ARTDECO

STARTPAGE

HUMAN RESOURCES AND MOBILITY (HRM)ACTIVITY

MARIE CURIE ACTIONSResearch Training Networks (RTNs)

“Interdisciplinary and Intersectorial”

Call: FP6­2005­Mobility­1

PART B

STAGE 2 – FULL PROPOSAL DESCRIPTION

“ARTDECO”

Part B – Page 1 of 45

ARTDECO

Table of ContentsPARTNER LIST.................................................................................................................................................4B.1 Scientific quality of the project....................................................................................................................5

B.1.1. Research topic.....................................................................................................................................5B.1.2. Objectives of the Network..................................................................................................................5B.1.3 Scientific originality.............................................................................................................................6B.1.4. Research method.................................................................................................................................7B.1.5. Work plan............................................................................................................................................7

B.2 Training and transfer of knowledge activities...........................................................................................10B.2.1. Content and quality of the training and transfer of knowledge programme....................................10B.2.2. Planned recruitment of early­stage and experienced researchers....................................................13B.2.3. Training Work plans.........................................................................................................................13

B3  QUALITY/CAPACITY of the Network PARTNERSHIP........................................................................16B.3.1. Existing collaborations......................................................................................................................16B.3.2. List of Publications...........................................................................................................................16B.3.3 Individual contributions.....................................................................................................................20Team 1     ERCIM EEIG..............................................................................................................................20Team 2     CCLRC RAL  CSE Numerical Analysis Group.........................................................................20Team 3     Oxford University Computing Laboratory, Numerical Analysis Group...................................21Team 4     IMATI CNR, Pavia, Italy ..........................................................................................................23Team 5     University of Pavia, Departments of Mathematics and Structural Mechanics .........................23Team 6     Parallel Algorithms  team of CERFACS....................................................................................24Team 7     IRIT­ENSEEIHT­INPT  “Algorithmes Parallèles and Optimisation”.......................................25Team 8     INRIA Sophia­Antipolis ............................................................................................................26Team 9     FUNDP, Department of Mathematics, Numerical Analysis Unit, Namur ...............................27Team 10     Academy of Sciences of the CR, ICS, Department of  Computational methods.....................28Team 11     Delft University of Technology...............................................................................................29Team 12     SEPRA......................................................................................................................................30

B4. Management and feasibility.......................................................................................................................32B4.1 Proposed management and organisational structure..........................................................................32B4.2. Management know­how and experience of network co­ordinator ERCIM......................................39B.4.3. Budget...............................................................................................................................................40

B.5 Added value to the community and relevance to the objectives of the activity........................................41B.5.1 Connections with other  FP6 thematics.............................................................................................42

INDICATIVE FINANCIAL INFORMATION ...............................................................................................44OTHER ISSUES...............................................................................................................................................44ETHICAL ISSUES CHECKLIST....................................................................................................................45

Part B – Page 2 of 45

ARTDECO

PARTNER LIST

Participant number Participant Organization legal name and Department Country

1 GEIE ERCIM F

2Council for the Central Laboratory of the Research

Councils, Rutherford Appleton LaboratoryComputational Science and Engineering Department

UK

3Oxford University 

Computational LaboratoryUK

4IMATI­CNR

PaviaI

5University of Pavia

Department of Mathematics andDepartment of Structural Mechanics

I

6CERFACSToulouse

F

7INPT­IRITToulouse

F

8 INRIA

Sophia­AntipolisF

9FUNDP, Department of Mathematics, Numerical

Analysis Unit, Namur B

10Academy of sciences of the Czech republic

 Institute of Computer ScienceCZ

11Delft University of Technology, Faculty of Electrical

Engineering, Mathematics and Computer Science

NL

12  SEPRA NL

Table 1 List of Participants

Part B – Page 3 of 45

ARTDECO

“All the life that whirls about us, runs, and stops is not only dependenton mathematics for its comprehensibility,  but has effectively come intobeing through it  and depends on it for its existence, …” (Robert Musil,“The Mathematical Man”, 1913.)

B.1 SCIENTIFIC QUALITY OF THE PROJECT

B.1.1. Research topic

To compete in the new global market, European industry must take advantage of the competitiveedge that would be gained from using European expertise in applied mathematics and scientificcomputing.   Engineers,   applied   scientists   and   mathematicians   working   in   industry   can   greatlybenefit  from close collaboration with academics and mathematicians with skills  and knowledgerelevant to their applications. Moreover, there is a shortage of mathematicians within the Europeanindustry, particularly in the sectors of computational mathematics. Thus, there is the need for a newaction to bring industry up to date with state­of­the­art mathematical ideas, methodologies, toolsand techniques. Academic resources in Mathematics for Industry are also scarce and fragmentedacross Europe, while industrial demands are widely spread. Exchange and interaction are necessaryin training, research and industrial arenas.

In 2002, ERCIM (European Consortium for Informatics and Mathematics), a grouping of leadingresearch institutes from eighteen European countries, created a Working Group on “Application ofNumerical  Mathematics   in  Science”   to   support   and   implement   cross   fertilisation  of   numericaltechniques in different areas and by different teams. This   Working  Group  has   decided   to   submit   this   proposal   for   the   creation  of   a   “Marie­CurieResearch and Training Network” aiming to become an international leader and a reference pointwithin Europe on this underpinning theme of computational mathematics. A survey of the active researchers in the laboratories of the organisations that plan to participate inthe   Network   indicates   that   the   following   major   fields,   in   the   area   of   Large­scale   ScientificComputing, have strategic interest and strong interactions:

• Numerical Linear Algebra; 

• Numerical Solution of Differential Equations; 

• Continuous Optimization and Optimal Control.

Each of   these   fields   frequently  uses   techniques  developed  in  one  of   the  others.  By creating  anetwork of European researchers, the increased collaboration and communication between the fieldswill further strengthen this research and enhance its impact on science and industry.  Moreover, wewill have the opportunity to develop a new generation of mathematical software based on modularcomponents.

B.1.2. Objectives of the Network

The   global   aspiration   of   the   network   is   to   link   together   mathematicians   working   in   National

Part B – Page 4 of 45

ARTDECO

Laboratories, Universities, and R&D groups in Industry. We now briefly describe the specific topics of research in each field:• Numerical Linear Algebra. The topics range from sparse matrix theory, direct and iterative

solvers for large and sparse linear systems of equations,  to  the computation of eigenvalues,eigenvectors,   singular  values   and   singular  vectors   for   large­scale   and   /or   structured  matrixproblems, including the use of symbolic manipulation techniques for the solution of polynomialsystems of equations. Parallel and grid computing should be added to them.

• Numerical Solution of Differential Equations. The topics of major interest are finite­elementmethods,   finite­volume   methods,   mesh   generation,   multigrid   methods,   wavelets,   spectralmethods, multilevel optimization for discretized problems and time­stepping methods. 

• Continuous  Optimization  and  Optimal  Control.  The   topics   of   interest   are   interior­pointmethods  for   large­scale   linear,  quadratic  and nonlinear  programming and SQP methods fornonlinear programming and optimal control. 

Within these fields, we have identified some integrated actions around which we can propose aninterdisciplinary programme of research that will integrate the current activities focusing them on acommon interest “kernel” target. In particular, we have identified among all our research topics thefollowing transverse research lines as scientifically relevant for our cross fertilization project:1. Saddle points  ­ The computation of saddle points is a key problem in many fields. Several

participants in the existing Working Group are already studying this problem in the context ofdifferent applications, thus building multiple perspectives for its handling and solution. Theseapplications   include  mixed   finite­element   approximation  of   partial   differential   equations   inelasticity and fluid dynamics, and interior­point and SQP algorithms for optimization. Parallelcomputing can be the only way to approach the solution of these problems where the number ofparameters to determine is exceedingly large. 

2. Optimal design and shape optimization ­ The design of new materials and the optimization ofartefacts   (airplane,   electrical  devices,   cars)   in   engineering   requires   the  combined efforts  ofoptimization,   approximation,   and   linear   algebra   experts   in  order   to   simulate   and   solve   thecomplex phenomena under scrutiny.

For the first line of research, we plan to update existing and to develop new software in order tohave efficient and flexible modules that, to address the second line of research, will be combined bythe design of specific software interfaces. 

B.1.3 Scientific originality

The scientific originality of the project is in the cross fertilization between several fields of researchand in its clear impact on European industry. Under the large­scale scientific computing title, weoften find problems that are solved with mathematical techniques that are not at the cutting edge.The time needed for the implementation of new successful ideas in industrial software is too longeven without taking into account the necessity of a complete validation of the new release. We believe that a possible cure for this defect is the training of a new generation of young applied

Part B – Page 5 of 45

ARTDECO

mathematicians with a strong field of specialization, combined with an outstanding knowledge inseveral  other fields of applied and computational  mathematics.  This can be achieved using ournetwork  of  universities,   research   laboratories,   and   industrial   research  and  development   centreswhere   the   young   researcher   will   be   involved   with   the   cutting   edge   research   and   softwaredevelopment.In particular, we hope to exploit new optimization techniques that allow us to solve problems with avery large number of degrees of freedom (> 107).  We expect   that   several  application  areas  will  benefit   from  the  results  and   the  activities  of   theNetwork:  we mention,  for  example,  simulation of electromagnetic phenomena, electrical circuittheory,   computational   chemistry,   computational   biology,   computational   materials,   CFD   andstructural   engineering,   optimal   design,   mathematics   for   financial   derivatives,   finite­elementmodelling for medical simulation, and environmental modelling.

B.1.4. Research method

The main project  objective   is   to   integrate   several  new algorithms and numerical   techniques   inScientific Computing, in order to characterize and increase the accuracy of the models and to extendtheir field of applicability. We intend to achieve the target of integrating the expertise of each teamby using young scientists and by organizing meetings and schools, where each team can present insimple  terms  their  problems or   their  algorithms.  Currently,   the ERCIM working group alreadyorganizes similar activities. Nevertheless, we feel the need for a more sustainable and institutionaleffort. The successes of integrated initiatives and the long standing record of cooperation betweenseveral of the teams, stimulates our proposal.  Moreover, we think that the area of Numerical Linear Algebra represents the natural “glue” that willmaintain the cohesion between the teams. Its fundamental value is in its immediate applicability toseveral problems and in its closeness to the software.   Therefore, we plan to use the expertise inNumerical   Linear   Algebra   resident   within   the   majority   of   the   teams   to   ensure   a   thread­safeapproach to the implementation of the research topics described in Section 1.2 of this proposal.

B.1.5. Work plan

The objectives described in Section 1.2 are subdivided in work packages and then into several tasks.We describe the contents of each task and, in Table­2 we relate the teams to the tasks. Moreover, weadd an objective related to the dissemination and the management of the network.

WP1.Saddle point problems:  

Task-1.1.Direct methods: comparison between existing direct solvers and reordering techniques

for fill-in control, parallel computing and grid computing. On the basis of this evaluation,improvement of existing, and development of new techniques. 

