Optimering av hålltidstabeller vid Normaliseringsugnen

Analyserna av hålltiderna i Normaliseringsugnen visar att i de flesta fall kan hålltiderna förkortas, beroende på om man väljer att godkänna värmebehandlingen vid en temperatur15C° eller 5C° under börvärdet. Om 5C° väljas kan det krävas att vissa ugnstider förlängs. Det finns ingen anledning att hålla övertid på plåtarna i ugnen, vilket kan leda till korntillväxt och ett sprött material. Undersökningen visar att övertiden ökar med plåttjockleken. Temperaturavvikelsediagrammet för värmebehandlingen visar att inom tjockleksintervallet 30mm - 50mm är temperaturdifferensen vid hålltidens slut störst gentemot börvärdet. Man bör dock komma ihåg att pyrometern endast mäter yttemperaturen. Kärntemperaturen är förmodligen något lägre och då krävs en viss övertid för att säkerställa en homogen temperatur genom hela plåten. Vid ett lyckat experiment med att plana en plåt, efter att ha värmt upp den till 650°C, gjordes en simulering i dataprogrammet Steeltemp 2D. Simuleringen visar svalningskurvor för en given analyskod från 600°C för olika plåttjocklekar. Temperaturen på experimentplåten vid inträdet i planmaskinen var 350°C. Resultatet som redovisas i Steeltempdiagrammet visar att det inte finns risk att plåttemperaturen sjunker under 350°C.

GAMS MINLP Solver comparisons and some improvements to the AlphaECP algorithm

I doktorsavhandlingen undersöks förmågan att lösa hos ett antal lösare för optimeringsproblem och ett antal svårigheter med att göra en rättvis lösarjämförelse avslöjas. Dessutom framläggs några förbättringar som utförts på en av lösarna som heter GAMS/AlphaECP. Optimering innebär, i det här sammanhanget, att finna den bästa möjliga lösningen på ett problem. Den undersökta klassen av problem kan karaktäriseras som svårlöst och förekommer inom ett flertal industriområden. Målet har varit att undersöka om det finns en lösare som är universellt snabbare och hittar lösningar med högre kvalitet än någon av de andra lösarna. Det kommersiella optimeringssystemet GAMS (General Algebraic Modeling System) och omfattande problembibliotek har använts för att jämföra lösare. Förbättringarna som presenterats har utförts på GAMS/AlphaECP lösaren som baserar sig på skärplansmetoden Extended Cutting Plane (ECP). ECP-metoden har utvecklats främst av professor Tapio Westerlund på Anläggnings- och systemteknik vid Åbo Akademi.

Structural and operational optimisation : applications in energy systems

In this work mathematical programming models for structural and operational optimisation of energy systems are developed and applied to a selection of energy technology problems. The studied cases are taken from industrial processes and from large regional energy distribution systems. The models are based on Mixed Integer Linear Programming (MILP), Mixed Integer Non-Linear Programming (MINLP) and on a hybrid approach of a combination of Non-Linear Programming (NLP) and Genetic Algorithms (GA). The optimisation of the structure and operation of energy systems in urban regions is treated in the work. Firstly, distributed energy systems (DES) with different energy conversion units and annual variations of consumer heating and electricity demands are considered. Secondly, district cooling systems (DCS) with cooling demands for a large number of consumers are studied, with respect to a long term planning perspective regarding to given predictions of the consumer cooling demand development in a region. The work comprises also the development of applications for heat recovery systems (HRS), where paper machine dryer section HRS is taken as an illustrative example. The heat sources in these systems are moist air streams. Models are developed for different types of equipment price functions. The approach is based on partitioning of the overall temperature range of the system into a number of temperature intervals in order to take into account the strong nonlinearities due to condensation in the heat recovery exchangers. The influence of parameter variations on the solutions of heat recovery systems is analysed firstly by varying cost factors and secondly by varying process parameters. Point-optimal solutions by a fixed parameter approach are compared to robust solutions with given parameter variation ranges. In the work enhanced utilisation of excess heat in heat recovery systems with impingement drying, electricity generation with low grade excess heat and the use of absorption heat transformers to elevate a stream temperature above the excess heat temperature are also studied.

