Publikationer från KTH
Not a member yet
57933 research outputs found
Sort by
Enhancing Network OperationalFlexibility for Wind Energy Integration : A Coordinated Optimization Approach Across Generation, Transmission, Storage, and Demands
No full textIncreasing penetration of wind energy in electricity networks introduces significant variability that challenges operational flexibility.Traditional siloed strategies that address generation, transmission,storage and demand independently often result in local optimal wind energy integration. This issue highlights the need for a holistic and flexible operational framework to maximize wind energy utilization inthe existing networks without major new infrastructure investments.To meet this need, this dissertation proposes a coordinated optimization approach, integrating wind resource assessment, dynamic thermal rating (DTR), energy storage systems (ESS) and demand side management strategies. The approach employs optimization techniques, including two-stage stochastic programming with chance constraints and copula-based correlation modeling, to account for uncertainties in wind availability and energy demand. By optimizing across multiple energy domains (electricity, thermal energy and hydrogen) and leveraging flexibility resources, the proposed framework enhances the grid’s ability to accommodate wind variability while maintaining reliability.The contributions of this work include: first, a planning model for wind farm expansion alongside DTR-based transmission systemis introduced, which minimizes wind curtailment while balances generation investments with grid reliability; second, a dynamic dispatch strategy combining DTR with battery storage is developed to increase wind energy integration while accounting for battery degradation; third, an integrated multi-energy coordination framework ispresented to diverts excess wind power to other energy carriers and engages flexible loads; and finally, a chance-constrained stochastic optimization model is formulated to consider the uncertainties under varying weather and loading conditions.Case studies demonstrate that the coordinated strategy significantly increases wind power utilization and reduces operational costs compared to conventional siloed approaches. These improvements underscore the value of integrated planning and operation in future power systems with high shares of renewables.Overall, this work advances the state of the art in wind energy integration by validating the effectiveness of the holistic approach.It also provides a practical blueprint for system operators and planners to develop more flexible and resilient power grids under high renewable penetration.Ökad integration av vindkraft i elnäten medför betydande variationer som utmanar nätets operativa flexibilitet. Traditionella isolerade strategier, där produktion, överföring, lagring och efterfrågan hanteras separat, leder ofta till lokalt optimal integration av vindenergi. Detta understryker behovet av en Holistisk och flexibel operativram för att maximera användningen av vindkraft i befintliga nät utan betydande investeringar i ny infrastruktur. För att möta detta behov föreslås i denna avhandling en samordnad optimeringsmetod som integrerar vindresursbedömning, dynamic thermal rating (DTR), energilagringssystem (ESS) och strategier förefterfrågestyrning. Metoden använder optimeringstekniker, inklusive tvåstegs stokastisk programmering med sannolikhetsbegränsningar och copula-baserad korrelationsmodellering, för att hantera osäkerheter i vindkraftstillgång och energiefterfrågan. Genom optimering över flera energidomäner (el, värmeenergi och väte) och genom att utnyttja flexibilitetsresurser förbättrar kan det föreslagna ramverket nätets förmåga att hantera vindkraftens variation samtidigt som driftsäkerheten bibehålls. Avhandlingens bidrag inkluderar: För det första introduceras en planeringsmodell för vindkraftsutbyggnad tillsammans med DTR baserade transmissionssystem som minimerar vindkraftens begränsningar samtidigt som balans uppnås mellan investeringskostnader och nätreliabilitet. För det andra utvecklas en dynamisk driftsstrategi som kombinerar DTR med batterilagring för att öka vindenergiintegrationen med hänsyn till batteriers degradering. För det tredje presenteras ett integrerat koordinationsramverk för flera energislag, där överskottsenergi från vindkraft används i andra energiformer och flexibla laster aktiveras. Slutligen formuleras en stokastisk optimeringsmodell med sannolikhetsbegränsningar som beaktar osäkerheter under varierande väder- och belastningsförhållanden. Fallstudier visar att den samordnade strategin avsevärt ökar utnyttjandet av vindkraft och minskar driftkostnaderna jämfört med traditionella isolerade metoder. Dessa förbättringar understryker värdet av integrerad planering och drift för framtida elsystem med hög andel förnybar energi. Sammanfattningsvis bidrar denna forskning till forskningsfronten inom integration av vindkraft genom att validera effektiviteten hos en holistisk strategi. Den ger också praktisk vägledning för systemoperatörer och planerare för att utveckla mer flexibla och resilienta kraftsystem med hög andel förnybar energi.QC 20250522</p
Proteome-wide Alkylation to Improve Peptide Sequence Coverage and Detection Sensitivity
