trets principals, consta d’un sensor, una electrovàlvula i una placa Arduino Atmega. El sensor ens permet mesurar els litres consumits durant un cert període de temps. Passat aquest temps de mostreig es compara els litres consumits amb el consum habitual, en aquell període de temps. En cas de sobrepassar el volum programat es tancarà l’electrovàlvula de forma automàtica i rebrem un SMS al telèfon. L’activació de l’alarma es pot ajustar que sigui al igualar-se els dos valors, litres programats i litres consumits. També es pot programar el percentatge que cal sobrepassar de litres consumits per activar l’alarma, com el temps de mostreig. El fet de poder programar tots aquests valors ens permet fer un ajust ideal per a la instal·lació que es vol tenir controlada. A més, el prototip es pot utilitzar per enviar a la companyia d’aigua el valor del comptador de forma automàtica. D’aquesta forma la companyia d’aigua també optimitza recursos estalviant-se el desplaçament de personal a la instal·lació per fer la lectura corresponent. El prototip està basat amb un Arduino Atmega que ens permet el processament de les dades programades i capturades pel sensor. També s’ha incorporat una pantalla TFT Touch 2’8”, que permet visualitzar i programar els valors d’una forma molt més intuïtiva. Per enviar els SMS s’utilitza una placa d’Arduino Cel·lular Shield - SM5100B, a la qual només cal afegir una targeta SIM. A priori, el prototip té un elevat cost al fabricar una sola unitat i pot semblar poc útil. Però ens pot estalviar alguna sorpresa en les factures d’aigua si tenim una fuita i no ens n’adonem fins a veure el rebut de la companyia. Si es fabriqués a grans quantitats es podria abaratir el preu i fer-lo encara més engrescador.

Projecte de la instal•lació frigorífica d’una indústria de càtering i obrador de pastisseria i gelateria

Disseny dels equips de refrigeració i tractament d’aire deles cambres frigorífiques i les sales de treball d’una indústria de restauració dedicada a laproducció d’aliments a fi que les prestacions siguin segures, controlables, amb la màximaeficiència energètica i el mínim impacte ambiental.El projecte es centra en els càlculs de càrregues tèrmiques necessàries, el dimensionament dela instal∙lació, la selecció dels equips frigorífics i les seguretats més adients i finalment l’estudid’alternatives i la justificació del consum energètic

Caracterització energètica del parc edificatori anterior al codi Tècnic de l’edificació CTE

En l'actualitat, l'eficiència energètica en l'edificació és un dels conceptes més importants, notan sols per la política energètica Espanyola, sinó també Europea amb un objectiu d'estalvidel 20% el 2020. Dins el sector de l'edificació, les normatives sobre eficiència energèticas'incorporen a partir de la transposició de les directives europees 2002/91 i 2010/31, queobliga, entre d'altres, a la certificació energètica, no només d'edificis nous, sinó també delsedificis antics que es trobin en situació de lloguer o compra/venta. L'objecte del present projecte és fer un catàleg de solucions constructives típiques, que esdonen abans de l'aprovació i entrada en vigor del CTE a partir del RD 314/2006. El catàlegconsta de variacions en l'evolvent de l'edifici, variacions en la contribució solar i variacionsen les instal•lacions de climatització. Cadascuna d'aquestes combinacions s'analitzarà ambels programaris LIDER i CALENER, de forma que s'obtindrà una estimació de les emissionsde CO2 per a cada cas, i a partir del projecte de real decret de certificació d'edificis existents(encara en tramitació a data de redacció del full de projecte d'aquest projecte), s'assignaràuna qualificació energètica. D'aquesta manera, es podrà tenir una primera aproximació de laqualificació energètica dels edificis existents, a partir de les seves característiques.Pel que fa a les especificacions, es definirà un edifici unifamiliar aïllat, s'establiran un conjuntd'evolvents, s'especificaran quins espais de l'edifici són habitables i quins no, i es definiranun conjunt d'instal•lacions.L'abast de l'estudi comprendrà els edificis situats a la zona climàtica C2 de la província deGirona. Aquesta zona inclou els edificis que es troben a una alçada del nivell del mar deentre 0 m a 342 m (dins la província de Girona)