Task-1.2.Iterative solvers: Evaluation and improvement of existing saddle point preconditioning

Part B – Page 6 of 45

ARTDECO

techniques in combination with Krylov and Chebyshev methods. Study and evaluation of thecombination of saddle point preconditioners with spectral preconditioning (deflation of thesmallest eigenvalues in absolute value). Study and evaluation of hierarchical solvers such asmultigrid and Domain Decomposition.

Task-1.3.Mixed   approach:   the   study   of   mixed   direct   and   iterative   approaches   and   theircomparison on very large problems with direct and iterative solvers, Null and Range Spacealgorithms.

Task-1.4. Applications: application and comparison of these methods, taking advantage of thestructural   properties   of   the   discrete   operators   to   the   solution   of   mixed   finite­elementapproximations.   Applications   could   include   Darcy’s   laws,   Biharmonic   problems,Computational Fluid Dynamics, and Navier­Stokes equations. Application of interior­pointalgorithms for large­scale problems in the numerical solution of PDEs.

Task-1.5.A­posteriori error estimator and stopping criteria: study of suitable error formulaein   self­adaptive   discretization   methods.   Identification   of   stopping   criteria   suitable   foriterative methods applied to PDEs. Study of stopping criteria with respect to the a­posteriorierror estimation and the error control in relation to the underlying PDEs.

WP2.Optimal design and shape optimization

Task­2.1.  Algorithms for elliptic  control  problems:  use of  interior­point   techniques for  thesolution of constrained optimization problems. Study of the discretization of the differentialoperators.

Task­2.2. Multi­scale optimization: the use of multigrid/multilevel techniques in the context ofoptimization problems arising from PDEs.

Task­2.3.Adaptation   of   optimization   algorithms   to   optimal   design:  study   and   design   ofimproved general software in constrained optimization to the case where the constraints arePDEs.

Task­2.4.Applications:  identification  of  suitable  models,   their  approximation  and solution  inelectromagnetism, aerodynamics, and in shape­memory alloys simulation.

Task­2.5.  Sensitivity   analysis:  evaluation   by   Automatic   Differentiation   and   use   of   adjointoperators in the study of the stability and sensitivity of the solution to the design parametersand in the identification of the optimal conditions. 

WP3.Dissemination and Management

Task-3.1.Internal Dissemination, providing collaborative tools, ensuring a coherent informationflow within the network and supporting the organisation of summer schools, workshop andconferences.

Task-3.2.External dissemination, through dedicated support ranking from ARTDECO web site,to   newsletter,   ERCIM   news   and   publications,   and   the   participation   in   international

Part B – Page 7 of 45

ARTDECO

conferences. The objective is not only to advertise the network’s activities but also to attractnew candidates while promoting ARTDECO achievements on a global scale. 

Task-3.3.Administrative   coordination,   to   ensure   the   completion   of   the   work   plan,   theproduction   of   reports   and   deliverables,   to   handle   the   administrative   dimension   of   thetraining   programme   (student   contracts),   to   act   as   an   interface   with   the   EuropeanCommission and manage arising issues.

Task-3.4.Financial  coordination,  to ensure funding redistribution among the network teams,and  to  perform  the  management  of   financial   resources   for  and   towards   the  students  onfellowships.

For   each   scientific   task,   the   major   deliverable   will   be   trained   students,   technical   reports   andscientific publications. We assume that some of the results will be incorporated before the end ofthe project  in numerical software libraries. This will  be consistent  with the tradition of severalteams in building and maintaining software libraries. The general activity reports and annual reportswill be delivered through Task 3.

T a s k

Team

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 3.1 3.2 3.3 3.41 x x x x2 x x x x x x x x x x x x3 x x x x x x x x x x4 x x x x x x5 x x x x6 x x x x x x x x x x7 x x x x x x x x x8 x x x x x x x x x9 x x x x x x x10 x x x x x x x x x11 x x x x x x x12 x x x x x

Table 2 Team vs task connection

Part B – Page 8 of 45

ARTDECO

B.2 TRAINING AND TRANSFER OF KNOWLEDGE ACTIVITIES

B.2.1. Content and quality of the training and transfer of knowledge programme

It  is  widely acknowledged today that young scientists  represent one of the most rapid and costeffective means of dissemination and diffusion of new knowledge, methodologies and concepts tothe industrial world. The ARTDECO network will create an environment that will facilitate thisprocess investing the majority of the funds in a fellowship programme and in summer schools. Itwill   also   provide   the   framework   for   early   interaction   between   young   PhDs,   post­doctoralresearchers and industry. This interaction will enlighten researchers to the workings of industry, andwill put industry in contact with potential new staff recruits specializing in areas that are of itsspecific interest. Furthermore, the involvement of industrial lecturers in the training and teachingprogramme will help academic researchers to select the key and difficult industrial problems thatrequire new techniques. 

Based on the experience developed in the context of ERCIM, we propose a fellowship programmewhere  a  young  mathematician  will   spend  part  of  his/her   three­year   fellowship   in   at   least   twoacademic institutions and another part in an R&D centre if his/her research studies are of interest toan industry associated or cooperating with a participant. A Steering Committee will evaluate andrecommend the value of the applications. 

The partners   involved  in   this  proposal  already form a  multi­disciplinary consortium where  theexisting  teams can  bring their expertise to the training network and to the students. ERCIM will bethe management structure ensuring the administrative and financial coordination of the network,while the other teams involved will focus on the scientific agenda and the training. 

The ARTDECO management organisation will rely on a coherent architecture organised around thework packages: WP1 and WP2 will address the joint research and training agenda, backed up by theResearch and Training Coordination Board (RTCB);   WP3 will be dedicated to the disseminationefforts to be conducted within and outside the network and will ensure the general management ofthe project, performing the administrative and financial coordination.The RTCB is composed of the scientific coordinator, Dr Mario Arioli, who also chairs the ERCIMWorking Group “Applications of Numerical Mathematics in Science”, and all the work packageleaders. The scientific coordinator chairs the board and all decisions are taken by a majority vote.The   RTCB   will   consider   also   the   possibility   of   inviting   an   external   member   of   internationaloutstanding mathematical prestige and educational experience from outside the network and the EUas an advisor on international cooperation with non­European institutions.RTCB will   supervise   and   stimulate   the  overall   research  and   training  activities  while   fosteringexchanges  and interactions  among  the scientific  Work Packages.  In particular,     the RTCB willcoordinate the activities of the PhD students with special attention to the legal and institutional

Part B – Page 9 of 45

ARTDECO

aspects concerning the fulfilment of their duties vis­a­vis the European University responsible forawarding the title of  Doctor of Philosophy. Moreover, when legally possible, we will encourage therecognition  of   the  PhD  title  by  another  European University  participating   in   the  Network  andinvolved in the training of the candidate. The RTCB will define the student selection requirementsfor all partners and will cooperate with the ERCIM office in charge of implementing the selectionand integration of young researchers. The RTCB is also to discuss the multidisciplinary scientificorientations and will assess the quality of the network’s achievements as an internal peer reviewcommittee. 

The project involves institutions with an established record in research and in education. Amongthem   we   have   eleven   research   centres   and   laboratories   with   a   vast   range   of   expertise   andcompetence   in   numerical   linear   algebra   (CCLRC­RAL,   Academy   of   Sciences   of   the   CzechRepublic, CERFACS, INPT­IRIT,  Delft University of Technology), in the numerical solution ofpartial   differential   equations   (IMATI­CNR,   INRIA,   Oxford   University,   Delft   University   ofTechnology,   SEPRA),   and   in   optimization   (CCLRC­RAL,   University   of   Namur,   CERFACS,Academy of Sciences of the Czech Republic, INRIA, INPT­IRIT). They are some of the leadingcentres for research and education in Europe.The fields of expertise of the University participants cover all the sectors indicated in Section B.1.2.Moreover, all the Universities involved have both the administrative and the training skills requiredby the project. 

Industry, in particular our industrial partner SEPRA, will be involved in establishing the lines ofresearch and  in   the  preparation  of   the calls   for  application.   In particular,  some of   the partners(ERCIM­W3C, CERFACS,  Delft  University  of Technology,  INRIA, and CCLRC­RAL) have along standing co­operation with industries potentially interested in the outcome of the project. Thiscooperation will facilitate the task of transferring the results and the know­how.  The allocation ofsome of the experienced researchers to industry will be decided in a later phase of the project whentheir training will reach an appropriate  level. The subdivision of the fellowships among the partners is based on the level of personal involvementdeclared by each of them. We divide the project into two phases:

1.  In the first year we will recruit six experienced researchers to guarantee a sound basis for theactivities. The subdivision among the partners will reflect the resulting levels of qualification ofthe researchers that we recruit.

2. The recruitment of eleven early­stage researchers will start after the first year of the project.This delay will allow the academic institutions responsible for their PhD to fulfil the formalitiesrequired by the local University and by the national state legislation. The RTCB will take chargeof the scientific coordination between the hosting institutions and the originating one. 

The training of the early­stage and experienced researchers will be based both on individual transferof  knowledge  and  on   the  participation   in   summer   schools  where   all   the  partners   in   turn  will

Part B – Page 10 of 45

ARTDECO

contribute with their personal  involvement.  Early-stage researchers will also be encouraged to take

courses in the specialized Graduate Schools organized by the university partners (thus earning the ECT

credits associated with these courses).

During the four years of the project, we plan to organise two summer schools that will cover, duringa three to four weeks period, the research topics described in Section 1.5 and other topics that mightarise in the future. Each team will have the opportunity to lecture on their research expertise.The first summer school will serve as a bridge between the expertises on saddle­point computationin optimization, perturbation analysis, and the numerical solution of partial differential equations.The   second   summer   school   will   be   organized   around   the   use   of   advanced   computationaloptimization, optimal design and their applications.We will  require the speakers and all  the team members to produce teaching material (slides orlecture notes) that will be used during the summer schools. This material and all the publicationsrelative to the project produced by the participants in ARTDECO will be made available on theInternet through the home web page of the project.Furthermore, we will organise workshops and integrated teaching programmes involving industrialand national laboratory lecturers. We will take full advantage of electronic communication creatingweb pages where the scientific activities, databases of test problems, and a newsletter are presented.The Network will also provide the organizational support for the movement of the participatingresearchers   between   the   institutions.   Moreover,   we   will   encourage   all   the   early­stage   andexperienced researchers to present the results of their activities during the workshops organised bythe project  and we will  support   their  participation  in   international  conferences  in   their  specificsector. 