No full textEffective ionization of peptides is critical for the sensitivity and accuracy of proteomic analyses, especially in nanoproteomics and single-cell proteomics, where the material is scarce. Previous studies have demonstrated the potential of peptide alkylation to improve ionization on certain peptides. In this work, we extend the scope of peptide alkylation by systematically modifying peptides with alkyl chains ranging from one to six carbons, aiming to enhance the ionization signal across a broad peptide spectrum. Our global alkylation approach revealed a significant increase in the ionization signal for a large portion of peptides, underscoring the technique's potential to improve proteomic analyses' sensitivity and overall sequence coverage. By employing machine learning to examine the relationship between alkylation-induced signal enhancement and various peptide characteristics, we found that the increase in signal strength is closely connected to peptide hydrophobicity. This relationship suggests that alkylation can particularly augment the detectability of hydrophilic peptides. Our findings not only highlight the importance of hydrophobicity in peptide ionization efficiency but also suggest that strategic alkylation could be a powerful tool to overcome the limitations imposed by sample size in proteomic with limited sample size.QC 20250526</p
Cavitation Erosion of Cast Irons in Engine Coolants : Interactions and Damage Mechanisms
No full textIn the heavy-duty automotive industry, cavitation erosion is a recurring issue for the components of the engine cooling system. It is caused by the repeated implosion of bubbles in a liquid, such as the coolant, and can seriously damage exposed components through surface roughening, pitting and debris generation. Severe wear is common in cylinder liners and retarder pumps, for example, and leads to high maintenance costs, safety risks and vehicle downtime. The research presented here was therefore elaborated to supply missing knowledge on the damage mechanisms of engine component materials, mostly cast irons, and what metallurgical factors affect their performance. Some of their interactions with different coolant formulations and with operational parameters that emulate the cooling system environment were also investigated. Using an ultrasonic test rig based in ASTM G32, samples of several cast iron grades were exposed to various coolant mixtures. Different test setups with the direct and indirect methods, amplitudes and temperatures were also investigated. The analyses comprised sample weight change and surface damage documentation by scanning electron microscopy. The indirect test method and lower amplitudes led to much lower mass loss. Higher glycol concentrations and the presence of inhibitors lead to less damage. Surprisingly, however, used coolants collected from serviced trucks were less aggressive than their fresh counterparts. A boron nitride suspension in fresh coolant led to an outstanding reduction in mass loss, potentially granting long-lasting protection by dissipating the impact load. This finding is promising for the development of unconventional solutions and for a deeper understanding of bubble dynamics in complex environments. Analyses of damage initiation at very early test times suggest that most of the impact load originates in the cavitation cloud as pressure waves, imparting stresses on the whole surface, whereas damage from individual bubble implosions may be rare and less important. For the cast irons, hardness and microstructure are, together, a strong predictor of cavitation resistance. Compacted and lamellar graphite are detrimental graphite forms; ferrite also lowers cavitation resistance; pearlite, steadite and ausferrite are beneficial. Damage evolution consists of graphite removal, matrix chipping around voids and pit expansion, with contributions from surface and subsurface cracks. With no graphite in their structure, steels usually perform significantly better than irons. Fatigue cracking was found to be the predominant fracture mechanism in milder cavitation loads. These findings open further possibilities for optimizing materials for cavitation-intensive applications in prolonged exposures for which other solutions, such as coatings, are not possible. Ett återkommande problem inom den tunga fordonsindustrin är kavitations\-erosion, som drabbar komponenterna i motorns kylsystem. Den orsakas av upprepade implosioner av bubblor i vätska, så som kylarvätska, och kan allvarligt skada exponerade komponenter genom förgrovning av ytor, gropbildning och bildande av partiklar. På exempelvis cylinderfoder och retarder är kraftigt slitage vanligt, vilket medför höga underhållskostnader, säkerhetsrisker och stilleståndstid för fordonet. Denna studie tillför saknad kunskap om skademekanismerna hos material i motorkomponenter, främst gjutjärn, samt vilka metallurgiska faktorer som påverkar materialens prestanda. Interaktioner med olika kylvätskekompositioner och driftpara- metrar som efterliknar kylsystemets arbetsmiljö undersöktes också. Med hjälp av en testrigg med ultraljudsteknik i enlighet med ASTM G32 exponerades prover av flera olika gjutjärnskvaliteter för olika kylvätskeblandningar. Provnings\-upplägg innefattande direkt och indirekt metod, samt olika amplituder och inverkan av temperaturen studerades. Analyserna omfattade massförlust av prover och dokumentation av ytskador med svep\-elektron\-mikroskopi. Den indirekta metoden samt lägre amplituder gav mycket lägre massförlust. Högre glykolkoncentrationer samt närvaro av korrosionsinhibitorer ledde till mindre skador. Förvånande nog var använda kylvätskor insamlade från servade lastbilar mindre aggressiva än motsvarande färska blandningar. En suspension av bornitrid i färsk kylvätska gav enastående reduktion av massförlust, vilket potentiellt kan ge långvarigt skydd genom att dämpa slagbelastningen. Denna upptäckt är lovande för utveckling av okonventionella lösningar samt för en djupare förståelse av bubbeldyna- mik i komplexa miljöer. Analys av skadeinitiering vid mycket korta testtider tyder på att större delen av stötbelastningen härstammar från kavitationsmolnet i form av tryckvågor, vilka påverkar hela ytan, medan skador från enskilda bubbelimplosioner är sällsynta och av mindre betydelse. För gjutjärnen förutsäger hårdhet och mikrostruktur tillsammans kavitationstålig- heten. Kompakt och lamellär grafit är skadliga grafitformer; ferrit sänker också kavitations- motståndet; medan perlit, steadit och ausferrit är gynnsamma. Skadeut- vecklingen består av grafiturgröpning, avflagning av grundmassa runt gropor och tillväxt av gropar, med bidrag från sprickor vid och under ytan. Eftersom stålen saknar grafit i sin struktur presterar de vanligtvis avsevärt bättre än gjutjärn. Utmattningssprickbildning visade sig vara den dominerande brottmekanismen vid mildare kavitationsbelastningar. Dessa resultat öppnar för ytterligare möjligheter att optimera material för kavitationsintensiva tillämpningar under långvariga exponeringar där andra lösningar, såsom ytbeläggningar, inte är möjliga
