On Error-Controlled Numerical Model Reduction for Linear Transient FE\ub2 Analysis

Multiscale modeling is of high interest in the engineering community due to its ability to capture the overall response, while still accounting for processes and structures on underlying fine scales. One standard approach to multiscale modeling is the so-called FE\ub2 procedure, where the classic constitutive relation is replaced by a boundary value problem on a Representative Volume Element (RVE) comprising the underlying microscale features. It is well realized that straight-forward use of the FE\ub2-strategy can be computationally intractable for a fine macroscale mesh. Therefore, it is of interest to reduce the cost of solving the individual RVE-problem(s) by introducing some kind of reduced basis, here denoted Numerical Model Reduction (NMR). However, it is important to note that the richness of the reduced basis will determine the accuracy of the solution, which calls for error control.This thesis concerns numerical model reduction for linear transient problems in the FE\ub2 setting, in particular the problems of heat flow and poroelasticity. Two different reduction techniques – Spectral Decomposition and Proper Orthogonal Decomposition – are applied in order to obtain an efficient method of solving and evaluating homogenized quantities on the microscale. For the model problem of linear transient heat flow, the microscale finite element problem reduces to a set of (uncoupled) ordinary differential equations, which, obviously, can be solved more efficiently than the original fully resolved finite element problem.For the error estimation, we focus solely on the error due to the reduced basis and ignore time- and space-discretization errors. We derive guaranteed, explicit bounds on the error in (i) a constructed “energy” norm and (ii) a user-defined quantity of interest (QoI) within the realm of goal-oriented error estimation. As a “workhorse” for the error computation, we introduce an associated (non-physical) symmetrized variational problem in space-time. We obtain low cost estimators, based on the residual, which, in particular, requires no extra modes than the ones used for the reduced basis approximation. The performance of the estimator is demonstrated with numerical examples, and, for both the heat flow problem and the poroelastic problem, we overestimate the error with an order of magnitude, which is deemed acceptable given that the estimate is fully explicit and the extra cost is negligible

Numerical Model Reduction and Error Control for Computational Homogenization of Transient Problems

Multiscale modeling is a class of methods useful for numerical simulation of mechanics, in particular, when the microstructure of a material is of importance. The main advantage is the ability to capture the overall response, and, at the same time, account for processes and structures on the underlying fine scales. The FE2 procedure, "finite element squared", is one standard multiscale approach in which the constitutive relation is replaced with a boundary value problem defined on an Representative Volume Element (RVE) which contains the microscale features. The procedure thus involves the solution of finite element problems on two scales: one macroscopic problem and multiple RVE problems, typically one for each quadrature point in the macroscale mesh. While the solution of the independent RVE problems can be trivially parallelized it can still be computationally impractical to solve the two-scale problem, in particular for fine macroscale meshes. It is, therefore, of interest to investigate methods for reducing the computational cost of solving the individual RVE problems, while still having control of the accuracy.In this thesis the concept of Numerical Model Reduction (NMR) is applied for reducing the RVE problems by constructing a reduced spatial basis using Spectral Decomposition (SD) and Proper Orthogonal Decomposition. Computational homogenization of two different transient model problems have been studied: heat flow and consolidation. In both cases the RVE problem reduces to a system of ordinary differential equations, with dimension much smaller than of the finite element system.With the reduced basis and decreased computational time comes also loss of accuracy. Thus, in order to assess results from a reduced computation, it is useful to quantify the error. This thesis focuses solely on estimation of the error stemming from the reduced basis by assuming the fully resolved finite element solution to be exact, thereby ignoring e.g. time- and space-discretization errors. For the linear model problems guaranteed, fully computable, bounds are derived for the error in (i) a constructed "energy" norm and (ii) a user-defined quantity of interest within the realm of goal-oriented error estimation. In the non-linear case approximate, fully computable, bounds are derived based on the linearized error equation.In all cases an associated (non-physical) symmetrized variational problem in space-time is introduced as a "driver" for the estimate. From this residual-based estimates with low computational cost are obtained. In particular, no extra modes than the ones used for the reduced basis approximation are required. The performance of the estimator is demonstrated with numerical examples, and, for both the heat flow problem and the poroelastic problem, the error is overestimated by an order of magnitude, which is deemed acceptable given that the estimate is fully explicit and the extra cost is negligible