We anticipate that the use of the less traditional forms of communication (such as articles for non­specialists,   web   pages),   as   well   as   other   types   of   activities,   will   enhance   the   appreciation   ofcomputational mathematics in general, and will render the role and the contribution of the proposedNetwork in science and technology transparent for the general public.The ratio between individual and network­wide training is a delicate issue that involves carefulidentification of the individual psychological and scientific needs of the early­stage researchers.The English language will  be the official language of the network and we must ensure that theearly­stage researchers are fluent in it, taking into account that they are supposed to visit the otherteams involved in their training.   Thus, the balance between the individual training given by theinstitution legally responsible for the PhD and the period of individual training abroad must bedecided by the tutors responsible for the early­stage researcher.  The RTCB will arrange that all theearly­stages and the experienced researchers have the possibility of participating in the commonsummer schools and in the common workshops.Finally, the presence of national laboratories equipped with large computing facilities such as theHPCx at CCLRC will give the possibility for all the participants and especially for the early­stageand experienced researchers   to  be  trained on  the  use of  state­of­the­art  parallel   techniques  andadvanced numerical software. 

Part B – Page 11 of 45

ARTDECO

B.2.2. Planned recruitment of early­stage and experienced researchers

From the experience of earlier participation in European networks, we believe that there is a needfor an important recruitment effort at the beginning of the project. A slow start to the recruitmentcan otherwise become a major difficulty. Experience shows that recruiting young researchers fromwestern European countries is not an easy task. We are convinced, however, that extending ourrecruiting   areas   to   the   new   member   states   will   ensure   that   it   is   possible   to   recruit   excellentcandidates. We will start recruiting as soon as possible by advertising vacancies on the web (Cordis,ARTDECO Web Page and our  institutions'  Web Pages),   in   journals  and electronic newsletters.ARTDECO will also contact colleagues throughout Europe, including the new member states, andwe expect that this will lead to the main source of candidates.

Owing to the realistic difficulty in the recruiting of early­stage researchers, we plan to proceedduring the first year with the recruitment of six experienced researchers that will help the start­upprocess and will sustain the cross­fertilisation effort during the first two years. We will use all theelectronic (Na­net   the numerical  analysis  network and Opt­Net  and SIAG­Opt  the optimizationnetworks) and classical channels of information for advertising the positions.  The recruitment willalso be sought via the extensive European Grid network. Many Grid applications involve numericalcomputing, and this will provide a useful recruitment and dissemination channel for a network ofthis kind.The experience of ERCIM in running its fellowship programme will be crucial in this phase. Duringthe first year, the university teams will proceed with the selection of suitable candidates with thenecessary intellectual qualities and suitable background.   The ERCIM consortium advertises post­doctoral   fellowships   throughout   Europe   twice   a   year.   This   campaign   results   in   roughly   150candidates   in   all   areas   of   applied   mathematics   and   computer   science,   including   discretemathematics, systems and control and computer science. This constitutes an excellent source ofcandidates for experienced researcher’s positions.Particular  care will  be paid  to  ensure that  all  candidates get  equal  opportunities.  Moreover,  allpartners   are   well   aware   of   the   necessity   to   promote   the   gender   issue   during   the   recruitmentprocedure. It will be clearly indicated in the advertisement that particular attention will be given toencourage (and give opportunities to) young women researchers to pursue their career in the field.We believe that the training programme will initiate a permanent flow of young European experts inthe area of Computational Mathematics. This objective will be achieved by making the researcharea more visible in Europe, by the organisation of workshops and summer schools that will beopen to the entire European research community, by the dissemination of our lecture notes to allnetwork institutions, and by the close interactions between early stage and experienced researcherswithin the network.  Thus,  the total  person­months requested for experienced researchers  is  216months (6×36 months) and for early­stages researchers is 396 months (11×36 months).

B.2.3. Training Work plans

In the first six months, in addition to the recruitment of the experienced researchers, we plan to

Part B – Page 12 of 45

ARTDECO

prepare a  syllabus  related  to   the prerequisites   that  we assume the early­stage  researchers mustpossess or acquire during the initial months of their training. We intend to use the local trainingoffer   by   the   Universities   involved   in   ARTDECO   in   order   to   fulfil   the   development   of   thecomplementary skills  required. After this preliminary phase, we will  organize the first  SummerSchool. This school will be oriented to the introduction of the numerical methodologies in the fieldsof Numerical Linear Algebra and Optimization required in the solution of large scale industrialproblems (Aeronautics, Material Science).A second Summer School will be oriented to more advanced topics related to WP2 (Optimal Designand Shape Optimization). Finally,  we plan three workshops oriented to specific   thematics connected with more advancedtopics of research and/or industrial problems. All the experienced and early­stage researchers willparticipate in the workshops. They will be exposed to the front­end line of research and they willfind a forum in which present their activities.   In Table 2, we summarize the tentative timescale of the following training task packages: 

TP1. Summer schools and training

Training Task1. Syllabus

Training Task2. First Summer School: the main topics will be

1. Introduction to direct and iterative solvers for Saddle Point Systems (WP1

Task-1.1, Task-1.2, Task-1.3, Task-1.5)

2. Optimization algorithms (WP2 Task-2.1, Task-2.2)

3. Introduction to applications (WP1 Task-1.4 and WP2 task-2.4)

Training Task3. Second Summer School: the main topics will be:

1. Optimal design and shape optimization algorithms (WP2 Tasks 2.2, 2.3 2.4)

2. A-posteriori error estimators and Sensitivity Analysis (WP1 Task-1.5, WP2

Task-2.5)

3. Industrial Applications

TP2. Workshops

WS Task-1. Automatic Differentiation and Sensitivity Analysis

WS Task-2. Matrix free iterative solvers.

WS Task-3. State of the Art on Saddle-Point algorithms and their Applications in Optimization

Part B – Page 13 of 45

ARTDECO

TrainingTask 1

TrainingTask 2

TrainingTask 3

WSTask­1

WSTask­2

WSTask­3

3 X6 X9 X1215 X18 X2124 X2730 X33 X36 X39424548

Table 2

Part B – Page 14 of 45

ARTDECO

B3  QUALITY/CAPACITY OF THE NETWORK PARTNERSHIP

B.3.1. Existing collaborations

The   partners   involved   in   this   proposal   already   have   a   long   history   of   collaboration   amongthemselves and with several laboratories in Europe and in the USA. In order to prove our expertisein the tasks we described in Section B.1.5, we give a list of selected publications where, when it ispossible,   the  existing  collaborations  are highlighted   (see  Table­1   for   the   team number).   In   thesubsequent text, the publication reference numbers from this list are used for reference.

B.3.2. List of Publications

1. P. Amestoy, I.S. Duff, and C. Voemel, Task Scheduling in an asynchronous distributed multifrontalsolver. SIAM Journal on Matrix Analysis and Applications, Vol 26(2) pp 544­565 (2005). (Teams:2, 6, 7).

2. M. Arioli  and G. Manzini:  A Network Programming Approach in Solving Darcy's Equations byMixed Finite­Element Methods. Electronic Transactions on Numerical Analysis, Special Volume onSaddle Point Problems: Numerical Solution and Applications 22, (2006). (Teams: 2, 4).

3. M.  Arioli,  D.  Loghin,   and  A.  Wathen,  2005,    Stopping  criteria   for   iterations   in   finite­elementmethods. Numer. Math. 99, pp 381­410,  (Teams: 2, 3).

4. M. Arioli, J. Maryška, M. Rozložník, and M. Tůma: Dual variable methods for mixed­hybrid finiteelement   approximation   of   the   potential   fluid   flow   problem   in   porous   media.  ElectronicTransactions   on   Numerical   Analysis,   Special   Volume   on   Saddle   Point   Problems:   NumericalSolution and Applications, 22, (2006). (Teams:  2, 10).

5. F. Auricchio, P. Bisegna, and C. Lovadina, Finite element approximation of piezoelectric plates, Int.J. Numer. Methods Eng, 50, 2001, 1469­1499. (Teams: 4, 5)

6. F. Auricchio, L. Beirão da Veiga, C. Lovadina, and A. Reali,  A Stability Study of some MixedFinite Elements for Large Deformation Elasticity Problems, Comput. Methods Appl. Mech. Engrg.194, 2005, 1075­1092 (Teams: 4, 5).

7. F.  Auricchio,  F.  Brezzi   and  C.  Lovadina,  Mixed  Finite  Element  Methods,   in  Encyclopedia  ofComputational Mechanics, Vol. 1 ­ Chapter 9, Wiley and Sons. Editors: E. Stein, R. de Borst, T.J.R.Hughes, 2004. (Teams: 4, 5).

8. F.   Brezzi   and   M.   Fortin,   Mixed   and   hybrid   finite   element   methods,   Springer   Series   inComputational Mathematics, 1991.

9. F. Brezzi,  T. J. R. Hughes, D. Marini,  A. Russo, and E. Süli.  A priori error analysis of a finiteelement method with residual­free bubbles for advection dominated equations. SIAM Journal onNumerical Analysis, 36 (1999) 6, 1933­1948. (Teams: 3, 4).

10. F.  Brezzi,  L.D.  Marini,  and E.  Süli.  Discontinuous  Galerkin  methods   for   first­order  hyperbolicproblems.  M3AS: Mathematical  Models  and Methods   in Applied  Sciences.  14(12),  1893­­1903,2004, (Teams 3 and 4).

11. F.  Brezzi,  D.  Marini,   and  E.  Süli.  Residual­free  bubbles   for  advection­diffusion  problems:   thegeneral error analysis. Numerische Mathematik. 85 (2000) 1, 31­47, (Teams : 3 and 4).

Part B – Page 15 of 45

ARTDECO

12. F. Bastin, C. Cirillo, and  P. L. Toint, Convergence theory for non­convex stochastic programmingwith an application to mixed logit. To appear in Mathematical Programming B (2006), (Teams: 6and 9).

13. J.  B.   Caillau,   J.  Gergaud   and   J.  Noailles,   3D  Geosynchronous  Transfer   of   a   Satellite:Continuation on the Thrust.  Journal of Optimization Theory and Applications, Vol 118(3)(2003), pp 541­565.

14. B.  Carpentieri,   I.  S.  Duff,  and  L.  Giraud.  A class  of  spectral   two­level  preconditioners.  SIAMJournal on Scientific Computing, vol. 25, n. 2, pp. 749­765, 2003,  (Teams: 2, 6,7).

15. A. R.  Conn,  N.   I.  M.  Gould,  and  Ph.  L.  Toint,    Trust­region  methods'',  SIAM/MPS  Series  onOptimization, SIAM, Philadelphia (2000), ISBN 0­89871­460­5, (Teams: 2, 9).

16. F. Courty, A. Dervieux, B. Koobus, and L. Hascoet.  Reverse automatic differentiation for optimumdesign: from adjoint state assembly to gradient computation , Optimization Methods and Software,5, 18, 2003, p. 615­627.

17. H.S. Dollar, N.I.M. Gould, and A. J. Wathen, On implicit­factorization constraint preconditioners,to appear in proceedings of  “Large Scale Nonlinear Optimization”, Erice, Italy, June 2004, KluwerAcademic. 

18. I.   S.   Duff   and   S.   Pralet.   Strategies   for   scaling   and   pivoting   for   sparse   symmetric   indefiniteproblems. To appear in SIMAX. (Teams 2 and 7).