Real-time tracking of additive manufacturing with high-energy X-ray techniques
No full textAdditive manufacturing (AM) of metals offers unique design freedom and the ability to tailor the microstructure and properties of components. However, the complex thermal histories and rapid solidification occurring during AM introduce significant challenges in microstructure control and process optimisation. To address these challenges, this work employs real-time synchrotron techniques to elucidate the rapid phenomena that occur during AM. Synchrotron techniques, including synchrotron X-ray diffraction (XRD) and synchrotron radiography, are powerful tools for investigating various AM-related phenomena such as heat source-matter interaction, melt pool behaviour, solidification, and phase transformations in real time. High resolution temporal and spatial synchrotron data enable the correlation of these phenomena with AM processing parameters, thereby advancing the understanding of the AM process and its underlying mechanisms. These insights can be instrumental in process optimisation, alloy design, and the development of computational models. The contribution of this work to the field of real-time studies in AM is structured into two parts. First, the design and implementation of an electron beam powder bed fusion (PBF-EB) sample environment for real-time synchrotron studies are detailed in Chapter 3. Second, real-time studies of solidification and phase transformations during AM are presented in Chapter 4. The first part of this work focuses on the design and implementation of a sample environment for real-time synchrotron studies of the PBF-EB process. The sample environment facilitates the investigation of the previously listed AM phenomena during PBF-EB at high process temperatures and under vacuum. Furthermore, it enables the characterisation of phenomena specific to PBF-EB, such as the smoke phenomenon. The design and capabilities of the device for PBF-EB processing and real-time synchrotron measurements are detailed based on collected data. In the second part, solidification and phase transformations during AM are studied using real-time synchrotron observations in combination with thermodynamic and kinetic modelling. The change in solidification mode of a hot work tool steel is investigated under PBF-LB processing conditions. In this study, the change from primary austenite to primary δ-ferrite is observed with increasing cooling rate. The observations are correlated with predictions from a solidification model. Furthermore, the developed PBF-EB sample environment is employed to study the solidification behaviour of the same material under a wide range of PBF-EB conditions with lower cooling rates compared to the PBF-LB conditions. The observed phase transformation behaviour is linked to thermodynamic and kinetic modelling, highlighting the importance of process-induced compositional variations. In addition, the martensite start temperature (Ms) in iron and iron carbon alloy is investigated under PBF-LB conditions using high-speed XRD at 20 kHz. The observed phase transformations are correlated with thermal simulation results, demonstrating cooling rate and composition dependence of the Ms temperature in real-time. Understanding martensite transformation in low-alloyed compositions during PBF processing can facilitate the development of recycling-friendly materials for AM. This thesis focuses on real-time studies of metal AM, employing synchrotron techniques and linking the results to modelling. The findings demonstrate that in-situ and operando synchrotron studies, combined with computational models accounting for thermal conditions and compositional variations, are effective tools for process and alloy development for AM.In particular, the versatility of the developed PBF-EB sample environment can facilitate future studies on a variety of AM related phenomena.Additiv tillverkning (AM) av metaller erbjuder unik designfrihet och möjlighet att skräddarsy mikrostrukturer och egenskaper hos komponenter. Komplexa termiska förlopp och den snabba stelningen som sker under AM medför dock betydande utmaningar vad gäller mikrostrukturkontroll och processoptimering. I detta arbete används synkrotrontekniker för att studera de snabba fenomen som uppstår under AM i realtid. Synkrotrontekniker, inklusive röntgendiffraktion (XRD) och radiografi, är kraftfulla verktyg för att undersöka AM-relaterade fenomen såsom interaktionen mellan energikälla och material, smältpoolens dynamik samt stelning och fasomvandlingar i realtid. Genom att korrelera datan med processparametrar förbättras förståelsen av AM-processen och av de mekanismer som styr. Resultaten är viktiga för processoptimering, legeringsdesign och utveckling av beräkningsmodeller. Resultaten av detta arbete kan delas in i två delar. Den första delen fokuserar på design och implementering av en provmiljö, en elektronstråle-printer (PBF-EB), för realtidsstudier vid synkrotronljusanläggningar (kapitel 3). Provmiljön möjliggör undersökning av ovan nämnda AM-fenomen under PBF-EB vid höga temperaturer och vakuum, samt PBF-EB-specifika effekter såsom det så kallade ”smoke”-fenomenet.Printerns design och dess kapacitet för PBF-EB-printning och synkrotronmätningar i realtid beskrivs med stöd av experimentella data. I den andra delen studeras stelning och fasomvandlingar i AM genom synkrotronobservationer i realtid (kaptil 4), i kombination med termodynamiska och kinetiska