|
|
Analysis of Operational Data and Detection od Anomalies during Supercomputer Job Execution
Stehlík, Petr ; Nikl, Vojtěch (referee) ; Jaroš, Jiří (advisor)
V posledních letech jsou superpočítače stále větší a složitější, s čímž souvisí problém využití plného potenciálu systému. Tento problém se umocňuje díky nedostatku nástrojů pro monitorování, které jsou specificky přizpůsobeny uživatelům těchto systémů. Cílem práce je vytvořit nástroj, nazvaný Examon Web, pro analýzu a vizualizaci provozních dat superpočítače a provést nad těmito daty hloubkovou analýzu pomocí neurálních sítí. Ty určí, zda daná úloha běžela korektně, či vykazovala známky podezřelého a nežádoucího chování jako je nezarovnaný přístup do operační paměti nebo např. nízké využití alokovaých zdrojů. O těchto faktech je uživatel informován pomocí GUI. Examon Web je postavený na frameworku Examon, který sbírá a procesuje metrická data ze superpočítače a následně je ukládá do databáze KairosDB. Implementace zahrnuje disciplíny od návrhu a implementace GUI, přes datovou analýzu, těžení dat a neurální sítě až po implementaci rozhraní na serverové straně. Examon Web je zaměřen zejména na uživatele, ale může být také využíván administrátory. GUI je vytvořeno ve frameworku Angular s knihovnami Dygraphs a Bootstrap. Uživatel díky tomu může analyzovat časové řady různých metrik své úlohy a stejně jako administrátor se může informovat o současném stavu superpočítače. Tento stav je zobrazen jako několik globálně agregovaných metrik v posledních 30 minutách nebo jako 3D model (či 2D model) superpočítače, který získává data ze samotných uzlů pomocí protokolu MQTT. Pro kontinuální získávání dat bylo využito rozhraní WebSocket s vlastním mechanismem přihlašování a odhlašování konkretních metrik zobrazovaných v modelu. Při analýze spuštěné úlohy má uživatel dostupné tři různé pohledy na danou úlohu. První nabízí celkový přehled o úloze a informuje o využitých zdrojích, času běhu a vytížení části superpočítače, kterou úloha využila společně s informací z neurálních sítí o podezřelosti úlohy. Další dva pohledy zobrazují metriky z výkonnostiního energetického hlediska. Pro naučení neurálních sítí bylo potřeba vytvořit novou datovou sadu ze superpočítače Galileo. Tato sada obsahuje přes 1100 úloh monitorovaných na tomto superpočítači z čehož 500 úloh bylo ručně anotováno a následně použito pro trénování sítí. Neurální sítě využívají model back-propagation, vhodný pro anotování časových sérií fixní délky. Celkem bylo vytvořeno 12 sítí pro metriky zahrnující vytížení procesoru, paměti a dalších části a např. také podíl celkového času procesoru v úsporném režimu C6. Tyto sítě jsou na sobě nezávislé a po experimentech jejich finální konfigurace 80-20-4-3-1 (80 vstupních až 1 výstupní neuron) podávaly nejlepší výsledky. Poslední síť (v konfiguraci 12-4-3-1) anotovala výsledky předešlých sítí. Celková úspěšnost systému klasifikace do 2 tříd je 84 %, což je na použitý model velmi dobré. Výstupem této práce jsou dva produkty. Prvním je uživatelské rozhraní a jeho serverová část Examon Web, která jakožto rozšiřující vrstva systému Examon pomůže s rozšířením daného systému mezi další uživatele či přímo další superpočítačová centra. Druhým výstupem je částečně anotovaná datová sada, která může pomoci dalším lidem v jejich výzkumu a je výsledkem spolupráce VUT, UNIBO a CINECA. Oba výstupy budou zveřejněny s otevřenými zdrojovými kódy. Examon Web byl prezentován na konferenci 1st Users' Conference v Ostravě pořádanou IT4Innovations. Další rozšíření práce může být anotace datové sady a také rozšíření Examon Web o rozhodovací stromy, které určí přesný důvod špatného chování dané úlohy.
