Sähkömoottoriprototyypin mekaniikkasuunnittelu järjestelmällisen tuotesuunnittelun avulla

Työn tavoitteena oli suunnitella sähkömoottoriprototyyppi, joka soveltuu hybridiajoneuvon ajomoottoriksi. Mekaniikkasuunnittelu toteutettiin samanaikaisesti sähkösuunnittelun kanssa ja siinä käytettiin yleisesti käytössä olevaa järjestelmällistä tuotesuunnittelua. Järjestelmällinen tuotesuunnittelu soveltuu laajoihin suunnitteluprojekteihin, sillä sen avulla suunnitteluprosessi on jaoteltu useampiin pieniin askeliin. Työssä esitetään sähkömoottorin yleistä toimintaperiaatetta sekä niitä sähköteknisiä erityispiirteitä, joita mekaniikkasuunnittelussa tulee ottaa huomioon. Työn tuloksissa käytiin yksityiskohtaisesti läpi roottorin suunnittelu. Muille komponenteille käytettiin samaa järjestelmällistä tuotesuunnittelua mutta niitä ei esitetä yksityiskohtaisesti tässä työssä. Kokonaisuudessaan sähkömoottorista saatiin suunniteltua ratkaisuehdotus, joka täyttää halutut vaatimukset. Lisäksi työssä kerättiin kattava lista standardeista, jotka tukevat sähkömoottorin suunnittelua. Järjestelmällisen tuotesuunnittelun todettiin soveltuvan sähkömoottorin suunnitteluun hyvin ja saatua ratkaisuehdotusta voidaan pitää toimivana. Moottori suunnitelmasta valmistetaan ensimmäinen prototyyppi keväällä 2012. Prototyyppiä voidaan kehittää suunnittelemalla siitä paremmin sarjatuotantoon soveltuva malli esimerkiksi vähentämällä koneistettavien osien määrää ja korvaamalla ne valukappaleilla.

Kantavan modulaarisen kehikkorakenteen suunnittelu optimoiduksi tuotteeksi

Diplomityössä tavoitteena oli suunnitella kantava modulaarinen kehikkorakenne, joka soveltuu käytettäväksi erilaisissa tasoratkaisuissa. Suunnittelumetodina käytettiin järjestelmällistä tuotesuunnittelua. Rakenteen tuli olla modulaarinen, valmistettavissa laserleikkaamalla ja toteutettu ruuviliitoksilla. Lisäksi kehikkorakenteen suunnittelussa pyrittiin optimaalisimpaan ratkaisuun niin teknisen kuin taloudellisenkin toteutuksen kannalta. Premekon Oy investoi vuonna 2009 laserleikkuukeskukseen, jossa pystytään leikkaamaan levyjä ja palkkeja. Yhdessä oikeanlaisen tuotesuunnittelun kanssa laserleikkuukeskuksella pystytään valmistamaan tuotteita suurella tuotantotehokkuudella. Kantavan modulaarisen kehikkorakenteen kehittäminen mahdollisti laserleikkuun aiempaa tehokkaamman hyödyntämisen. Työssä tarkasteltiin yksityiskohtaisemmin erilaisten profiilien soveltuvuutta laserleikattavaksi, osien muotoilua, liitosten yhteensopivuutta ja lujuutta.

On Energy Efficient Computing Platforms

In accordance with the Moore's law, the increasing number of on-chip integrated transistors has enabled modern computing platforms with not only higher processing power but also more affordable prices. As a result, these platforms, including portable devices, work stations and data centres, are becoming an inevitable part of the human society. However, with the demand for portability and raising cost of power, energy efficiency has emerged to be a major concern for modern computing platforms. As the complexity of on-chip systems increases, Network-on-Chip (NoC) has been proved as an efficient communication architecture which can further improve system performances and scalability while reducing the design cost. Therefore, in this thesis, we study and propose energy optimization approaches based on NoC architecture, with special focuses on the following aspects. As the architectural trend of future computing platforms, 3D systems have many bene ts including higher integration density, smaller footprint, heterogeneous integration, etc. Moreover, 3D technology can signi cantly improve the network communication and effectively avoid long wirings, and therefore, provide higher system performance and energy efficiency. With the dynamic nature of on-chip communication in large scale NoC based systems, run-time system optimization is of crucial importance in order to achieve higher system reliability and essentially energy efficiency. In this thesis, we propose an agent based system design approach where agents are on-chip components which monitor and control system parameters such as supply voltage, operating frequency, etc. With this approach, we have analysed the implementation alternatives for dynamic voltage and frequency scaling and power gating techniques at different granularity, which reduce both dynamic and leakage energy consumption. Topologies, being one of the key factors for NoCs, are also explored for energy saving purpose. A Honeycomb NoC architecture is proposed in this thesis with turn-model based deadlock-free routing algorithms. Our analysis and simulation based evaluation show that Honeycomb NoCs outperform their Mesh based counterparts in terms of network cost, system performance as well as energy efficiency.