beräkningar. Förändringen av stelningsbeteendet undersöktes i varmarbetsverktygsstål under förhållanden typiska för laserbaserad AM (PBF-LB).I denna studie observerades övergången från primär austenit till primär -ferrit vid kylhastigheter i intervallet 2.1 x 10^4 K/s till 1.5 x 10^6 K/s. Observationerna kopplades till en stelningsmodell.Dessutom användes den utvecklade PBF-EB-provmiljön för att studera stelning hos samma verktygsstål vid kylhastigheter från 1.5 x 10^3 K/s till 1.6 x 10^4 K/s. De observerade fasomvandlingarna korrelerades med termodynamisk och kinetisk modellering, och visade på processinducerade sammansättningsvariationer. Martensitstarttemperaturen (Ms) i rent järn och Fe–C-legeringar under PBF-LB-förhållanden undersöktes med high speed-XRD vid 20 kHz. De observerade fasomvandlingarna korrelerades med termiska simuleringar och visade att Ms temperaturen beror på såväl kylhastighet som sammansättning. Förståelse av martensitomvandlingen i låglegerade stål under PBF-förhållanden kan underlätta utvecklingen av material för AM som är lättare att återvinna. Sammanfattningsvis, den här avhandlingen fokuserar på realtidsstudier av metall-AM med hjälp av synkrotrontekniker och kopplar resultaten till modellering. Resultaten visar att in-situ- och operando-synkrotronstudier, i kombination med beräkningsmodeller som tar hänsyn till termiska förhållanden och sammansättningsvariationer, är effektiva verktyg för process- och legeringsutveckling inom AM. I synnerhet mångsidigheten hos den utvecklade PBF-EB-provmiljön möjliggör framtida studier av en mängd olika PBF- och PBF-EB-relaterade fenomen
Implementation och verifiering av säker datakommunikation och I/O-utökning för säkerhetskritiska system : En fallstudie av CLEARSY Safety Platform
No full textThis master’s thesis explores the integration of safe data communication and Inputs/Outputs (I/O) expansion within the CLEARSY Safety Platform (CSSP), a formally verified system designed for safety-critical applications. The CSSP, while robust in ensuring safety through formal verification, faces limitations in its academic version, particularly in handling extensive I/O configurations and lacking a robust communication protocol. This project addresses these challenges by developing a scalable communication protocol and expanding the CSSP’s I/O capabilities while maintaining its rigorous safety standards. The proposed architecture introduces a scalable communication protocol that supports extensive I/O configurations, enabling the CSSP to handle up to 64 additional analog inputs and outputs. This enhancement significantly increases the platform’s versatility, making it suitable for complex, real-world scenarios requiring extensive sensor and actuator integration. Formal verification using the B method was employed to mathematically prove the safety of the I/O expansion and communication protocol. This process involved generating and proving proof obligations to ensure that the system adheres to its safety requirements. Simulation-based testing further validated the system under realistic conditions, including stress testing and failure case analysis, confirming its robustness and reliability. Key results include the successful development and verification of a scalable communication protocol and the expansion of the CSSP’s I/O capabilities. The formal verification process confirmed the system’s adherence to safety requirements, while simulation tests demonstrated its robustness and reliability under various conditions. These findings enhance the CSSP, making it more versatile for a wider range of safety-critical applications. The consequences of this work are significant for both academic and industrial stakeholders. For CLEARSY, the enhanced I/O capabilities and safe communication protocol increase the platform’s versatility, enabling its use in more complex projects. Universities and research institutions benefit from an improved academic version of the CSSP, supporting more realistic safety- critical scenarios and advancing education in the field. This work fosters innovation and practical advancements in safety-critical systems, paving the way for future developments.Denna masteruppsats undersöker integrationen av säker datakommunikation och utvidgning av inmatnings-/utmatningsportar (I/O) inom CLEARSY Safety Platform (CSSP), ett formellt verifierat system designat för säkerhets- kritiska tillämpningar. Även om CSSP är robust för att säkerställa säkerhet genom formell verifiering, har dess akademiska version begränsningar, främst i hanteringen av utvidgade I/O-konfigurationer och frånvaro av flexibla kommunikationsprotokoll. Detta projekt tar itu med dessa utmaningar genom att utveckla ett skalbart kommunikationsprotokoll och utvidga CSSP:s I/O- kapaciteter samtidigt som dess strikta säkerhetsnormer upprätthålls. Problemet ligger i CSSP:s begränsade skalbarhet av I/O och frånvaron av ett robust kommunikationsprotokoll i dess akademiska version, vilket begränsar dess tillämpbarhet i komplexa miljöer som kräver omfattande integration av sensorer och aktuatorer. Detta ämne är betydelsefullt ef- tersom det begränsar plattformens användning i reala scenarier som kräver utvidgad integration av sensorer och aktuatorer. Projektet är lämpligt för en masteruppsats på grund av dess komplexitet och behovet av en djup förståelse av formella verifieringsmetoder, design av säkerhetskritiska system och kommunikationsprotokoll. För att lösa detta problem kombinerar projektet formell verifiering med hjälp av B-metoden med simuleringsbaserade tester. B-metoden används för att matematiskt bevisa korrektheten i I/O-utvidgningen och systemets kom- munikationsprotokoll, vilket säkerställer att inga osäkra tillstånd introduceras. Simuleringsbaserade tester används sedan för att validera systemet under realistiska förhållanden, inklusive stresstester, felanalys och verifiering av dataintegritet. Denna dubbla metodik säkerställer att systemet är både