REMPLI discreet event simulation system

This document presents the design choices on the simulation mechanism used to test the Tansport Layer implementation in the REMPLI project [www.rempli.org].

Tools for simulation output analysis

This technical report presents a description of the output data files and the tools used to validate and to extract information from the output data files generated by the Repeater-Based Hybrid Wired/Wireless Network Simulator and the Bridge-Based Hybrid Wired/Wireless Network Simulator.

Schedulability analysis of generalized multiframe traffic on multihop-networks comprising software-implemented ethernet switches

Consider a multihop network comprising Ethernet switches. The traffic is described with flows and each flow is characterized by its source node, its destination node, its route and parameters in the generalized multiframe model. Output queues on Ethernet switches are scheduled by static-priority scheduling and tasks executing on the processor in an Ethernet switch are scheduled by stride scheduling. We present schedulability analysis for this setting.

A comprehensive simulation study of slotted CSMA/CA for IEEE 802.15.4 wireless sensor networks

In this paper, we analyze the performance limits of the slotted CSMA/CA mechanism of IEEE 802.15.4 in the beacon-enabled mode for broadcast transmissions in WSNs. The motivation for evaluating the beacon-enabled mode is due to its flexibility for WSN applications as compared to the non-beacon enabled mode. Our analysis is based on an accurate simulation model of the slotted CSMA/CA mechanism on top of a realistic physical layer, with respect to the IEEE 802.15.4 standard specification. The performance of the slotted CSMA/CA is evaluated and analyzed for different network settings to understand the impact of the protocol attributes (superframe order, beacon order and backoff exponent) on the network performance, namely in terms of throughput (S), average delay (D) and probability of success (Ps). We introduce the concept of utility (U) as a combination of two or more metrics, to determine the best offered load range for an optimal behavior of the network. We show that the optimal network performance using slotted CSMA/CA occurs in the range of 35% to 60% with respect to an utility function proportional to the network throughput (S) divided by the average delay (D).

Feasibility of the extended finite element method for the simulation of composite bonded joints

Adhesive-bonding for the unions in multi-component structures is gaining momentum over welding, riveting and fastening. It is vital for the design of bonded structures the availability of accurate damage models, to minimize design costs and time to market. Cohesive Zone Models (CZM’s) have been used for fracture prediction in structures. The eXtended Finite Element Method (XFEM) is a recent improvement of the Finite Element Method (FEM) that relies on traction-separation laws similar to those of CZM’s but it allows the growth of discontinuities within bulk solids along an arbitrary path, by enriching degrees of freedom. This work proposes and validates a damage law to model crack propagation in a thin layer of a structural epoxy adhesive using the XFEM. The fracture toughness in pure mode I (GIc) and tensile cohesive strength (sn0) were defined by Double-Cantilever Beam (DCB) and bulk tensile tests, respectively, which permitted to build the damage law. The XFEM simulations of the DCB tests accurately matched the experimental load-displacement (P-d) curves, which validated the analysis procedure.

Development of a platform for lean manufacturing simulation games

More than ever, the economic globalization is creating the need to increase business competitiveness. Lean manufacturing is a management philosophy oriented to the elimination of activities that do not create any type of value and are thus considered a waste. One of the main differences from other management philosophies is the shop-floor focus and the operators' involvement. Therefore, the training of all organization levels is crucial for the success of lean manufacturing. Universities should also participate actively in this process by developing students' lean management skills and promoting a better and faster integration of students into their future organizations. This paper proposes a single realistic manufacturing platform, involving production and assembly operations, to learn by playing many of the lean tools such as VSM, 5S, SMED, poke-yoke, line balance, TPM, Mizusumashi, plant layout, and JIT/kanban. This simulation game was built in tight cooperation with experienced lean companies under the international program “Lean Learning Academy,”http://www.leanlearningacademy.eu/ and its main aim is to make bachelor and master courses in applied sciences more attractive by integrating classic lectures with a simulated production environment that could result in more motivated students and higher study yields. The simulation game results show that our approach is efficient in providing a realistic platform for the effective learning of lean principles, tools, and mindset, which can be easily included in course classes of less than two hours.

