En simulator ger inte bara möjligheten att efterlikna verkligheten, den kan också förbättra och förstärka viktig information för den som tränar. Inom medicinsk simulatorutveckling är strävan efter att efterlikna verkligheten till fullo mycket stark och de möjligheter tekniken ger har i stort förbisetts. I denna studie lades fokus på de två förbisedda områdena pedagogisk förstärkning och spatial kognition. I en experimentell studie undersöktes effekter av införandet av ett visuellt pedagogiskt verktyg (förstärkande hjälplinjer) under träning i en vr-simulator för ortopedisk kirurgi. De erhållna resultaten sattes också i relation till deltagarnas spatiala förmåga. 24 läkarstudenter genomgick en timmes introduktion och träning följt av eftertest både direkt efter träning och en respektive två veckor efter träning. Resultaten i simulatorn gavs genom en objektiv automatgenererad medicinsk poäng, samt även genom tid, millimeter fel och självskattning av prestation. Studenternas spatial-kognitiva förmågor mättes genom två generella intelligenstest. Resultaten visar på positiva effekter på operationspoäng tack vare hjälplinjerna. De som tränar med hjälplinjer presterar lika bra vid alla tillfällen, medan de som tränar utan hjälplinjer har en signifikant försämring över tid. Sambanden mellan poäng, tid och spatial-kognitiva förmågor är över lag stora. Implikationerna av studien är att det är kan vara tillrådigt att inkludera pedagogiska hjälpmedel för att öka förståelsen och accelerera inlärningen vid träning i en medicinsk simulator, samt att ifrågasätta de metoder där enbart ett eftertest används för kontroll av inlärning. De i studien tydliga sambanden mellan spatial förmåga och inlärningseffekt vid simulatorträning pekar på att detta är ett område relevant för ytterligare forskning.

Avgasmängden som bensindrivna fordon tillåts släppa ut minskas hela tiden. Ett sätt att möta framtida krav, är att förbättra katalysatorns effektivitet. För att göra detta kan luft-bränsle-förhållandet regleras med avseende på syrelagringen i katalysatorn, istället för som idag, reglera mot stökiometriskt blandningsförhållande. Eftersom syrelagringen inte går att mäta med en givare behövs en modell som beskriver katalysatorns dynamiska egenskaper. Tre sådana modeller har undersökts, utvärderats och jämförts. Två av modellerna har implementerats i Matlab/Simulink och anpassats till mätningar från en experimentuppställning. För att kunna observera syrelagringen online valdes slutligen en av modellerna ut, och implementerades i ett Extended Kalman filter. Ytterligare arbete behöver läggas ner på den mest lovande modellen, och detsamma gäller för Kalmanfiltret, men på sikt förväntas resultaten kunna bli bra. / The legal amount of emissions that vehicles with spark ignited engines are allowed to produce are steadily reduced over time. To meet future emission requirements it is desirable to make the catalytic converter work in a more efficient way. One way to do this is to control the air-fuel-ratio according to the oxygen storage level in the converter, instead of, as is done today, always trying to keep it close to stoichiometric. The oxygen storage level cannot be measured by a sensor. Hence, a model describing the dynamic behaviors of the converter is needed to observe this level. Three such models have been examined, validated, and compared. Two of these models have been implemented in Matlab/Simulink and adapted to measurements from an experimental setup. Finally, one of the models was chosen to be incorporated in an extended Kalman filter (EKF), in order to make it possible to observe the oxygen storage level online. The model that shows best potential needs further work, and the EKF is working with flaws, but overall the results are promising.