formellt verifierat och praktiskt validerat. Nyckelresultaten i denna avhandling inkluderar framgångsrikt utveckling av ett skalbart kommunikationsprotokoll och utvidgning av CSSP:s I/O- kapaciteter. Den formella verifieringsprocessen bekräftade att systemet upp- fyller säkerhetskraven, medan simuleringstesterna demonstrerade systemets robusthet och pålitlighet under olika förhållanden. Dessa resultat bidrar till förbättringen av CSSP, vilket gör den mer mångsidig och tillämplig för ett bredare spektrum av säkerhetskritiska tillämpningar. Konsekvenserna av detta arbete är betydelsefulla för både akademiska och industriella intressenter. För CLEARSY ökar de utvidgade I/O-kapaciteterna och det säkra kommunikationsprotokollet plattformens mångsidighet, vil- ket möjliggör dess användning i mer komplexa projekt. Universitet och forskningsinstitutioner gynnas av en förbättrad akademisk version av CSSP, som stöder mer realistiska säkerhetsscenarier och främjar utbildningen inom området. Dessutom stärker tillgängligheten av dessa funktioner samarbetet mellan akademin och industrin, vilket främjar innovation och praktiska framsteg inom säkerhetskritiska system. Sammanfattningsvis erbjuder denna avhandling en fullständig lösning på CSSP:s I/O- och kommunikationsbegränsningar, och säkerställer att plattformen förblir både formellt verifierad och dynamiskt validerad. Detta arbete banar vägen för framtida utveckling inom säkerhetskritiska system, och möjliggör mer robusta och skalbara lösningar för reella tillämpningar.Ce mémoire de Master explore l’intégration de la communication de données sécurisée et l’extension des entrées/sorties (E/S) au sein de la plateforme de sécurité CLEARSY (CSSP), un système formellement vérifié conçu pour des applications critiques de sécurité. Bien que la CSSP soit robuste pour garantir la sécurité par vérification formelle, sa version académique présente des limitations, notamment dans la gestion des configurations E/S étendues et l’absence de protocoles de communication flexibles. Ce projet aborde ces défis en développant un protocole de communication évolutif et en étendant les capacités E/S de la CSSP tout en maintenant ses normes de sécurité rigoureuses. Le problème réside dans la scalabilité limitée des E/S de la CSSP et l’absence de protocole de communication robuste dans sa version académique, ce qui restreint son applicabilité dans des environnements complexes nécessitant une intégration extensive de capteurs et d’actionneurs. Ce sujet est significatif car il limite l’utilisation de la plateforme dans des scénarios réels nécessitant une intégration étendue de capteurs et d’actionneurs. Le projet est adapté pour une thèse de Master en raison de sa complexité et de la nécessité d’une compréhension approfondie des méthodes de vérification formelle, de la conception de systèmes critiques de sécurité et des protocoles de communication. Pour résoudre ce problème, le projet combine la vérification formelle utilisant la méthode B avec des tests basés sur la simulation. La méthode B est employée pour prouver mathématiquement la correction de l’extension des E/S et du protocole de communication du système, garantissant qu’aucun état non sûr n’est introduit. Les tests basés sur la simulation sont ensuite utilisés pour valider le système dans des conditions réalistes, y compris les tests de stress, l’analyse des cas de défaillance et la vérification de l’intégrité des données. Cette approche duale garantit que le système est à la fois formellement vérifié et validé pratiquement. Les résultats clés de cette thèse incluent le développement réussi d’un protocole de communication évolutif et l’extension des capacités E/S de la CSSP. Le processus de vérification formelle a confirmé que le système respecte les exigences de sécurité, tandis que les tests de simulation ont démontré la robustesse et la fiabilité du système dans diverses conditions. Ces résultats contribuent à l’amélioration de la CSSP, la rendant plus polyvalente et applicable à une gamme plus large d’applications critiques de sécurité. Les conséquences de ce travail sont significatives pour les parties prenantes académiques et industrielles. Pour CLEARSY, les capacités E/S étendues et le protocole de communication sécurisé augmentent la polyvalence de la plateforme, permettant son utilisation dans des projets plus complexes. Les universités et les institutions de recherche bénéficient d’une version académique améliorée de la CSSP, soutenant des scénarios de sécurité plus réalistes et faisant progresser l’éducation dans le domaine. De plus, la disponibilité de ces fonctionnalités renforce la collaboration entre le milieu académique et l’industrie, favorisant l’innovation et les avancées pratiques dans les systèmes critiques de sécurité. En résumé, cette thèse offre une solution complète aux limitations des E/S et de communication de la CSSP, garantissant que la plateforme reste à la fois formellement vérifiée et dynamiquement validée. Ce travail ouvre la voie à des développements futurs dans les systèmes critiques de sécurité, permettant des solutions plus robustes et évolutives pour des applications réelles
Abstrahera Fel Från Tillståndfull Dataflöde