Digital serious games and simulation games - comparison of two approaches to lean training

In an increasingly competitive and globalized world, companies need effective training methodologies and tools for their employees. However, selecting the most suitable ones is not an easy task. It depends on the requirements of the target group (namely time restrictions), on the specificities of the contents, etc. This is typically the case for training in Lean, the waste elimination manufacturing philosophy. This paper presents and compares two different approaches to lean training methodologies and tools: a simulation game based on a single realistic manufacturing platform, involving production and assembly operations that allows learning by playing; and a digital game that helps understand lean tools. This paper shows that both tools have advantages in terms of trainee motivation and knowledge acquisition. Furthermore, they can be used in a complementary way, reinforcing the acquired knowledge.

Addressing software impact in the design of remote laboratories

Remote Laboratories or WebLabs constitute a first-order didactic resource in engineering faculties. However, in many cases, they lack a proper software design, both in the client and server side, which degrades their quality and academic usefulness. This paper presents the main characteristics of a Remote Laboratory, analyzes the software technologies to implement the client and server sides in a WebLab, and correlates these technologies with the characteristics to facilitate the selection of a technology to implement a WebLab. The results obtained suggest the adoption of a Service Oriented Laboratory Architecture-based approach for the design of future Remote Laboratories so that client-agnostic Remote Laboratories and Remote Laboratory composition are enabled. The experience with the real Remote Laboratory, WebLab-Deusto, is also presented.

Marcação CE de dispositivos médicos e segurança em software

Com o crescente aumento da Teleradiologia, sentiu-se necessidade de criar mais e melhores softwares para sustentar esse crescimento. O presente trabalho pretende abordar a temática da certificação de software e a sua marcação CE, pois para dar entrada no mercado Europeu todos os Dispositivos Médicos (DM) têm de estar devidamente certificados. Para efetuar a marcação CE e a certificação serão estudadas normas e normativos adequados para marcação de DM ao nível Europeu e também dos Estados Unidos da América. A temática da segurança de dados pessoais será também estudada de forma a assegurar que o dispositivo respeite a legislação em vigor. Este estudo tem como finalidade a certificação de um software proprietário da efficientia sysPACS, um serviço online abrangente, que permite a gestão integrada do armazenamento e distribuição de imagens médicas para apoio ao diagnóstico.

Simulação de um Pool Simétrico com validação técnica do despacho provisório e apresentação de medidas corretivas baseadas num despacho ótimo

Os mercados de energia elétrica são atualmente uma realidade um pouco por todo o mundo. Contudo, não é consensual o modelo regulatório a utilizar, o que origina a utilização de diferentes modelos nos diversos países que deram início ao processo de liberalização e de reestruturação do sector elétrico. A esses países, dado que a energia elétrica não é um bem armazenável, pelo menos em grandes quantidades, colocam-se questões importantes relacionadas com a gestão propriamente dita do seu sistema elétrico. Essas questões implicam a adoção de regras impostas pelo regulador que permitam ultrapassar essas questões. Este trabalho apresenta um estudo feito aos mercados de energia elétrica existentes um pouco por todo o mundo e que o autor considerou serem os mais importantes. Foi também feito um estudo de ferramentas de otimização essencialmente baseado em meta-heurísticas aplicadas a problemas relacionados com a operação dos mercados e com os sistemas elétricos de energia, como é o exemplo da resolução do problema do Despacho Económico. Foi desenvolvida uma aplicação que simula o funcionamento de um mercado que atua com o modelo Pool Simétrico, em que são transmitidas as ofertas de venda e compra de energia elétrica por parte dos produtores, por um lado, e dos comercializadores, consumidores elegíveis ou intermediários financeiros, por outro, analisando a viabilidade técnica do Despacho Provisório. A análise da viabilidade técnica do Despacho Provisório é verificada através do modelo DC de trânsito de potências. No caso da inviabilidade do Despacho Provisório, por violação de restrições afetas ao problema, são determinadas medidas corretivas a esse despacho, com base nas ofertas realizadas e recorrendo a um Despacho Ótimo. Para a determinação do Despacho Ótimo recorreu-se à meta-heurística Algoritmos Genéticos. A aplicação foi desenvolvida no software MATLAB utilizando a ferramenta Graphical User Interfaces. A rede de teste utilizada foi a rede de 14 barramentos do Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). A aplicação mostra-se competente no que concerne à simulação de um mercado com tipo de funcionamento Pool Simétrico onde são efetuadas ofertas simples e onde as transações ocorrem no mercado diário, porém, não reflete o problema real relacionado a este tipo de mercados. Trata-se, portanto, de um simulador básico de um mercado de energia cujo modelo de funcionamento se baseia no tipo Pool Simétrico.

