Center for Computer Aided Electrical Engineering

Ce este CIEAC ?

  

Centrul de Inginerie Electrică Asistată de Calculator (CIEAC) din Universitatea "Politehnica" Bucuresti este o unitate de cercetare si învătământ superior avansat (studii aprofundate si doctorat) înfiintată în 1995, care are ca principal obiectiv promovarea utilizării profesionale a calculatoarelor în toate subdomeniile ingineriei electrice si în cele conexe.

Prin specificul său, CIEAC are un puternic caracter interdisciplinar/pluridisciplinar si este implicat în utilizarea celor mai avansate tehnologii, în special tehnologia informatiei si cea microelectronică (mai ales în componenta "Electronic Design Automation - EDA").

Conceptul definitoriu al centrului este bazat pe utilizarea proeficientă, a informatiilor si cunottintelor din trei mari domenii:

  • Inginerie electrică si electronică (în sensul larg promovat de comunitatea profesională internatională IEEE - The Institut of Electrical and Electronic Engineers si în special de următoarele societăti ale IEEE: MAGNETICS, MTT, Antena & Propagation, CAS, ED, etc.);
  • Matematici aplicate (în sensul promovat de comunitatea SIAM - Society of Industrial and Applied Mathematics);
  • Tehnologia informatiei (în sensul promovat de comunitatea ACM - Association for Computing Machinery si IEEE - Computers Society).

Intersectia acestor mari domenii de interes practic si teoretic a generat de curând un subdomeniu interdisciplinar cunoscut sub numele de "Computational Science and Engineering- CSE". Paradigma definitorie a CSE se bazează pe observatia că în afara celor două abordări clasice si anume abordarea teoretică si cea experimentală, o nouă abordare si anume cea prin modelare pe calculator joacă un rol tot mai important în dezvoltarea stiintei si tehnologiei. Corelatiile între cele trei abordări sunt prezentate în fig. 1.

Fig. 1 Pozitia stiintei si Ingineriei Computationale (CSE) în tabloul stiintei

După cum se constată, CSE se află într-o strânsă corelatie atât cu abordarea experimentală, cât si cu cea teoretică, reprezentând un factor cheie în avansul stiintific, tehnologic, precum si în realizarea de noi produse si tehnologii competitive.

Din domeniul CSE, centrul CIEAC si-a focalizat atentia mai ales în subdomeniul stiintific "Computational electromagnetics", dedicat modelării numerice a câmpului electromagnetic asa cum este acesta înteles de comunitatea academică "COMPUMAG".

Cuvintele cheie ale acestui subdomeniu (identificate de ICS - International Compumag Society, ai cărui membri fondatori suntem) dau o imagine mai clară a specificului domeniului de cercetare în care CIEAC a obtinut rezultate recunoscute international:

Static Fields

  • electrostatics
  • magnetostatics
  • gauge convergence, uniqueness and stability of solutions
  • multiply connected regions
  • open boundary problems
  • nonlinear problems;

Quasi-Static Fields

  • eddy current
  • skin effect
  • time and frequency domain
  • gauge, convergence, uniqueness and stability of solutions
  • multiply connected regions
  • open boundary problems
  • nonlinear problems;

Wave Propagation

  • scattering
  • radiation
  • time and frequency domain
  • microwaves
  • antennas
  • gauge, convergence, uniqueness and stability of solutions;

Electromagnetic Compatibility

  • shielding of power cables, power and railway systems
  • high frequency shielding
  • coupling in transmission lines
  • coupling from external fields
  • TEM cells
  • biologic systems;

Optimization

  • inverse problems
  • deterministic methods
  • stochastic methods
  • neural networks;

Material Modeling

  • superconducting materials
  • composite materials
  • hysteresis
  • anisotropy
  • laminated materials
  • microwave absorbing materials
  • permanent magnets;

Coupled Problems

  • moving boundary problems; electromagnetic field problems coupled to mechanical systems
  • electric and electronic circuits
  • thermal systems
  • flow systems;