Effects of Reduced Intersection Lighting on Nighttime Accident Frequency, HR-1003A, 1977

The first phase of the study of intersection lighting and accidents conducted using data from 1964 through 1971 yielded the conclusion that the installation of intersection lighting reduced the nighttime accident frequency by 52%. With this conclusion, this project (the second phase), was initiated to determine the relative benefit of a higher level of lighting as opposed to minimum lighting. Twenty pairs of intersections with similar geometrics were selected. Some lights were turned out at one intersection of each pair to produce a lighting level differential. Based on the results of this research, the lighting level of lighted rural at-grade intersections does not have a significant effect on the accident frequency. At the nineteen "reduced lighting" intersections, the number of lighted luminaires was reduced from 101 to 46 with a corresponding reduction in energy consumption of over 100,000 Kilowatt hours per year. This energy conservation measure could reduce consumption by an estimated 1,000,000 Kilowatt hours per year if initiated on more than 200 earlier primary, rural installations.

Asphalt Emulsions for Highway Construction (Emulsion Seal Coat), HR-1028, 1980

For the past several year Kossuth County has had a scheduled maintenance program of bituminous seal coating. This program has been used to maintain the 467 miles of asphaltic concrete surfaced roads in Kossuth County. Since most of the experience that Kossuth County had in seal coating was with cutback asphalt, it was decided to include the use of emulsified asphalt in Kossuth County's 1980 seal coat program. Federal Demonstration Project Funds were requested from the Federal Highway Administration to study the use of emulsified asphalt and funding was granted under Demonstration Project No. 55,:Asphalt Emulsions for Highway Construction." Items studied were design and construction procedure cost of alternate material, energy consumption and environmental considerations. A construction contract was awarded to Everds Brothers, Inc. of Algona, Iowa, on July 1, 1980. There were four bidders on the 54.5 miles of seal coating that was let. A map showing the location of the seal coating projects is shown in Appendix A, and a copy of the contract is shown in Appendix B. The contractor started the project on July 11, 1980 and completed the project on August 1, 1980. Construction inspection and follow-up inspections of the project were conducted by personnel of the Kossuth County Engineer's Office and testing of the materials, friction testing and road rater testing were conducted by the Material's Department of the Iowa Department of Transportation.

Huella de carbono de movilidad y energía en el Área Metropolitana de Concepción. Una comparativa entre los barrios de Brisas del Sol y Pedro Valdivia Alto como ejemplos del urbanismo de baja densidad en zonas de renta alta del Área Metropolitana de Concepción

Mediante el uso de la herramienta de la huella de carbono se busca saber el impacto ambiental de la vida cotidiana de las clases de renta alta de ciertos barrios seleccionados del Área Metropolitana de Concepción. Concretamente se estudiará la huella de carbono de la movilidad y el consumo energético en las viviendas. La extracción de información se basa en el uso de encuestas casa por casa y un posterior análisis informático de los datos obtenidos. Finalmente se propondrán medidas para reducir la huella de carbono en el caso que esta exceda los valores considerados sostenibles a largo plazo.

Fructose induces synthesis and reduces oxidation of liver fatty acids through ChREBP activation

Introduction and aims. During last few decades, the prevalence of obesity, metabolic syndrome and insulin resistance, among other metabolic disturbances, has raised considerably in many countries worldwide. Environmental factors (diet, physical activity), in tandem with predisposing genetic factors, may be responsible for this trend. Along with an increase in total energy consumption during recent decades, there has also been a shift in the type of nutrients, with an increased consumption of fructose, largely attributable to a greater intake of beverages containing high levels of fructose...