|
|
|
Effective Investment Planning in Waste-to-Energy Systems
Šomplák, Radovan ; Klemeš,, Jiří (referee) ; Žaloudík, Petr (referee) ; Stehlík, Petr (advisor)
PhD thesis deals with the application of the simulation and optimization methods in the waste-to-energy field. An introduction describes the current state of the waste management in the EU with the focus on the Czech Republic. In the following chapter the evaluation criteria for investment intentions and the basic principles of stochastic programming are discussed. The core of the work lays in the mathematical models for the planning and operation of the process plants as well as in the mathematical models for the waste collection. The transportation problem involves all considered technological elements and therefore it is possible to simulate the waste streams between the producers and processors. This approach is demonstrated with five case studies. In the first three studies the calculations for the potential investor are presented. The main outcome of these case studies is the determination of the level of attractiveness of investment and the identification the greatest risks. Another case study is devoted to an analysis with the focus on perspective of government policies and in the last case study the issue of the waste management is analyzed in detail from the perspective of the waste producers. Developed computational tools are flexible and can be further developed and adapted based on the objectives of the specific tasks.
|
|
|
Simulation tool for gas microturbine integration into industrial operations
Konečná, Eva ; Stehlík, Petr (referee) ; Ovčačík,, Filip (referee) ; Máša, Vítězslav (advisor)
Current challenging energy situation gives rise to the need for highly efficient use of primary energy sources. Gas microturbines are a potential solution to this situation as they represent a progressive source of combined heat and power production. Gas turbines work with electric efficiency around 30 % and another 50 % is hidden in hot flue gas. Leveraging this waste heat is essential for achieving high overal efficiency of production and minimizing the use of primary energy. This thesis introduces a methodology for integration of gas microturbines into industrial operation. This methodology served as a basis for creating a software tool for selecting an optimal gas microturbine and seting up an efficient use of the waste heat from the produced flue gas, specifically direct drying, technological heating of process streams, preparation of warm utility water, and heat accumulation. It also includes technical-economic evaluation of the investment. The methodology is represented by an unique software tool which evaluates various alternatives of a gas microturbine integration into a mid-sized industrial laundry, and recommends the most favourable option. The tool was build using programming language Python in combination with MS Excel to offer great ease of use without a need for any specialized software. The biggest advantage, however, is its universality which allows adapting this software for other industrial processes. It is sufficient for the user to only have a standard operational knowledge of the target process. A laundry operation was selected for this case study, and data from several industrial laundries in Czech republic was collected. Its analysis revealed that the ratio of required electrical and heat energy is an important criterium when selecting a gas microturbine as the main power source. Specifically for older laundry operations, it is necessary to firstly undergo an energy optimization before selecting a suitable power source. If integrated correctly, it is possible to achieve overal efficiency of the gas microturbine of up to 90 % and an acceptable payback period of the investment. A suitable target process for integrating the gas microturbine is one that leverages the gas microturbine’s biggest advantage – production of hot and clean flue gas. It is necessary to look for those processes where a maximum of this flue gas can be used directly without a need for any other costly devices for heat transfer. Drying in laundries certainly represents such a process. The proposed software is an easy, quick, and most importantly universal tool for evaluating suitability of a gas microturbine based on common operational knowledge of the respective process.
|
|
| |
|
|
PERSPECTIVE METHODS OF SEWAGE SLUDGE UTILISATION FOR ENERGY PRODUCTION
Elsässer, Thomas ; Klemeš,, Jiří (referee) ; Žaloudík, Petr (referee) ; Stehlík, Petr (advisor)
Tato práce o energetickém využití čistírenských kalů obsahuje popis vlastností kalu (hustota, měrná tepelná kapacita a dynamická viskozita). Stěžejní kapitoly jsou věnovány desintegraci kalu pro zvýšení obsahu sušiny po odvodnění a experimentálnímu zkoumání tvorby emisí při spalování kalu, kde byl posuzován vliv přídavku alkálie. Spalování vysušeného kalu proběhlo ve fluidní vrstvě, byla zkoumána produkce škodlivin a distribuce těžkých kovů. Druhá ucelená část práce je věnována termochemické desintegraci stabilizovaného kalu, přičemž byl experimentálně vyhodnocován vliv na obsah vody v odvodněném kalu. Provedené experimenty sloužily k detekci vhodné teploty a dávky chemikálie. Výsledky experimentů byly rovněž podkladem pro ekonomickou bilanci, která je založena na úsporách za likvidaci menšího množství kalu.