No full textSystems distributed across several computers are essential for modern infrastruc- ture, and their reliability is reliant on the correctness of the constituent computers’ failure-handling protocols. Correctness in such systems is often understood as fail- ure transparency, a property that enables to use a system as if no failures occur in it; in other words, it states that there is a high-level model of the system, from which the failures are abstracted away. This work proves that failure transparency is provided by the Asynchronous Barrier Snapshotting protocol used in Apache Flink, a prominent distributed stateful dataflow system. This protocol is formal- ized in operational semantics for the first time in this thesis. As no prior definition of failure transparency is suitable for this formalization, a novel definition is pro- posed, applicable to systems expressed in small-step operational semantics with explicit failure-related rules. The work demonstrates how failure transparency can be proven by reasoning about each execution as a whole, presenting a proof tech- nique convenient for proofs about checkpoint-recovery protocols. The results are a first step towards a verified stateful dataflow programming stack.System fördelade över flera datorer är väsentliga för den moderna infrastrukturen, och deras tillförlitlighet är baserad på korrektheten i protokollen som hanterar fel i de ingående datorerna. Riktigheten förstås ofta som failure transparency, en egenskap som gör det möjligt att använda ett system som om inga fel uppstår i det; med andra ord står det att det finns en högnivåmodell av systemet, från vilken miss- lyckandena abstraheras bort. Detta arbete bevisar att feltransparens tillhandahålls av protokollet Asynchronous Barrier Snapshotting som används i Apache Flink, en framträdande representant för distribuerade system med stateful dataflöde. Den första operativa semantiken för protokollet presenteras; Dessutom, eftersom det inte fanns någon definition av feltransparens för modeller i småstegsoperativ se- mantik, föreslås en ny definition, tillämplig på system uttryckta i småstegsoperativa semantik med explicita felrelaterade regler. Beviset visar hur misslyckandetrans- parens kan bevisas genom att resonera om varje exekvering som helhet, vilket gör det praktiskt i bevis om protokoll för återställning av checkpoints. Resultaten är ett första steg mot en verifierad stack för stateful dataflödesprogrammering
Design av robusta system för lågkonnektiva miljöer : En jämförande studie av Progressive Web Applications och distribuerade system
No full textIn developing regions, where conflict and limited infrastructure hinder connectivity, reliable data collection is crucial for effective educational man- agement. However, traditional online approaches struggle with intermittent or nonexistent network access, leading to data gaps and inefficient resource allocation. This thesis explores resilient systems for large-scale data collection and synchronization in low-connectivity settings. Through a comparative analysis of Progressive Web Applications (PWA) and distributed systems, the research evaluates their effectiveness for educational data management, addressing the challenges and limitations these technologies face when deployed in resource- constrained environments. Using a design science methodology, the study implements and tests both solutions. The PWA leverages service workers, IndexedDB, and background synchronization for complete offline functionality. The distributed system, employing a hub-and-spoke model with Bucardo-based multi-master replica- tion, enables data collection across disconnected nodes. Performance tests assessed synchronization efficiency, data consistency, and resource utilization under various network conditions. Findings show that PWAs excel for individual field workers, enabling seamless offline data collection with synchronization upon reconnection. The distributed system is better suited for multi-user environments, offering robust conflict resolution and bidirectional synchronization. Both approaches proved effective under poor network conditions. This research provides theoretical insights and practical strategies for resilient data collection in resource-constrained settings. The findings offer guidance for educational institutions and development organizations, ensuring continuous data collection and informed decision-making, ultimately improving educational outcomes in low-connectivity regions.I utvecklingsregioner, där konflikter och begränsad infrastruktur försvårar uppkoppling, är tillförlitlig datainsamling avgörande för en effektiv utbild- ningsförvaltning. Traditionella online-metoder kämpar dock med intermitten- ta eller obefintliga nätverksförbindelser, vilket leder till informationsluckor och ineffektiv resursfördelning. Denna avhandling undersöker robusta system för storskalig datainsamling och synkronisering i lågkonnektiva miljöer. Genom en jämförande analys av Progressive Web Applications (PWA) och distribuerade system utvärderas deras effektivitet i hanteringen av utbildningsdata, och behandlar de utma- ningar och begränsningar som dessa teknologier står inför när de används i resursbegränsade miljöer. Studien tillämpar en designvetenskaplig metodik för att implementera och testa båda lösningarna. PWA använder service workers, IndexedDB och bakgrundssynkronisering för att möjliggöra fullständig offlinefunktionalitet. Det distribuerade systemet, som bygger på en nav-och-eker-arkitektur med Bucardo-baserad multi-master-replikering, möjliggör datainsamling över frånkopplade noder. Prestandatester utvärderade synkroniseringseffektivitet, datakonsistens och resursanvändning under olika nätverksförhållanden. Resultaten visar att PWA är särskilt fördelaktigt för individuella fält- arbetare, då det möjliggör sömlös offline-datainsamling med automatisk synkronisering vid återanslutning. Det distribuerade systemet lämpar sig bättre för miljöer med flera användare, tack vare sin robusta konflikthantering och tvåvägssynkronisering. Båda lösningarna visade sig vara effektiva under dåliga nätverksförhållanden. Denna forskning bidrar med både teoretiska insikter och praktiska strategier för hållbar datainsamling i resursbegränsade miljöer. Resultaten ger vägledning för utbildningsinstitutioner och utvecklingsorganisationer, vilket säkerställer kontinuerlig datainsamling och bättre beslutsfattande, och i slutändan förbättrar utbildningsresultaten i områden med begränsad uppkoppling
Global competence education in practice : Exploring opportunities for integrative competence development at higher engineering institutions