Wind power is an established mean of clean energy production and the modern horizontal axis wind turbine has become a common sight. The need for maintenance is high and future wind turbines may need to be improved to enable more remote and offshore locations. Vertical axis wind turbines have possible benefits, such as higher reliability, less noise and lower centre of gravity. This thesis focuses on electromechanical interaction in the straight bladed Darrieus rotor (H-rotor) concept studied at Uppsala University. One of the challenges with vertical axis technology is the oscillating aerodynamic forces. A force measurement setup has been implemented to capture the forces on a three-bladed 12 kW open site prototype. The normal force showed good agreement with simulations. An aerodynamic torque could be estimated from the system. The total electrical torque in the generator was determined from electrical measurements. Both torque estimations lacked the expected aerodynamic ripple at three times per revolution. The even torque detected is an important result and more studies are required to confirm and understand it. The force measurement was also used to study the loads on the turbine in parked conditions. It was discovered that there is a strong dependence on wind direction and that there is a positive torque on the turbine at stand still. The results can assist to determine the best parking strategies for an H-rotor turbine. The studied concept also features diode rectification of the voltage from the permanent magnet synchronous generator. Diodes are considered a cheap and robust solution for rectification at the drawback of inducing ripple in the torque and output voltage. The propagation of the torque ripple was measured on the prototype and studied with simulations and analytical expressions. One key conclusion was that the mechanical driveline of the turbine is an effective filter of the diode induced torque ripple. A critical speed controller was implemented on the prototype. The controller was based on optimal torque control and according to the experiments and the simulations it was able to avoid a rotational speed span. Finally, the optimal torque control was evaluated for multiple turbines with diode rectification to a common DC-link. The setup can potentially reduce the overall complexity of wind farms. The simulations suggest that stability of the system can be obtained by controlling the DC-link load as a semi constant voltage. The thesis is based on nine papers of which six are treated in the thesis summary.

Denna rapport redogör för utvecklingen av en applikation som används för att konfigurera integrationer som används av av Sigma Integration Architecture (SIA). Applikationen är riktad till Sigma-personal som inte är vana vid denna integrationsarkitektur, då den tillhandlahåller användaren med en rad olika hjälp-element för att underlätta konfigurationensprocessen och sänka tröskeln för att kunna skapa och redigera integrationer. Genom att använda Javas reflection API i kombination med dynamic proxies, kan applikationen utföra validering och simulering av integrationer innan de används i produktion. Vi innefattar även cache-metod för att snappa upp processen, och påvisar även testverifikation av cache-processen. Applikationen är utvecklad som två separata delar, bestående av en back end skriven i Java, och en webbaserad front end skapad med AngularJS. / This report describes the development of an application used to configure integrations used by Sigma Integration Architecture (SIA). The application is aimed towards Sigma personnel unfamiliar with the integration architecture, as it provides the user with various help elements in an effort to ease the configuration process and lower the entry barrier for creating and editing integrations. Using Java's reflection API in combination with dynamic proxies, the application is able to perform validation and simulation of integration pipelines before they are used for production. We also include a cache mechanism to speed up the process, and provide experimental verification of caching performance. The application is developed as two separate parts, consisting of a back end written in Java, and a web-based front end created with AngularJS.

Radio access technologies for cellular mobile networks are continuously being evolved to meet the future demands for higher data rates, and lower end‐to‐end delays. In the research and development of LTE, radio network simulations play an essential role. The evolution of parallel processing hardware makes it desirable to exploit the potential gains of parallelizing LTE radio network simulations using multithreading techniques in contrast to distributing experiments over processors as independent simulation job processes. There is a hypothesis that parallel speedup gain diminishes when running many parallel simulation jobs concurrently on the same machine due to the increased memory requirements. A proposed multithreaded prototype of the Ericsson LTE simulator has been constructed, encapsulating scheduling, execution and synchronization of asynchronous physical layer computations. In order to provide implementation transparency, an algorithm has been proposed to sort and synchronize log events enabling a sequential logging model on top of non‐deterministic execution. In order to evaluate and compare multithreading techniques to parallel simulation job distribution, a large number of experiments have been carried out for four very diverse simulation scenarios. The evaluation of the results from these experiments involved analysis of average measured execution times and comparison with ideal estimates derived from Amdahl’s law in order to analyze overhead. It has been shown that the proposed multithreaded task‐oriented framework provides a convenient way to execute LTE physical layer models asynchronously on multi‐core processors, still providing deterministic results that are equivalent to the results of a sequential simulator. However, it has been indicated that distributing parallel independent jobs over processors is currently more efficient than multithreading techniques, even though the achieved speedup is far from ideal. This conclusion is based on the observation that the overhead caused by increased memory requirements, memory access and system bus congestion is currently smaller than the thread management and synchronization overhead of the proposed multithreaded Java prototype.