Implementação de um software de gestão de logística no Hospital Agostinho Ribeiro

O presente relatório possui o propósito de apresentar o estágio curricular desenvolvido na empresa “Santa Casa da Misericórdia de Felgueiras”, iniciado a 1 de maio de 2013, englobando horas de aprendizagem e consolidação de conhecimentos adquiridos no percurso académico. A realização do presente estágio está enquadrada no protocolo celebrado entre a “Santa Casa da Misericórdia de Felgueiras” e a Associação de Politécnicos do Norte, cumprindo desta forma o art.º 2 e 3 do Regulamento de Estágios Curriculares da Associação de Politécnicos do Norte (APNOR). A realização do estágio, bem como a realização deste relatório, é o produto final de meses de experiência laboral, pesquisa bibliográfica e de reflexão, de um ano curricular. Com a realização deste estágio e do relatório permitiu-me concluir acerca de como é elaborada a gestão hospitalar e a sua importância no contexto empresarial. A gestão contribui com o fornecimento de informações económicas nos diferentes usuários como: Gestores, Governo, Sindicato, Funcionários.

Simulation and dynamics of freeway traffic

This paper presents the new package entitled Simulator of Intelligent Transportation Systems (SITS) and a computational oriented analysis of traffic dynamics. The SITS adopts a microscopic simulation approach to reproduce real traffic conditions considering different types of vehicles, drivers and roads. A set of experiments with the SITS reveal the dynamic phenomena exhibited by this kind of system. For this purpose a modelling formalism is developed that embeds the statistics and the Laplace transform. The results make possible the adoption of classical system theory tools and point out that it is possible to study traffic systems taking advantage of the knowledge gathered with automatic control algorithms. A complementary perspective for the analysis of the traffic flow is also quantified through the entropy measure.

Development of procedures for the simulation of atmospheric flows over complex terrain, using OpenFOAM

The main purpose of this work was the development of procedures for the simulation of atmospheric ows over complex terrain, using OpenFOAM. For this aim, tools and procedures were developed apart from this code for the preprocessing and data extraction, which were thereafter applied in the simulation of a real case. For the generation of the computational domain, a systematic method able to translate the terrain elevation model to a native OpenFOAM format (blockMeshDict) was developed. The outcome was a structured mesh, in which the user has the ability to de ne the number of control volumes and its dimensions. With this procedure, the di culties of case set up and the high computation computational e ort reported in literature associated to the use of snappyHexMesh, the OpenFOAM resource explored until then for the accomplishment of this task, were considered to be overwhelmed. Developed procedures for the generation of boundary conditions allowed for the automatic creation of idealized inlet vertical pro les, de nition of wall functions boundary conditions and the calculation of internal eld rst guesses for the iterative solution process, having as input experimental data supplied by the user. The applicability of the generated boundary conditions was limited to the simulation of turbulent, steady-state, incompressible and neutrally strati ed atmospheric ows, always recurring to RaNS (Reynolds-averaged Navier-Stokes) models. For the modelling of terrain roughness, the developed procedure allowed to the user the de nition of idealized conditions, like an uniform aerodynamic roughness length or making its value variable as a function of topography characteristic values, or the using of real site data, and it was complemented by the development of techniques for the visual inspection of generated roughness maps. The absence and the non inclusion of a forest canopy model limited the applicability of this procedure to low aerodynamic roughness lengths. The developed tools and procedures were then applied in the simulation of a neutrally strati ed atmospheric ow over the Askervein hill. In the performed simulations was evaluated the solution sensibility to di erent convection schemes, mesh dimensions, ground roughness and formulations of the k - ε and k - ω models. When compared to experimental data, calculated values showed a good agreement of speed-up in hill top and lee side, with a relative error of less than 10% at a height of 10 m above ground level. Turbulent kinetic energy was considered to be well simulated in the hill windward and hill top, and grossly predicted in the lee side, where a zone of ow separation was also identi ed. Despite the need of more work to evaluate the importance of the downstream recirculation zone in the quality of gathered results, the agreement between the calculated and experimental values and the OpenFOAM sensibility to the tested parameters were considered to be generally in line with the simulations presented in the reviewed bibliographic sources.