No full textThe 21st century has placed new professional demands on engineers as a result of global economic, social, environmental, and technological developments. As a result, engineering institutions have been under pressure to evolve their curricula to better prepare students for their future professions. Industry and academic scholarship have long recognized that engineering education must foster global competence in students, but the complexity of the concept may make its integration challenging. Despite its proliferation in educational literature, the concept is still in its infancy, which is connected to a lack of practical experience and empirical data for informed decisions. Considering that global competence learning may be a foreign concept to traditional technical and science education, there is a risk that well-intentioned but overeager efforts may not lead to the desired learning outcomes. These considerations guided the research project presented here, which examines global competence education for engineering students with the aim of developing an empirical foundation for advancing practical institutional engagement with the issue. Recognizing the need for a solid conceptual foundation at the basis of any efforts, it revolves around three main themes of global competence education for engineers: conceptions of core global competencies for engineers, their development, and their assessment. These themes are addressed by synthesizing the insights of five studies that combine a large-scale review of engineering institutions’ practical efforts, a comparison of competence frameworks, stakeholder evaluations of competence importance, and the experiences and perspectives of engineering students and educators. Synthesizing the insights of these studies, this thesis first addresses the concept of global competence and its contents by providing a detailed conceptualization of global competence including a definition and core competencies, and examines what it means to be globally competent. Moreover, it addresses the issue of global competence learning at engineering institutions by providing a proposal for an institutional strategy for global competence efforts, which was developed by combining insights into institutional global competence efforts with stakeholder experiences and perspectives. In this regard, this thesis complements its empirical investigation with more practical contributions, and may serve as a valuable foundation for further theoretical and practical engagement with global competence education.Globala ekonomiska, sociala, miljömässiga och tekniska förändringar under 2000-talet har lett till nya krav på ingenjörer. För att möta dessa och förbereda studenter för framtida yrkesverksamhet måste lärosäten anpassa innehållet i sina utbildningar. Såväl industri som forskning har i denna kontext länge betonat vikten av utbildning i global kompetens, men implementering av sådan undervisning har visat sig vara svårt, delvis på grund av begreppets komplexa natur. Trots en ökad förekomst inom utbildningsvetenskaplig litteratur befinner sig begreppet fortfarande i ett relativt tidigt skede, kopplat till en brist på praktisk erfarenhet och empiriska data som grund för väl underbyggda beslut. Eftersom global kompetens dessutom fortfarande kan uppfattas som främmande för traditionell teknisk och naturvetenskaplig utbildning finns också en risk att välmenande försök inte leder till önskade lärandemål. Detta är bakgrunden till det forskningsprojekt som presenteras här och som undersöker utbildning i global kompetens för ingenjörsstudenter med syfte att bidra till att utveckla en empirisk bas för att främja praktiskt institutionellt engagemang i frågan. Med beaktande av behovet av en stark konceptuell grund fokuserar projektet på tre kärnteman inom global kompetensutbildning för ingenjörer: kärnkompetenser för ingenjörer, samt utveckling och bedömning av dessa. Fem delstudier tar sig an temana från olika håll: en granskning av praktiska insatser inom ingenjörsutbildningar, en jämförelse av olika kompetensramverk, utvärderingar från intressenter om värdet av olika kompetenser, samt erfarenheter och perspektiv från ingenjörsstudenter och lärare. Genom att förena insikter från dessa studier närmar sig avhandlingen begreppet global kompetens och dess innehåll genom en fördjupad analys av begreppets innehåll, inklusive en definition och identifiering av centrala kompetenser, samt en undersökning av vad det innebär att vara globalt kompetent. Vidare behandlas frågan om hur global kompetens kan utvecklas inom ramen för ingenjörsutbildningar och ett förslag till en institutionell strategi för sådant utvecklingsarbete presenteras, baserat på empiriska insikter om lärosätens kompetensinitiativ och olika intressenters erfarenheter och uppfattningar. Genom att avhandlingens empiriska analys på så sätt kompletteras med mer tillämpade bidrag kan den utgöra en potentiellt betydelsefull grund för fortsatt teoretisk och praktisk utveckling av utbildning för global kompetens
Historisk rekonstruktion av kreditspreadar och cross-currency basis
No full textWithin the realm of financial modeling, particularly in the reconstruction of interest rates and cross-currency basis, missing data poses significant challenges. Specifically for recently established financial institutions like Sfil, when calculating historical risk measures such as Value at Risk (VaR) and assessing funding costs for entities that did not previously exist, the erratic behaviors observed in market data can lead to unreliable estimates. These challenges often reveal the limitations of traditional approaches such as linear regression, which are commonly employed for these tasks. This thesis addresses a gap in financial literature by simultaneously examining both funding spreads and cross-currency basis reconstruction, with particular emphasis on extrapolating behavior during crisis periods. The methodology employs a multi-faceted comparative approach integrating various machine learning models, including