Numerical Techniques

  • mesh generation
  • adaptive meshing
  • solution of algebraic systems of equations
  • error estimation
  • eigenvalue problems
  • parallel and vector computations
  • hybrid methods (e.g. FEM-BEM, FEM-FDM)
  • edge elements;

Software Methodology

  • pre/post processing
  • visualization
  • computer graphics
  • CAE/CAD
  • artificial intelligence techniques
  • knowledge based systems
  • programming techniques
  • massively parallel algorithms;

Devices and Applications

  • electric machines and drives (high voltage devices, actuators, variable speed drives, magnetic components for power electronic devices)
  • high magnetic field devices
  • superconducting magnets
  • accelerators
  • fusion machines
  • waveguides
  • microwave resonators
  • biomedical applications
  • magnetic resonant imaging
  • charged particle trajectories
  • nondestructive testing and evaluation
  • calculation of forces and other device parameters
  • induction heating
  • others;

Education

  • theory of electromagnetics
  • electrical and electronic engineering
  • numerical analysis
  • information sciences.

Lista cuvintelor cheie evidentiază complexitatea domeniului nostru de interes stiintific, dar si faptul că el priveste atât cercetări fundamentale, cât si aplicative.

Pentru a asigura dinamismul necesar mentinerii în aria problemelor deschise de cercetare la nivel international, principiile organizatorice adoptate de CIEAC se bazează pe deschidere si flexibilitate. Echipele de cercetare au un caracter dinamic, fiind constituite în functie de necesităti pe baza proiectelor derulate (structură orientată pe proiecte finantate în urma competitiei) din persoane care pot face parte din catedre si facultăti diferite sau studenti de la diferite facultăti (Electrotehnică, Automatică si Calculatoare, Electronică, Energetică).

Colectivele de cercetare îsi desfăsoara activitatea în laboratoare aflate în diferite catedre. Cele mai importante laboratoare ale CIEAC sunt: Laboratorul de Metode Numerice (LMN), Laboratorul de Procesare Electromagnetică a Materialelor (PEM) si Laboratorul de Tehnologia Informatiei (LTI).

Laboratorul de Metode Numerice (LMN) din Catedra de Electrotehnică a Universitătii ?Politehnica? Bucuresti a fost înfiintat în 1983 de dr.ing. Daniel Ioan, urmărind initial promovarea utilizării profesionale a tehnicii de calcul în electrotehnică.

Strategia stiintifică a LMN este bazată pe concentrarea eforturilor asupra metodelor, tehnicilor si instrumentelor (?tools?) capabile să permită abordarea eficientă a unor problematici avansate si mai putin asupra unei categorii de produse sau servicii îngust definite, pentru care din punct de vedere stiintific si al cercetării interesul se va diminua mai devreme sau mai târziu.

Initiativa înfiintării CIEAC a apartinut LMN urmărind asigurarea unui management al cercetării stiintifice universitare în acord cu standardele europene (marketing, promovare, servicii financiare, participare la competitii pentru atragerea fondurilor, etc.), dar si întărirea cooperării interdisciplinare cu colective din alte catedre si facultăti, dar si cu unităti industriale din tară si străinătate.

Corelatia strânsă între cercetarea stiintifică si procesul educational promovată de LMN este bazată pe identificarea tinerilor talentati ăi încurajarea lor de a se implica în cercetări stiintifice avansate, care utilizează în mod profesional tehnologia informatiei. În acest scop s-au definit si implementat programe educationale noi si alternative (?Programul de autoinstruire dirijată?, dedicat studentilor de anii I si II, ?Programul de instruire asistată de calculator în metode numerice aplicate în ingineria electrică?, pentru anii II si IV, o directie nouă de specializare în Ingineria Electrică Asistată de Calculator pentru anii III-V ai Facultătii de Electrotehnică, directie sprijinită financiar de Banca Mondială, sprijin pentru specializare ?Inginerie matematică?, două directii noi de studii aprofundate: CAD/CAE electromagnetic si VLSI, derulate experimental încă din anul 1991 cu sprijin TEMPUS, modernizarea programelor de doctorat în electrotehnică si sprijinul activ pentru CPC - Centrul pentru Promovarea Comunicării, gestionat de studenti si în care acestia au acces la resurse importante de calcul - 25 PC-uri - si Internet, în afara orelor de program).