Some reformulations for the quadratic assignment problem

Kombinatorisk optimering handlar om att hitta en bra eller rent av den bästa möjliga lösningen från ett känt antal lösningar eller kombinationer. Ofta är antalet lösningar så enormt att en genomgång av alla olika lösningar inte är möjlig. En av huvudorsakerna till att det forskas inom kombinatorisk optimering är att liknande frågeställningar eller problem uppkommer inom så många olika områden. Påståendet stämmer speciellt bra för kvadratiska tilldelningsproblem(eng. Quadratic Assignment Problem). Sådana problem uppstår då man försöker beskriva en stor mängd tillämpade frågeställningar. Vilken gate skall väljas för flygen på större flygplatser för att minimera den totala väg människorna behöver gå och bagaget förflyttas? Var skall olika avdelningar på en fabrik placeras för att minimera materialförflyttningar mellan avdelningarna? Hur ser ett optimalt tangentbord ut för olika språk? Var skall komponenterna placeras på ett kretskort? De här är alla frågor som kan besvaras genom att lösa kvadratiska tilldelningsproblem. Kvadratiska tilldelningsproblem är dock mycket svåra att lösa. Det beror på att problemet i den standardform det matematiskt formuleras i huvudsak består av produkter av binära variabler. I denna avhandling har problemet omformulerats till en linjär diskret form som innehåller färre variabler. Med omformuleringen har bland annat flera tidigare olösta kvadratiska tilldelningsproblem kunnat lösas till globalt optimum, den bästa möjliga lösningen, för första gången någonsin.

On the use of convex underestimators in global optimization

Många kvantitativa problem från vitt skilda områden kan beskrivas som optimeringsproblem. Ett mått på lösningens kvalitet bör optimeras samtidigt som vissa villkor på lösningen uppfylls. Kvalitetsmåttet kallas vanligen objektfunktion och kan beskriva kostnader (exempelvis produktion, logistik), potentialenergi (molekylmodellering, proteinveckning), risk (finans, försäkring) eller något annat relevant mått. I min doktorsavhandling diskuteras speciellt icke-linjär programmering, NLP, i ändliga dimensioner. Problem med enkel struktur, till exempel någon form av konvexitet, kan lösas effektivt. Tyvärr kan inte alla kvantitativa samband modelleras på ett konvext vis. Icke-konvexa problem kan angripas med heuristiska metoder, algoritmer som söker lösningar med hjälp av deterministiska eller stokastiska tumregler. Ibland fungerar det här väl, men heuristikerna kan sällan garantera kvaliteten på lösningen eller ens att en lösning påträffas. För vissa tillämpningar är det här oacceptabelt. Istället kan man tillämpa så kallad global optimering. Genom att successivt dela variabeldomänen i mindre delar och beräkna starkare gränser på det optimala värdet hittas en lösning inom feltoleransen. Den här metoden kallas branch-and-bound, ungefär dela-och-begränsa. För att ge undre gränser (vid minimering) approximeras problemet med enklare problem, till exempel konvexa, som kan lösas effektivt. I avhandlingen studeras tillvägagångssätt för att approximera differentierbara funktioner med konvexa underskattningar, speciellt den så kallade alphaBB-metoden. Denna metod adderar störningar av en viss form och garanterar konvexitet genom att sätta villkor på den perturberade Hessematrisen. Min forskning har lyft fram en naturlig utvidgning av de perturbationer som används i alphaBB. Nya metoder för att bestämma underskattningsparametrar har beskrivits och jämförts. I sammanfattningsdelen diskuteras global optimering ur bredare perspektiv på optimering och beräkningsalgoritmer.

Context-specific independence in graphical models

The theme of this thesis is context-speci c independence in graphical models. Considering a system of stochastic variables it is often the case that the variables are dependent of each other. This can, for instance, be seen by measuring the covariance between a pair of variables. Using graphical models, it is possible to visualize the dependence structure found in a set of stochastic variables. Using ordinary graphical models, such as Markov networks, Bayesian networks, and Gaussian graphical models, the type of dependencies that can be modeled is limited to marginal and conditional (in)dependencies. The models introduced in this thesis enable the graphical representation of context-speci c independencies, i.e. conditional independencies that hold only in a subset of the outcome space of the conditioning variables. In the articles included in this thesis, we introduce several types of graphical models that can represent context-speci c independencies. Models for both discrete variables and continuous variables are considered. A wide range of properties are examined for the introduced models, including identi ability, robustness, scoring, and optimization. In one article, a predictive classi er which utilizes context-speci c independence models is introduced. This classi er clearly demonstrates the potential bene ts of the introduced models. The purpose of the material included in the thesis prior to the articles is to provide the basic theory needed to understand the articles.

