An Exergy Based Engineering and Economic Analysis of Sustainable Building

To achieve the goal of sustainable development, the building energy system was evaluated from both the first and second law of thermodynamics point of view. The relationship between exergy destruction and sustainable development were discussed at first, followed by the description of the resource abundance model, the life cycle analysis model and the economic investment effectiveness model. By combining the forgoing models, a new sustainable index was proposed. Several green building case studies in U.S. and China were presented. The influences of building function, geographic location, climate pattern, the regional energy structure, and the technology improvement potential of renewable energy in the future were discussed. The building’s envelope, HVAC system, on-site renewable energy system life cycle analysis from energy, exergy, environmental and economic perspective were compared. It was found that climate pattern had a dramatic influence on the life cycle investment effectiveness of the building envelope. The building HVAC system energy performance was much better than its exergy performance. To further increase the exergy efficiency, renewable energy rather than fossil fuel should be used as the primary energy. A building life cycle cost and exergy consumption regression model was set up. The optimal building insulation level could be affected by either cost minimization or exergy consumption minimization approach. The exergy approach would cause better insulation than cost approach. The influence of energy price on the system selection strategy was discussed. Two photovoltaics (PV) systems – stand alone and grid tied system were compared by the life cycle assessment method. The superiority of the latter one was quite obvious. The analysis also showed that during its life span PV technology was less attractive economically because the electricity price in U.S. and China did not fully reflect the environmental burden associated with it. However if future energy price surges and PV system cost reductions were considered, the technology could be very promising for sustainable buildings in the future.

Analytical Approximations to Predict Performance Measures of Manufacturing Systems with Job Failures and Parallel Processing

Parallel processing is prevalent in many manufacturing and service systems. Many manufactured products are built and assembled from several components fabricated in parallel lines. An example of this manufacturing system configuration is observed at a manufacturing facility equipped to assemble and test web servers. Characteristics of a typical web server assembly line are: multiple products, job circulation, and paralleling processing. The primary objective of this research was to develop analytical approximations to predict performance measures of manufacturing systems with job failures and parallel processing. The analytical formulations extend previous queueing models used in assembly manufacturing systems in that they can handle serial and different configurations of paralleling processing with multiple product classes, and job circulation due to random part failures. In addition, appropriate correction terms via regression analysis were added to the approximations in order to minimize the gap in the error between the analytical approximation and the simulation models. Markovian and general type manufacturing systems, with multiple product classes, job circulation due to failures, and fork and join systems to model parallel processing were studied. In the Markovian and general case, the approximations without correction terms performed quite well for one and two product problem instances. However, it was observed that the flow time error increased as the number of products and net traffic intensity increased. Therefore, correction terms for single and fork-join stations were developed via regression analysis to deal with more than two products. The numerical comparisons showed that the approximations perform remarkably well when the corrections factors were used in the approximations. In general, the average flow time error was reduced from 38.19% to 5.59% in the Markovian case, and from 26.39% to 7.23% in the general case. All the equations stated in the analytical formulations were implemented as a set of Matlab scripts. By using this set, operations managers of web server assembly lines, manufacturing or other service systems with similar characteristics can estimate different system performance measures, and make judicious decisions - especially setting delivery due dates, capacity planning, and bottleneck mitigation, among others.

Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

Design, modelling, simulation and integration of cyber physical systems: methods and applications

The main drivers for the development and evolution of Cyber Physical Systems (CPS) are the reduction of development costs and time along with the enhancement of the designed products. The aim of this survey paper is to provide an overview of different types of system and the associated transition process from mechatronics to CPS and cloud-based (IoT) systems. It will further consider the requirement that methodologies for CPS-design should be part of a multi-disciplinary development process within which designers should focus not only on the separate physical and computational components, but also on their integration and interaction. Challenges related to CPS-design are therefore considered in the paper from the perspectives of the physical processes, computation and integration respectively. Illustrative case studies are selected from different system levels starting with the description of the overlaying concept of Cyber Physical Production Systems (CPPSs). The analysis and evaluation of the specific properties of a sub-system using a condition monitoring system, important for the maintenance purposes, is then given for a wind turbine.

Learning Management Systems (LMS) and e-learning management: an integrative review and research agenda

Information Technology (IT) can be an important component for innovation since enabling e-learning it can provide conditions to which the organization can work with new business and improved processes. In this regard, the Learning Management Systems (LMS) allows communication and interaction between teachers and students in virtual spaces. However the literature indicates that there are gaps in the researches, especially concerning the use of IT for the management of e-learning. The purpose of this paper is to analyze the available literature about the application of LMS for the e-learning management, seeking to present possibilities for researches in the field. An integrative literature review was performed considering the Web of Science, Scopus, Ebsco and Scielo databases, where 78 references were found, of which 25 were full papers. This analysis derives interesting characteristics from scientific studies, highlighting gaps and guidelines for future research.

Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

Towards model round-trip engineering : an abductive approach

Providing support for reversible transformations as a basis for round-trip engineering is a significant challenge in model transformation research. While there are a number of current approaches, they require the underlying transformation to exhibit an injective behaviour when reversing changes. This however, does not serve all practical transformations well. In this paper, we present a novel approach to round-trip engineering that does not place restrictions on the nature of the underlying transformation. Based on abductive logic programming, it allows us to compute a set of legitimate source changes that equate to a given change to the target model. Encouraging results are derived from an initial prototype that supports most concepts of the Tefkat transformation language

Educating the Other: Standpoint and Theory on the 'Internationalisation' of Higher Education

How adequate are current theoretical standpoints, tools and categories for explaining the flows of international students to Anglo/American/European universities? This essay takes a different analytic tact and historical standpoint to the study of them and us, insiders and outsiders (cf. Foley, Levinson & Hurtig, 2001), in the internationalisation of education.

The Order Fulfillment Process Model

This appendix describes the Order Fulfillment process followed by a fictitious company named Genko Oil. The process is freely inspired by the VICS (Voluntary Inter-industry Commerce Solutions) reference model1 and provides a demonstration of YAWL’s capabilities in modelling complex control-flow, data and resourcing requirements.

Configurable multi-perspective business process models

A configurable process model provides a consolidated view of a family of business processes. It promotes the reuse of proven practices by providing analysts with a generic modelling artifact from which to derive individual process models. Unfortunately, the scope of existing notations for configurable process modelling is restricted, thus hindering their applicability. Specifically, these notations focus on capturing tasks and control-flow dependencies, neglecting equally important ingredients of business processes such as data and resources. This research fills this gap by proposing a configurable process modelling notation incorporating features for capturing resources, data and physical objects involved in the performance of tasks. The proposal has been implemented in a toolset that assists analysts during the configuration phase and guarantees the correctness of the resulting process models. The approach has been validated by means of a case study from the film industry.

Prison foodservice in Australia : systems, menus and inmate attitudes

This paper presents results from three studies in 25 custodial facilities in three Australian states, including nutrient analyses of menus and focus groups exploring inmate attitudes. Both cook-fresh and cook-chill production systems are used. Non-selective cycle menus of 4-6 weeks are common but inmates can supplement meals by purchase of additional food items (‘buy-ups’). Menus included adequate variety and met most nutritional standards, with the possible exception of fruit. The sodium content of menus is above recommended levels. Protein, fibre, vitamins A, C, thiamin, riboflavin, calcium, iron and zinc were more than adequate, and the percentage energy from fat is close to or meets national recommendations. Focus groups identified 16 themes, including meal quality, food available at ‘buy-ups’, cooking facilities, and concerns about possible food safety risks associated with inmates storing food in cells. Many complaints were about factors not under the control of the foodservice manager.

Managing process model complexity via abstract syntax modifications

As a result of the growing adoption of Business Process Management (BPM) technology different stakeholders need to understand and agree upon the process models that are used to configure BPM systems. However, BPM users have problems dealing with the complexity of such models. Therefore, the challenge is to improve the comprehension of process models. While a substantial amount of literature is devoted to this topic, there is no overview of the various mechanisms that exist to deal with managing complexity in (large) process models. It is thus hard to obtain comparative insight into the degree of support offered for various complexity reducing mechanisms by state-of-the-art languages and tools. This paper focuses on complexity reduction mechanisms that affect the abstract syntax of a process model, i.e. the structure of a process model. These mechanisms are captured as patterns, so that they can be described in their most general form and in a language- and tool-independent manner. The paper concludes with a comparative overview of the degree of support for these patterns offered by state-of-the-art languages and language implementations.

ERP systems implementation and organizational culture : the case of Jordan

Jordan is adopting Enterprise Resource Planning (ERP) systems in both its public and private sectors. Jordan's emerging private sector has historically close ties to the public sector; though a global market orientation requires a shift in its organizational culture. ERPs however embed business processes which do not necessarily fit with traditional cultural practices, and implementation success is not assured. This study looks at the perceptions of both public and private sector ERP implementations in Jordan and assesses these on various measures of success. There were few differences between public and private sectors, but the benefits actually realized in Jordanian ERPs fell short of claims made for the technology in other cultures.

Alleviating ‘overfitting’ via genetically-regularised neural network

A hybrid genetic algorithm/scaled conjugate gradient regularisation method is designed to alleviate ANN `over-fitting'. In application to day-ahead load forecasting, the proposed algorithm performs better than early-stopping and Bayesian regularisation, showing promising initial results.