The thesis is focused on software development process and its products from initial designs through the way of implementation until final delivery to customer. The thesis brings up some basic facts about software engineering with further detailed description of one of its parts, the modern models of software life cycles with focus on the agile life cycle because of its significant benefits and effective implementation. This model is represented by Agile Model Driven Development which has been submitted not only theoretically but in practice. Finally, there is also a short description of Unified Modeling Language which is used as a modeling language.

This master’s thesis is divided into two logical parts. The first part contains theory of calculation of steady state and short-circuits conditions within 110 kV distribution network. Newton’s method and short-circuit current calculation is also explained here. It also deals with classification and aftereffects of transient performance occurring in power networks. The second part contains practical calculation of steady flow and short-circuit conditions at parallel operation of transformers T403 and T402 in 400/110 kV transformer stations Sokolnice and Otrokovice. This calculation is done with program used by system operators called SINAUT Spectrum and consequently analyzed. This part also contains brief description of substations from this region.

We present a new method for the computation of low rank approximations to the solution of large, sparse, stable Lyapunov equations. It is based on a generalization of the classical Smith method and profits by the usual low rank property of the right hand side matrix. The requirements of the method are moderate with respect to both computational cost and memory. Hence, it provides a possibility to tackle large scale control problems. Besides the efficient solution of the matrix equation itself, a thorough integration of the method into several control algorithms can improve their performance to a high degree. This is demonstrated for algorithms for model reduction and optimal control. Furthermore, we propose a heuristic for determining a set of suboptimal ADI shift parameters. This heuristic, which is based on a pair of Arnoldi processes, does not require any a priori knowledge on the spectrum of the coefficient matrix of the Lyapunov equation. Numerical experiments show the efficiency of the iterative scheme combined with the heuristic for the ADI parameters.

Diese Arbeit entwickelt eine Methode, Funktionalgleichungen der Art g(g(x))=f(x) bzw. g^n(x)=f(x) mit Hilfe neuronaler Netze zu lösen. Gesucht ist eine Funktion g(x), die mehrfach hintereinandergeschaltet genau einer gegebenen Funktion f(x) entspricht. Man nennt g=f^1/n eine iterative Wurzel oder fraktionale Iteration von f. Lösungen für g zu finden, stellt das inverse Problem der Iteration dar oder die Erweiterung der Wurzel- bzw. Potenzoperation auf die Funktionsalgebra. Geschlossene Ausdrücke für Funktionswurzeln einer gegebenen Funktion zu finden, ist in der Regel nicht möglich oder sehr schwer. Numerische Verfahren sind nicht in allgemeiner Form beschrieben oder als Software vorhanden. Ausgehend von der Fähigkeit eines neuronalen Netzes, speziell des mehrschichtigen Perzeptrons, durch Training eine gegebene Funktion f(x) zu approximieren, erlaubt eine spezielle Topologie des Netzes auch die Berechnung von fraktionalen Iterationen von f. Ein solches Netz besteht aus n identischen, hintereinandergeschalteten Teilnetzen, die, wenn das Gesamtnetz f approximiert, jedes für sich g = f^1/n annähern. Es ist lediglich beim Training des Netzes darauf zu achten, dass die korrespondierenden Gewichte aller Teilnetze den gleichen Wert annehmen. Dazu werden mehrere Verfahren entwickelt: Lernen nur im letzten Teilnetz und Kopieren der Gewichte auf die anderen Teile, Angleichen der Teilnetze durch Kopplungsfaktoren oder Einführung eines Fehlerterms, der Unterschiede in den Teilnetzen bestraft. Als weitere Näherungslösung wird ein iteriertes lineares Modell entwickelt, das durch ein herkömmliches neuronales Netz mit hoher Approximationsgüte für nichtlineare Zusammenhänge korrigiert wird. Als Anwendung ist konkret die Modellierung der Bandprofilentwicklung beim Warmwalzen von Stahlblech gegeben. Einige Zentimeter dicke Stahlblöcke werden in einer Walzstraße von mehreren gleichartigen, hintereinanderliegenden Walzgerüsten zu Blechen von wenigen Millimetern Dicke gewalzt. Neben der Dicke ist das Profil - der Dickenunterschied zwischen Bandmitte und Rand - eine wichtige Qualitätsgröße. Sie kann vor und hinter der Fertigstraße gemessen werden, aus technischen Gründen aber nicht zwischen den Walzgerüsten. Eine genaue Kenntnis ist jedoch aus produktionstechnischen Gründen wichtig. Der Stand der Technik ist die Berechnung dieser Zwischenprofile durch das wiederholte Durchrechnen eines mathematischen Modells des Walzvorganges für jedes Gerüst und eine ständige Anpassung von adaptiven Termen dieses Modells an die Messdaten. Es wurde gezeigt, dass mit einem adaptiven neuronalen Netz, das mit Eingangs- und Ausgangsprofil sowie allen vorhandenen Kenn- und Stellgrößen trainiert wird, die Vorausberechnung des Endprofils mit deutlich höherer Genauigkeit vorgenommen werden kann. Das Problem ist, dass dieses Netz die Übertragungsfunktion der gesamten Straße repräsentiert, Zwischenprofile können nicht ausgegeben werden. Daher wird der Versuch gemacht, beide Eigenschaften zu verbinden: Die genaue Endprofilmodellierung eines neuronalen Netzes wird kombiniert mit der Fähigkeit des iterierten Modells, Zwischenprofile zu berechnen. Dabei wird der in Form von Messdaten bekannte gesamte Prozess als iterierte Verknüpfung von technisch identischen Teilprozessen angesehen. Die Gewinnung eines Modells des Einzelprozesses entspricht damit der Berechnung der iterativen Wurzel des Gesamtprozesses.