New aspects in limestone dissolution for wet flue gas desulfurization

Fortsättningsvis tillgodoses största delen av världens energibehov genom förbränning av fossila bränslen, dessutom forsätter världens totala energibehov att öka. Eftersom förbränning av fossila bränslen som t.ex. olja och kol orsakar utsläpp av svaveldioxid som är skadligt för både människa och natur, finns det fortfarande ett akut behov av forskning och utveckling av metoder för svavelrening. De vanligaste teknikerna för svavelrening är våt- och semitorrskrubbning, där svaveldioxiden absorberas av en skrubbervätska. Det är allmänt känt att våtskrubbning är en av de effektivaste teknikerna för svavelrening både ekonomiskt och tekniskt sett samt den mest använda. Våtskrubbningsprocessen har dock flera nackdelar, som dess höga vatten- och energiförbrukning. I större kraftverk går ca 1-3% av dess eleffekt åt till rökgasreningsprocessen, vilket kraftigt motiverar utveckling av nya reningsprocesser samt effektivering av existerande reningsanläggningar. Skrubbervätskan som till huvudsak består av vatten innehåller vanligtvis även kalcium vars syfte är att binda svavlet. Kalciumet kan tillsättas i flera former varav bränd kalk och kalksten är de vanligaste formerna. Kalksten används ofta i svavelreningsprocessen p.g.a. dess låga pris och för att den ger upphov till den användbara biprodukten gips. Kalkstenens upplösningshastighet är en de av faktorer som kraftigast påverkar reningsprocessen. En detaljerad experimentell karakterisering och analys av kalkstenspartiklar i fast form och i vätskeform har utförts i detta arbete. En experimentell metod för att studera kalkstenens upplösningshastighet vid låg till obegränsad massöverföring har även utvecklats i detta arbete. Metoden möjliggör identifieringen av systemoberoende kinetiska parametrar, vilka kan användas för att undersöka reningsprocesser samt för att planera nya reningsanläggningar. Kinetiska modeller utvecklades genom att använda kalkstenpartiklars specifika yta, som mättes genom kväveadsorption. Efter att de kinetiska parametrarna bestämts experimentellt utvecklades en skrubbermodell för att optimera en i driftvarande skrubber. Genom att kombinera experimentellt bestämda modeller med matematisk optimering erhölls en djupare insikt i hur olika råmaterial påverkar processen och hur driftparameterar bör justeras för att minska elförbrukningen.

Praktiska effekter av begreppsförvirring för en databas konceptuella design : En fallstudie om databas- och begreppsmodellering

Company X develops a laboratory information system (LIS) called System Y. The informationsystem has a two-tier database architecture consisting of a production database and a historicaldatabase. A database constitutes the backbone of a IS, which makes the design of the databasevery important. A poorly designed database can cause major problems within an organization.The two databases in System Y are poorly modeled, particularly the historical database. Thecause of the poor modeling was unclear concepts. The unclear concepts have remained in thedatabase and in the company organization and caused a general confusion of concepts. The splitdatabase architecture itself has evolved into a bottleneck and is the cause of many problemsduring the development of System Y.Company X investigates the possibility of integrating the historical database with the productiondatabase. The goal of our thesis is to conduct a consequence analysis of such integration andwhat the effects would be on System Y, and to create a new design for the integrated database.We will also examine and describe the practical effects of confusion of concepts for a databaseconceptual design.To achieve the goal of the thesis, five different method steps have been performed: a preliminarystudy of the organization, a change analysis, a consequence analysis and an investigation of theconceptual design of the database. These method steps have helped identify changes necessaryfor the organization, a new design proposal for an integrated database, the impact of theproposed design and a number of effects of confusion for the database.

Ramprogram solfångarutveckling och systematik. FoU 1997-1999. Slutrapport BFR projekt 19960605

Man kan förbättra energibesparingen på årsbasis för ett traditionellt svenskt kombisolvärmesystem från knappt 20 % för ett referenssystem till över 25 %. Alla de studerade systemen har 10 m2 solfångare, lika stor tank, och samma värme- och tappvarmvattenlast. Skillnaderna består endast i systemutformning. Arbetet har utförts genom mätningar i värmelaboratorium och simuleringsberäkningar. Inom området optisk design av solenergisystem har metoder utvecklats för: - analys av solinstråningens himmelsfordelning och asymmetriska årsfordelning - optimering av sollangare med reflektorer - optimering av solceller med tillsatsreflektorer Programmet PRESIM, grafisk indatabehandlare till simuleringsprogrammet TRNSYS, har vidareutvecklats i linje med användarnas önskemål, men förutsättningarna för fortsatt utveckling har försämrats. En förbättrad version, delvis finansierad av Statens energimyndighet och anpassad till TRNSYS 15.0, kommer att släppas under år 2000, men därefter kommer aktiviteten att ligga på en lägre nivå.