Fructose induces synthesis and reduces oxidation of liver fatty acids through ChREBP activation

Introduction and aims. During last few decades, the prevalence of obesity, metabolic syndrome and insulin resistance, among other metabolic disturbances, has raised considerably in many countries worldwide. Environmental factors (diet, physical activity), in tandem with predisposing genetic factors, may be responsible for this trend. Along with an increase in total energy consumption during recent decades, there has also been a shift in the type of nutrients, with an increased consumption of fructose, largely attributable to a greater intake of beverages containing high levels of fructose...

Integrating life cycle costs and environmental impacts of composite rail car-bodies for a Korean train

Background, aim, and scope A coupled Life Cycle Costing and life cycle assessment has been performed for car-bodies of the Korean Tilting Train eXpress (TTX) project using European and Korean databases, with the objective of assessing environmental and cost performance to aid materials and process selection. More specifically, the potential of polymer composite car-body structures for the Korean Tilting Train eXpress (TTX) has been investigated. Materials and methods This assessment includes the cost of both carriage manufacturing and use phases, coupled with the life cycle environmental impacts of all stages from raw material production, through carriage manufacture and use, to end-of-life scenarios. Metallic carriages were compared with two composite options: hybrid steel-composite and full-composite carriages. The total planned production for this regional Korean train was 440 cars, with an annual production volume of 80 cars. Results and discussion The coupled analyses were used to generate plots of cost versus energy consumption and environmental impacts. The results show that the raw material and manufacturing phase costs are approximately half of the total life cycle costs, whilst their environmental impact is relatively insignificant (3-8%). The use phase of the car-body has the largest environmental impact for all scenarios, with near negligible contributions from the other phases. Since steel rail carriages weigh more (27-51%), the use phase cost is correspondingly higher, resulting in both the greatest environmental impact and the highest life cycle cost. Compared to the steel scenario, the hybrid composite variant has a lower life cycle cost (16%) and a lower environmental impact (26%). Though the full composite rail carriage may have the highest manufacturing cost, it results in the lowest total life cycle costs and lowest environmental impacts. Conclusions and recommendations This coupled cost and life cycle assessment showed that the full composite variant was the optimum solution. This case study showed that coupling of technical cost models with life cycle assessment offers an efficient route to accurately evaluate economic and environmental performance in a consistent way.

Via-configurable transistor array: a regular design technique to improve ICs yield

Process variations are a major bottleneck for digital CMOS integrated circuits manufacturability and yield. That iswhy regular techniques with different degrees of regularity are emerging as possible solutions. Our proposal is a new regular layout design technique called Via-Configurable Transistors Array (VCTA) that pushes to the limit circuit layout regularity for devices and interconnects in order to maximize regularity benefits. VCTA is predicted to perform worse than the Standard Cell approach designs for a certain technology node but it will allow the use of a future technology on an earlier time. Ourobjective is to optimize VCTA for it to be comparable to the Standard Cell design in an older technology. Simulations for the first unoptimized version of our VCTA of delay and energy consumption for a Full Adder circuit in the 90 nm technology node are presented and also the extrapolation for Carry-RippleAdders from 4 bits to 64 bits.

Vaneri- ja kertopuutehtaiden kuivatuskoneiden lämmöntalteenottojen järjestelmäselvitys