Laboratorul Procesarea Electromagnetică a Materialelor (PEM), condus de prof. dr.ing. Virgiuliu Fireteanu, este o componentă a Catedrei de Masini, materiale si actionări electrice, având ca obiective de activitate:

  • formarea de cadre tinere prin si pentru cercetare, prin participarea la programul de studii aprofundate, prin încadrarea de doctoranzi cu si fără frecventa si prin pregătirea i supravegherea unor stagii de cercetare externe;
  • executia lucrărilor de cercetare, obtinute prin competitie sau solicitate de parteneri interni sau externi ai laboratorului;
  • efectuarea unor aplicatii practice la câteva discipline din programul de lucru al catedrei.

Laboratorul de Tehnologia Informatiei (LTI), condus de prof.dr.ing. Adrian Petrescu, apartine de Catedra de Calculatoare, din cadrul Facultătii de Automatică si Calculatoare si are sediul în EG-206.

Laboratorul asigură desfăsurarea activitătilor didactice cu studentii anilor III-IV, la disciplinele ?Calculatoare numerice?, ?Proiectare VLSI? si ?Proiectarea sistemelor cu microprocesoare.

De asemenea, în laborator se desfăsoară activităti de cercetare stiinăifică de către:

  • studenti, anii III-V si studii aprofundate anul VI;
  • doctoranzi;
  • cadre didactice.

Un alt aspect extrem de important, definitoriu pentru CIEAC constă în implicarea sa puternică în parteneriate internationale. În acest sens se au în vedere colectivele care sunt recunoscute ca entităti de excelentă în comunitatea academică internatională. O listă selectivă a personalitătilor stiintifice de prim rang, care ne-au vizitat si au prezentat prelegeri, este edificatoare în acest sens: profesorii Kurt Richter - T.U. Graz, Austria, Alain Bossavit - LGEP, EdF, Franta, Guglielmo Rubinacci - CREATE - Italia, Georgio Molinari - Univ. din Genova, Italia, David Rodgers si George Eastham - Bath Univ., U.K., John Tegopoulos - N.T.U. Atena, Grecia, Kenzo Miya - Tokyo Univ., Japonia si multi altii. S-au folosit pentru parteneriatul international toate modalitătile si programele disponibile (TEMPUS, PECO, COPERNICUS, Banca Mondială, contracte bilaterale, etc.). Aceastea au condus la: modernizarea infrastructurii (care a fost adusă peste nivelul mediu european al unor laboratoare si centre similare); dezvoltarea resurselor umane; modernizarea si dezvoltarea programelor de învătământ; dar mai ales identificarea unor teme de cerceare de mare actualitate internatională în care traditia noastră poate fi valorificată cu succes.

Existenta unei traditii remarcabile în Catedra de Electrotehnică a Universitătii ?Politehnica? Bucuresti a facilitat acest demers. Avem în vedere contributiile stiintifice exceptionale în teoria câmpului electromagnetic initiate de regretatul Acad. Remus Rădulet si continuate cu deosebit succes de Acad. Alexandru Timotin, Acad. Andrei Tugulea si Prof.dr.doc. C.I. Mocanu. Trebuie mentionat si un alt filon traditional în Politehnica bucuresteană initiat în teoria circuitelor electrice de Acad. C. Budeanu si continuat de profesorii I.S. Antoniu si M. Preda.