19. H.C.  Elman,  D.J.  Silvester,   and  A.J.  Wathen,  Finite  Elements  and  Fast   Iterative  Solvers:  withapplications in incompressible fluid dynamics, OUP, Oxford, 2005.

20. Y.A.  Erlangga  and  C.  Vuik  and  C.W.  Oosterlee  On a  class  of  preconditioners   for  solving   theHelmholtz equation Appl. Num. Math., 50, pp. 409­425, 2004.

21. L. Giraud, J. Langou, M. Rozlozník, and J. van den Eshof. Rounding error analysis of theclassical Gram­Schmidt orthogonalization process. Numerische Mathematik, 101(1):87­100,2005. (Team 6,7, 10)

22. L. Giraud and S. Gratton, On the sensitivity of some spectral preconditioners. To appear in SIAM J.Matrix Analysis (2006), (Teams 6 and 7).

23. N. I. M. Gould, D. Orban, A. Sartenaer, and Ph. L. Toint,  Superlinear convergence of primal­dualinterior point algorithms for nonlinear programming''.  SIAM Journal  on Optimization 11 (2001)974­1002. (Teams: 2, 9)

24. N.   I.  M.   Gould,   C.  Sainvitu   and   Ph.  L.   Toint,   A   filter­trust­region   method   for   unconstrainedoptimization, SIAM Journal on Optimization, vol. 16(2), pp. 341­357, 2006. (Teams 6 and 9).

25. S. Gratton, A. Sartenaer and Ph. L. Toint, On Recursive Multiscale Trust­Region Algorithms forUnconstrained Minimization, in Oberwolfach Reports: Optimization and Applications, F. Jarre,C. Lemaréchal and J. Zowe, eds., to appear, 2006,  (Teams 6 and 9).

26. R.  Hauser.   "The Nesterov­Todd direction  and  its  relation   to  weighted  analytic  centers''.  Found.Comput. Math. 4 (2004), no. 1, 1­40.  Winner of the SIAM Activity Group on Optimization Prize2005. 

27.  J. van Kan, A. Segal, and F. Vermolen, Numerical Methods in Scientific Computing First edition2005, VSSD, Delft, The Netherlands.  ISBN 90­71301­50­8,  NUR 956. (Teams 11 and 12)

Part B – Page 16 of 45

ARTDECO

28. C. Keller, N. I. M. Gould, and A. Wathen,  Constraint preconditioning for indefinite linear systems,SIAM J. Matrix Anal. Appl. 21, 2000, pp. 1300­1317, (Teams 2 and 3).

29. D. Loghin, M. van Gijzen, and E. Jonkers,  Bounds on the eigenvalue range and on the Field ofValues  of   non­Hermitian  and   indefinite   finite   element  matrices,   Journal  of  Computational   andApplied Mathematics, Vol 189/1­2,  304­323, 2006, (Teams 6 and 11).

30. M.   Michieli   de   Vitturi,   F.   Beux,   G.   Lombardi,   and   A.   Dervieux.  Optimum   shape   design   forturbulent   viscous   flows   around   complete   configurations   of   2D   flying   sails.   Journal   ofComputational Methods in Sciences and Engineering, volume 4, numbers 1­2 , 43­55, 2004.

31. J. Nedic and R. Hauser, The continuous Newton­Raphson method can look ahead".  SIAM J. Optim.15 (2005), no. 3, 915­925. 

32. S.P. van der Pijl, A. Segal, C. Vuik, and P. Wesseling, A mass­conserving Level­Set method formodelling of multi­phase flows, International Journal for Numerical Methods in Fluids, 47, 339­361, 2005 (Teams 11 and 12).

33. M.   Rozložník   and   V.   Simoncini.     Krylov   subspace   methods   for   saddle   point   problems   withindefinite preconditioning, SIAM J. Matrix Anal. and Appl. (2002), Vol. 24, No. 2, pp. 368­­391.(Teams:  4, 10).

34. E. Schall,  D. Leservoisier,  A. Dervieux,  and B. Koobus.  Mesh adaptation as a tool for certifiedcomputational aerodynamics. I. J. Num. Meth. Fluids 2004; 45:179­196

35. M. Vazquez, B. Koobus, and A. Dervieux.  Multilevel optimisation of a supersonic aircraft . FiniteElement in Analysis and Design, Vol.40, 2101­2124, 2004.

36. M. Vazquez, A. Dervieux , B. Koobus, A methodology for the shape optimization of flexible wings,to be published by Eng. Comp. 2005.

37. F.N.  van  de  Vosse,   J.  de  Hart,  C.H.G.A.  van  Oijen,  D.  Bessems,  T.W.M.  Gunther,  A.  Segal,B.J.B.M.   Wolters,   J.M.A.   Stijnen   and   F.P.T.   Baaijens,   Finite   Element   Based   ComputationalMethods for Cardiovascular Fluid­Structure Interaction J. Eng. Math. 47, 335­368, 2003. (Teams 11and 12).

38. P.   Wesseling.   An   Introduction   to   Multigrid   Methods.   John   Wiley   &   Son,   Philadelphia,   2004(corrected reprint).

Part B – Page 17 of 45

ARTDECO

Connectivity graph of the teams

Part B – Page 18 of 45

ARTDECO

B.3.3 Individual contributions

Team 1     ERCIM EEIG

The European Consortium for Informatics and Mathematics (ERCIM) will be the coordinator ofARTDECO. ERCIM is an EEIG composed of seventeen different national research organisations inas many European countries. GEIE ERCIM members are all research organisations, with strongactivity in I.T. research. Members are (in alphabetical order): AARIT (Austria),  CCLRC (U.K),CRCIM (Czech Republic),  CWI  (The Netherlands),  CNR (Italy),  FNR (Luxembourg),  FORTH(Greece),   FhG   (Germany),   INRIA   (France),   NTNU   (Norway),   SARIT   (Switzerland),   SICS(Sweden), SPARCIM (Spain), FNRS (Belgium), SZTAKI (Hungary), Irish Universities Consortium(Ireland), VTT (Finland). ERCIM has a leading expertise in the coordination of FP4, FP6 and FP6European Projects.ERCIM’s central Office acts as a front­end to access to support the scientific teams of its members(for example, the Office is running the ERCIM Fellowship Programme). The Office has set  upstrong internal and external channels for coordination, solicitation and dissemination. Members of the team and their fields of expertise:Bruno   Le   Dantec   (Deputy   Manager):     Project   coordination,   European   contract   regulations,administrative and financial supervision of projects, lawRemi   Ronchaud   (Project   Manager):  Project   coordination,   management,   training   anddissemination organisation, international businessEmma Liere (Assistant Manager): Administration, Fellowship programme managerCeline Bitoune (Assistant Manager): administration, financial coordinationIn addition, The ERCIM Office team will be completed by the ERCIM HRM task force, dedicatedto coordinate and manage the training and dissemination activities within the EEIG and across thedifferent ERCIM member institutes. This dedicated team will complement the administrative andfinancial coordination of the Office with expertise in education, and training, to provide an efficientlearning frame to the student while implementing all the necessary measures to ensure their lastingintegration into the scientific community (career development programme).Partner 1 Contribution to WP3 (Dissemination and Management) tasks:Task­3.1 – Internal dissemination among Work­packages, teams, students and managementTask-3.2 - External dissemination to promote ARTDECO to students,  ICT stakeholders and thescientific community at large.Task-3.3 – Administrative coordination, supervision of the project and management of the

ARTDECO proposal as a whole.

Task-3.4 – Financial coordination, transfer towards ARTDECO participants, grant payment to

students and supervision of the allocation of resources.

Team 2     CCLRC RAL  CSE Numerical Analysis Group

The Numerical Analysis Group is based at the Rutherford Appleton Laboratory and is part of the

Part B – Page 19 of 45

ARTDECO

Computational Science and Engineering Department of CCLRC. The CSE Department is in chargeof  the High Performance Computing activity and runs the HPCx system based on IBM’s p690high­end compute nodes (1280 nodes) with a peak performance of 7.7 TeraFlop/s (3.5 Tera Flop/ssustained).  The team will grant access to the ARTDECO partners to our software libraries HSL andGALAHAD  (http://www.cse.clrc.ac.uk/nag/hsl/hsl.shtml ,http://www.cse.clrc.ac.uk/nag/galahad/galahad.shtml )  and to the HPCx facility.

Members of the team and their fields of expertise:

Dr. Mario Arioli (senior researcher): error analysis, iterative solvers, preconditioning, and

stopping criteria applied to the numerical solution of PDEs.

Prof. Iain S. Duff (team leader): Sparse direct solvers for linear systems and parallel computing

Prof. Nicholas I. Gould (senior researcher): Optimization theory and algorithms.

Dr. Jennifer Scott (senior researcher): Sparse direct solvers for linear systems and sparse

eigenvalue problemsGroup members have been heavily involved in the Institute of Mathematics and its Applications,the IMA Journal of Numerical Analysis, SIAM organisation, SIAM J. of Optimization, theMathematics College of EPSRC, the organization of national and international conferences,refereeing and editing, seminars and teaching at universities and summer schools, supervision andexamination of research students, writing books and papers, developing mathematical software, andadvising UK and overseas governments on high performance computing. The group membersactively collaborate with several of the teams involved in the project: University of Namur, IMATI-CNR, CERFACS, IRIT-INPT, the Institute of Computer Science of the Academy of Sciences of theCzech Republic, and the University of Oxford.

Partner 2 contributions to the WP1 and WP2 tasks:

Task-1.1 Direct solvers for saddle point linear systems including an implementation of an out-of-

core Gaussian decomposition.

Task-1.2 Spectral preconditioning techniques for iterative Krylov and Chebyshev methods.

Numerical stability of Krylov methods. Algebraic preconditioning.

Task-1.3 Analysis of null and range space algorithms for quadratic linearly constrained problems.

Task-1.5 Identification of stopping criteria for iterative methods applied to the solution of the

finite-element approximation of PDEs (in collaboration with Team 8).