Vanerin tai kertopuun valmistusprosessissaviilun kuivaukseen käytetään suurin osa koko valmistusprosessin primäärienergiasta. Viilunkuivauskoneessa viilun sisältämä vesi siirretään tyypillisesti prosessihöyryllä lämmitettyyn viilunkuivaajan kiertoilmaan höyrystämällä ja poistetaanviilunkuivaajasta poistoilman mukana. Viilunkuivaajan poistoilma on lämmintä jaerittäin suuren kosteuspitoisuutensa takia sisältää runsaasti energiaa. Tyypillisellä viilunkuivaajalla poistoilmaan sitoutunut lämpöteho vaihtelee prosessiolosuhteista riippuen välillä 2,7-5,7 MW. Diplomityössä tutkittiin viilunkuivaajan poistoilman sisältämän lämmön talteenottoa laitteistolla, johon kuuluu lämmöntalteenottopesuri, jossa poistoilmalla lämmitetään tuotantolaitoksen tukkipuun hautomon kiertovettä sekä ilma-ilma-lämmönsiirrin, jolla lämmitetään pesurista poistuvan ilman jäännöslämmöllä ulkoilmaa tehdassalin tuloilmakäyttöön. Työn tavoitteena oli kehittää lämmöntalteenottojärjestelmän suunnittelua, mitoitusta ja ajotapoja. Työssä analysoitiin teoreettisesti pesuria ja ilmalämmönsiirrintä, kehitettiin lämmöntalteenottopesurin simulointimenetelmä ja mitattiin toiminnassa olevia talteenottolaitteistoja. Tutkimuksessa todettiin lämmöntalteenottohyötysuhteen vaihtelevan lämmityskaudella välillä 50-70 %. Lämmöntalteenottolaitteiston pesurin veteen saatava teho riippuu ensisijaisesti viilunkuivaajan poistoilman lämpösisällöstä, joka on enimmäkseen kosteusriippuvainen ja ilmanvaihtoilmaan saatava teho ulkolämpö-tilan määräämästä tehontarpeesta. Pesurin vesijärjestelmän vaikutusmekanismit pesurin suorituskykyyn tunnistettiin ja niiden pohjalta annetaan suositukset mitoitukseen ja ajotapaan. Lämmöntalteenottolaitteiston lämpötehon tasapainottamiseen pesurin ja ilma-ilma-lämmönsiirtimen välillä mitoituksen avulla esitellään työkalut.

Energiansäästökohteiden kartoitus konepajateollisuuden yrityksessä

Tämän diplomityön tavoitteena on kartoittaa Vaahto Oy:n Hollolan tehtaan energiankulutus ja energiansäästökohteet. Ensin tutkittiin tehtaan energiankulutus ja energiankulutuksen jakautuminen. Tutkimuksessa käytettiin saatavilla olevia kulutustietoja, luettiin konekirjoja sekä haastateltiin tehtaan työntekijöitä. Lisäksi tehdashallien lämmityslaitteiden hyötysuhteet mitattiin. Tutkimuksen päätavoite oli selvittää, miksi tehtaan lämmitysenergiankulutus on kasvanut ja kannattaisiko rakennusten lämmittämiseen käyttää vaihtoehtoista lämmitysmuotoa öljylämmitykselle. Potentiaalisista energiansäästökohteista tehtiin investointilaskelmat ja toimenpide-ehdotukset. Kannattaviksi toimenpiteiksi tutkimuksessa todettiin: lämmityspolttoaineen vaihtaminen maakaasuun, nosto-ovien hankkiminen, paineilmaverkon huolto, paineilmakompressorin lämmöntalteenotto, tehdastilojen sisälämpötilan tarkastus ja työnjohtotilojen ilmanvaihdon käyntiaikojen muutos. Toimenpiteillä arvioidaan vuotuisten energiakustannusten pienenevän noin 34 000 euroa. Toimenpiteiden toteuttamisen arvioidaan maksavan 135 000 ¤, mistä lämmitysjärjestelmän vaihdon osuus on 100 000 ¤.