A Model-Based Development and Verification Framework for Distributed System-on-Chip Architecture

The capabilities and thus, design complexity of VLSI-based embedded systems have increased tremendously in recent years, riding the wave of Moore’s law. The time-to-market requirements are also shrinking, imposing challenges to the designers, which in turn, seek to adopt new design methods to increase their productivity. As an answer to these new pressures, modern day systems have moved towards on-chip multiprocessing technologies. New architectures have emerged in on-chip multiprocessing in order to utilize the tremendous advances of fabrication technology. Platform-based design is a possible solution in addressing these challenges. The principle behind the approach is to separate the functionality of an application from the organization and communication architecture of hardware platform at several levels of abstraction. The existing design methodologies pertaining to platform-based design approach don’t provide full automation at every level of the design processes, and sometimes, the co-design of platform-based systems lead to sub-optimal systems. In addition, the design productivity gap in multiprocessor systems remain a key challenge due to existing design methodologies. This thesis addresses the aforementioned challenges and discusses the creation of a development framework for a platform-based system design, in the context of the SegBus platform - a distributed communication architecture. This research aims to provide automated procedures for platform design and application mapping. Structural verification support is also featured thus ensuring correct-by-design platforms. The solution is based on a model-based process. Both the platform and the application are modeled using the Unified Modeling Language. This thesis develops a Domain Specific Language to support platform modeling based on a corresponding UML profile. Object Constraint Language constraints are used to support structurally correct platform construction. An emulator is thus introduced to allow as much as possible accurate performance estimation of the solution, at high abstraction levels. VHDL code is automatically generated, in the form of “snippets” to be employed in the arbiter modules of the platform, as required by the application. The resulting framework is applied in building an actual design solution for an MP3 stereo audio decoder application.

User Experience of Geocaching and Its Application to Tourism and Education

Advances in technology have provided new ways of using entertainment and game technology to foster human interaction. Games and playing with games have always been an important part of people’s everyday lives. Traditionally, human-computer interaction (HCI) research was seen as a psychological cognitive science focused on human factors, with engineering sciences as the computer science part of it. Although cognitive science has made significant progress over the past decade, the influence of people’s emotions on design networks is increasingly important, especially when the primary goal is to challenge and entertain users (Norman 2002). Game developers have explored the key issues in game design and identified that the driving force in the success of games is user experience. User-centered design integrates knowledge of users’ activity practices, needs, and preferences into the design process. Geocaching is a location-based treasure hunt game created by a community of players. Players use GPS (Global Position System) technology to find “treasures” and create their own geocaches; the game can be developed when the players invent caches and used more imagination to creations the caches. This doctoral dissertation explores user experience of geocaching and its applications in tourism and education. Globally, based on the Geocaching.com webpage, geocaching has been played about 180 countries and there are more than 10 million registered geocachers worldwide (Geocaching.com, 25.11.2014). This dissertation develops and presents an interaction model called the GameFlow Experience model that can be used to support the design of treasure hunt applications in tourism and education contexts. The GameFlow Model presents and clarifies various experiences; it provides such experiences in a real-life context, offers desirable design targets to be utilized in service design, and offers a perspective to consider when evaluating the success of adventure game concepts. User-centered game designs have adapted to human factor research in mainstream computing science. For many years, the user-centered design approach has been the most important research field in software development. Research has been focusing on user-centered design in software development such as office programs, but the same ideas and theories that will reflect the needs of a user-centered research are now also being applied to game design (Charles et al. 2005.) For several years, we have seen a growing interest in user experience design. Digital games are experience providers, and game developers need tools to better understand the user experience related to products and services they have created. This thesis aims to present what the user experience is in geocaching and treasure hunt games and how it can be used to develop new concepts for the treasure hunt. Engineers, designers, and researchers should have a clear understanding of what user experience is, what its parts are, and most importantly, how we can influence user satisfaction. In addition, we need to understand how users interact with electronic products and people, and how different elements synergize their experiences. This doctoral dissertation represents pioneering work on the user experience of geocaching and treasure hunt games in the context of tourism and education. The research also provides a model for game developers who are planning treasure hunt concepts.