|
|
|
Equipment for Thickening Waste Water from Biogas Plants
Vondra, Marek ; Bébar, Ladislav (referee) ; Hoffman,, Pavel (referee) ; Stehlík, Petr (advisor)
This dissertation thesis deals with the development of technology which could tackle two major issues related to biogas plants. These issues concern the insufficient use of waste heat from biogas combustion and its subsequent processing. It also concerns the use of the fermentation residues which are formed in large quantities and whose use is restricted by law. Based on a literary search of separation methods, a vacuum evaporator was selected as the most suitable technology. Its advantages include its simple construction, operational reliability and robustness, low costs of thickening medium pre-treatment, potential for a quick commercial application and, especially, the chance to use a low-potential waste heat. A primary purpose of this technological unit is the reduction in the volume of fermentation residues. Other benefits include the efficient use of waste heat from a biogas plant, which would otherwise be wasted. Evaporators with a low consumption of electrical energy (which is a main product of a biogas plant) seem to be the best option for applications in the biogas plants. Three of these technologies were subjected to a more thorough analysis, which included the development of computational models and their quantification for conditions in a sample biogas plant. A one-stage evaporator with a forced circulation (680 – 712 kWhth/m3, 25.9 – 30.5 kWhel/m3) was evaluated as the least suitable option in terms of energy demands. The energy intensity of a three-stage evaporator with a falling film (241 – 319 kWhth/m3, 12.0 – 23.6 kWhel/m3) and a nine-stage flash evaporator (236 – 268 kWhth/m3, 13.6 – 18.4 kWhel/m3) is significantly lower. A multi-stage flash evaporator (MSF) was then chosen for development and will form the central focus of this thesis. The reasons for the choice are as follows: the low requirements on the heat transfer surface, good operational experience in the field of desalination, its simple construction, modularity and evaporation outside the heat transfer surface. A thorough technical-economic evaluation was also performed on the integration of the evaporator into the biogas plant. The main part of the work included the experimental development of a MSF evaporator prototype. The main objective of this development was to achieve a stable flow rate of the thickening liquid digestate fraction and the continuous formation of the distillate. This was not an easy objective to achieve, especially due to the properties of the liquid digestate, which has a non-newtonian characteristic and increased density and viscosity compared to water. The tendency of the liquid digestate to form foam was also the subject of analysis. The development of the evaporator and first successful operational test are described in the thesis in detail. This required the use of an anti-foaming product. A fully-developed prototype of the MSF evaporator allowed us to achieve continuous operation with a distillate production, reaching from 5 to 10 kg/h at a liquid digestate flow rate of 0.4–0.5 m3/h. The main drawback of this technology is the pollution of the distillate with ammonia nitrogen, and it is for this reason that the basic procedures of its subsequent elimination was selected for further analysis.
|
|
|
Communication Strategy of Company
Stehlík, Petr ; MBA, Petr Adamus, (referee) ; Schüller, David (advisor)
This thesis deals with the design of communication strategy for Brno pharmacy U lazní. The task is to assess the current status and on the results of the analysis suggest appropriate measures in order to improve and streamline communication mix of the company. A part of this thesis is the evaluation of information with application of fuzzy logic.
|
|
|
Analysis of Interactions in Waste Management
Szásziová, Lenka ; Hájek, Jiří (referee) ; Hrabec,, Dušan (referee) ; Stehlík, Petr (advisor)
PhD thesis deals with the application of simulation, forecasting and optimization methods in the waste management. An introduction describes current state and outlook in the waste management in the Czech Republic. The following chapter analyzes the available data base in the field of the waste management in the Czech Republic, focusing on the specifics and problems such as variable availability of spatially and hierarchically structured, heterogeneous input data. The core work is the computational tool named Justine, which represents the balance system, ensuring consistency of values for the standalone and aggregated data, in terms of their composition and distribution in intended area and time. Development of the tool was motivated by the need to predict the production and composition of various types of waste. The application of the concept is shown in three case studies, focusing on the prognosis of hazardous waste, the forecast of production and composition of municipal solid waste and components of separated waste collection, and estimation of the waste with waste-to-energy potential, all in the Czech Republic. The outputs of the tool represent valuable inputs for the related optimization supply chain models, which are used e.g. for the design of new waste-to-energy facilities.
|
|
|
Modelling as Efficient Tool in Industrial Practice and Economic Aspects
Šarlej, Marek ; Klemeš,, Jiří (referee) ; Žaloudík, Petr (referee) ; Stehlík, Petr (advisor)
This doctoral thesis focuses on modelling as an efficient tool in industrial practice in the field of power industry and environmental engineering. It represents the modelling for technical as well as for economic part and their combination. Industrial companies do not evaluate only technical solutions in terms of investment costs, however, they search for optimized technical-economic solutions. The doctoral thesis describes the modelling of individual equipment as well as technological units in various levels of complexity. Case studies utilising various levels of modelling are represented herein.
|
|
| |
guest ::
RSS feed.