Real-Time Simulation of Mobile and Industrial Machines Using the Multibody Simulation Approach

This thesis introduces a real-time simulation environment based on the multibody simulation approach. The environment consists of components that are used in conventional product development, including computer aided drawing, visualization, dynamic simulation and finite element software architecture, data transfer and haptics. These components are combined to perform as a coupled system on one platform. The environment is used to simulate mobile and industrial machines at different stages of a product life time. Consequently, the demands of the simulated scenarios vary. In this thesis, a real-time simulation environment based on the multibody approach is used to study a reel mechanism of a paper machine and a gantry crane. These case systems are used to demonstrate the usability of the real-time simulation environment for fault detection purposes and in the context of a training simulator. In order to describe the dynamical performance of a mobile or industrial machine, the nonlinear equations of motion must be defined. In this thesis, the dynamical behaviour of machines is modelled using the multibody simulation approach. A multibody system may consist of rigid and flexible bodies which are joined using kinematic joint constraints while force components are used to describe the actuators. The strength of multibody dynamics relies upon its ability to describe nonlinearities arising from wearing of the components, friction, large rotations or contact forces in a systematic manner. For this reason, the interfaces between subsystems such as mechanics, hydraulics and control systems of the mechatronic machine can be defined and analyzed in a straightforward manner.

Brain-Computer Interfaces, Virtual Reality, and Videogames

Major challenges must be tackled for brain-computer interfaces to mature into an established communications medium for VR applications, which will range from basic neuroscience studies to developing optimal peripherals and mental gamepads and more efficient brain-signal processing techniques.

Brain Computer Interface for Virtual Reality Control

A brain-computer interface (BCI) is a new communication channel between the human brain and a computer. Applications of BCI systems comprise the restoration of movements, communication and environmental control. In this study experiments were made that used the BCI system to control or to navigate in virtual environments (VE) just by thoughts. BCI experiments for navigation in VR were conducted so far with synchronous BCI and asynchronous BCI systems. The synchronous BCI analyzes the EEG patterns in a predefined time window and has 2 to 3 degrees of freedom.

Gestió de pressupostos per a la construcció

En els últims anys el sector de la construcció ha experimentat un creixement exponencial. Aquest creixement ha repercutit sobre molts aspectes: des de la necessitat de tenir més personal a les obres, la implantació d’unes oficines per a poder gestionar la compatibilitat i portar un control sobre les obres fins a la necessitat d’haver de disposar de programes informàtics específics que ajudin a realitzar la feina de la manera més còmode i àgil possible. El projecte que s’ha dut a terme consisteix a cobrir una d’aquestes necessitats, que és la de la gestió dels pressupostos en les diferents obres que els constructors realitzen. Utilitza la base de dades de l’ITEC (institut de Tecnologia de la Construcció de Catalunya) sobre la qual treballen la immensa majoria dels arquitectes quan dissenyen les obres, però també permet entrar les pròpies dades que el constructor vulgui. L’usuari de l’aplicació podrà fer pressupostos per obres de nova construcció, reformes ... agrupant cada una d’elles per capítols. Aquests capítols els podem entendre com les diferents fases a dur a terme, per exemple: la construcció dels fonaments, l’aixecament de les parets o fer la teulada. Dins dels capítols hi trobem les partides, que és un conjunt de materials i hores de feina i maquinària per a dur a terme una part de l’obra, com per exemple seria fer un envà de separació entre habitacions. En aquest cas hi tindríem els diferents materials que necessitaríem, totxanes, morter; les hores de manobre necessàries per aixecar-la, el transport de tot el material fins a l’obra... Tots aquests paràmetres (materials, hores, transport...) s’anomenen articles i van inclosos a dins de les partides. Aquesta aplicació està dissenyada per funcionar en un entorn client/servidor, utilitzant com a servidor un Linux OpenSuse 10.2 i com a clients estacions de treball amb Windows XP, tot i que també podríem utilitzar d’altres versions dels sistemes operatius de Microsoft. L’entorn de desenvolupament utilitzat és el del llenguatge FDS , el qual ja porta integrat un gestor de fitxers que és el que es farà servir.