Sensory acceptability and physical stability evaluation of a prebiotic soy-based dessert developed with passion fruit juice

The aim of this study was to use a factorial design approach for developing a palatable and stable soy-based dessert with the addition of Soy Protein (SP), oligofructose, and Passion Fruit Juice (PFJ). Panelists (n = 50) used a seven-point hedonic scale to assess the overall liking, degree of liking of creaminess, taste, and color of the desserts. In addition, the samples were submitted to a preference ranking test in order to evaluate the products' preference. Water Holding Capacity (WHC) and backscattering (BS) measures were also determined to assess the physical stability of the trials. Sample F3 (35% PFJ and 2% SP) was the only one that presented a WHC index of 94.8%; moreover, none of the developed samples had synerisis after 72 hours of storage indicating adequate physical stability of the emulsion process. Samples F2 (25% PFJ, and 3.0% SP), F4 (35% PFJ, and 3.0% SP), and F5 (30% PFJ, and 2.5% SP) presented mean hedonic scores above 'slightly liked' for all sensory attributes. The acceptance index of samples varied from 62.50 to 88% showing the great sensory potential of such products.

Virtuaalisen oppimisympäristön funktionaalisen käyttöliittymätestauksen automatisointi

Tämän tutkimuksen kohteena on Turun yliopistossa kehitetyn www-pohjaisen ViLLE-oppimisjärjestelmän funktionaalisen käyttöliittymätestauksen automatisointityö. Tutkimusta varten olen kerännyt kattavasti aineistoa aihetta käsittelevästä yleisestä kirjallisuudesta ja artikkeleista sekä toteutuksen kannalta spesifistä tietoa tarjoavista Internet-lähteistä. Tutkimuksessa olen tehnyt myös pienehkön määrän testausalan asiantuntijahaastatteluja. Tutkimuksen empiirisessä osuudessa olen valinnut testaukseen käytettävän testaustyökalun sekä toteuttanut valitulla testaustyökalulla ViLLE-oppimisjärjestelmän testauksen automatisointityön soveltamalla käytäntöön tutkimuksen teoriaosuudessa esitettyä tietoa hyvistä käytänteistä funktionaalisen käyttöliittymätestauksen automatisoinnissa. Tutkimuksen toteutuksessa olen käyttänyt kvalitatiivista tutkimusmenetelmää. Tutkimuksen empiirisen osuuden pohjalta kerätyn havaintoaineiston perusteella olen selvittänyt vastaukset seuraaviin tutkimuksessa esitettyihin tutkimuskysymyksiin: • Miten käytetty testaustyökalu on valittu ja mitkä olivat valintaan vaikuttaneet tärkeimmät kriteerit? • Miten käytetty testaustyökalu soveltuu ViLLE-oppimisjärjestelmän funktionaalisen käyttöliittymätestauksen automatisointiin? • Millä eri tavoin käytäntöön viety hyvien testiautomaation laatimistapojen mukainen toteutus vaikuttaa nyt laadittuun testiautomaatioon? • Esiintyikö toteutetussa testiautomaatiossa tutkimuksen teoreettisessa viitekehyksessä kuvattuja funktionaalisen käyttöliittymätestauksen automatisoinnille tyypillisiä ongelmia ja miten ongelmat saatiin ratkaistua? Tutkimuksen tulokset osoittavat melko selvästi, että ViLLE-oppimisympäristön funktionaalisen käyttöliittymätestauksen automatisointityön toteutukseen valittu Vaadin TestBench -testaustyökalu, joka on valittu tutkimuksen alkuvaiheessa suoritetun evaluoinnin perusteella, soveltuu käyttötarkoitukseensa hyvin. Lisäksi pystyin luotettavasti havainnoimaan, että testiautomaation ylläpidon tarve sekä testien laatimiseen kuluva aika vähenevät merkittävästi, kun testit laaditaan heti alusta lähtien rakenteeltaan modulaariseksi sekä tietyin teknisin keinoin mahdollisimman vähän käyttöliittymän rakennetta huomioonottavaksi. Ongelmia testiautomaation laatimisessa voivat aiheuttaa käytetty työkalu itsessään, testattavan järjestelmän toteutus sekä testien suoritusympäristö. Huolimatta kirjallisuuskatsauksen perusteella tehdystä varautumisesta tyypillisiin testiautomaation laatimisessa esiintyviin ongelmiin, myös joitakin sellaisia ongelmia esiintyi, joihin en ollut osannut varautua. Mahdollisiin ongelmiin etukäteen varautuminen kuitenkin selvästi auttoi suurimpaan osaan testiautomaation laatimisessa esiintyneistä ongelmista.