Aplicação de métodos estocásticos na gestão de custos de construção de condutas de saneamento

O trabalho apresentado centra-se na determinação dos custos de construção de condutas de pequenos e médios diâmetros em Polietileno de Alta Densidade (PEAD) para saneamento básico, tendo como base a metodologia descrita no livro Custos de Construção e Exploração – Volume 9 da série Gestão de Sistemas de Saneamento Básico, de Lencastre et al. (1994). Esta metodologia descrita no livro já referenciado, nos procedimentos de gestão de obra, e para tal foram estimados custos unitários de diversos conjuntos de trabalhos. Conforme Lencastre et al (1994), “esses conjuntos são referentes a movimentos de terras, tubagens, acessórios e respetivos órgãos de manobra, pavimentações e estaleiro, estando englobado na parte do estaleiro trabalhos acessórios correspondentes à obra.” Os custos foram obtidos analisando vários orçamentos de obras de saneamento, resultantes de concursos públicos de empreitadas recentemente realizados. Com vista a tornar a utilização desta metodologia numa ferramenta eficaz, foram organizadas folhas de cálculo que possibilitam obter estimativas realistas dos custos de execução de determinada obra em fases anteriores ao desenvolvimento do projeto, designadamente numa fase de preparação do plano diretor de um sistema ou numa fase de elaboração de estudos de viabilidade económico-financeiros, isto é, mesmo antes de existir qualquer pré-dimensionamento dos elementos do sistema. Outra técnica implementada para avaliar os dados de entrada foi a “Análise Robusta de Dados”, Pestana (1992). Esta metodologia permitiu analisar os dados mais detalhadamente antes de se formularem hipóteses para desenvolverem a análise de risco. A ideia principal é o exame bastante flexível dos dados, frequentemente antes mesmo de os comparar a um modelo probabilístico. Assim, e para um largo conjunto de dados, esta técnica possibilitou analisar a disparidade dos valores encontrados para os diversos trabalhos referenciados anteriormente. Com os dados recolhidos, e após o seu tratamento, passou-se à aplicação de uma metodologia de Análise de Risco, através da Simulação de Monte Carlo. Esta análise de risco é feita com recurso a uma ferramenta informática da Palisade, o @Risk, disponível no Departamento de Engenharia Civil. Esta técnica de análise quantitativa de risco permite traduzir a incerteza dos dados de entrada, representada através de distribuições probabilísticas que o software disponibiliza. Assim, para por em prática esta metodologia, recorreu-se às folhas de cálculo que foram realizadas seguindo a abordagem proposta em Lencastre et al (1994). A elaboração e a análise dessas estimativas poderão conduzir à tomada de decisões sobre a viabilidade da ou das obras a realizar, nomeadamente no que diz respeito aos aspetos económicos, permitindo uma análise de decisão fundamentada quanto à realização dos investimentos.

Análise estocástica com recurso a ferramentas informáticas no planeamento de empreitadas de construção

O presente trabalho, desenvolvido sob a orientação do Prof. Jaime Gabriel Silva, centra-se na procura e aplicação de metodologias de planeamento com apoio de ferramentas informáticas de análise de risco, que permitem realizar, em tempo útil, o cálculo dos prazos resultantes de inúmeras combinações possíveis associadas à incerteza das durações das atividades, recorrendo a modelos estocásticos. O trabalho aborda inicialmente o contexto da Gestão na Construção, com particular enfase na Gestão do Risco. Nessa fase inicial, fez-se também um pequeno inquérito a profissionais com diferentes níveis de responsabilidade organizacional e empresas do setor. A parte fundamental do trabalho, incide nos procedimentos a adotar na elaboração do planeamento de empreitadas. Nesta parte do trabalho, introduzem-se os conceitos da análise de risco com recurso a uma ferramenta informática de apoio, o @Risk, que permite a utilização do Método de Monte Carlo, para obtenção de resultados num contexto de uma tomada de decisão baseada no risco. Refira-se que houve vários contactos com o fornecedor do programa, que permitiram tirar partido de outro programa da Palisade, Evolver, direcionado para otimização matemática, podendo ser utilizado, por exemplo, na perspetiva da minimização dos custos, o que pode interessar pela relação destes com as opções adotadas na elaboração do planeamento de empreendimentos. Finalmente, toma-se um exemplo real do planeamento de uma empreitada em execução à data da realização deste trabalho, onde se aplicaram os conceitos desenvolvidos no trabalho, confrontando os resultados com o andamento da obra.