Influence of MR and clinical parameters on biochemical recurrence in re-irradiation of prostate cancer

Masteroppgave i medisinsk teknologiMTEK39

Oppgaveglidning fra sekretæren til legen? : må legene på sykehuset utføre oppgaver som de anser som urimelige eller unødvendige?

Masteroppgave ledelse - Universitetet i Agder 2016Studiet gjennomføres på bakgrunn av ofte tilbakevendende diskusjoner rundt fag-profesjonenes tidsbruk til kjernevirksomheten. Sykehuslegene gir ofte uttrykk for at det stadig blir mindre tid til pasientrettet arbeid som følge av at mer og mer av tiden går til administrative gjøremål, slik som rapporteringer på nøkkeltall for kvalitet og pasientsikkerhet, kvalitetsregistre, utarbeiding av virksomhetsplaner og produksjon av årsrapporter. Vi har også hatt flere reformer de senere årene som påvirker legenes hverdag. I 1997 ble Innsatsstyrt finansiering (ISF) innført, hvor formålet er å understøtte sørge-for-ansvaret basert på aktiveten som utføres i sykehus. I 1999 kom lovkravet om Enhetlig ledelse ved alle sykehus, og i 2000 ble sykehusene organisert i statlige foretak. I 2001 ble Fritt sykehusvalg innført. Samhandlingsreformen ble iverksatt fra 1.januar 2012. Økte kvalitetskrav til våre pasientforløp innføres fortløpende. Det er et krav til maksimum ventetid på spesialisthelsetjenesten og ingen pasienter skal ha fristbrudd. Det er utarbeidet nasjonale krav til pakkeforløp for kreftbehandling og det skal ved hver sykehusinnleggelse vurderes om pasienten har en risiko for livstruende tilstand, kalt Tidlig Identifisering av Livstruende Tilstander (TILT). Formålet med studien var således å gjøre en nærmere kartlegging av legenes tidsbruk til ikke-medisinske oppgaver som har sammenheng med rapporteringskrav i tilknytning til disse reformene. Fagansvaret kan ikke delegeres til merkantilt personell, men mye av systemansvaret kan delegeres fra legene til sekretærene. For å finne ut om noe om fordelingen av pasientrettet arbeid og administrative rutiner, om det blir utført oppgaver blant legene som andre kan gjøre like godt eller bedre, og om legene selv mente de har oppgaver som de mener er unødvendig at de gjør, brukte jeg flere metoder. Jeg observerte tre leger i til sammen 7 dager i deres arbeidshverdag, jeg analyserte dokumenter som viste utviklingen i aktivitet og årsverk i to ulike år, samt om det var en endring i resultat av medarbeiderundersøkelsene. Til slutt sendte jeg en e-post til alle legene i avdelingen med spørsmål om de var av den oppfatning at de hadde oppgaver andre kunne gjøre i stedet.Observasjonsstudiet ble benyttet for å få en innsikt i legers tidsbruk, der jeg ønsket å se på hvor mye av arbeidstiden som gikk med til administrative oppgaver og hvor mye av tiden som ble brukt til den direkte pasientbehandlingen. Her må man skille administrativ tid i to deler. En av de administrative oppgavene en lege har er at man alltid skal dokumentere all pasientbehandling og dette må skrives inn i et data-system, såkalt elektronisk dokumentasjon av pasientforløpet. Innholdet som skal beskrive et behandlingsforløp er legens ansvar og kan ikke delegeres. Men sykehuset kan ha ulike rutiner for hvordan man får synliggjort dette i det elektroniske systemet. En metode er at legen dikterer det som skal dokumenteres og sekretæren skriver dette inn i den elektroniske journalen. En annen måte å gjøre det på er å benytte et system for talegjenkjenning hvor det som legen dikterer, skrives direkte inn i systemet basert på en talegjenkjenning. Tale konverteres til tekst gjennom et eget dataverktøy. Da må legen i tillegg velge hvilke mal dokument skal ha, hvem som er mottakere av dokumentet og de må også registrere alle kodene for utførte prosedyrer og for sykdommer som har hatt betydning under sykehus-oppholdet. I tillegg til de kliniske administrative oppgavene finnes det en rekke pålagte oppgaver som påløper grunnet nasjonale og interne pålegg om rapportering som går på kvalitet, sikkerhet og måltall innen økonomi og effektivitet. I min studie er det disse administrative oppgavene jeg ønsket å se hvor mye av arbeidstiden som medgår. Tidspunktet for mitt feltarbeid og utvalget av respondenter vil ha en betydning for resultatet, sammen med hvilket nivå legene jobber på. En seksjonsoverlege har mange andre tilleggs-oppgaver enn leger ellers. Seksjonsoverlegen skal utarbeide årsrapporter og de skal utarbeide virksomhetsplaner for neste år eller ha innspill til strategiplaner med både kortsiktige og langsiktige perspektiver. Tidspunktet for observasjonen var ikke påvirket av denne typen ekstraarbeid. I tilknytning til Innsatsstyrt finansieringsordning må legene kvalitetssikre at alle utførte prosedyrer og aktuelle sykdommer under oppholdet har blitt kodet i henhold til internasjonale standarder. Dette er et arbeid som må gjøres innen gitte frister, men