Task­2.1 Implementation of interior point algorithms and use of GALAHAD.Publications: See [1], [2], [3],  [4], [14], [15], [17], [18], [23]  and [24]   in Section B.3.2

Team 3     Oxford University Computing Laboratory, Numerical Analysis Group

The Numerical Analysis  Group in the Computing Laboratory (the Oxford University ComputerScience Department) has one of the larger groups of active Numerical Analysis researchers in theUK. There are currently 8 permanent members of staff and many research students, postdocs andvisitors.  Together with the Oxford Centre for Industrial and Applied Mathematics (which is in theMathematics   Department),   the   Group   runs   two   Master   of   Science   courses   in   “MathematicalModelling   and   Scientific   Computing”   and   “Applied   and   Computational   Mathematics”.   These

Part B – Page 20 of 45

ARTDECO

courses  which  are   supported  by  significant   funds   from  the  Engineering  and  Physical  SciencesResearch  Council   (EPSRC)   and     attract   extremely  well  qualified   students   from Britian,  manycountries of the European Union, North America, and more occasionally from Asia   and Africaalso. Currently there are 30 students on these courses. The Group currently has 21 PhD students.Members of the team and their fields of expertise:The research interests of the group cover most of the areas of Numerical Analysis: DifferentialEquations, Linear Algebra, Optimization and Approximation Theory.Professor  Nick Trefethen  has  broad   interests   in  Eigenvalue  problems,  non­normality,   spectralmethods and Complex approximation.Professor Mike Giles   heads the University Technology Centre in Computational Fluid Dynamicsand  is  an  Associate  Director  of   the  Oxford eScience  Centre.  He has   research   interests  also   inComputational Finance.Dr Raphael Hauser is an expert in Optimization. Dr Ian Sobey works on numerical techniques for Incompressible Fluid Flow problems.Professor Endre Süli  is  an authority  on  the analysis  of  numerical  approximation  methods  fordifferential equations, in particular finite element methods.Dr   Andy   Wathen  works   on   Numerical   Linear   Algebra   and   methods   for   Partial   DifferentialEquations, in particular Iterative methods and Preconditioning. The various members of the Numerical Analysis Group have significant research experience andexperience of organizing and collaborating research. They have significant involvement with theSociety for Industrial and Applied Mathematics (SIAM), and amongst the group a large number ofeditorial  and advisory roles.  Being  teaching  staff   in  a   large University,   to  varying degrees   themembers have significant to less significant teaching responsibilities. The Group has many researchvisitors from all over the world with stays varying from a day to a year. These have included inrecent years members of Team 4. Many one­day workshops and meeting are organized in Oxfordby members of the group, with roughly 3 or 4 in any one year. Different   members   of   the   Group   have   collaborative   research   projects   with   groups   in   France,Sweden, Germany, Italy, Spain as well as other in the UK  within the European context. There areseveral current research grants of varying size, those associated with eScience and Life Sciencesbeing the most significant.Partner 3 contribution to the WP1 and WP2 tasks:Task 1.2: preconditioning and iterative solvers for saddle­point problems.   Block preconditioningand Constraint preconditioning.Task 1.3: direct factorizations in preconditioning, Schilders Factorization   in preconditioning.Task 1.4: incompressible flow applications. oil reservoir applications.Task 1.5: natural norms for PDEs and their linear algebra analogues.Task 2.1: use of Schilders factorization in PDEs constrained optimization problems.Task 2.3: PDE constrained optimizationTask 2.4: applications in flow control.

Part B – Page 21 of 45

ARTDECO

Publications: See [3], [9], [10], [11], [17], [19], [26], [28],  and [31]   in Section B.3.2

Team 4     IMATI CNR, Pavia, Italy 

Partner  4   (Instituto  Matematica Applicata  e Tecnologie   Informatiche Consiglio  Nazionale delleRicerche) was founded in 2000 and started its research activities in 2002. The current structure ofthe Institute results from merging three existing Institutes, which are well known in the field ofMathematics   and   its   Applications:   IAMI   (Institute   for   the   Application   of   Mathematics   andComputer Science) in Milan, IAN (Institute of Numerical Analysis) in Pavia, and IMA (Institute ofApplied Mathematics) in Genoa. Research is mainly carried out in the field of differential modeling,which is considered from different points of view: theoretical (existence, uniqueness and stability ofthe solutions),  numerical (approximation schemes, stability  and adaptability),  and computational(algorithms and computing methodologies). The result of these basic research programs are widelyused   to  deal  with  application  problems coming   from,   for   instance,   fluid­dynamics,  analysis  ofelectromagnetic and semiconductor devices, and the study of the elastic properties of materials.Members of the team  and their fields of expertise:Prof. Franco Brezzi (full professor): is the director of IMATI and co­ordinator of the PhD programof the Institute of Advanced Studies of the University of Pavia. His scientific activities are devotedto the studies of finite element methods for Partial Differential Equations (PDEs).Dr.   Gianmarco   Manzini  (researcher):   finite   volume   methods   for   PDEs   and   porous   mediaapplications.Dr. Micol Pennacchio (researcher): Numerical linear algebra with particular attention to the studyand development  of  Krylov and substructuring preconditioners   for   the discretization  of  cardiacmodels.Dr. Sergio Rovida (researcher): development and implementation of High Performance Computing(HPC) techniques. Dr.  Gianni Sacchi (research director): finite element methods for PDEs with particular attention toimplementation issues in HPC environments.Partner 4 contributions to the WP4:Tasks 1.2­1.4:  Development and analysis  of efficient and reliable finite  element  techniques forstructural   and   fluid   problems   with   attention   to   fluid   dynamics   models   for   porous   media.Implementation and optimization of these methods in HPC environments.Publications: see  [2], [7], [8], [9], [10], and [11] in Section B.3.2.

Team 5     University of Pavia, Departments of Mathematics and Structural Mechanics 

Partner 5 (Department of Mathematics and Department of Structural Mechanics – University ofPavia) has a recognized experience in the modelling, analysis and numerical simulation of variousengineering problems. In particular, several problems in mixed form have been extensively studiedby the Team members. A non­exhaustive list comprehends: nearly incompressible elasticity, plateand shell problems, Stokes problem, Darcy's flows. Recently, a special attention has been paid tothe possibility  of proposing robust numerical schemes to be used in the solution of large scale

Part B – Page 22 of 45

ARTDECO

problems and to the applicability of standard theories to the modeling of living soft  tissues (such asarteries).Members of the team  and their fields of expertise:Prof.   Ferdinando   Auricchio  (full   professor):   Modelling   and   numerical   simulation   of   ShapeMemory Alloys and elastoplastic materials.Prof. Carlo Lovadina  (associate professor):  Finite element analysis  of problems involving thinstructures, such as plates and shells. A­posteriori error analysis of elliptic problems in mixed form. Dr. Alessandro Reali  (post­doc student): Modelling and numerical simulation of Shape MemoryAlloys. Non­linear Finite element analysis.Prof.   Auricchio   is   the   coordinator   of   GIMC     (Italian   Group   of   Computational   Mechanics);moreover, he has been the coordinator of two Italian research projects on Shape Memory Alloysand biomedical applications: COFIN2002 and COFIN2004.Prof. Auricchio and Prof. Lovadina are involved in the  “Rose School” of Pavia, a European Schoolfor advanced studies in reduction of seismic risk.  Partner 5 contributions to the WP1:Tasks 1.3­1.4:  Development and analysis  of efficient and reliable finite  element  techniques forStructural Mechanics problems in mixed form: plates and shells, and large deformation elasticityproblems. Modelling and numerical simulation of innovative materials, to be used for the design ofhi­tech medical devices.Publications: see  [5], [6], [7] in Section B.3.2.

Team 6     Parallel Algorithms  team of CERFACS

The Parallel Algorithms  team of CERFACS is concerned  both  with underlying  mathematical  andcomputational   science   research,   the development of new techniques and algorithms, and theirimplementation on a  range of high  performance computing platforms.  Members  of the team  playtheir   full   part   in   the   wider   academic   and   research community.     They   are   involved   inProgramme  Committees   for   major conferences, are editors and   referees for front­line journals,and are involved  in research  and  evaluation committees.   At  the level  of international efforts  forstandards in numerical   linear algebra, the team has   been involved in the   development of a newstandard for the Linear Algebra   Subprograms.     The team is also distributing popular direct anditerative solvers for linear systems (MUMPS, Krylov methods), in collaboration with ENSEEIHT­IRIT and INRIA. Members of the team and their fields of expertise :Prof. Iain   Duff  is   the Project   Leader   of   the     Parallel   Algorithms  Team  at   CERFACS  inToulouse.  He  is  a  leading  expert  in  parallel computing and in sparse solvers for linear systems. Prof. Francoise   Chaitin­Chatelin    is    Professor   at    the Université  de  Toulouse I  and  thehead  of the  Qualitative Computing Group hosted in the Parallel Algorithms Team at CERFACS.She is   a  world   expert  in   the  reliability   of   finite  precision computations. Dr.  Serge  Gratton  is   a   senior   researcher   in   charge  of   the  data   assimilation  and  optimizationresearch. Application areas of his work include atmosphere and ocean data assimilation as well as

Part B – Page 23 of 45

ARTDECO

gravity field computation.Dr.   Fabian   Bastin  is   a   postdoctoral     researcher.   His     scientific   interests   include   nonlinearprogramming, stochastic optimization and discrete choice modeling  Dr. Xavier Vasseur  is a postdoctoral   researcher. He has   worked   on parallel algorithm for thesolution  of  PDE's.  Application  of  his  work can be found  in  computational   fluid dynamics andelectro­magnetics.Marc Baboulin  (PhD   student) is   working   on the solution of large inverse problems. MelodieMouffe   (Phd student)   is  working  on multigrid   techniques   in  optimization.  Azzam Haidar   (Phdstudent) is working  on hybrid solvers for PDE's and Tzvetomila Slavova (Phd student) is involvedin the out­of­core solution of sparse linear systems.Partner 6 contributions to the WP1 and WP2 tasks:Task­1.1  Optimization   of   the   performance   of   out­of­core   solvers   by   using   task   schedulingtechniques.Task­1.2  Development   of   block­Krylov   techniques.   Study   of   inexact   Krylov   methods   wherematrix­vector products are approximate. Use of spectral preconditioner to accelerate block methods.Task­1.3  Combination  of  direct  and   iterative  solution  method   for   the  solution  of  PDE's  usingdomain decomposition techniques for 3D problems.Task­1.4  Solution   of   complex   symmetric   systems   arising   form   the   discretization   of   wavepropagation problems (electro­magnetics and acoustics).Task­2.2 Solution of bound constrained optimization problems using trust region techniques. Publications: see  [1], [12], [14], [21], [22], and [25] in Section B.3.2.

Team 7     IRIT­ENSEEIHT­INPT  “Algorithmes Parallèles and Optimisation”

The Parallel Algorithms and Optimization at ENSEEIHT­IRIT has a strong experience in the designof numerical software, in high­performance computing, and more recently in grid computing. Themain  research areas  are   :  Computational  kernels   for   linear  algebra  and nonlinear  optimization,Optimal   Control,   Sparse   direct   linear   solvers,   Iterative   linear   solvers,   PDES   and   domaindecomposition, Parallel computing and Grid computing.The team has been involved in the design of   several software packages that are available to thescientific community. Included among these are: • Iterative   solvers   (use   of   block   conjugate   gradient,   element­by­element   preconditioners,   row

projection    techniques, ...), Implementation of Krylov packages•  MUMPS is a public domain package, based on public domain software developed during the

Esprit IV  European project PARASOL (1996­1999) by CERFACS, ENSEEIHT­IRIT and RAL.Since this first public domain version in 1999, the developments are supported by the followinginstitutions: CERFACS, ENSEEIHT­IRIT, and INRIA (see http://www.enseeiht.fr/apo/MUMPSor http://graal.ens­lyon.fr/MUMPS).