Sermons In Stones. Argument And Artefact For Sustainability

The focus of the study is on the values, priorities and arguments needed to advance ‘design for sustainability’. The discussion critiques conventions related to innovation and technology and offers a product design approach that emphasises minimal intervention, integrated thinking-and-doing, reinstating the familiar, localization and the particularities of place. These interdependent themes are discussed in terms of their relationship to design for sustainability and are clarified through the conceptualization, design, production and use of a simple functional object that is, essentially, a ‘symbolic sustainable artefact’. Although it is fully functional, its practical usefulness in contemporary society would probably be seen as marginal. Its potential contribution is as a symbol of an alternative direction. It asks us to consider aspects of our humanity that are beyond instrumental approaches. It challenges sustainable initiatives that become so caught up in practical and environmental concerns that they fail to question the underlying values, priorities and social drivers which affect how we act in the world; those behaviours and norms that have created the very problems we are so urgently trying to tackle. The discussion is accompanied by a parallel series of photographs that document the relationship between argument, locale and the creation of the conceptual artefact. These photographs convey some of the qualitative differences between the place of much contemporary artefact acquisition, i.e. the shopping mall, and the particular locale that yielded the artefact created during this study; they are also useful in conveying the potential relationship that exist between place and the aesthetics of functional objects.

Le poteau d’utilité publique, icône d’un autre siècle?

Le réseau de distribution aérien, ou plus simplement le réseau de poteaux de bois et ses câbles, est encore aujourd’hui omniprésent dans la majorité des villes du Québec. Pour plusieurs, le réseau de poteaux d’utilité publique semble appartenir à une autre époque. Pourtant, les poteaux et câbles ne sont pas près de disparaître, au contraire, ils ne cessent de se transformer. Depuis peu, de plus en plus d’équipements s’ajoutent sur le réseau: boîtiers techniques, nombre de câbles, appareillages au sommet des poteaux, antennes de communication, etc. Bien que les équipements du réseau de distribution aérien soient des éléments produits industriellement, ceux-ci intègrent rarement les services du design industriel au moment de leur conception initiale. Cette recherche étudie le système de distribution aérien sous l’angle de la « pensée design ». L’intention de cette étude est d’analyser les impacts de la présence du réseau aérien en milieux urbains et a pour objectif d’orienter les pratiques de conception de ce type d’équipements. Pour ce faire, dans une optique transdisciplinaire, diverses approches ont été sollicitées dont: l’approche systémique, l’approche paysage et les approches des partenaires des réseaux. Au moyen d’une recherche documentaire et d’observations faites sur le terrain, la recherche vise à dresser un portrait général du réseau de distribution aérien et les défis qui y sont associés. La recherche expose, dans un état des lieux, les résultats issus des questions analytiques de recherche suivantes: de quoi est composé le réseau de distribution aérien, quels sont les intervenants sur le réseau, quelles sont leurs interactions, quels sont les points de vue des différentes catégories d’acteurs en relation avec le réseau, quels sont les impacts reliés à la présence du réseau en milieux urbains et quelle a été son évolution au fil des années. Dans la perspective de l’approche design, chercher à comprendre une problématique de façon plus large permet de s’assurer que l’on répond au bon problème, que l’on considère tous les facteurs en cause visant ainsi à réduire les répercussions négatives sur les contextes de vie actuels et futurs. Les principaux constats de cette recherche démontrent que la composition du réseau de distribution, avant même de considérer les nouveaux usages et l’ajout de nouveaux équipements, présente des lacunes importantes. La gestion entre les divers partenaires du réseau de distribution pose aussi problème. L’ajout de nouveaux équipements sur le réseau, combiné aux multiples équipements apparaissant sur les voies publiques laisse entrevoir l’atteinte d’un niveau de saturation des milieux urbains. Les façons de faire hermétiques et «cristallisées» des partenaires du réseau ne collent pas avec les initiatives et aspirations générales en matière d’aménagement. En étudiant la problématique du réseau de distribution par le biais de la pensée design, l’approche design cherche à déceler, de façon proactive, les opportunités de design qui permettront de mieux gérer l’apparition et l’intégration des nouveaux équipements sur les poteaux. Cette démarche permet d’envisager des solutions qui visent à limiter les répercussions collatérales une fois en contexte et qui, du même coup, adressent des problématiques connexes. Finalement, à la lumière de l’état des lieux, cette recherche propose des critères de conception de futurs réseaux de distribution, élaborés dans l’esprit de l’approche design.