Emulering och simulering omfattar ett brett spektrum av varierande tekniker på olika nivåer, som involverar både mjuk-, och hårdvaruparadigm. Denna rapport är utformad utifrån ett arkitekturellt perspektiv och ämnar att återge en kortfattad studie av ämnen relaterade till design av en generell referensarkitektur för emulatorer. Särskilt fokus har lagts på sammansättningen av de olika komponenter som vanligtvis utgör en emulator, och dessa ställs sedan i jämförelse med den arkitektur, skapad av Von-Neumann, som idag används i den moderna datorn. Målet är att identifiera de mest lämpade arkitekturella strategierna för att kunna uppnå kvalitetskrav som flexibilitet, generalitet och funktionell lämplighet. Vid skapandet av en prototyp görs en avvägning mellan olika tekniker, vilket resulterar i en hybrid mellan tidskritiska och händelsedrivna paradigm. Vidare jämförs befintliga arkitekturer där modularitet mellan komponenter visar sig vara en återkommande egenskap inom samtliga designer. Det viktigaste resultatet vi kom fram till är att en tillståndsmaskin ofta har en betydande roll inom händelsedrivna system. För den prototyp som designats resulterade detta i en tillståndsmaskin med svagt kopplade deltillstånd som tillsammans leder till aktivering av olika huvudtillstånd, något som går i linje med icke-Von Neumann-alternativ. / The field of emulation and simulation comprises of a broad spectrum of various levels and techniques that spans over both software and hardware paradigms. Written, from mainly an architectural point of view, this paper offers a brief study on sporadic topics related to this broad field which in a wholeness provides relevant and useful insights for the design of a general reference architecture for emulators. Special focus lies on the different components that an emulator comprises of and a parallel is drawn to the physical architecture of the modern computing machine with its well-known Von-Neumann architecture. The goal is to identify best architectural strategies for fulfilling flexibility, generality and functional applicability quality requirements. A narrowed down scope is however kept in mind for a prototype model that will be a hybrid consisting of the event-driven and time-critical paradigms. Different real world architectural examples are compared and modularity with regard to components is identified as a recurrent characteristic in all designs. One of the important findings we made is the inclusion of a state machine component, an important part which allows the event-driven system to function properly. This is with a weak coupled setup of various substates that together activate mainstates, which is in line with alterior thinking to Von Neumann-based systems.

Detta examensarbete utfördes som ett uppdrag av Atlas Copco där målet var att utveckla en programvara som kan simulera en OU (Operator Unit) i en PC miljö. Atlas Copcos egenutvecklade radiostyrningssystem för gruvfordon består av en sändare, kallad OU, och en mottagare, kallad MU (Machine Unit). En OU är en kontroller med reglage i form av knappar, joysticks och switchar och med indikatorer i form av LEDs och display. För att säkerställa att en OU endast kan kommunicera med en specifik MU och vice versa måste enheternas radiomoduler paras ihop genom en process som kallas ”learn link”, som görs genom att ansluta en CAN-kabel mellan enheterna.   Genom att använda en OU simulator vid MU produktionstest skulle det vara lättare att utföra vissa tester, såsom internfel och varningar, och det skulle vara möjligt att inkludera tester som är omöjliga att göra med en hårdvaru-OU, som att avsiktligt sända en felberäknad checksumma, för att undersöka MU-enhetens respons. OU simulatorn skulle ha ett grafiskt gränssnitt och genom att ansluta ett radiokort till PC:n skulle den kunna skicka och ta emot data från en MU. Den skulle också kunna utföra ”learn link”. Den färdiga produkten utvecklades med hjälp av C# och en XP-inspirerad utvecklingsmetod. / This thesis was developed as an assignment from Atlas Copco where the goal was to develop software that could simulate an OU (Operator Unit) in a PC environment. Atlas Copco’s proprietary radio-control system for mining vehicles consists of a transmitter, called OU, and a receiver, called MU (Machine Unit). An OU is a controller with controls in the form of buttons, joysticks and switches and with indicators in the form of LEDs and display. To ensure that an OU only can communicate with a specific MU and vice versa the units’ radio modules must be paired together through a process called “learn link”, that is performed by connecting the units with a CAN-cable.   By using an OU simulator for MU production tests it would be easier to perform some tests, such as internal errors and warnings, and it would be possible to include tests that are impossible to do with OU hardware, such as intentionally send a miscalculated checksum, to examine the MU’s response. The OU simulator should have a graphical user interface and by connecting a radio card to the PC it should be able to send and receive data from an MU. It should also be able to perform “learn link”. The final product was developed using C# together with an XP-inspired development method.