Xarxa digital multimèdia de pantalles i kioscs interactius

Internet s’ha alçat en poc temps com el mitjà més utilitzat pels turistes per a planificar, organitzar i comprar un viatge, és per això que es proposa donar les mateixes facilitats en el destí. La Publicitat Dinàmica o “Digital Signage” és un nou servei de comunicació que consisteix en un conjunt de tecnologies i aplicacions informàtiques que permeten emetre missatges multimèdia i comunicar-se així d’una manera innovadora amb el públic objectiu de cada empresa, si s’afegeix un sistema independent, multimèdia i interactiu que pot utilitzar-se per a proporcionar informació i/o permetre la realització de transaccions es potencia al màxim el servei. D’aquesta manera es proposa crear una Xarxa Digital Multimèdia de Kioscs Interactius recolzats amb una pantalla de plasma per a la tecnologia Digital Signage. La ubicació escollida estratègicament és en un dels punts de major afluència turística, tal com l’entrada dels hotels. Així es tracta de crear circuits tancats en àrees geogràfiques on es troben els principals nuclis turístics de Mallorca. La possibilitat d’accedir a segments de població altament interessants per al producte o servei es multiplica al ser una manera fàcil, eficaç i altament suggestiva de promocionar el què es pretén. Un avantatge és la simplicitat de la infraestructura tecnològica que es necessita, el dispositiu mitjançant el qual es visualitzaran els missatges serà una pantalla de plasma convencional, i un terminal de punt de venda instal.lat en un lloc de pas. Cada mòdul està connectat a la xarxa ADSL mitjançant un servidor local a Internet. La connexió a la xarxa és imprescindible per a que el manteniment i actualització dels continguts es puguin efectuar remotament. L’objectiu principal d’aquest treball és estudiar la viabilitat de la implantació de la xarxa, mitjançant la realització d’un estudi de mercat on s’analitzen els grups claus per a la implantació: els hotelers, la indústria turística i el Govern Balear. S’identifiquen els beneficis que aportarà al nou servei i les repercussions que tendrà la seva instal.lació. Entre els resultats més destacats d’aquest estudi cal remarcar l’acceptació que ha tengut la idea entre els hotelers entrevistats i la resposta positiva de la indústria turística. Es reconeix: una millora de la imatge del sector, l’ús com a eina de promoció turística pel Govern, i la contribució a la sostenibilitat econòmica pel fet que augmenta la competitivitat de les empreses i això millora la qualitat del servei.

Estudi de software lliure en diferents entorns

El software lliure està tenint últimament un pes cada cop més important en les empreses, però encara és el gran desconegut per a molta gent. Des de la seva creació als anys 80 fins ara, hi ha hagut un creixement exponencial de software lliure de gran qualitat, oferint eines per a tot tipus de necessitats, eines ofimàtiques, gestors de correu, sistemes de fitxer, sistemes operatius…. Tot aquest moviment no ha passat desapercebut per a molts usuaris i empreses, que s’han aprofitat d’ell per cobrir les seves necessitats. Pel que fa a les empreses, cada cop n’hi ha més que en petita o gran mesura, utilitzen el software lliure, ja sigui per el seu menor cost d’adquisició, o bé per la seva gran fiabilitat o per que és fàcilment adaptable o per no establir cap lligam tecnològic, en definitiva per tenir més llibertat. En el moment de la creació d’una nova empresa, on es parteix de zero en tota la tecnologia informàtica, és el moment menys costòs d’implementar l’arquitectura informàtica amb software lliure, és quan l’impacte que té sobre l’empresa, usuaris i clients és menor. En les empreses que ja tenen un sistema informàtic, caldrà establir un pla de migració, ja sigui total o parcial. La finalitat d’aquest projecte no és la de dir quin software és millor que l’altre o de dir quin s’ha d’instal•lar, sinó el de donar a conèixer el món del software lliure, mostrar part d’aquest software, fer alguna comparativa de software lliure amb software propietari, donant idees i un conjunt de solucions per a empreses, per què una empresa pugui agafar idees d’implementació d’algunes de les solucions informàtiques exposades o seguir algun dels consells proposats. Actualment ja hi ha moltes empreses que utilitzen software lliure. Algunes només n’utilitzen una petita part en les seves instal•lacions, ja que el fet de que una empresa funcioni al 100% amb software lliure, tot i que n’hi comença ha haver, de moment ho considero una mica arriscat, però que en poc temps, aquest fet serà cada cop més habitual.