Modèle novateur de conception d’interface humain-ordinateur centrée sur l’utilisateur : le designer en tant que médiateur

Cette recherche porte sur des questions relatives à la conception des interfaces humain-ordinateur. Elle s’inscrit dans le courant des recherches sur l’utilisabilité et elle s’intéresse particulièrement aux approches centrées sur l’utilisateur. Nous avons été très souvent témoin des difficultés éprouvées par les utilisateurs dans l’usage de certaines interfaces interactives et nous considérons que ces difficultés découlent d’un problème de design. Le design d’interface doit être basé sur les besoins de l’utilisateur dans le cadre de ses activités, dont les caractéristiques devaient être bien comprises et bien prises en considération pour mener à la conception d’interfaces qui respectent les critères d’utilisabilité. De plus, la communauté des chercheurs ainsi que l’industrie admettent maintenant que pour améliorer le design, il est crucial de développer les interfaces humain-ordinateur au sein d’une équipe multidisciplinaire. Malgré les avancées significatives dans le domaine du design centrées sur l’utilisateur, les visées annoncées sont rarement réalisées. La problématique étudiée nous a conduit à poser la question suivante : En tant que designer d’une équipe multidisciplinaire de conception, comment modifier la dynamique de collaboration et créer les conditions d’une conception véritablement centrée sur l’interaction humain-ordinateur ? Notre démarche de recherche a été guidée par l’hypothèse voulant que l’activité de design puisse être le moyen de faciliter la création d’un langage commun, des échanges constructifs entre les disciplines, et une réflexion commune centrée sur l’utilisateur. La formulation de cette hypothèse nous a mené à réfléchir sur le rôle du designer. Pour mener cette recherche, nous avons adopté une méthodologie mixte. Dans un premier temps, nous avons utilisé une approche de recherche par projet (recherche-projet) et notre fonction était celle de designer-chercheur. La recherche-projet est particulièrement appropriée pour les recherches en design. Elle privilégie les méthodes qualitatives et interprétatives ; elle étudie la situation dans sa complexité et de façon engagée. Nous avons effectué trois études de cas successives. L’objectif de la première étude était d’observer notre propre rôle et nos interactions avec les autres membres de l’équipe de projet pendant le processus de design. Dans la seconde étude, notre attention a été portée sur les interactions et la collaboration de l’équipe. Nous avons utilisé le processus de design comme méthode pour la construction d’un langage commun entre les intervenants, pour enrichir les réflexions et pour favoriser leur collaboration menant à redéfinir les objectifs du projet. Les limites de ces deux cas nous ont conduit à une intervention différente que nous avons mise en œuvre dans la troisième étude de cas. Cette intervention est constituée par la mise en place d’un atelier intensif de conception où les intervenants au projet se sont engagés à développer une attitude interdisciplinaire permettant la copratique réflexive pour atteindre les objectifs d’un projet de construction d’un site web complexe centré sur l’utilisateur. L’analyse et l’interprétation des données collectées de ces trois études de cas nous ont conduit à créer un modèle théorique de conception d’interface humain-ordinateur. Ce modèle qui informe et structure le processus de design impliquant une équipe multidisciplinaire a pour objectif d’améliorer l’approche centrée sur l’utilisateur. Dans le cadre de ce modèle, le designer endosse le rôle de médiateur en assurant l’efficacité de la collaboration de l’équipe. Dans un deuxième temps, afin de valider le modèle et éventuellement le perfectionner, nous avons utilisé une approche ethnographique comportant des entrevues avec trois experts dans le domaine. Les données des entrevues confirment la validité du modèle ainsi que son potentiel de transférabilité à d’autres contextes. L’application de ce modèle de conception permet d’obtenir des résultats plus performants, plus durables, et dans un délai plus court.