Les instruments et objets sonores du monde préhispanique mexicain ne sont pas couramment utilisés dans la création de la musique classique de notre époque. Cette utilisation sonore peut causer certains problèmes qui restent à être résolus pour pouvoir les utiliser de façon intégrale et universelle dans la réalité de la création musicale contemporaine. Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l’introduction des sonorités du Mexique préhispanique dans l'orchestration moderne. Elle consiste en une recherche musicale de création et d’intégration des nouvelles propositions orchestrales dans une perspective contemporaine. Je me suis donc attachée dans ce travail, à analyser les propriétés sonores des dits instruments, ainsi qu’à confronter deux mondes différents dont les sonorités de base sont simples et d’aspect archaïque. Ce travail comporte sept chapitres, incluant l’analyse compositionnelle de quatre de mes œuvres. Il vise à proposer une démarche de création musicale en s’inspirant des éléments simples d’itération (entre autres) qui sont très caractéristiques des sifflets et des autres objets sonores mexicains. En introduisant certains instruments anciens dans un contexte tout à fait différent de leur origine, ces découvertes sonores m’auront permis de transformer mon écriture musicale. Œuvres soumises:  Nahui Ocelotl, pour percussion solo et instruments préhispaniques  El Evangelio de Judas, pour ensemble  Ikal pour trompette maya et percussion  Stáku pour ensemble Mots-clés : orchestration, composition, percussion, instruments préhispaniques, analyse musicale, itération, ingénieur Roberto Velázquez. / The musical instruments and objects of the Mexican pre-Hispanic world are not commonly used in the creation of modern classical music. The use of these sounds may cause some problems, which remain to be solved in order to use them fully and universally in contemporary musical creation. This thesis fits into the introduction of pre-Hispanic Mexican sounds in modern orchestration. It consists of a musical research of creation and integration of new orchestral proposals in a contemporary perspective. So far, my concern has been to analyse the sound properties of these instruments to confront them with two different worlds, whose basic nature is simple and take us to an archaic reality. This work is based on seven chapters, including the compositional analysis of four of my musical creations. It aims to propose an approach to musical creation by drawing simple iteration elements (among others), which are very characteristic of Mexican whistles and other sound objects. This sound discovery allowed me to create, compare and make several corrections in my musical language for assessing the sound phenomena of some ancient instruments by introducing them into a different context to their own origin. List of works submitted:  Nahui Ocelotl, pour percussion solo et instruments préhispaniques  El Evangelio de Judas, pour ensemble  Ikal pour trompette maya et percussion  Stáku pour ensemble Keywords: orchestration, composition, percussion, pre-Hispanic musical instruments, musical analyses, iteration, engineer Roberto Velázquez.

