Functional error modeling for uncertainty quantification in hydrogeology

Approximate models (proxies) can be employed to reduce the computational costs of estimating uncertainty. The price to pay is that the approximations introduced by the proxy model can lead to a biased estimation. To avoid this problem and ensure a reliable uncertainty quantification, we propose to combine functional data analysis and machine learning to build error models that allow us to obtain an accurate prediction of the exact response without solving the exact model for all realizations. We build the relationship between proxy and exact model on a learning set of geostatistical realizations for which both exact and approximate solvers are run. Functional principal components analysis (FPCA) is used to investigate the variability in the two sets of curves and reduce the dimensionality of the problem while maximizing the retained information. Once obtained, the error model can be used to predict the exact response of any realization on the basis of the sole proxy response. This methodology is purpose-oriented as the error model is constructed directly for the quantity of interest, rather than for the state of the system. Also, the dimensionality reduction performed by FPCA allows a diagnostic of the quality of the error model to assess the informativeness of the learning set and the fidelity of the proxy to the exact model. The possibility of obtaining a prediction of the exact response for any newly generated realization suggests that the methodology can be effectively used beyond the context of uncertainty quantification, in particular for Bayesian inference and optimization.

Spontaneous Emergence of Chirality in the Limited Enantioselectivity Model: Autocatalytic Cycle Driven by an External Reagent

The emergence of chirality in enantioselective autocatalysis for compounds unable to transform according to the Frank-like reaction network is discussed with respect to the controversial limited enantioselectivity (LES) model composed of coupled enantioselective and non-enantioselective autocatalyses. The LES model cannot lead to spontaneous mirror symmetry breaking (SMSB) either in closed systems with a homogeneous temperature distribution or in closed systems with a stationary non-uniform temperature distribution. However, simulations of chemical kinetics in a two-compartment model demonstrate that SMSB may occur if both autocatalytic reactions are spatially separated at different temperatures in different compartments but coupled under the action of a continuous internal flow. In such conditions, the system can evolve, for certain reaction and system parameters, toward a chiral stationary state; that is, the system is able to reach a bifurcation point leading to SMSB. Numerical simulations in which reasonable chemical parameters have been used suggest that an adequate scenario for such a SMSB would be that of abyssal hydrothermal vents, by virtue of the typical temperature gradients found there and the role of inorganic solids mediating chemical reactions in an enzyme-like role.

Tilausten ajotavan tehostaminen Absorbex® –linjalla

Laminating Papers Oy:n PK1 Absorbex® -linjan hyötysuhde on alhainen muun muassa koska lajinvaihtoja joudutaan tekemään laminaattiteollisuuden tilausten luonteen vuoksi useita kertoja päivässä. Sen sijaan PK1:n toimituskyky ja asiakastyytyväisyys ovat hyvällä tasolla. Diplomityön tavoitteena oli selvittää mikä on Absorbex® –tuotepaletilla paras mahdollinen PK1:n lajien ajojärjestys ja tilausten syklityksen pituus toimituskykyä merkittävästi vaarantamatta. Pohjatietoina kirjallisuusosassa on esitetty laminaattiteollisuus ja sen asettamat odotukset PK1:lle raaka-ainetoimittajana. Kirjallisuusosassa on myös selvitetty kuinka nykyinen tilausten käsittely ja syklitys rakentuu PK1:llä. Kokonaiskustannusanalyysi antoi epärealistisen suuria eräkokoja lasketuille tilauksille eikä lajinvaihtojärjestystä pystytty toteuttamaan kauppamatkustajan ongelmanratkaisua käyttäen, joten kirjallisuusosassa on näitä aiheita käsitelty lyhyesti. Asiakastyytyväisyyttä on myöskin lyhyesti kuvattu PK1:n näkökulmasta. Kokeellisessa osassa mallinnettiin PK1:n nykyistä ajojärjestystä lajinvaihtosuureisiin ja -viiveisiin perustuvilla mittauksilla. Huokoisuus ja jauhinten asettaminen todettiin eniten aikaa kuluttaviksi lajinvaihtosuureiksi. Tasaiseen jauhinten säätötoimintaan perustuen kehitettiin uusi malli tilausten ajojärjestykselle. Syklin pituus sidottiin pesuväliin perustuen kokemuksiin, joiden mukaan tiettyjen lajien jälkeen oli paperikone pestävä. Yhtä lajia ajetaan pesuvälin aikana vain kerran ja täten uudella mallilla saatiin eliminoitua pois kuusi lajinvaihtoa jokaisesta syklistä. Malli lisää teoriassa kustannuskilpailukykyä vaarantamatta merkittävästi toimituskykyä ja sitä kautta asiakastyytyväisyyttä. Uutta mallia ehdotetaan testattavaksi ja sille on suunniteltu projektiorganisaatio ja toteutusaikataulu.

