Nyligen rullade Saab ut nya Gripen E inför press och inbjudna gäster. Planet har ännu så länge bara flugits i simulatorer och ett antal tester är kvar innan planet får lyfta från marken. En förutsättning för att det ska vara möjligt för en liten nation som Sverige att utveckla flygplan är att en stor del av arbetet görs i datorn, inte bara av piloter när planet ska testas, utan under hela utvecklingsprocessen, från det allra första designstadiet.
I en simulering av ett flygplan, likaväl som av andra stora system, ska en mängd olika simuleringsmodeller av delsystem fås att samverka till en säker och väl fungerande enhet. Alla modeller innehåller ett antal antaganden och begränsningar. På ett tidigt designstadium är det svårt att veta hur trovärdiga modellerna av delsystemen är, eftersom det ännu inte finns några konkreta mätresultat att validera dem mot.
Magnus Eek, industridoktorand från Saab, har i sin avhandling vid Avdelningen för maskinkonstruktion, tagit fram en metod med vars hjälp man kan värdera och mäta osäkerheten i de modeller man valt och på så vis kunna göra allt bättre och säkrare simuleringar.
Ett delsystem kan exempelvis vara kylsystemet i ett flygplan. Metoden går då ut på att validera de komponenter som ingår i modellen av kylsystemet, exempelvis en pump eller en ventil. Den osäkerhet som sedan kvarstår förs in i modellen av komponenten. Alla modeller av komponenterna får därmed en inbyggd beskrivning av osäkerheten som man sedan tar hänsyn till när systemet simuleras. De olika modellerna påverkar också varandra och även det tar man hänsyn till
– Vi använder all den information vi faktiskt har i den tidiga designfasen och därför ökar modellernas trovärdighet tidigt i utvecklingsprocessen, förklarar han.
Han har även tagit fram metoder och verktyg för att bedöma trovärdigheten för storskaliga systemsimulatorer. I en simulator kan det handla om att sätta samman mellan 50 och 70 modeller av olika delsystem, modeller som tagits fram med olika mjukvaror och av ett stort antal personer, experter inom sina respektive områden.
Foto: Monica Westman
Varje modell får en väl definierad trovärdighet och här används flera olika mått. I hans verktyg får sedan en simulatoranvändare, exempelvis en testingenjör, information om trovärdigheten för de modeller som ingår i simulatorn och för simulatorn som helhet, användaren får också veta vilka beroenden som finns mellan modellerna. Här används både statiska och dynamiska mått, vilket innebär att simulatorns trovärdighet kan variera under själva simuleringen, beroende på vad det är som händer i provprogrammet.
– Det här fungerar också som ett verktyg för ständig förbättring av modellerna. Behöver man som simulatoranvändare en högre trovärdighet i en modell får man gå tillbaka till den som är ansvarig för modellen och begära en uppdatering, säger Magnus Eek.
Att hans arbete har varit och är till nytta för Saab är självklart och mycket av det han tagit fram används i dag vid utvecklingen av Gripen E. Men även VTI har deltagit i projektet, något som bidragit till att göra metoderna mer generella och användbara även utanför flygindustrin.
– Det största vetenskapliga värdet finns nog i hur man kan kvantifiera osäkerhet inom området systemsimulering. Det finns mycket gjort på akademiska nivå, men metoderna är ofta för detaljerade och kräver för stor beräkningskraft för att vara praktiskt användbara för industrin. Mitt bidrag är att jag kunnat föra in krav från industrin och fått fram användbara verktyg.
I fem år har han delat sin tid mellan Saab och forskningen vid Avdelningen för maskinkonstruktion och det är med lite blandade känslor han lämnar kollegorna på avdelningen.
– Det har varit och är väldigt roligt, men släpper forskningen helt gör jag inte, säger han.
Magnus Eek är nämligen projektkoordinator för OpenCPS, ett EU-projekt som också drivs av LiU-professorn Peter Fritzon, med deltagande av forskare och industri i Sverige, Frankrike, Finland och kanske även Ungern.
Magnus Eek försvarade sin avhandling den 27 maj 2016.