Importanta cercetărilor acestor predecesori a devenit si mai evidentă după deschiderile internationale ce au avut loc la începuturile anilor 90. Cultura stiintifică solidă si nivelul de competentă deosebit în teoria câmpului electromagnetic si în teoria circuitelor electrice, îmbinate cu o serie de cunostinte si deprinderi recente în domeniile matematicilor aplicate si tehnologia avansata a informatiei ne-au permis si avem o pozitie avantajoasă în abordarea unor teme de cercetare de mare interes teoretic si practic cum sunt: analiza elementelor de circuit cu parametri distribuiti, modelarea interconexiunilor în circuite VLSI de mare viteză, simularea sistemelor complexe ce contin probleme cuplate câmp-circuit, efecte mecanice si termice ale câmpului electromagnetic, etc.

Valoarea potentialului uman, nivelul programelor educationale si de cercetare, dotările cu tehnică de calcul (hardware si software) si documentatie obtinute prin programe ale Uniunii Europene, modul de organizare, parteneriatele si proiectele internationale în care este implicat CIEAC, dar mai ales rezultatele deosebite obtinute în cercetare, au condus la recunoasterea de facto de către comunitatea academică internatională din domeniul nostru de interes stiintific a centrului de la Bucuresti ca unul de excelentă. O dovadă clară în acest sens o reprezinta si faptul că în ultimii ani au fost atrase fonduri dedicate programelor educationale si de cercetare ce depăsesc 1 milion de dolari. Toate finantările au fost atrase prin competitie natională, dar mai ales internatională, de multe ori acerbă si nu prin alocari bugetare directe, în conditiile în care membrii echipelor de cercetare nu au avut pozitii administrative (decani, rector, prorectori, membri în consiliile finantatoare, etc.) care să favorizeze într-un fel alocatiile resurselor financiare.

O altă dovadă a recunoasterii caracterului de excelentă a Centrului nostru este faptul că în laboratoarele LMN au efectuat stagii, cu durate între o săptămână si trei luni, studenti ăi doctoranzi nu numai din universitătile românesti (Cluj, Iasi, Brasov), dar si din prestigioase universităti străine (din Franta, Germania, Olanda, Marea Britanie, Ungaria).

Complexitatea si diversitatea activitătii din CIEAC face dificila evaluarea ei cantitativă, mai ales in conditiile în care procesul are un puterni caracter dinamic evolutiv. Din acest motiv, prezentul dosar de autoevaluare nu are un caracter exhaustiv, continând doar o parte din informatiile relevante pentru această activitate.

În alcătuirea dosarului s-au aplicat următoarele principii:

  • Domeniile si subdomeniile în care CIEAC doreste să fie recunoscut ca centru de excelentă au fost selectate din listele de clasificare agreate de organizatii internationale: U.E., NATO, UNESCO, dar o imagine mai clară poate fi obtinută utilizând cuvintele cheie COMPUMAG.
  • Mentionăm că utilizarea unei clasificări învechite a domeniilor stiintifice poate constitui o frână în programul cercetării stiintifice, mai mult o clasificare rigidă si nenuantată dezavantajează preocupările pluridisciplinare care au un rol cheie în cercetarea avansată. Ne exprimăm cu această ocazie temerea asupra acestui risc în procedură CNCSU/CNCSIS;
    •
    • Potentialul uman implicat în programele de cercetare CIEAC are un caracter dinamic, datorită alcătuirii echipelor folosind tehnica ?project oriented?. Din aces motiv, în capitolul 1.3 se prezintă lista echipelor care au derulat contracte de cercetare în 1998 si listele responsabililor de contracte din anii 1995-1998 însotite de ponderile acestora în Consiliul de Conducere CIEAC;

    Se constată că sunt prezentate toate categoriile de personal (inclusiv studenti - 32% si doctoranzi - 32%), îndeplinindu-se astfel conditia de eligibilitate.