Lageroptimering med hjälp av multikriterieanalys : En fallstudie hos KUBALs centrallager

This thesis deals with control of stock in an inventory, focusing on inventory placement. The purpose of this thesis is to reduce the transport distance within the main stock house while gathering inventory. This will be achieved by reconstructing the inventory placement in consideration with how frequently the inventories get picked and mass of the inventory. In particular, the literature and the data that is collected from the company´s business system have laid the foundation for the thesis. In general, interviews and observations also contributed to the data collection. To fulfill the aim and to produce arbitrary results, two issues have been developed regarding which attributes that should determine the position of the inventory in the stock house and how to obtain a more effective inventory structure? The authors have jointly produced a result of suggestions for future inventory placement in terms of picking frequency and weight. Initially a situation analysis was conducted to identify known problems with the inventory´s placement and storage systems. The problems that were identified were that the inventory placement has no consideration regarding picking frequency. To determine the most frequent picked inventory an ABC analysis was conducted. All of the inventories were spread out throughout the whole stock house. To take in account, the additional criterion, which was weight, a multi-criteria analysis was performed in combination with the ABC analysis. The results of the combined analysis provided that the basis for drawing up concepts for future inventory placement. The proposal includes optimized inventory placements in different zones of the most frequently picked inventory with weight as an additional criterion.

Multi-objective optimization of material model parameters of an adhesive layer by using SPEA2

The usage of multi material structures in industry, especially in the automotive industry are increasing. To overcome the difficulties in joining these structures, adhesives have several benefits over traditional joining methods. Therefore, accurate simulations of the entire process of fracture including the adhesive layer is crucial. In this paper, material parameters of a previously developed meso mechanical finite element (FE) model of a thin adhesive layer are optimized using the Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA2). Objective functions are defined as the error between experimental data and simulation data. The experimental data is provided by previously performed experiments where an adhesive layer was loaded in monotonically increasing peel and shear. Two objective functions are dependent on 9 model parameters (decision variables) in total and are evaluated by running two FEsimulations, one is loading the adhesive layer in peel and the other in shear. The original study converted the two objective functions into one function that resulted in one optimal solution. In this study, however, a Pareto frontis obtained by employing the SPEA2 algorithm. Thus, more insight into the material model, objective functions, optimal solutions and decision space is acquired using the Pareto front. We compare the results and show good agreement with the experimental data.

Modelling and simulations of ductile iron solidification-induced variations in mechanical behaviour on component and microstructural level

The mechanical behaviour and performance of a ductile iron component is highly dependent on the local variations in solidification conditions during the casting process. Here we show a framework which combine a previously developed closed chain of simulations for cast components with a micro-scale Finite Element Method (FEM) simulation of the behaviour and performance of the microstructure. A casting process simulation, including modelling of solidification and mechanical material characterization, provides the basis for a macro-scale FEM analysis of the component. A critical region is identified to which the micro-scale FEM simulation of a representative microstructure, generated using X-ray tomography, is applied. The mechanical behaviour of the different microstructural phases are determined using a surrogate model based optimisation routine and experimental data. It is discussed that the approach enables a link between solidification- and microstructure-models and simulations of as well component as microstructural behaviour, and can contribute with new understanding regarding the behaviour and performance of different microstructural phases and morphologies in industrial ductile iron components in service.

Utformning av tak och möjligheter med automation av takstolstillverkning i trä

Purpose: The purpose of this work is to increase the possibilities of designing building components for specific demands to increase the building’s value, and to investigate how the possibilities can be affected by automating the production process. Method: The theoretical framework, which this study is based on, was collected using literature studies and was thereafter combined with the empirics, which were retrieved from qualitative methods as interviews and planned observations. A case study was made of the building Ormhuset in Jönköping. Findings: The objective of this work is to investigate the possibilities for designing roofs by using new automation methods for the production process of wooden roof structures. This study implies that parametric design can be used to generate new innovative shapes and designs that are optimised according to specific criteria. Furthermore, an increased use of automation in the production process of wooden roof trusses result in cheaper roof trusses, regardless of their shapes. The generated optimized designs are therefore cheaper and easier to produce using more automation in the production process. Implications: If parametric design is used, almost any kind of shapes can be generated and optimised. To ensure manufacturability of a design, an early connection between architect and manufacturer is important. Furthermore, increased use of automation can lead to easier and faster production of roof trusses and investing in more automation can be relevant for companies with large production volumes. Using digital files to control the manufacturing machines is time saving. There are alternative manufacturing methods for advanced roof structurers in wood, which are better suited for production, which cannot be rationalized as for roof trusses. Constraints for increased automation are often a high investment cost and limited space. Limitations: If the study is performed on another case than Ormhuset and with other respondents, the result might have differed but could be similar, why this study is not generally valid but only shows one possible outcome.