Insbesondere die frühen Phasen in Prozessen der Mechatroniksystementwicklung sind durch ein hohes Maß an Unsicherheit gekennzeichnet. Zu diesem Zeitpunkt des Produktentstehungsprozesses liegen lediglich vage und unscharfe Anforderungen an das Produkt vor, welche es zu konkretisieren gilt. Aktuelle Herausforderungen der Produktentwicklung haben einen verstärkenden Effekt auf die Unsicherheiten in frühen Entwicklungsphasen. Diesen begegnen Unternehmen aus dem Bereich der Mechatroniksystementwicklung zunehmend mit der Implementierung agiler Entwicklungsansätze in ihre etablierten Prozesse. Neben der frühen und kontinuierlichen Kundeneinbindung, der klare Ausrichtung der Prozesse auf die Wertsteigerung der Produkte aus Kundensicht, flachen und offenen Hierarchien und dem stetigen Aufbau und Weiterentwicklung von Prototypen verleihen meist geplante Iterationen den jeweiligen Projekten das Adjektiv „agil“. Die Vielfalt der in der Literatur beschriebenen und meist generisch formulierten Arten von Iterationen (geplant oder ungeplant, korrekturbezogen oder progressiv) ist jedoch sehr groß. Zudem werden Iterationen in der Praxis meist intuitiv und unbewusst durchgeführt, was zum einen dazu führt, dass das jeweilige Entwicklungsvorgehen nicht situationsoptimal ausgeführt wird oder gar hinsichtlich der Ergebnissynthese und –Analyse redundante Tätigkeiten erfolgen. Aus diesem Grund verfolgt das vorliegenden Forschungsvorhaben die Zielsetzung, einen Beitrag zur Unterstützung der Produktentwickler in frühen Entwicklungsphasen bei der Identifikation notwendiger Iterationen zu leisten. Durch eine Berücksichtigung dieser in der kurz- und mittelfristigen Projektplanung kann somit die Prozessunsicherheit reduziert werden.

The artist discusses her Master of Fine Arts exhibition, Echoes of Home, held at the Tipton Gallery in Johnson City, Tennessee on display March 15 through April 8, 2022. The author provides insight into concepts and influences relating to the creation of the exhibition with perspective on her intimate connection with place and memory. The exhibit features five installations addressing home, elusive memory, and the change and continuity of cultural traditions over time. The works consist of a series of large-scale wild clay vessels, gestural clay bookends, a wall installation of cups with a line drawing, suspended porcelain slabs, and video projection of clay materials “being breathed”. All works explore how the passage of time and the elusiveness of memory affect psychological connection to place. This exhibit is the culmination of iterative exploration of materiality inspired by exchange among the artist, the landscape, and Appalachian culture.