Disseny i implementació d'una web administrable pel sector del caravàning

Vivim en una era digital on cada vegada més les persones estem connectades a la xarxa, ja sigui a través del mòbil, ordinadors o altres dispositius. Actualment internet és un gran aparador i des de fa temps, les empreses han vist en aquest una manera de treure’n profit. És per això, junt amb el seu baix cost, que fa que qualsevol empresa disposi del seu propi espai a la xarxa. D’aquestes idees sorgeix el projecte de fer la web per AutoSuministres Motor. La principal funció de la web es donar-se a conèixer i ensenyar els seus productes, que en aquest cas, són autocaravanes i caravanes. Tot i així, la pàgina web contindrà un espai de reportatges on l’usuari podrà conèixer més a fons un model concret d’autocaravana o caravana i on també podrà demanar més informació mitjançant un formulari de contacte. Per tant, la pàgina web serà totalment administrable perquè els comercials puguin introduir els vehicles corresponents i l’usuari final pugui consultarlos correctament d’una manera fàcil i senzilla. Per tal de dur a terme aquesta web s’ha tingut en compte utilitzar eines de programació de distribució lliure com és el llenguatge PHP, la base de dades MySQL i jQuery.

Desenvolupament d'una aplicació per a la creació de pressupostos on-line

En aquests moments, el mercat no es troba en una bona situació, per aquest motiu les empreses han de buscar noves maneres de créixer, expandir-se i noves formes d’interactuar amb els clients. La idea original d’aquest projecte sorgeix de la necessitat de disposar d’una manera diferent de promocionar-se i oferir nous serveis a través d’internet mitjançant una pàgina web. Degut a la situació actual, el preu és un aspecte molt important i influent a l’hora de realitzar una obra. Per aquest motiu es va pensar que seria molt interessant que el client pogués demanar de forma fàcil i ràpida un pressupost, i a l’instant tingués un preu orientatiu del que li pot costar la obra. D’aquesta manera l’interessat s’estalvia i agilitza molts passos previs abans de començar una obra. Després d’analitzar quina era la millor manera de portar a terme el projecte informàtic, s’ha determinat que la pàgina web es desenvoluparà utilitzant els llenguatges HTML i PHP combinant-lo amb el framework CodeIgniter. El disseny de la web es realitzarà mitjançant fulles d’estil CSS conjuntament amb el framework BootStrap. Per realitzar l’aplicació web que realitza els pressupostos s’utilitzarà AJAX i jQuery perquè d’aquesta manera el procés sigui dinàmic. L’entorn de desenvolupament escollit és el NetBeans i per provar el projecte s’utilitza el XAMPP. Un usuari només necessitarà un navegador i connexió a internet per fer servir totes les funcions de la web. Podrà realitzar pressupostos, concertar visites, contactar i per suposat veure tota la part informativa de la pàgina

Study of ligand-based virtual screening tools in computer-aided drug design

Virtual screening is a central technique in drug discovery today. Millions of molecules can be tested in silico with the aim to only select the most promising and test them experimentally. The topic of this thesis is ligand-based virtual screening tools which take existing active molecules as starting point for finding new drug candidates. One goal of this thesis was to build a model that gives the probability that two molecules are biologically similar as function of one or more chemical similarity scores. Another important goal was to evaluate how well different ligand-based virtual screening tools are able to distinguish active molecules from inactives. One more criterion set for the virtual screening tools was their applicability in scaffold-hopping, i.e. finding new active chemotypes. In the first part of the work, a link was defined between the abstract chemical similarity score given by a screening tool and the probability that the two molecules are biologically similar. These results help to decide objectively which virtual screening hits to test experimentally. The work also resulted in a new type of data fusion method when using two or more tools. In the second part, five ligand-based virtual screening tools were evaluated and their performance was found to be generally poor. Three reasons for this were proposed: false negatives in the benchmark sets, active molecules that do not share the binding mode, and activity cliffs. In the third part of the study, a novel visualization and quantification method is presented for evaluation of the scaffold-hopping ability of virtual screening tools.

Improving the calculation of rate of stratification in APROS

APROS (Advanced Process Simulation Environment) is a computer simulation program developed to simulate thermal hydraulic processes in nuclear and conventional power plants. Earlier research at VTT Technological Research Centre of Finland had found the current version of APROS to produce inaccurate simulation results for a certain case of loop seal clearing. The objective of this Master’s thesis is to find and implement an alternative method for calculating the rate of stratification in APROS, which was found to be the reason for the inaccuracies. Brief literature study was performed and a promising candidate for the new method was found. The new method was implemented into APROS and tested against experiments and simulations from two test facilities and the current version of APROS. Simulation results with the new version were partially conflicting; in some cases the new method was more accurate than the current version, in some the current method was better. Overall, the new method can be assessed as an improvement.