Random Forest, XGBoost, ElasticNet and Neural Networks. Additionally, the thesis explores how stacking and voting ensemble techniques enhance predictive accuracy by leveraging the complementary strengths of different model architectures. The results demonstrate that while tree-based machine learning techniques significantly outperformed traditional methods in in-sample predictive accuracy, neural networks provided superior extrapolation during extreme market conditions. This research reveals an important trade-off between numerical precision and realistic crisis behavior that has not been previously highlighted in financial reconstruction literature. The findings provide a framework for financial institutions to select appropriate modeling approaches based on their specific risk assessment objectives.Inom finansiell modellering, särskilt vid rekonstruktionen av räntor och tvärvaluta-basis, utgör bristande data betydande utmaningar. För nyligen etablerade finansiella institutioner som Sfil innebär beräkning av historiska riskmått såsom Value at Risk (VaR) och bedömning av finansieringskostnader för enheter som inte tidigare har existerat särskilda utmaningar. Det oförutsägbara beteendet som observeras i marknadsdata kan leda till otillförlitliga uppskattningar. Dessa utmaningar avslöjar begränsningarna hos traditionella metoder som linjär regression, vilka vanligen används för dessa uppgifter. Denna avhandling behandlar en lucka i den finansiella litteraturen genom att samtidigt undersöka både finansieringsspreadar och rekonstruktion av tvärvaluta-basis, med särskild betoning på extrapolering av beteende under krisperioder. Metodologin använder en mångfacetterad jämförande ansats som integrerar olika maskininlärningsmodeller, inklusive Random Forest, XGBoost, ElasticNet och neurala nätverk. Dessutom utforskar avhandlingen hur stacking- och voting-ensembletekniker förbättrar den prediktiva noggrannheten genom att utnyttja de komplementära styrkorna hos olika modellarkitekturer. Resultaten visar att trädbaserade maskininlärningstekniker presterade betydligt bättre än traditionella metoder vad gäller prediktiv noggrannhet inom dataurvalet, medan neurala nätverk uppvisade överlägsen extrapolering under extrema marknadsförhållanden. Denna forskning påvisar en viktig avvägning mellan numerisk precision och realistiskt krisbeteende som inte tidigare har belysts i litteraturen om finansiell rekonstruktion. Resultaten ger en ram för finansiella institutioner att välja lämpliga modellmetoder baserade på deras specifika mål för riskbedömning
Utvärdering av IBNR-modellering för ett Litet Skadeförsäkringsbolag
No full textThis thesis explores and compares several methods for estimating Incurred But Not Reported (IBNR) claims, with a focus on their practical application in small insurance portfolios. Using data from a Swedish construction insurance provider, the study evaluates four reserving techniques: Chain ladder, Mack model, Bornhuetter-Ferguson and Tweedie Generalized Linear Models (GLM) with a stochastic simulation being applied to the latter. The analysis is conducted using both yearly and quarterly claim development data, allowing for an assessment of how model behavior changes with data granularity. While all models yield similar estimates for well-developed accident years, they diverge significantly for more recent and immature periods. In the quarterly setting, chain ladder and Mack overreact to limited data, resulting in highly inflated and volatile reserve estimates. Bornhuetter-Ferguson, GLM, and Tweedie demonstrate greater stability by relying on additional underlying assumptions. However, the volatility introduced by quarterly granularity -- particularly in the presence of sparse claims data -- led to unreliable outputs across all methods except for Bornhuetter-Ferguson which produced more stable estimates. As a result, the study favors yearly modeling for small portfolios, where stability and interpretability are crucial. The findings suggest that while methods such as chain ladder and Mack provide a useful baseline, other approaches may be better suited to the challenges faced by smaller insurers, particularly those that reduce volatility, like Bornhuetter-Ferguson, or provide distributional insight, like Tweedie.Denna uppsats analyserar och jämför olika metoder för att uppskatta IBNR-reserver (Incurred But Not Reported), med särskilt fokus på tillämpningen i mindre försäkringsportföljer. Studien baseras på data från ett svenskt försäkringsbolag som erbjuder byggförsäkringar och omfattar fyra modeller: Chain ladder, Mack-modellen, Bornhuetter-Ferguson samt Tweedie-baserade Generalized Linear Models (GLM), där den sistnämnda kombineras med en stokastisk simulering. Analysen genomförs med både års- och kvartalsdata, vilket möjliggör en jämförelse av hur modellernas egenskaper påverkas av datats upplösning. För skadeår med mer komplett utveckling ger samtliga modeller likartade resultat, däremot uppstår tydliga skillnader för nyare och mer ofullständiga skadeår. I kvartalsdatan tenderar Chain ladder och Mack att överreagera på begränsad data, vilket resulterar i höga och instabila reservskattningar. Bornhuetter-Ferguson, GLM och Tweedie uppvisar i stället större stabilitet, då de bygger på ytterligare antaganden utöver de observerade värdena. Kvartalsvis modellering leder dock, särskilt vid gles skadehistorik, till osäkra resultat för samtliga metoder – med undantag för Bornhuetter-Ferguson, som ger jämnare och mer tillförlitliga skattningar. Studien visar att årsvis modellering är att föredra i mindre portföljer, där stabilitet och tydlig tolkning är viktigt. Resultaten indikerar att även om Chain ladder och Mack erbjuder en användbar utgångspunkt, kan andra metoder vara bättre anpassade till de utmaningar som mindre försäkringsbolag möter – särskilt metoder som minskar volatiliteten, som Bornhuetter-Ferguson, eller ger information om den statistiska fördelningen, som Tweedie