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Les calculs d'équilibres à triphasiques et quadriphasiques sont au cœur des simulations de réservoirs impliquant des processus de récupérations tertiaires. Dans les procédés d'injection de gaz ou de vapeur, le système huile-gaz est enrichi d'une nouvelle phase qui joue un rôle important dans la récupération de l'huile en place. Les calculs d'équilibres représentent la majeure partie des temps de calculs dans les simulations de réservoir compositionnelles où les routines thermodynamiques sont appelées un nombre conséquent de fois. Il est donc important de concevoir des algorithmes qui soient fiables, robustes et rapides. Dans la littérature peu de simulateurs basés sur des équations d'état sont applicables aux procédés de récupération thermique. A notre connaissance, il n'existe pas de simulation thermique complètement compositionnelle de ces procédés pour des cas d'applications aux huiles lourdes. Ces simulations apparaissent essentielles et pourraient offrir des outils améliorés pour l’étude prédictive de certains champs. Dans cette thèse, des algorithmes robustes et efficaces de calculs d’équilibre multiphasiques sont proposés permettant de surmonter les difficultés rencontrés durant les simulations d'injection de vapeur pour des huiles lourdes. La plupart des algorithmes d'équilibre de phases sont basés sur la méthode de Newton et utilisent les variables conventionnelles comme variables indépendantes. Dans un premier temps, des améliorations de ces algorithmes sont proposées. Les variables réduites permettent de réduire la dimensionnalité du système de nc (nombre de composants) dans le cas des variables conventionnelles, à M (M<<nc), et sont déjà utilisées dans certains simulateurs de réservoirs commerciaux. La méthode de réduction proposée par Nichita and Graciaa (Fluid Phase Equil. 302 (2011) 226-233) est étendue à l'analyse de stabilité et aux calculs d'équilibres multiphasiques. A l'inverse des précédentes méthodes de réduction, les variables ne sont pas bornées. La méthode de Newton nécessite une Hessienne définie positive pour pouvoir être utilisée. D'autres méthodes de minimisations sont testées permettant de s'affranchir de cette contrainte; les méthodes Quasi-Newton et Trust-Region qui garantissent une direction de descente à chaque itération. Ces dernières présentent un grand intérêt puisqu'elles permettent de réaliser des pas supra-linéaires (même lorsque la Hessienne n'est pas définie positive) et quadratiques (Trust-Region) ou proches de quadratiques (Quasi-Newton) dans le cas contraire. Un nouveau vecteur de variables indépendantes est proposé (construit afin d'obtenir une meilleure mise échelle du problème) et utilisé au sein d'un algorithme BFGS modifié. De même, une méthode de Trust-Region est développée pour les problèmes de tests de stabilités et d'équilibres multiphasiques. Ensuite, considérant le fluide comme semi-continu, une méthodologie basée sur une procédure de quadrature Gaussienne est proposée pour calculer mathématiquement les pseudo-composants capables de représenter le comportement du fluide. La méthodologie peut être vue comme une procédure de groupement/dégroupement, applicable pour tout nombre de points de quadratures et toute composition de mélange. Dans une dernière partie, un algorithme général pour le calcul d’équilibre multiphasique est présenté incluant tous les algorithmes développés. Ce dernier est testé et validé contre des données expérimentales et de la littérature. Des simulations triphasiques et quadriphasiques d'injection de CO2 démontrent la capacité du programme à traiter un nombre arbitraire de phases. Des simulations de balayages par la vapeur sont réalisées pour des réservoirs montrant d'importantes hétérogénéités. Finalement, une simulation complètement compositionnelle du processus de Steam Assisted Gravity Drainage est réalisée. A notre connaissance, il s'agit de la première simulation de la sorte pour des cas d'applications d'huiles lourdes. / Three to four phase equilibrium calculations are in the heart of tertiary recovery simulations. In gas/steam injection processes, additional phases emerging from the oil-gas system are added to the set and have a significant impact on the oil recovery. The most important computational effort in many chemical process simulators and in petroleum compositional reservoir simulations is required by phase equilibrium and thermodynamic property calculations. In field scale reservoir simulations, a huge number of phase equilibrium calculations is required. For all these reasons, the algorithms must be robust and time-saving. In the literature, few simulators based on equations of state (EoS) are applicable to thermal recovery processes such as steam injection. To the best of our knowledge, no fully compositional thermal simulation of the steam injection process has been proposed with extra-heavy oils; these simulations are essential and will offer improved tools for predictive studies of the heavy oil fields. Thus, in this thesis different algorithms of improved efficiency and robustness for multiphase equilibrium calculations are proposed, able to handle conditions encountered during the simulation of steam injection for heavy oil mixtures. Most of the phase equilibrium calculations are based on the Newton method and use conventional independent variables. These algorithms are first investigated and different improvements are proposed. Michelsen’s (Fluid Phase Equil. 9 (1982) 21-40) method for multiphase-split problems is modified to take full advantage of symmetry (in the construction of the Jacobian matrix and the resolution of the linear system). The reduction methods enable to reduce the space of study from nc (number of components) for conventional variables to M (M<<nc) and are already used in some commercial reservoir simulators. The reduction method proposed by Nichita and Graciaa (Fluid Phase Equil. 302 (2011) 226-233) is extended to phase stability analysis and multiphase-split calculations. Unlike previous reduction methods, the set of variables is unbounded and the convergence path is the same as in conventional methods using the logarithm of equilibrium constants as variables. The Newton method requires a positive definite Hessian for convergence. Other kinds of minimization methods are investigated which overcome this constraint; the Quasi-Newton and Trust-region methods always guarantee a descent direction. These methods represent an interesting alternative since they can reach supra-linear steps even when the Hessian is non-positive definite, and can reach quadratic steps (Trust-Region) or nearly quadratic steps (Quasi-Newton) otherwise. A new set of independent variables is proposed (designed to ensure a better scaling of the problem) for a modified BFGS (which ensures the positive definiteness of the approximation of the Hessian matrix) algorithm and a Trust-Region method is also proposed for the stability-testing and phase-split problems. Subsequently, by assuming the fluid composition as semi-continuous, a methodology based on a Gaussian quadrature is proposed to mathematically compute a set of pseudo-components capable of representing the fluid behavior. The methodology can be seen as a lumping-delumping procedure, applicable to any number of quadrature points and to any feed distribution. In a last part, a general multiphase flash procedure implementing all the developed algorithms is presented, and tested against experimental and literature data. Three- and four phase CO2 injection simulations demonstrate the capability of the program to handle any number of phases. Simulations of steam flooding are performed for highly heterogeneous reservoirs. Finally, a fully compositional simulation of the steam assisted gravity drainage process is realized. To the best of our knowledge, this is the first simulation of the kind for heavy oil mixtures.