Performance analysis of software run-time behaviour using 3D-visualisation

Monimutkaisen tietokonejärjestelmän suorituskykyoptimointi edellyttää järjestelmän ajonaikaisen käyttäytymisen ymmärtämistä. Ohjelmiston koon ja monimutkaisuuden kasvun myötä suorituskykyoptimointi tulee yhä tärkeämmäksi osaksi tuotekehitysprosessia. Tehokkaampien prosessorien käytön myötä myös energiankulutus ja lämmöntuotto ovat nousseet yhä suuremmiksi ongelmiksi, erityisesti pienissä, kannettavissa laitteissa. Lämpö- ja energiaongelmien rajoittamiseksi on kehitetty suorituskyvyn skaalausmenetelmiä, jotka edelleen lisäävät järjestelmän kompleksisuutta ja suorituskykyoptimoinnin tarvetta. Tässä työssä kehitettiin visualisointi- ja analysointityökalu ajonaikaisen käyttäytymisen ymmärtämisen helpottamiseksi. Lisäksi kehitettiin suorituskyvyn mitta, joka mahdollistaa erilaisten skaalausmenetelmien vertailun ja arvioimisen suoritusympäristöstä riippumatta, perustuen joko suoritustallenteen tai teoreettiseen analyysiin. Työkalu esittää ajonaikaisesti kerätyn tallenteen helposti ymmärrettävällä tavalla. Se näyttää mm. prosessit, prosessorikuorman, skaalausmenetelmien toiminnan sekä energiankulutuksen kolmiulotteista grafiikkaa käyttäen. Työkalu tuottaa myös käyttäjän valitsemasta osasta suorituskuvaa numeerista tietoa, joka sisältää useita oleellisia suorituskykyarvoja ja tilastotietoa. Työkalun sovellettavuutta tarkasteltiin todellisesta laitteesta saatua suoritustallennetta sekä suorituskyvyn skaalauksen simulointia analysoimalla. Skaalausmekanismin parametrien vaikutus simuloidun laitteen suorituskykyyn analysoitiin.

Jätteenpolton tuhkien käsittelytekniikoiden ympäristövaikutukset

Jätteenpoltossa syntyvät tuhkat sisältävät paljon haitta-aineita, joiden vuoksi niitä ei yleensä voida suoraan sijoittaa kaatopaikoille. Käsittelyllä pyritään parantamaan tuhkien ominaisuuksia ja vähentämään haitta-aineiden liukoisuutta. Samalla kuitenkin käsittely kuluttaa raaka-aineita ja energiaa sekä aiheuttaa päästöjä. Tuhkien käsittelyn kokonaishyötyjä ja -haittoja ympäristön kannalta arvioitaessa tulisikin ottaa huomioon sekä käsiteltävän tuhkan parantuneet ominaisuudet että käsittelystä aiheutuneet ympäristökuormitukset. Tämän diplomityön tavoitteena oliselvittää jätteenpolton tuhkien käsittelystä aiheutuvia ympäristövaikutuksia tarkastelemalla esimerkinomaisesti neljää erilaista käsittelytekniikkaa (pesua, sementtikiinteytystä, Ferrox-prosessia ja vitrifiointia) sekä kahta muuta loppusijoitusvaihtoehtoa (mahdollisuutta sijoittaa tuhkat kaatopaikalle ilman käsittelyä ja kuljettamista Norjassa sijaitsevalle käsittely- ja loppusijoituslaitokselle). Tarkastelussa keskityttiin jätteenpolton ongelmallisimpiin tuhkajakeisiin, lentotuhkaan ja savukaasujen puhdistusjätteisiin eli APC-jätteisiin. Tavoitteena oli selvittää käsittelyvaihtoehdoista syntyvät ympäristökuormitukset ns. koko niiden elinkaaren ajalta, eli huomioiden käsittelyyn tarvittavien lisäaineiden valmistuksesta, itse käsittelyprosessista sekä loppusijoituksesta aiheutuvat kuormitukset. Tarkastelun perusteella eri käsittelyvaihtoehdot aiheuttavat hyvin erilaisia ja erisuuruisia ympäristökuormituksia. Lisäksi käsitellyn materiaalin ominaisuudet vaihtelevat huomattavasti käsittelytavasta riippuen. Tarkastelluista käsittelyvaihtoehdoista suurimmat ympäristökuormitukset ilmapäästöjen osalta aiheutuivat tyypillisesti joko käsittelyyn tarvittavien raaka-aineiden valmistuksesta tai itse käsittelyprosessin energiankulutuksesta. Loppusijoituksesta sen sijaan aiheutui ympäristöhaittoja kaatopaikkarakenteiden muodostamisesta sekä maaperään vapautuvista haitta-aineista, joiden määrä riippuu tuhkan käsittelyn tehokkuudesta.