    Programele de pregătire postuniversitară în care este implicat CIEAC prin profesorii care desfăsoară activităti de cercetare în Centru alcătuiesc un larg evantai. S-au selectat pentru prezentare doar două directii de studii aprofundate care îsi desfăsoară activitatea integral în LMN si care au fost initiate cu sprijinul financiar al unor programe europene încă din 1991;

    Resursele materiale si infrastructura de care dispune Centrul are si ea un caracter dinamic, fiind permanent si cu mari eforturi întretinută si adusă la zi din punctul de vedere al performantelor. Dotările sunt în proprietatea U.P.B. si sunt scriptic în gestiunea mai multor catedre, fiind preluate spre exploatare de mai multe laboratoare. Nu toate aceste laboratoare au o dotare de exceptie, motiv pentru care s-au prezentat în capitolul 1.5 doar cele trei laboratoare ?de excelentă? (LMN, PEM, LTI) care au dotări ce depăsesc media europeană a laboratoarelor similare;

    Modul de organizare al Centrului este unic în România. El este bazat pe principiul ?project oriented?, fiind asigurate: deschiderea, flexibilitatea si interdisciplinaritatea absolut necesare unui centru modern cu caracter multidisciplinar realizat după standardele europene. Structurile organizatorice (laboratoare si echipe de cercetare localizate în catedre diferite) sunt descentralizate, se bucură de autonomie si libertate academică, iar deciziile strategice ce privesc CIEAC se iau prin vot, proportional cu contributia financiară a responsabililor de teme, asa cum rezultă din Statutul de functionare prezentat în capitolul 1.6;

    În acord cu modelele oferite de partenerii nostri din străinătate, o mare parte a cadrelor didactice desfăsoară activitatea de cercetare în mai multe echipe, unele unidisciplinare si altele multi sau interdisciplinare, deci implicit în mai multe centre de cercetare.

    Deoarece CIEAC are un caracter deschis, este de asteptat ca nu toate laboratoarele, echipele de cercetare si membrii acestora să aibă aceeasi performantă stiintifică. CIEAC nu-si propune să fie un centru închis, elitist, dedicat numai persoanelor cu recunoastere natională si internatională maxime, ci este deschis tuturor acelora care doresc să se implice în cercetarea universitară de nivel mondial si în special tinerilor, chiar dacă acestia nu detin încă rezultate recunoscute. Din acest motiv, în capitolele 2.1 si 2.2 au fost prezentate doar rezultatele unor cercetări de prestigiu, care alcătuiesc nucleul de excelentă al resurselor umane din Centru. Trebuie să mentionăm că în autoevaluare, pentru criteriile din metodologia CNCSIS cu caracter ambiguu (de ex.: OPERA OMNIA, edituri recunoscute, universităti de prestigiu, etc.) s-au adoptat sistematic interpretările favorabile autorilor. Această metodă nu urmăreste acumularea în mod incorect a unor puncte necuvenite, ci urmăreste minimizarea riscului competitional, oferind expertilor-evaluatori cât mai multe informatii din cele disponibile, urmând ca acestia să ia în considerare doar punctele pe care cred de cuviintă, într-o manieră unitară pentru toate centrele aflate în competitie (despre care nu stim ce interpretare vor da acestor criterii). Deoarece procedura de acreditare a centrelor de excelentă este o premieră natională, considerăm normal să nu existe încă niste criterii de evaluare cantitativă extrem de exacte si în consecintă efortul expertilor-evaluatori să fie considerabil);

    În capitolul 2.3 este prezentată o serie de elemente definitorii privind activitatea si rezultatele Centrului. Ca orice document pe hârtie, si acest dosar are dezavantajul că devine relativ rapid depăsit. Din acest motiv, îi invităm pe cei interesati să viziteze pagina noastră de Web (http://www2.lmn.pub.ro).

    Invităm deasemenea membrii echipelor de evaluare în vederea acreditării, să ne viziteze (Spl. Independentei 313, Secretariat- sala EB-211, tel. 410 69 84, fax 411 11 90).

    Invitatia este adresată si tuturor acelor care doresc să colaboreze cu noi.