som ikke hadde tidsfrist i det tidsrommet jeg observerte en leges daglige oppgaver i avdelingen. Det må også tas høyde for at vår avdeling i flere år har hatt fokus på oppgaveglidning, der det har blitt overført administrativ pasientoppfølging fra legene til sekretæren. Avdelingen harogså fått tilført ekstra ressurser til merkantil tjeneste for kvalitetssikring av de registrerte data i vårt pasientadministrative system (PAS), som heter DIPS (Distribuert informasjons- og pasientsystem i sykehus). En slik tilførsel av ressurser fikk avdelingen over budsjettet i 2015. I min studie er slike oppgaveglidninger ofte benevnt som Rett person på rett plass. Med Rett person på rett plass menes at oppgaver skyves på, slik at eksempelvis skal ikke leger behøve å gjøre administrative oppgaver som en sekretær er utdannet til å gjøre og kan gjøre like bra eller bedre. Denne fordelingen av oppgaver krever en jevnlig og god kommunikasjon mellom faggruppene. Feltarbeidet mitt gikk ut på en kontinuerlig observasjon av enkeltleger gjennom en hel arbeidsdag. Dette har gitt nærhet og innsikt slik at jeg bedre har vært i stand til å kunne sette meg inn i hvordan legene benyttet tiden i løpet av arbeidsdagen. Resultatet viser, kanskje overraskende, at det ble brukt forholdsvis lite tid på administrative gjøremål i tilknytning til rapporteringer. Det kan ha sammenheng med måten avdelingen er organisert på og at merkantil personale her på denne avdelingen gjør mesteparten av rapporteringsoppgavene for legene. I dokumentanalysen ble det søkt i tilgjengelige data internt i helseforetaket i den hensikt å vurdere om forholdet mellom årsverk fordelt på fagene leger, administrasjon og merkantilt personell var endret. Her brukte jeg data fra årene 2005 og 2015 og satte disse opp mot aktivitetstallene i avdelingen. I tillegg benyttet jeg også resultater fra de årlige medarbeider-undersøkelsene i Sørlandet sykehus HF for årene 2010 og 2015 for om mulig å få et innblikk i hvordan legene opplever arbeidsmiljøet og sin egen arbeidshverdag og om deres oppfatning har blitt endret i undersøkelsesperioden. Det har vært en utfordring å finne tilgjengelige data og definere hva som er en administrativ funksjon versus pasientrettet arbeid. Organisasjonen vår er i en kontinuerlig endring. Oppgaver som før lå sentralt i stabsfunksjoner internt i foretaket er flyttet ut til eksterne samarbeidspartnere og internt har vi også funksjonsfordelinger med tilhørende endringer av avdelingstilhørigheten. Jeg kan ikke se at de administrative stillingene har økt på bekostning av legeårsverk, slik det hevdes. Det er en økning i pålagte krav som gjør at sykehuset må ha bemanning til dette, men en sekretærstilling er mer kostnadseffektiv enn å ha en lege til slikt arbeid. Utvikling innen dataverktøy og datakommunikasjon har frigjort sekretærens tidligere tidsbruk på papirjournal.Det er nå en elektronisk kommunikasjon med primærlegene, kommunene og andre samhandlingspartnere. Jeg har også hentet inn data i form av en enkel spørreundersøkelse med noen få spørsmål om hvordan leger har erfart å ivareta administrative gjøremål. Denne undersøkelsen ble sendt ut som e-post til alle de 50 legene i avdelingen. Spørsmålene skulle søke å belyse om legene erfarte eller opplevde at deler av de daglige arbeidsoppgavene de har var unødvendige eller uhensiktsmessige. En uhensiktsmessig oppgave defineres som en oppgave som legen er pålagt å utføre, men som andre faggrupper, eksempelvis merkantilt personale, like gjerne kunne ha utført. Tilbakemelding på mitt spørsmål om oppgaver som oppleves som unødvendige eller urimelige, var få. Det ble sendt ut en e-post til 50 leger i avdelingen, og bare 5 leger gav en tilbakemelding på denne. En årsak til den lave responsen kan være at legene ved avdelingen er av den oppfatning at arbeidsoppgavene i liten grad er irrelevante, urimelige eller unødvendige. Det at denne avdelingen som her er undersøkt har fått tildelt flere merkantile ressurser har sannsynligvis bidratt til å avhjelpe de administrative oppgavene blant legene. En av oppgavene legene i avdelingen er pålagt å gjøre, er å sikre at de gir melding om koder fra de internasjonale kodeverkene for sykdom og behandling og dette skal registreres i pasientsystemet. Dette ble spesielt fokus på etter innføringen av nevnte ISF-ordning. For å sikre at avdelingen får sin inntekt må de i tillegg kvalitetssikre hva deres legekollegaer i den enkelte seksjon har valgt av koder for å identifisere diagnoser og prosedyrer. Dette er en oppgave legene mente andre kunne ivareta på deres vegne. På grunn av den lave responsen på e-postundersøkelsen må disse svarene tolkes med varsomhet. Det kan tenkes en står igjen med de mest kritiske og negative som har svart og at dette ikke er representativt for det store flertallet av leger ved medisinsk avdeling