The project evaluates how well a haptic device can be used to interact with a visualization of volumetric data. Since the interface to the haptic device require explicit surface descriptions, triangles had to be constructed from the volumetric data. The algorithm used to extract these triangles is marching cubes. The triangles produced by marching cubes are then transmitted to the haptic device to enable the force feedback. Marching cubes was suitable for parallelization and it was executed using OpenCL. Graphs in the report shows how this parallelization ran almost 70 times faster than the sequential CPU counterpart of the same algorithm. Further development of the project would give medical students the opportunity to practice difficult procedures on a simulation instead of a real patient. This would give a realistic and accurate simulation to practice on. / Projektet går ut på att utvärdera hur väl en haptisk utrustning går att använda för att interagera med en visualisering av volumetrisk data. Eftersom haptikutrustningen krävde explicit beskrivna ytor, krävdes först en triangelgenerering utifrån den volymetriska datan. Algoritmen som används till detta är marching cubes. Trianglarna som producerades med hjälp av marching cubes skickas sedan vidare till den haptiska utrustningen för att kunna få gensvar i form av krafter för att utnyttja sig av känsel och inte bara syn. Eftersom marching cubes lämpas för en parallelisering användes OpenCL för att snabba upp algoritmen. Grafer i projektet visar hur denna algoritm exekveras upp emot 70 gånger snabbare när algoritmen körs som en kernel i OpenCL istället för ekvensiellt på CPUn. Tanken är att när vidareutveckling av projektet har gjorts i god mån, kan detta användas av läkarstuderande där övning av svåra snitt kan ske i en verklighetstrogen simulering innan samma ingrepp utförs på en individ.