• The   codes   MA41   (LU   factorisation),   and   MA49   (QR   factorisation)   for   shared   memorymultiprocessors available on the Web and/or in HSL (formerly the Harwell Subroutine Library).

• The optimal control software TfMin: Minimum Time Orbit Transfer Computation and MfMax:

Part B – Page 24 of 45

ARTDECO

Maximum Final Mass Orbit Transfer Computation The team is also involved in two majors grid projects funded by the French Minister of Research:the Grid­TLSE project that aims at designing a Web expert site for sparse linear algebra and theGRID'5000 wide experimental Platform for Grid Computing.Members of the team involved in the Project and their fields of expertise:Prof. Patrick Amestoy:  Sparse direct solvers, grid and parallel computing.Jean­Baptiste Caillau (senior lecturer): Optimization and optimal control of systems governed byordinary differential equations with applications to Celestial Mechanics.Prof. Michel Daydé: Computational kernels, grid and parallel computing.Joseph   Gergaud  (senior   lecturer):   Optimization   and   optimal   control   of   systems   governed   byordinary differential equations with applications to Celestial Mechanics.Prof. Luc Giraud: Numerical linear algebra, domain decomposition, iterative and hybrid methods,high performance computing and grid computing.Ronan Guivarc'h  (senior lecturer):.Parallel numerical computation and distributed computation,Parallelization of Scientific Software.Prof. Joseph Noailles: Optimization and optimal control.Dr. Daniel Ruiz (senior lecturer): Iterative solvers and preconditioning.Team   members   have   been   heavily   involved   in   the   organization   of   national   and   internationalconferences,   refereeing and editing,  seminars  and  teaching at  universities  and summer schools,supervision and examination of research students, developing mathematical software, and involvedin reviewing projects  on high performance computing and grid computing both at  national andinternational levels. The team members actively collaborate with several of the teams involved inthe project: University of Namur, CERFACS, and RAL. Partner 7 contributions to the WP1 and WP2 tasks:Task­1.1   Parallel distributed implementation of scalable sparse direct techniques with out­of­corefeatures and facilities for tight coupling with hybrid approaches, new ordering techniques.Task­1.2  Spectral   preconditioning   techniques   for   iterative   Krylov   and   Chebyshev   methods.Algebraic preconditioning. Block Krylov technique.Task­1.3    Study of parallel scalable hybrid direct/iterative linear solvers suited for the solution oflarge 3D   problems on large clusters of SMPs; extend to general sparse linear systems some of thenumerical   approaches developed in domain decomposition.Task­1.4  Applications could include Computational Fluid Dynamics, and Navier­Stokes equations,wave propagation problems, 3D structural analysis problems. Task­2.4 Applications: use of optimization techniques for optimal control in ODE and    applicationto orbital transfer.Publications: See [1], [12], [13], [14], [18], [21], and [22]   in Section B.3.2 

Team 8     INRIA Sophia­Antipolis 

Partner   8   is   the   Tropics   team   of   INRIA   at   Sophia­Antipolis.   It   has   a   long   experience   of

Part B – Page 25 of 45

ARTDECO

Computational   Fluid   Dynamics   and   Optimal   shape   design   in   CFD,   and   in   AutomatedDifferentiation. Recent contributions are related to Reverse or adjoint Automatic Differentiation ofprograms,   and   to   the   resolution  of   saddle   points   systems   formulated   as  minima  with  equalityconstraint   and   resulting  of   adjoint   based   automated   sensitivity.  These   systems  are   complex   toassemble   and   since   they   involve   the   exact   sensitivity   of   complex   non­linear   approximations(Riemann solvers,  local reconstructions, TVD limiters in CFD)), they are more difficult to solvethan usual approximate linearisation.Members of the team  and their fields of expertise:Dr Laurent Hascoet (hab.) is head of the Tropics team, specialist of Automatic Differentiation. Dr Alain Dervieux  (hab.)  is  Senior Scientist,  specialist   in CFD and in Optimal  Shape Design,advisor of 30 PhD. Partner 8 contributions to the tasks:Task 1.2: Iterative solvers: Iterative matrix­free solvers are generally compulsory for adjoint­basedOptimal Control. Multi­level additive preconditioners [30, 35] can be adapted to complex saddlepoint research on unstructured meshes thanks to the volume­agglomeration method. We shall applythis to a saddle point system related to mesh adaptation.Task 1.4:  Application: application to Computational Fluid Dynamics: optimal meshes for SonicBoom prediction as a sequel of [35, 36]Task 1.5: A­posteriori error estimator and stopping criteria: the introduction of Partner 2 (RAL)methods into the optimisation loop will be studied in cooperation with Partner 2.Task 2.2: Multi­scale optimization: this is covered by the work planned in Task 1.2.Task 2.3: Adaptation of optimization algorithms to optimal design: Partner 8 will work on stoppingcriteria related to the quality of descent directions in relation with Task 1.5.Task 2.4: Applications: in shape optimization in aerodynamics. Partner 8 will experiment the newalgorithms developed in collaboration with partners of Task 1.5 on a set of difficult systems arisingin sonic boom reduction for 3D aircraft shapes.Task 2.5: Sensitivity analysis [16, 36]: This is the main contribution of Partner 8 to ARTDECO:Adjoint methods and applications, in cooperation with Partner 3.. The Automatic Differentiator (AD)TAPENADE is usable and downloadable from Partner 8's web site:http://www­sop.inria.fr/tropics/ where additional documentation and references can be found.Partner 8 will be responsible of coordination of Task 2.5, Sensitivity Analysis. Partner 8 will focuson the derivation of adjoint and optimality systems for optimal control or optimal design problems.A workshop for the application of AD tools will be organised by Partner 8 during the first year ofARTDECO. A second workshop will be organised by Partner 8 at year 2 of ARTDECO and willfocus on matrix­free iterative solvers for adjoint systems produced by AD or direct development.Publications: see [16], [30], [34], [35],  and [36]  in Section B.3.2 .

Team 9     FUNDP, Department of Mathematics, Numerical Analysis Unit, Namur 

The Numerical Analysis Unit is part of a department of applied mathematics. The research group

Part B – Page 26 of 45

ARTDECO

has a long experience in numerical optimization, both from the theoretical and applied point ofview. It  has invested in the past in the whole range from algorithm development and design toapplication in fields as diverse as surface design in applied optics, econometric estimation, trafficand transportation engineering.  It has taken part in several project on numerical optimization, suchas CUTE(r), LANCELOT and GALAHAD (all three in collaboration with CCLRC RAL),  PSDFO(partially separable derivative free optimization and others. Its current work include an ongoingproject with CERFACS and the Czech Academy of Sciences on multilevel optimization algorithms.Members of the team and their field of expertise:

Prof. Philippe Toint (director): theory and algorithms for numerical optimization, derivative freemethods, scientific software, traffic engineering Prof. Annick Sartenaer (senior researcher): numerical optimization, applications of optimizationin industry. The group also currently   include 6 PhD students   (M. Weber,  E.  Wanufelle,  K.  Demaseure,  C.Sainvitu,  D.  Tomanos,   J.  Tshimanga­Ilunga,   and  M.  Mouffe   (joint  with  CERFACS­INPT)),  ofwhich  2   are   nearly   finished.   A.  Sartenaer   and   Ph.   Toint   have   been   involved   in   national   andinternational   institutions,   such   as   the   Belgian   Mathematical   Society,   the   SIAM   Journal   onOptimization,   the   Quarterly   Journal   of   Operations   research,   Mathematical   Programming,Operations  Research,   the  SIAM Activity  Group on  Optimization,   the  SMAI,   IFIP  TC7,  or   theFoundation   for   Computational   Mathematics   (FoCM).   They   have   also   taken   part   in   severalinternational scientific committees (CERFACS, KUL Center for Optimization, Matheon Berlin, ...) Collaboration   is  currently  ongoing  with  several  of   the  teams  involved   in   the  project   includingCCLRC RAL, CERFACS and INPT. Partner 9 contributions to the WP1 and WP2 tasks: Task 1.2: Krylov subspace methods, linear multigrid algorithms. Task 1.3: Large­scale optimization applications (optics, variational surfaces) Task 2.1: Interior point techniques and filter methods, preconditioning. Task 2.2: New multilevel/multigrid methods in optimization and optimal control (theory, softwareand applications) Task 2.3: Multilevel approach to optimal control  problems described by PDEs. Publications: See [12], [23], [24], and [25] in Section B.3.2.

Team 10     Academy of Sciences of the CR, ICS, Department of  Computational methods

The   Numerical   Linear   Algebra   and   Optimization   group   is   a   part   of   the   Department   ofComputational Methods of the ICS AS CR. Its research effort is focused on theory of convergenceand numerical behaviour of Krylov subspace methods; development, analysis, implementation andapplication  of   scalable algorithms  for   solving  extremely   large  generally   sparse   linear  algebraicsystems including preconditioning and implementation on parallel computer systems;  mathematicalfoundations and numerical methods in error­in­variables modelling; development and analysis ofmethods in numerical optimization. Members of the team and their fields of expertise:

Part B – Page 27 of 45

ARTDECO

Prof.  Ladislav  Lukšan  (senior   researcher):  Nonlinear   (smooth  and non   smooth)  optimization,quasi­Newton methods, interior­point methods.Dr.   Miroslav   Rozložník  (head   of   the   department):   Numerical   stability   analysis,   saddle­pointiterative solvers, preconditioning.Prof. Zdeněk Strakoš  (team leader): Theory of convergence of Krylov subspace methods, erroranalysis, stopping criteria, numerical methods in errors­in­variables modelling. Dr. Petr Tichý (junior researcher): Convergence of Krylov subspace methods,error analysis, stopping criteria.Prof.   Miroslav   Tůma  (senior   researcher):   Preconditioning   of   iterative   methods,   theory   andimplementations.  Applications   in  preconditioning  of   saddle­point  problems  arising   from mixedfinite elements.          In   addition   to   research,   publications   and  presentations  of   results,   editorial   activities   (SIAM J.Matrix  Anal.  Appl.,  Electronic Trans.  Num.  Anal.,  Linear  Algebra  Appl.,  BIT Numer.  Math.),involvement   in   the   organizing   activity   important   for   the   numerical   linear   algebra   communityworldwide   (Householder   Symposium),   the   team   members   regularly   teach   and   supervise   PhDstudents   at   several  Czech  universities.  They  organize  yearly  winter   schools  within   the  projectMSTEP of the National Program of Research, see http://www.cs.cas.cz/~mweb. With the five yearperiod the team organizes the high profile conference with the focus significantly overlapping withthe subject of this proposal, and with the regular participation of members of many teams involvedin the proposed project, see http://www.cs.cas.cz/~harrachov. The group members collaborate withseveral of the teams (Team 2, Team 4, Team 6), and also with several leading research groupsoutside Europe (McGill University, University of Maryland, Emory University etc.) Partner 10 contribution to the WP1 and WP2 tasks:Task 1.3: Preconditioning of saddle­point problems combining combinatorial and numerical toolsin mixed direct/iterative approach.Task 1.4: Applications of algorithms to Darcy's law. Applications in numerical optimization (incollaboration with Team 2)Task 1.5: Analysis and stopping criteria in Krylov space methods (in collaboration with Team 2)Task 2.1: Interior­point methods in constrained optimization.Publications: See [4],  [21], and [33] in Section B.3.2.