Impact of Social Skills Groups on School Aged Children with Emotional Disturbance

According to the Individuals with Disabilities Education Act (U.S. Department of Education, 2017, Sec. 300.8), emotional disturbance is defined as a condition in which there are one or more of the following symptoms that interferes with a child’s ability perform successfully in their education: “An inability to learn that cannot be explained by intellectual, sensory, or health factors, an inability to build or maintain satisfactory interpersonal relationships with peers and teachers, inappropriate types of behavior or feelings under normal circumstances, a general pervasive mood of unhappiness or depression, and a tendency to develop physical symptoms or fears associated with personal or school problems” (Sec. 300.8 c, 4, para. i-ii) In a publication from the United States Department of Education’s Office of Special Education and Rehabilitation (2020), almost six percent of students with disabilities have a diagnosis of emotional disturbance. Even though emotional disturbance affects almost six percent of students, the available literature contains little research on the subject. Specifically, almost no research has been done on occupational therapy interventions to assist in school success. Children with emotional disturbance are an under researched and misunderstood subsection of children with disabilities. One specific diagnosis that exists in the same realm as emotional disturbance and is heavily researched is Autism Spectrum Disorder (ASD). Application of interventions originally geared for ASD to children with emotional disturbance could yield promising results if time and resources are spent on research