Under 1980-talet introducerades den första tågsimulatorn i svensk lokförarutbildning. Denna simulator är fortfarande den enda fullskalesimulator som används för att utbilda lokförare i Sverige. En anledning till att det inte finns fler tycks vara att det bl.a. saknas pedagogiska och ekonomiska motiv för en utvidgad användning av simulatorer i undervisning och träning. Energibesparingar inom spårtrafik dvs. att köra tåg energieffektivt är idag mycket aktuellt hos alla tågoperatörer i Sverige. Vissa operatörer utbildar redan sina förare teoretiskt i energieffektiv körning och tester av energieffektiv körning i verklig trafik har visat på en möjlig besparing om 16 % energi efter det att lokförare genomgått en teoretisk utbildning i energieffektiv körning. Då det emellertid fanns en del osäkerhet i mätdata från de tester som genomförts i verklig trafik och betingelserna samt försöksprocedur varierade mellan förarna fanns det ett behov av att undersöka besparingspotentialen under mer kontrollerade former. Dessutom visade sig att utbildning samt tillgång till ett stödsystem under körning gav en mindre besparing i energi (13 %). Således genomfördes en studie med hjälp av en tågsimulator. I simulatorn har man full kontroll på mätdata och betingelserna är lika för alla förare. Simulatorn som användes i studien är utvecklad på VTI (Statens väg- och transportforskningsinstitut) och är modellerad efter en X50 Regina. Syftet med denna studie var således att undersöka om samma teoretiska utbildning i energieffektiv körning, i kombination med simulatorträning under ideala förhållanden skulle ge lika bra eller bättre energibesparing jämfört med resultaten från tester i verklig trafik. Vidare undersöktes effekten av återkoppling under träningen med avseende på energibesparing. I studien deltog 24 lokförarelever som delades in i tre grupper med 8 elever i varje. Två av grupperna fick genomföra två körningar (referens- och testkörning) med utbildning och simulatorträning mellan tillfällena, medan den tredje gruppen (kontrollgrupp) endast genomförde referens- och testkörning utan utbildning och träning. De två grupperna som fick utbildning fick dock träna under två olika betingelser, en med återkoppling (energiförbrukning och banlutning) och en utan återkoppling. Det visade sig att utbildning i energieffektiv körning i kombination med 30 minuters simulatorträning resulterade i en total besparing för båda grupperna på ungefär 24 % energi, om man sen tar hänsyn till att man förbättrar sin körning genom att bara få tillfälle att köra upprepade gånger (kontrollgruppen använde 8 % mindre energi andra gången) så visade det sig att besparingen blev lika stor som den man fann i verklig trafik (16 %). Då resultaten blev lika fast betingelserna var olika finns det anledning till att vidare undersöka hur olika körförhållanden påverkar utfallet. Dessutom behöver man bättre förstå varför utbildning plus stödsystem gav mindre effekt än bara utbildning i verklig trafik samt varför återkoppling under träning inte gav någon påvisbar effekt. Det vill säga det finns anledning till ytterligare insatser för att utforma träning och stödsystem till förarna. Förutom energibesparing visade resultatet att rättidigheten förbättrades efter utbildning och simulatorträning. Resultaten talar för att det finns outnyttjad potential för tågsimulatorer i den svenska lokförarutbildningen både för att träna och utvärdera effekter av utbildningsinsatser. / During the 80’s, the first train simulator was introduced in Swedish train driver education and is still the only full scale simulator being used to educate train drivers in Sweden. The reason for this seems to be a lack of educational and economic motives for an expanded usage of simulators within education and training. Energy savings within the railway domain, i.e. energy-efficient driving, is currently a topic for all train operators in Sweden. Some operators already educate their drivers in energy efficient driving and tests of energy efficiency in real traffic has shown a potential energy saving of 16 %, after drivers have completed a theoretical education in energy-efficient driving. Because there were some uncertainties in the data from the tests carried out in real traffic, where conditions and experimental procedures varied between the drivers and it also turned out that education and access to a support system while driving resulted in a small saving in energy (13 %) there was a need to examine the potential savings under controlled conditions. Therefore, a study was conducted using a train simulator. In the simulator, the researcher has full control over the data and conditions are the same for all drivers. The simulator used in the study was developed by VTI (Swedish National Road and Transport Research Institute) and modeled after an X50 Regina. The purpose of this study was to investigate whether the same theoretical education in energy-efficient driving, in combination with simulator training under ideal conditions, could contribute to the same, or better energy saving compared to the results of the tests from real traffic. Furthermore, the effect of feedback during training with regard to energy savings was also investigated. 24 train driver students were divided into three groups with 8 students in each. Two of these groups completed two sessions (reference and test session) with theoretical education and simulator training between the sessions. The last group (control group) completed two sessions (reference and test session) without education and training between the sessions. The two groups that were given theoretical education conducted their simulator training under two different conditions, where one group trained with feedback (energy consumption and rail gradient) and the other group trained without feedback. It turns out that a theoretical education in energy efficient driving, combined with 30 minutes of simulator training, resulted in a total saving of about 24 % energy for both groups. Also, considering that the control group improved their energy consumption by simply driving the simulator two times (8 % total energy saving), the energy saving was almost equal to the result of the tests in real traffic. Since the results were equal even though the conditions differed, there is reason to investigate how different driving conditions affect the outcome. There is also a need to better understand why education in combination with a support system resulted in a lower energy saving than for those who were only given education during the tests in real traffic, and also why feedback during training in the simulator did not give a detectable effect. Basically, there are many reasons to further investigate how to design simulator training and support systems for train drivers. In addition to the energy savings, the results showed that drivers improved their arrival times i.e. arrive more accurate in relation to the time table. The results suggest that there is great potential for train simulators in the Swedish train driver education, both for training and for evaluating the effects of the training.