Team 11     Delft University of Technology

The Numerical Analysis group of the Institute of Applied Mathematics of the Delft University ofTechnology consists of 9 permanent staff members and presently hosts 8 PhD­students and onepost­doctoral   researcher.  The  head   of   the   group   is   Professor  Piet  Wesseling,   who   is   a  worldspecialist   in   Computational   Fluid   Dynamics.   The   research   of   the   group   focuses   on   advanceddiscretisation   techniques   for  PDE's   and  on   fast   solvers   for   linear   and   nonlinear   systems.   Theresearch has a strong emphasis on applications. All PhDs are funded by external money. There areongoing collaborations with industry, among others with Philips and  Shell.Members of the team  and their fields of expertise:

Part B – Page 28 of 45

ARTDECO

Prof. dr. ir. Piet Wesseling is head of the Numerical Analysis group.  He is a world specialist inComputational  Fluid  Dynamics  and was among  the first   researchers  interested  in   the multigridsolution method. Professor Wesseling has been the advisor of 30 completed PhD theses.  He ischairman of the Delft Center for  Computational Science, member of the board of the J.M.BurgersCenter and chairman of the Computational Fluid Dynamics Panel of the European Community onComputational Methods in Applied Sciences (ECCOMAS).Dr. ir. Kees Oosterlee is Associate Professor. His research concentrates on fast iterative solutionmethods in science and engineering, in particular multigrid methods, with application among otherthings in financial mathematics. Dr. ir. Kees Vuik is Associate Professor. His research concerns preconditioned Krylov methods forsolving   linear   systems   of   equations   and   the  numerical   solution   of   free   and   moving  boundaryproblems.Dr. ir. Martin van Gijzen is Assistant Professor. His research focuses on preconditioned Krylovsolvers and Finite Element techniques and on parallel and grid computing. His application areas ofinterest include acoustics and ocean circulation.Dr. ir. Fred Vermolen is  Assistant  Professor.  He   is   a   specialist   in   free   and  moving  boundaryproblems with application to among others wound healing and homogenization of alloys.Partner 11 contributions to the tasks:Task.1.2. Use of multigrid techniques in saddle point algorithms.Task.1.5. Stopping criteria and multigridTask.2.1. Numerical solution of free and moving boundary problems.Task.2.2. Use of multigrid/multilevel techniques in solving PDEs.The group is member of the Research School J.M.Burgers Center, which is the National ResearchSchool for Fluid Dynamics. PhD­students of the group are encouraged to take part in the PhD­courses that are organised by the Burgers Center, which are in part given by the members of thegroup.  The group belongs to the Center of Excellence 'Multiscale Phenomena in Fluids and Solids'of the three Universities of Technology in the Netherlands. The group is also member of the DelftCenter   for   Computational   Science.   This   centre   offers   additional   PhD­courses   and   provides   aplatform for collaboration with  the other groups in the centre at all levels. Members of the groupare active in the organisation of (international) scientific conferences. For example, in 2005 thegroup organised the European Multi­grid Conference and in 2006 the group has the lead in theorganisation of  the ECCOMAS CFD 2006 Conference. All permanent staff members of the group(co­)supervise PhD­ and Master students on a daily basis. Publications: see [27], [29], [32], [37] and [38]  in Section B.3.2 .

Team 12     SEPRA

SEPRA is a small  consultancy and numerical software company that works for both the Dutchgovernment and large industrial companies. It develops and maintains the Finite Element packageSEPRAN (see  http://ta.twi.tudelft.nl/sepran/sepran.html)  that is used at more than ten universities inthe Netherlands, Germany and France, and at a similar number of international companies. At the

Part B – Page 29 of 45

ARTDECO

TU­Delft  SEPRAN  is   also  used   for   educational  purposes   in   a  number  of   advanced  numericalanalysis courses.Members of the team  and their fields of expertise:Dr. Guus Segal: co­founder and co­director of SEPRA. He is a specialist   in  the Finite  Elementmethod, and development of numerical software. He also holds a part time position as AssociateProfessor  at   the  TU­Delft  where  he   is   responsible   for   an  advanced master   class  on   the  FiniteElement method. He is also responsible for a PhD course on CFD. Guus Segal has supervised alarge number of master students and co­supervised more than ten PhD­studentsDr. Niek Praagman: the other co­founder and co­director of SEPRA. He is a specialist in theFinite Element method and in numerical software development. Both Niek Praagman and Guus Segal are active in consultancy for industry.Partner 12 contributions to the tasks:Task.1.3 and Task.2.2  SEPRA is  highly interested in new techniques for solving saddle pointproblems   faster   to   enable   the   simulation   of   larger   and   more   complicated   problems,   and   thusyielding  more  accurate  predictions.  Faster  methods for  solving  saddle­point  problems will  alsoenable   parameter  optimization  procedures,    which   involves   the   subsequent   solution  of   a   largenumber of saddle­point problems. This capability does not yet exist in SEPRAN.Task.1.4  SEPRAN is a numerical software package for solving Stokes and Navier­Stokes flowproblems involving free and moving surfaces. A typical application is the simulation of mixing offluids for manufacturing of glass. Another application is the simulation of blood flow through aheart, as part of the acceptance procedure of  artificial valves. The above problems all lead to large saddle­point problems of which the solution is a bottle neckfor   large  3D problems.  An  additional   complication   that   arises  when     the  method  of   fictitiousdomains is used to model the free boundary is that in order to couple the fluid with the structureadditional constrains have to be imposed using a Lagrange multiplier technique, which yields asaddle point problem that can be very ill conditioned.SEPRA   will   contribute   to   the   training   program   of   the   young   researchers   in   ARTDECO   byproviding up to  three months long internal­ships during which the young researchers apply thetechniques that are developed within ARTDECO to relevant applications such as the two mentionedabove. Additional training will be provided in collaboration with the TU­Delft. For example, theyoung researchers will be encouraged to participate in the PhD­courses that are organized by theResearch School for Fluid Mechanics J.M. Burgerscenter. Publications: see [27], [29], [32] and [37]  in Section B.3.2 .

Part B – Page 30 of 45

ARTDECO

B4. MANAGEMENT AND FEASIBILITY

B4.1 Proposed management and organisational structure

The partners involved in this proposal already form a  multi­disciplinary  consortium relying onteams assigned to bring their  expertise to the training network and to the students. While theresearch teams involved will focus on the scientific and training agenda within ARTDECO, ERCIMwill ensure the administrative and financial co­ordination of the network, with the support of thededicated management structure. The general management structure of ARTDECO can be outlinedas follows:

Part B – Page 31 of 45

WP1 Saddle point problems•Task 1.1­ Direct methods•Task 1.2­ Iterative solvers•Task 1.3­ Mixed approach•Task 1.4­ Applications•Task 1.5­ A­posteriori error estimator and stopping criteria

WP2 Optimal design and shape optimization

•Task 2.1­ Algorithms for elliptic control problems•Task 2.2­ Multi­scale optimization•Task 2.3­ Adaptation of algorithms to optimal design•Task 2.4­ Applications•Task 2.5­ Sensitivity analysis

WP3 Dissemination and Management•Task 3.1­ Internal Dissemination•Task 3.2­ External dissemination•Task 3.3­ Administrative coordination•Task 3.4­ Financial coordination

Research & Training coordination Board

ARTDECO

European CommissionEuropean Commission

International IST 

Community

HRM Office

Executive Task force

Academy and Industry

ARTDECO

The ARTDECO management organisation will rely on a simple and coherent architecture organisedaround three core work­packages. To support this simple architecture, the project has adopted alight but efficient management scheme.WP1 and WP2 will address the respective research and training agenda, backed up by the ResearchTraining Co­ordination Board (RTCB) acting as the cornerstone of all of the research and trainingactivities.

WP3 will be dedicated to the coordination and dissemination efforts to be conducted within andoutside the network. With the support of the HRM Office, the WP3 will also ensure the generalmanagement of the project, and will perform the administrative and financial co­ordination.

The   different   organisations   and   actors   composing   the   ARTDECO   management   are   closelyintertwined to allow WP1, WP3 and WP3 to complete their respective mission. Their descriptionand inter­relations as described hereafter:

• Research and Training Co­ordination Board (RTCB)• Work­packages• Scientific coordinator• Administrative and Financial Coordinator

Research and Training Co­ordination Board (RTCB)Composition:  The RTCB is  composed of  the scientific coordinator, Dr Mario Arioli,  who alsochairs the ERCIM Working Group “Applications of Numerical Mathematics in Science”, and of arepresentative of each partner institute involved in ARTDECO. The scientific coordinator chairs theboard and all decisions are taken by a majority vote. The RTCB will consider also the possibility ofinviting  an external  member of   international  outstanding mathematical  prestige and educationalexperience from outside the network and the EU as an advisor on international cooperation withnon­European institutions.Objectives:  The RTCB will  supervise and stimulate   the overall  research and training activitieswhile fostering exchanges and interactions among the scientific Work­Packages. In particular, theRTCB will  coordinate  the activities of the PhD students with special  attention to the legal andinstitutional  aspects  concerning   the   fulfilment  of   their  duties  vis­a­vis  the European Universityresponsible for awarding the title of   Doctor of Philosophy. Moreover, when legally possible, wewill encourage the recognition of the PhD title by another European University participating in theNetwork and involved in the training of the candidate. The RTCB will define the student selectionrequirements   for   all   partners   and   co­operate   with   the   dedicated   HRM   Office   in   charge   ofimplementing the selection and integration of young researchers. The RTCB will also discuss themultidisciplinary scientific orientation and will assess the quality of the network’s achievements asan internal peer review committee. Tasks: The major role of the RTCB will be to identify, define and stimulate initiatives that spanacross  several  areas,   to  select  common research activities  and dissemination   initiatives  such as