Les coulisses de la Toile : étude sur les demarches de conception de sites web

À l’ère du web 2.0, l’usage des sites web se multiplie et génère de nouveaux enjeux. La satisfaction en rapport à l’interactivité, facteur d’efficacité des sites, détermine la popularité, et donc la visibilité de ceux-ci sur la Toile. Par conséquent, dans cette étude, nous considérons que les utilisateurs ont un rôle à jouer lors du processus de conception de ces derniers. Certes, autant en théorie que dans la pratique, les concepteurs semblent bel et bien tenir compte des utilisateurs; toutefois, ils ne les intègrent pas comme participants actifs dans leurs démarches. Cette étude vise au moyen d’une recherche documentaire et d’observations sur le terrain à comprendre les principales catégories et morphologies des sites web ainsi que les usages qui en découlent. Une analyse des diverses démarches de conception et des perceptions et attentes des internautes est réalisée sur la base de ces résultats. Pour répondre à ces objectifs, cette analyse cible deux catégories de sites réalisés par des professionnels et par des amateurs. Celle-ci nous permet de démontrer que les résultats de chacune de ces démarches, exprimés à travers les interfaces graphiques des sites, diffèrent au niveau de la qualité perceptible. Cette étude souligne également l’importance d’un traitement efficace de la communication graphique des éléments des sites web, afin de structurer la lecture et transmettre au final un message clair et compréhensible aux internautes. Dans le but consolider nos propositions, nous faisons référence à deux théories de communication graphique, la Gestalt et la sémiotique, l’une s’intéressant à la perception visuelle, l’autre à l’interprétation des signes. Celles-ci se sont révélées pertinentes pour analyser la qualité et l’efficacité des éléments de contenus. Notre étude révèle que les participants ne sont pas satisfaits des deux sites testés car l’utilisabilité du site conçu par des professionnels est trop complexe et l’interface du site conçu par un amateur manque de professionnalisme et de cohérence. Ces résultats soulignent la pertinence d’une approche centrée sur l’utilisateur pour la conception de sites web, car elle permet d’identifier et de résoudre des erreurs de conception. Nos résultats permettent également de souligner que les professionnels ayant un savoir technique et théorique se démarquent des amateurs au niveau des intervenants, des outils et des limites. Des pistes de solution, via des critères de design centré sur l’utilisateur, sont proposées à la fin de cette étude dans le but d’optimiser la qualité et l’efficacité des interfaces graphiques web.