This master thesis treats the development of a new solution for a retractable boarding step to Scania trucks, which is a part of the modular system. Some customers have the need to transport additional passengers. For such applications, Scania provides trucks featuring a Crew Cab, which is an extended cab with rear doors. Easy exit through the rear doors is important for many customers who use this type of cabin. Therefore, there is a possibility to get a retractable boarding step, equipped with an upper step and a lower foldable, that enables easy entry and exit. This function is especially important for fire fighters carrying heavy equipment and therefore has more difficulties exiting the truck. The robustness and dependability of the function is critical to ensure the safety. If it fails, the legal requirements are not met while driving or even worse, injury may occur. Pneumatics is used for the fold out of the step and a spring folds it in. The current boarding step needs improvement in order for it to be dependable and robust. If the boarding step have not been folded out, the entry and exit of the cab is not possible. This thesis covers the product development, simulations and verification of a new boarding step concept that shall improve the entry- and exit function, making it more robust and dependable. Through problem identification, a product specification and a thorough concept generation and development process a final concept has produced. Simulations were made in order to verify that the step could be stepped on when entering and exiting the cab. The result was a lower step, sliding on linear bearings in a linear motion. This enabled egress and ingress independent of the extraction or retraction of the step. This makes it more reliable than the current product. The sliding mechanism need to be tested in order to ensure the robustness. A prototype was made in order for the function to be tested. / Detta examensarbete behandlar utvecklingen av en ny lösning för ett fällbart insteg till Scania lastbilar, som är ett modular product Scania utvecklar lastbilar till ett brett spektrum av tillämpningar. Behov av att transportera ytterligare passagerare kan finnas. För sådana tillämpningar erbjuder Scania specialfordon med manskapshytt, en förlängd hytt med bakdörrar. Enkel urstigning genom bakdörrarna är viktigt för många kunder som utnyttjar denna typ av hytt. Därför finns möjligheten att få ett utfällbart steg som förenklar in- och urstigning, utrustad med ett fast övre steg och ett fällbart nedre. Detta är särskilt viktigt för brandmän som bär tung utrustning och därför har svårare att ta sig ur bilen. Det utfällbara steget fälls ut för enkel åtkomst när det behövs och viks in under körning. Detta för att uppfylla lagkrav för fordonsbredd. Tryckluft används för att fälla ut steget och en fjäder används för att fälla in det. Flera fall där problem gällande in- och utfällningsmekanism har påvisats, fälls inte steget ut är det inte möjligt att stiga i och ur hytten. Förbättring av robusthet och pålitlighet behövs genomföras. Examensarbetet ska förbättra instignings- och urstigningsfunktionen och se till att den är robust och pålitlig.Genom att identifiera problemet, upprätta en produktspecifikation och genomföra en grundlig konceptgenerering och utvecklingsprocess har ett slutgiltigt koncept tagits fram.  FEM simuleringar gjordes för att kunna verifiera att insteget håller för att kliva på. Resultatet blev ett undre steg, som glider på linjärlager. Detta möjliggör i och urstigning oberoende av i vilket läge steget är. Det gör den mer tillförlitlig än dagens produkt. Glidmekanismen måste testas för att kunna säkerställa dess robusthet. En prototyp har tillverkats för att testa detta.