A posteriori error estimation for numerical model reduction in computational homogenization of porous media

Numerical model reduction is adopted for solving the microscale problem that arizes from computational homogenization of a model problem of porous media with displacement and pressure as unknown fields. A reduced basis is obtained for the pressure field using (i) spectral decomposition (SD) and (ii) proper orthogonal decomposition (POD). This strategy has been used in previous work—the main contribution of this article is the extension with an a posteriori estimator for assessing the error in (i) energy norm and in (ii) a given quantity of interest. The error estimator builds on previous work by the authors; the novelty presented in this article is the generalization of the estimator to a coupled problem, and, more importantly, to accommodate the estimator for a POD basis rather than the SD basis. Guaranteed, fully computable and low-cost bounds are derived and the performance of the error estimates is demonstrated via numerical results

SFI Offshore Mechatronics : samarbeidsbedriftenes nytte av deltakelse i SFI-en

Masteroppgave innovasjon og kunnskapsutvikling - Universitetet i Agder 2016Denne masteroppgaven er en teoretisk informert, kvalitativ studie, basert på 15 intervjuer med ulike samarbeidspartnere fra SFI Offshore Mechatronics ved Universitetet i Agder, både bedrifter og akademiske partnere. Intervjuene ble gjennomført i samarbeid med en medstudent hvor vi hadde en intervjuguide basert på teori med faste tema, fast rekkefølge og åpne svar. Oppgaven har hatt til hensikt å undersøke SFI Offshore Mechatronics ved UiA, og spesielt se hva samarbeidsbedriftenes nytte kan være av å være deltakende i et slikt prosjekt. SFI Offshore Mechatronics ble lansert våren 2015, og har til hensikt å være med på å løfte oljeindustrien på Sørlandet gjennom forskning som skal føre til innovasjoner i bedriftene (Forskningsrådet, 2015). SFI-en er blitt svært relevant pga. store nedganger i oljesektoren for tiden, og en omstilling hos bedriftene er viktig for å opprettholde konkurransestyrken i industrien. Studien er basert på teorier om innovasjonssystemer, innovasjonsmåter, kunnskap, læring, kunnskapsflyt, kunnskapsbaser og absorbsjonskapasitet, der fokus i hovedsak er på hva teoriene sier om kunnskapsutvikling og læring i og mellom bedrifter og akademiske partnere. Essensen i teoridelen handler om samarbeid mellom ulike aktører, hvordan dette kan styrke innovasjonsaktivitet i regioner, og hvordan kunnskapen flyter mellom dem som igjen kan føre til læring og innovasjon. Jeg har brukt teorien i oppgaven for å kunne analysere svarene fra informantene på best mulig måte. For å kunne belyse studiens tema formulerte jeg to hovedforskerspørsmål som lyder som følger: 1. Hvilken nytte kan bedriftene få av deltakelsen i SFI-en? 2. Hva kan bedriftene gjøre for å øke nytten av forskningen i SFI-en? I tillegg til dette har jeg formulert tre teoribaserte delforskerspørsmål som vil være en hjelp for å svare på hovedforskerspørsmålene mine. Delforskerspørsmålene er som følger: 1. Hvilke innovasjonsmåter dominerer hos bedriftspartnerne i SFI-en? 2. Hvem er sentrale, eksterne kunnskapskilder for bedriftene i SFI-en? 3. Hvilken kunnskap ønsker bedriftene at kunnskapsaktørene skal bidra med? v Funn fra min studie viser blant annet at erfaringsbasert kunnskap, og inkrementell innovasjon dominerer i bedriftene, noe som viser en DUI-innovasjonsmåte. Bedriftene vil trolig være i stand til å bidra til arbeidet i SFI-en, da de har god forståelse for kundenes behov, som er et nøkkelpunkt for å forstå hva slags forskning og utvikling som er viktig for bedriftene videre. Bedriftene ser en nytte av å kombinere sin erfaringsbaserte kunnskap med kunnskapsaktørenes forskningsbaserte kunnskap, men det å forstå og å kunne ta i bruk denne kunnskapen i praksis i bedriftene kan være utfordrende. Studien viser at bedriftene har et godt utgangspunkt for samarbeid med andre aktører, likevel kan det bli vanskelig for dem å få noe konkret nytte av kunnskapen som forskes frem i SFI-en, og det kan være at bedriftene må ”lære seg” å samarbeide med kunnskapsaktørene for å kunne dra nytte av kunnskapen og vice versa. Studien viser videre til ulike typer nytte for bedriftene med å være med i et SFIprosjekt: mer forskningsbasert kunnskap, styrket nettverk og PhD-kandidater inn i akademia og tilbake til industrien. Gjennom analyse og diskusjon har jeg kommet frem til noen forslag om hva bedriftene kan gjøre for å øke nytten av forskningen i SFI-en. For å øke nytten kan det være viktig at flere ansatte får en aktiv deltakelse i SFI-en. Det er viktig for hele bedriften å være klar over at de er en del av en SFI, og hvorfor. Det vil også være viktig å skape interne prosesser i bedriftene som muliggjør kunnskapsutvikling, og som nyttiggjør kunnskapen fra eksterne partnere. Sentrale punkter for dette er arenaer for læring i bedriftene, gode gatekeepere for å hente inn og spre ekstern kunnskap i bedriftene og å inkludere de ansatte i arbeidet i SFI-en. PhDkandidatene kan være gode gatekeepere. Videre er det viktig at bedriftene deltar aktivt i forskningsprosjekter i SFI-en, og at de er i stand til å samarbeide med andre bedrifter i SFI-en om blant annet kunnskapsdeling. Studien viser at bedriftene i SFI-en har et godt utgangspunkt for å styrke absorbsjonskapasiteten sin, slik at de kan omstille seg ved å ta i bruk mer forskningsbasert kunnskap og skape en CCI- innovasjonsmåte i bedriftene som kan være med å styrke innovasjonsaktiviteten deres