Elevated hypertension risk for African-origin populations in biracial societies : Modeling the Epidemiologic Transition Study.

OBJECTIVES: Blood pressures in persons of African descent exceed those of other racial/ethnic groups in the United States. Whether this trait is attributable to the genetic factors in African-origin populations, or a result of inadequately measured environmental exposures, such as racial discrimination, is not known. To study this question, we conducted a multisite comparative study of communities in the African diaspora, drawn from metropolitan Chicago, Kingston, Jamaica, rural Ghana, Cape Town, South Africa, and the Seychelles. METHODS: At each site, 500 participants between the age of 25 and 49 years, with approximately equal sex balance, were enrolled for a longitudinal study of energy expenditure and weight gain. In this study, we describe the patterns of blood pressure and hypertension observed at baseline among the sites. RESULTS: Mean SBP and DBP were very similar in the United States and South Africa in both men and women, although among women, the prevalence of hypertension was higher in the United States (24 vs. 17%, respectively). After adjustment for multiple covariates, relative to participants in the United States, SBP was significantly higher among the South Africans by 9.7 mmHg (P < 0.05) and significantly lower for each of the other sites: for example, Jamaica: -7.9 mmHg (P = 0.06), Ghana: -12.8 mmHg (P < 0.01) and Seychelles: -11.1 mmHg (P = 0.01). CONCLUSION: These data are consistent with prior findings of a blood pressure gradient in societies of the African diaspora and confirm that African-origin populations with lower social status in multiracial societies, such as the United States and South Africa, experience more hypertension than anticipated based on anthropometric and measurable socioeconomic risk factors.

Data collection and criticality analysis for cost effective maintenance during the life cycle of a flue gas line

Työn tarkoituksena oli kerätä käyttövarmuustietoa savukaasulinjasta kahdelta suomalaiselta sellutehtaalta niiden käyttöönotosta aina tähän päivään asti. Käyttövarmuustieto koostuu luotettavuustiedoista sekä kunnossapitotiedoista. Kerätyn tiedon avulla on mahdollista kuvata tarkasti laitoksen käyttövarmuutta seuraavilla tunnusluvuilla: suunnittelemattomien häiriöiden lukumäärä ja korjausajat, laitteiden seisokkiaika, vikojen todennäköisyys ja korjaavan kunnossapidon kustannukset suhteessa savukaasulinjan korjaavan kunnossapidon kokonaiskustannuksiin. Käyttövarmuustiedon keräysmetodi on esitelty. Savukaasulinjan kriittisten laitteiden määrittelyyn käytetty metodi on yhdistelmä kyselytutkimuksesta ja muunnellusta vian vaikutus- ja kriittisyysanalyysistä. Laitteiden valitsemiskriteerit lopulliseen kriittisyysanalyysiin päätettiin käyttövarmuustietojen sekä kyselytutkimuksen perusteella. Kriittisten laitteiden määrittämisen tarkoitus on löytää savukaasulinjasta ne laitteet, joiden odottamaton vikaantuminen aiheuttaa vakavimmat seuraukset savukaasulinjan luotettavuuteen, tuotantoon, turvallisuuteen, päästöihin ja kustannuksiin. Tiedon avulla rajoitetut kunnossapidon resurssit voidaan suunnata oikein. Kriittisten laitteiden määrittämisen tuloksena todetaan, että kolme kriittisintä laitetta savukaasulinjassa ovat molemmille sellutehtaille yhteisesti: savukaasupuhaltimet, laahakuljettimet sekä ketjukuljettimet. Käyttövarmuustieto osoittaa, että laitteiden luotettavuus on tehdaskohtaista, mutta periaatteessa samat päälinjat voidaan nähdä suunnittelemattomien vikojen todennäköisyyttä esittävissä kuvissa. Kustannukset, jotka esitetään laitteen suunnittelemattomien kunnossapitokustannusten suhteena savukaasulinjan kokonaiskustannuksiin, noudattelevat hyvin pitkälle luotettavuuskäyrää, joka on laskettu laitteen seisokkiajan suhteena käyttötunteihin. Käyttövarmuustiedon keräys yhdistettynä kriittisten laitteiden määrittämiseen mahdollistavat ennakoivan kunnossapidon oikean kohdistamisen ja ajoittamisen laitteiston elinaikana siten, että luotettavuus- ja kustannustehokkuusvaatimukset saavutetaan.