New computer software for defining the three-dimensional geometry for a centrifu- gal compressor impeller

In this thesis, a computer software for defining the geometry for a centrifugal compressor impeller is designed and implemented. The project is done under the supervision of Laboratory of Fluid Dynamics in Lappeenranta University of Technology. This thesis is similar to the thesis written by Tomi Putus (2009) in which a centrifugal compressor impeller flow channel is researched and commonly used design practices are reviewed. Putus wrote a computer software which can be used to define impeller’s three-dimensional geometry based on the basic geometrical dimensions given by a preliminary design. The software designed in this thesis is almost similar but it uses a different programming language (C++) and a different way to define the shape of the impeller meridional projection.

Teaching mathematics and programming : new approaches with empirical evaluation

Programming and mathematics are core areas of computer science (CS) and consequently also important parts of CS education. Introductory instruction in these two topics is, however, not without problems. Studies show that CS students find programming difficult to learn and that teaching mathematical topics to CS novices is challenging. One reason for the latter is the disconnection between mathematics and programming found in many CS curricula, which results in students not seeing the relevance of the subject for their studies. In addition, reports indicate that students' mathematical capability and maturity levels are dropping. The challenges faced when teaching mathematics and programming at CS departments can also be traced back to gaps in students' prior education. In Finland the high school curriculum does not include CS as a subject; instead, focus is on learning to use the computer and its applications as tools. Similarly, many of the mathematics courses emphasize application of formulas, while logic, formalisms and proofs, which are important in CS, are avoided. Consequently, high school graduates are not well prepared for studies in CS. Motivated by these challenges, the goal of the present work is to describe new approaches to teaching mathematics and programming aimed at addressing these issues: Structured derivations is a logic-based approach to teaching mathematics, where formalisms and justifications are made explicit. The aim is to help students become better at communicating their reasoning using mathematical language and logical notation at the same time as they become more confident with formalisms. The Python programming language was originally designed with education in mind, and has a simple syntax compared to many other popular languages. The aim of using it in instruction is to address algorithms and their implementation in a way that allows focus to be put on learning algorithmic thinking and programming instead of on learning a complex syntax. Invariant based programming is a diagrammatic approach to developing programs that are correct by construction. The approach is based on elementary propositional and predicate logic, and makes explicit the underlying mathematical foundations of programming. The aim is also to show how mathematics in general, and logic in particular, can be used to create better programs.

One reason, several logics

Humans have used arguments for defending or refuting statements long before the creation of logic as a specialized discipline. This can be interpreted as the fact that an intuitive notion of "logical consequence" or a psychic disposition to articulate reasoning according to this pattern is present in common sense, and logic simply aims at describing and codifying the features of this spontaneous capacity of human reason. It is well known, however, that several arguments easily accepted by common sense are actually "logical fallacies", and this indicates that logic is not just a descriptive, but also a prescriptive or normative enterprise, in which the notion of logical consequence is defined in a precise way and then certain rules are established in order to maintain the discourse in keeping with this notion. Yet in the justification of the correctness and adequacy of these rules commonsense reasoning must necessarily be used, and in such a way its foundational role is recognized. Moreover, it remains also true that several branches and forms of logic have been elaborated precisely in order to reflect the structural features of correct argument used in different fields of human reasoning and yet insufficiently mirrored by the most familiar logical formalisms.

MODELING A COMPUTER APPLICATION FOR MANAGEMENT OF MAINTENANCE ACTIVITIES OF UNPAVED ROADS

ABSTRACTThis study presents a contribution to the modeling of a computer application employing a method of serviceability performance for unpaved roads, aiming the management of maintenance/restoration activities of the primary surface layer. The proposed methodology consisted of field inspections during dry (April to September) and rainy (October to March) periods, during which objective evaluations were performed to survey of defects and their densities and degrees of severity. To aid the functional classification of analyzed road sections and the determination of the defect with major influence on the serviceability of these roads, the method of serviceability performance proposed by Silva (2009)was implemented in the Visual Basic for Applications (VBA) language in Microsoft Excel software. With the use of the computer application proposed it was possible to identify among the defects analyzed in field, through the index of serviceability of the sampling unit per defect type (ISUdef), which one had the greatest influence on determining the relative serviceability index per road section (IST). The results allow us to conclude that the computer application Road achieved satisfactory results, since the objective evaluation criteria applied to road sections denotes consistency regarding their serviceability.