Evolving Distributed Algorithms with Genetic Programming

Distributed systems are one of the most vital components of the economy. The most prominent example is probably the internet, a constituent element of our knowledge society. During the recent years, the number of novel network types has steadily increased. Amongst others, sensor networks, distributed systems composed of tiny computational devices with scarce resources, have emerged. The further development and heterogeneous connection of such systems imposes new requirements on the software development process. Mobile and wireless networks, for instance, have to organize themselves autonomously and must be able to react to changes in the environment and to failing nodes alike. Researching new approaches for the design of distributed algorithms may lead to methods with which these requirements can be met efficiently. In this thesis, one such method is developed, tested, and discussed in respect of its practical utility. Our new design approach for distributed algorithms is based on Genetic Programming, a member of the family of evolutionary algorithms. Evolutionary algorithms are metaheuristic optimization methods which copy principles from natural evolution. They use a population of solution candidates which they try to refine step by step in order to attain optimal values for predefined objective functions. The synthesis of an algorithm with our approach starts with an analysis step in which the wanted global behavior of the distributed system is specified. From this specification, objective functions are derived which steer a Genetic Programming process where the solution candidates are distributed programs. The objective functions rate how close these programs approximate the goal behavior in multiple randomized network simulations. The evolutionary process step by step selects the most promising solution candidates and modifies and combines them with mutation and crossover operators. This way, a description of the global behavior of a distributed system is translated automatically to programs which, if executed locally on the nodes of the system, exhibit this behavior. In our work, we test six different ways for representing distributed programs, comprising adaptations and extensions of well-known Genetic Programming methods (SGP, eSGP, and LGP), one bio-inspired approach (Fraglets), and two new program representations called Rule-based Genetic Programming (RBGP, eRBGP) designed by us. We breed programs in these representations for three well-known example problems in distributed systems: election algorithms, the distributed mutual exclusion at a critical section, and the distributed computation of the greatest common divisor of a set of numbers. Synthesizing distributed programs the evolutionary way does not necessarily lead to the envisaged results. In a detailed analysis, we discuss the problematic features which make this form of Genetic Programming particularly hard. The two Rule-based Genetic Programming approaches have been developed especially in order to mitigate these difficulties. In our experiments, at least one of them (eRBGP) turned out to be a very efficient approach and in most cases, was superior to the other representations.

A study on effect of built forms on urban wind environment by using CFD simulations

This paper presents a numerical study of urban air-flow for a group of five buildings that is located at the University of Reading in the United Kingdom. The airflow around these buildings has been simulated by using ANSYS CFD software package. In this study, the association between certain architectural forms: a street canyon, a semi-closure, and a courtyard-like space in a low-rise building complex, and the wind environment were investigated. The analysis of CFD results has provided detailed information on the wind patterns of these urban built forms. The numerical results have been compared with the experimental measurements within the building complex. The observed characteristics of urban wind pattern with respect to the built structures are presented as a guideline. This information is needed for the design and/or performance assessments of systems such as passive and low energy design approach, a natural or hybrid ventilation, and passive cooling. Also, the knowledge of urban wind patterns allows us to develop better design options for the application of renewable energy technologies within urban environment.

Modal coupling in linear control systems using robust eigenstructure assignment

Eigenvalue assignment methods are used widely in the design of control and state-estimation systems. The corresponding eigenvectors can be selected to ensure robustness. For specific applications, eigenstructure assignment can also be applied to achieve more general performance criteria. In this paper a new output feedback design approach using robust eigenstructure assignment to achieve prescribed mode input and output coupling is described. A minimisation technique is developed to improve both the mode coupling and the robustness of the system, whilst allowing the precision of the eigenvalue placement to be relaxed. An application to the design of an automatic flight control system is demonstrated.

Geotechnical systems that evolve with ecological processes

Geotechnical systems, such as landfills, mine tailings storage facilities (TSFs), slopes, and levees, are required to perform safely throughout their service life, which can span from decades for levees to “in perpetuity” for TSFs. The conventional design practice by geotechnical engineers for these systems utilizes the as-built material properties to predict its performance throughout the required service life. The implicit assumption in this design methodology is that the soil properties are stable through time. This is counter to long-term field observations of these systems, particularly where ecological processes such as plant, animal, biological, and geochemical activity are present. Plant roots can densify soil and/or increase hydraulic conductivity, burrowing animals can increase seepage, biological activity can strengthen soil, geochemical processes can increase stiffness, etc. The engineering soil properties naturally change as a stable ecological system is gradually established following initial construction, and these changes alter system performance. This paper presents an integrated perspective and new approach to this issue, considering ecological, geotechnical, and mining demands and constraints. A series of data sets and case histories are utilized to examine these issues and to propose a more integrated design approach, and consideration is given to future opportunities to manage engineered landscapes as ecological systems. We conclude that soil scientists and restoration ecologists must be engaged in initial project design and geotechnical engineers must be active in long-term management during the facility’s service life. For near-surface geotechnical structures in particular, this requires an interdisciplinary perspective and the embracing of soil as a living ecological system rather than an inert construction material.