Combining spectral and POD modes to improve error estimation of numerical model reduction for porous media

Numerical model reduction (NMR) is used to solve the microscale problem that arises from computational homogenization of a model problem of porous media with displacement and pressure as unknown fields. The reduction technique and an associated error estimator for the NMR error have been presented in prior work, where both spectral decomposition (SD) and proper orthogonal decomposition (POD) were used to construct the reduced basis. It was shown that the POD basis performs better w.r.t. minimizing the residual, but the SD basis has some advantageous properties for the estimator. Since it is the estimated error that will govern the error control, the most efficient procedure is the one that results in the lowest error bound. The main contribution of this paper is further development of the previous work with a proposed combined basis constructed using both SD and POD modes together with an adaptive mode selection strategy. The performance of the combined basis is compared to (i) the pure SD basis and (ii) the pure POD basis via numerical examples. The examples show that it is possible to find a combination of SD/POD modes which is improved, i.e. it yields a smaller estimate, compared to the cases of pure SD or pure POD

Numerical Model Reduction with error estimation for computational homogenization of non-linear consolidation

Numerical Model Reduction (NMR) is adopted for solving the non-linear microscale problem that arises from computational homogenization of a model problem of porous media with displacement and pressure as unknown fields. A reduced basis is obtained for the pressure field using Proper Orthogonal Decomposition and the pertinent displacement basis is obtained using Nonuniform Transformation Field Analysis. An explicit, fully computable, a posteriori error estimator is derived based on the linearized error equation for quantification of the NMR error in terms of a suitably chosen energy norm. The performance of the error estimates is demonstrated via a set of numerical examples with varying load amplitudes