The reproductive cycle of the sea urchin Arbacia lixula in northwest mediterranean: potential influence of temperature and photoperiod

We studied the reproductive cycle of the sea urchin Arbacia lixula in a subtidal population from northeast Spain over four years using a gonadosomatic index (GSI) and gonad histology. Our results show that the GSI of A. lixula follows a seasonal cycle which peaks in May-July and attains its lowest values in October-November every year. The time course of the GSI matched closely the photoperiod cycle. We also found a remarkable inter-annual variability in the maximum value of GSI, which correlated with mean water temperature during the gonad growth period (winter and spring). Gonad histology was also in agreement with a single gametogenic cycle per year in this species. We explored the application of circular statistics to present and analyse gonadal development data, which allowed us to adequately handle the high intra-individual variability detected, with several developmental stages commonly found within the same gonad. The picture that emerged is one of a gametogenic timing driven by photoperiod, while the amount of reproductive output is determined by temperature. This is coherent with the tropical origin of the species and lends support to recent warnings about an increase in the abundance of this species in the Mediterranean as a result of global warming, with associated increased impact potential in sublittoral communities.

Lämmöntalteenottokattilan dynaaminen simulointimalli

Työssä mallinnettiin kombivoimalaitoksen lämmöntalteenottokattila Apros-simulointiohjelmalla. Simulointimalli valmistettiin vastaamaan Helsingin Energian Vuosaari B:n voimalaitoksen lämmöntalteenottokattilaa, joka toimii kahdella painetasolla. Kattila on Foster Wheelerin valmistama. Ennen mallinnuksen aloittamista tutustuttiin laitoksen termodynamiikkaan, jolloin saatiin riittävä teoreettinen tieto koko laitoksen toiminnasta. Kattilan reunaehtoina ovat kaasuturbiiniprosessi ja laitoksen höyrykierto. Kaasuturbiini korvattiin laskentayhtälöillä, jotka antavat alkuarvot mm. savukaasun massavirralle ja lämpötilalle ennen kattilaa kaasuturbiinin tehon funktiona. Kattila liitetään höyrykiertoon tuorehöyry- ja syöttövesilinjasta, jolloin reunaehtoina annetaan lämpötilat ja paineet massavirroille. Valmistettua mallia testattiin ylösajo- ja kuormanmuutostilanteessa. Ylösajotilanteessa saatuja laskentatuloksia verrattiin todellisen laitoksen mittaustuloksiin, jolloin varmistuttiin simulointimallin oikeasta fysikaalisesta toiminnasta. Kuormanmuutostilanteissa kaasuturbiinin tehoa muutettiin ja samalla seurattiin kattilan reagointia muutostilanteessa. Kuormanmuutosmittauksessa varmistettiin vielä, että kattila reagoi kuormanmuutokseen oikealla tavalla, eikä muutos aiheuta kattilan toiminnalle haitallista värähtelyä.

Procurement, Quality and Productivity Enhancements and Manufacturing Strategy Formulation Applying Product Life Cycle Method

The objective of the thesis was to create a framework that can be used to define a manufacturing strategy taking advantage of the product life cycle method, which enables PQP enhancements. The starting point was to study synkron implementation of cost leadership and differentiation strategies in different stages of the life cycles. It was soon observed that Porter’s strategies were too generic for the complex and dynamic environment where customer needs deviate market and product specifically. Therefore, the strategy formulation process is based on the Terry Hill’s order-winner and qualifier concepts. The manufacturing strategy formulation is initiated with the definition of order-winning and qualifying criteria. From these criteria there can be shaped product specific proposals for action and production site specific key manufacturing tasks that they need to answer in order to meet customers and markets needs. As a future research it is suggested that the process of capturing order-winners and qualifiers should be developed so that the process would be simple and streamlined at Wallac Oy. In addition, defined strategy process should be integrated to the PerkinElmer’s SGS process. SGS (Strategic Goal Setting) is one of the PerkinElmer’s core management processes. Full Text: Null