On Credibility Assessment in Aircraft System Simulation, Magnus Eek, Avdelningen för maskinkonstruktion, Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling, LiU, 2016.
Huvudhandledare var professor Johan Ölvander.
I en simulering av ett flygplan, likaväl som av andra stora system, ska en mängd olika simuleringsmodeller av delsystem fås att samverka till en säker och väl fungerande enhet. Alla modeller innehåller ett antal antaganden och begränsningar. På ett tidigt designstadium är det svårt att veta hur trovärdiga modellerna av delsystemen är, eftersom det ännu inte finns några konkreta mätresultat att validera dem mot.
Värderar osäkerheten
Magnus Eek, industridoktorand från Saab, har i sin avhandling vid Avdelningen för maskinkonstruktion, tagit fram en metod med vars hjälp man kan värdera och mäta osäkerheten i de modeller man valt och på så vis kunna göra allt bättre och säkrare simuleringar.
Ett delsystem kan exempelvis vara kylsystemet i ett flygplan. Metoden går då ut på att validera de komponenter som ingår i modellen av kylsystemet, exempelvis en pump eller en ventil. Den osäkerhet som sedan kvarstår förs in i modellen av komponenten. Alla modeller av komponenterna får därmed en inbyggd beskrivning av osäkerheten som man sedan tar hänsyn till när systemet simuleras. De olika modellerna påverkar också varandra och även det tar man hänsyn till
– Vi använder all den information vi faktiskt har i den tidiga designfasen och därför ökar modellernas trovärdighet tidigt i utvecklingsprocessen, förklarar han.
Han har även tagit fram metoder och verktyg för att bedöma trovärdigheten för storskaliga systemsimulatorer. I en simulator kan det handla om att sätta samman mellan 50 och 70 modeller av olika delsystem, modeller som tagits fram med olika mjukvaror och av ett stort antal personer, experter inom sina respektive områden.
Dynamiska mått
Foto: Monica WestmanVarje modell får en väl definierad trovärdighet och här används flera olika mått. I hans verktyg får sedan en simulatoranvändare, exempelvis en testingenjör, information om trovärdigheten för de modeller som ingår i simulatorn och för simulatorn som helhet, användaren får också veta vilka beroenden som finns mellan modellerna. Här används både statiska och dynamiska mått, vilket innebär att simulatorns trovärdighet kan variera under själva simuleringen, beroende på vad det är som händer i provprogrammet.
– Det här fungerar också som ett verktyg för ständig förbättring av modellerna. Behöver man som simulatoranvändare en högre trovärdighet i en modell får man gå tillbaka till den som är ansvarig för modellen och begära en uppdatering, säger Magnus Eek.
Att hans arbete har varit och är till nytta för Saab är självklart och mycket av det han tagit fram används i dag vid utvecklingen av Gripen E. Men även VTI har deltagit i projektet, något som bidragit till att göra metoderna mer generella och användbara även utanför flygindustrin.
Användbart verktyg
– Det största vetenskapliga värdet finns nog i hur man kan kvantifiera osäkerhet inom området systemsimulering. Det finns mycket gjort på akademiska nivå, men metoderna är ofta för detaljerade och kräver för stor beräkningskraft för att vara praktiskt användbara för industrin. Mitt bidrag är att jag kunnat föra in krav från industrin och fått fram användbara verktyg.
I fem år har han delat sin tid mellan Saab och forskningen vid Avdelningen för maskinkonstruktion och det är med lite blandade känslor han lämnar kollegorna på avdelningen.
– Det har varit och är väldigt roligt, men släpper forskningen helt gör jag inte, säger han.
Magnus Eek är nämligen projektkoordinator för OpenCPS, ett EU-projekt som också drivs av LiU-professorn Peter Fritzon, med deltagande av forskare och industri i Sverige, Frankrike, Finland och kanske även Ungern.
Magnus Eek försvarade sin avhandling den 27 maj 2016.
On Credibility Assessment in Aircraft System Simulation, Magnus Eek, Avdelningen för maskinkonstruktion, Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling, LiU, 2016.
Huvudhandledare var professor Johan Ölvander.