Part B – Page 32 of 45

ARTDECO

summer   schools   and   the   financial   support   for   the   young   researchers   to   attend   internationalconferences.   Moreover,   we   must   be   prepared   to   foresee   the   possibility   of   critical   situationsconcerning the fellowships and, thus,  the RTCB will also take care of scientific arbitration andadvice to  the young researchers.  Finally,   the RTCB will  perform an internal assessment  of  theARTDECO achievements. In addition to the monitoring of activities, the underlying objective is toidentify  successes and best  practices  in  the project  and  to  share  these with  the different   teamsinvolved.  The  internal  dissemination  undertaken  in  WP3 will  come as  a  direct   support   to   thisparticular task.Means: The RTCB members will participate in bi­annual meetings organised to assess the overallachievements of the network. The board will also rely extensively on audio­conferencing (once amonth) and use a dedicated mailing list   to ensure regular communication.  Board members willperform an overview of the WP activities and the Board will provide general recommendations toimprove both training and research. Decisions will be taken by majority vote, with one vote perpartner, plus an additional casting vote for the coordinator if necessary. To implement its decisionsin the project, the RTCB will rely on the Executive Task Force. This task force is composed of thethree Work­package Leaders and will be in charge of implementing the board’s decisions and willrelay these directives to the different tasks that comprise every Work­Package.Assessment: It is expected that the RTCB will monitor its own activity. Nevertheless, the projectco­ordinator   will   review   the   RTCB   members’   commitment   and   the   relevance   of   theirrecommendations.Work­Packages   :   Composition:  A Work­Package is a coherent cluster of  tasks.  Each WP is  headed by a Work­Package Leader responsible for the work to be carried out. Work­Package Leaders report to thescientific co­ordinator. Objectives: The WP leaders are responsible for the set of activities assigned to them in the workplan,  and are  in  charge of   the corresponding reports  and deliverables.  The WP leaders will  bemembers of the RTCB and will be members the Executive task force. They are also expected tocollaborate and exchange views with the other Work­Packages leaders for improved co­ordinationof the different network activities. Tasks: Each WP is composed of several sub tasks that have to be conducted as described in thework plan. Each task is headed by a task leader that reports directly to the WP Leader.Means: The activities carried out in the different WPs will rely on the students and on the expertiseprovided by the ARTDECO partner institutes to fulfil their objectives.Assessment: The WP Leaders will perform a regular follow­up of the tasks in their WP. The RTCBwill perform  a general assessment of each WP activity.Scientific Coordinator

Dr Mario Arioli will be in charge of the scientific co­ordination of the network. He will be carryout this role by chairing the RTCB, in collaboration with high profile experts including Prof. FrancoBrezzi (Team 4)  as the expert for the fields of partial differential equations and their applications,and Prof. Philippe Toint (Team 9) as the expert in the field of Optimization. His duties also involve

Part B – Page 33 of 45

ARTDECO

the monitoring of WP activities and the validation of all scientific deliverables. He will play animportant role in identifying the best practices implemented in ARTDECO and in supporting theirbroader   adoption   by   the   rest   of   the   project   participants.   Finally,   he   will   be   the   scientificrepresentative of the project at International conferences and events, and as such, he will also haveto play a significant role in fostering collaboration with Industrial partners, with the support of theentire consortium.Project co­ordinatorWhile the scientific coordinator Dr Arioli  will   focus on the scientific coordination,   the  projectcoordinator,  Bruno   Le   Dantec,   will   be   assisted   by   four   dedicated   assistants   composing   theERCIM   team   to   concentrate   its   activities   on   the   overall   management   and   administrative   andfinancial co­ordination of ARTDECO.This will imply directing the administrative work of the project, managing the Human Resources,the   Mobility   Program   requirements   and   ensuring   institutional   exchanges   with   the   EuropeanCommission representatives. The co­ordinator is also responsible for managing the progress andmanagement reports,  monitoring the project costs  and signing the agreements with the selectedresearchers. His specific responsibilities include:

• Official point of contact with the European Commission• Contract signatory for the contract with the European Commission• Preparation of European Commission and Closure Reports• Supervising efficient Human Resources Management• Point of contact for conflict resolution• Establishing efficient internal management and control procedures including budgets

He will also head WP3 and monitor the ARTDECO the dissemination activities. Further details onthe dissemination efforts are presented in the following sections. The ERCIM team will assist him in his day­to­day management. This team will be completed withmembers of the ERCIM HRM task force to compose the HRM Office. The HRM Office will beresponsible for recruiting early­stage or experienced researchers chosen by the scientists, ensuringcoherent   HR   logistics   and   policies,   and   for   the   preparation   of   an   efficient   follow­up   of   theresearchers   to   set   their   careers   on   optimal   tracks.   This   will   include   the   placement   of   theseresearchers   in   promising   positions   through   networking   and   job­posting   within   the   scientificcommunity. Being an EEIG of 18 research institutes in Europe, ERCIM will initiate this networkingwith the support of the ARTDECO consortium.Therefore the HRM Office will  also ensure that a constant contact will  be maintained with theselected researchers.4.2 Administrative coordination (Task 3.3 of WP3)Within ARTDECO the administrative coordination is two fold:1.General coordination the project2.Administrative  Coordination  of  Human Resources   to  provide  optimal   support   to   the studentsinvolved in project

Part B – Page 34 of 45

ARTDECO

The  general  coordination  will  be   carried  out  by   the administrative and financial coordinator,

Bruno Le   Dantec   (ERCIM),   with   the   assistance   of   the   ERCIM   Office   team   composed   ofexperienced project managers and assistants. The day­to­day coordination consists of a wide arrayof tasks such as:

1. Administrative and financial coordination within and across work­packages and specifictask forces,

2. Quality Management ,3. Interactions and negotiations with the European Commission,         4. Preparation and delivery of periodic reports, organisation of the periodic meetings,5. IPR issues and publication policy6. Definition of the Consortium Agreement if required, 7. Collection and preparation of deliverables,              8. Contract amendments,9. Audit Certificates

 In addition the administrative coordination is responsible for establishing a coherent informationflow among   the  different  ARTDECO stakeholders   and  work­packages.  Several  measures   havealready been considered to avoid any communication bottlenecks, in particular with the adoption ofcollaborative tools, dedicated internal communication web pages and newsletterMoreover, the coordination will ensure the continuity and consistency of the ARTDECO initiativeafter   the   contractual   end   of   the   projects.   The   coordination   will   therefore   implement   severalmeasures  that will  ensure the distribution of  information and support even after  the end of  theproject:

­ Maintaining a central archive of all documents produced within ARTDECO;­ Ensuring lasting contact between promising researchers and institutions through thepreservation of mailing lists;­ Updating job position offers and monitoring the backlog of researchers looking for aposition (job posting)

ERCIM has a long experience in managing EC projects. The central office of ERCIM, located inFrance, is a small and flexible administrative unit, which acts as a front­end to access the scientificexpertise of its  members.  Since 1990, ERCIM has been involved in over 30 European projectsunder the ESPRIT, IST FP5, Telematic, INCO­DC, IST, HCM and TMR Programmes. In theseprojects, the ERCIM office takes care of the financial and administrative tasks. This distribution ofwork has been a valuable asset, allowing the research institutes and the other partners to focus onthe scientific tasks at the core of the project.  Within FP6, ERCIM has already been praised for theexcellence of its management and will be co­ordinating two Networks of Excellence in Europe,MUSCLE (Semantic web) and DELOS (Digital Libraries). 

The   Administrative   Coordination   of   Human   Resources  encompasses   several   tasks,   amongwhich:

Part B – Page 35 of 45

ARTDECO

­ Providing guidelines for the selection of high profile students­ Administration & Payment of the student grant­ Follow up of the students (administratively, financially and in terms of career development)­  Provide   a   suitable   environment   for   career   development   (job  posting,   relations  with   researchinstitutes and private companies, career development help and guidance)­  Lasting contacts and support after the end of projects­  Organisation of the promotion ARTDECO and of its students to scientific communities in Europeand worldwide

The ERCIM HRM task force will complement this administrative team by providing advanced HRexpertise. The HRM task force has a proven expertise in managing international human resources inparticular with the management of running the ERCIM fellowship programme for more than 10years,   of   the  DELOS  and  MUSCLE   fellowship  programmes,   and  with   the   successful   internalmobility scheme within ERCIM.

The  selection  procedure  described  hereafter  will  be  validated  and   implemented  by   the  HRMOffice. The positions will be advertised internationally relying essentially on the project web siteand on all the networking the project can muster. The ARTDECO contact point in the HRM Officewill   receive   the  student  applications.  The  Office  will   interact  with   the   students   requesting   theappropriate documents to ensure a thorough evaluation. All this information will be made availableon the ARTDECO Web site for the consortium to consult. Every application will be reviewed byone   or   more   senior   scientist   in   each   partner   institute.   The   RTCB   then   decides   on   the   finalrecruitment taking into account:

• The qualification of the applicant, • The overlap of interest between the applicant and the hosting institutes,• The available funding

All  partners  are well  aware of  the necessity   to  promote gender parity  during the recruitmentprocedure. The HRM Office has already been implementing the European directives in its internalERCIM programmes.   It  will  be clearly   indicated  in   the advertisement   that   the  consortium willensure the participation of at least one third of each gender in the project, and evaluators will bebriefed before any evaluation of the candidates.

In   managing   training   and   educational   initiatives,   the   ERCIM   Human   Resources   Managementexpertise  will  be   a  valuable asset.   Indeed,  ERCIM has  also  a  great  experience  in   the HumanResources   and  Mobility  management   through  different   activities   such   as   the   internal  mobilityscheme, the Fellowship Programme, and the PhD mobility Programme. The main assets of ERCIMare the human potential (in number and quality) of its 18 member institutes and the portfolio ofR&D topics offered to the outside word. The ERCIM Fellowship Programme was launched in 1990and it has been running independently ever since to enable young scientists to perform research at

Part B – Page 36 of 45

ARTDECO

different ERCIM institutes across Europe. The fellowships are open to PhD holders from all overthe world.  To promote cross­fertilisation  and co­operation between research groups working  insimilar areas in different laboratories, the fellow is hosted by two ERCIM Members for a nine­month period each. With twelve years of previous experience, more than 150 fellows have beenawarded through this ERCIM Fellowship Programme.Financial coordination (Task 3.4 of WP3) 

Within ARTDECO, ERCIM will perform the interface between the European Commission and theARTDECO   partners,   redistributing   funding   efficiently   to   avoid   otherwise   lengthy   and   costlyprocedures.

This task will be directly handled by the ERCIM Office team which has a long expertise in thefinancial coordination of European Projects (STREPs, IPs NoEs in FP6 and also in previous FP4and FP5 programmes)

The financial coordination will ensure:• The preparation of the annual cost statements in line with the European Commission

expectations & procedures;• the payment and fund transfers to all the ARTDECO participants;• Implement regular payments of grants to the early stage and experienced researchers;• Monitor the ARTDECO expenses and assess their relevance against the work­plan;• Perform the internal financial audit of the project for enhanced visibility;

• If necessary, prepare internal budget redistribution among tasks or/and partners for

optimal allocation of the financial resources in the project; and• Clear financial reporting with the European Commission.

ERCIM team has a proven  expertise  in the financial management of projects and networks. TheFP5 RESET network on smart cards involved 120 members managed by ERCIM and within FP6,ERCIM is  managing three networks of Excellence, namely CoreGRID, MUSCLE and DELOS. 

Internal Dissemination (Task 3.1 of WP3)Beyond the administrative and financial co­ordination, ERCIM will also have to provide the bestenvironment for both research and training within ARTDECO.

The internal dissemination will therefore  essentially focus on three priorities:• internal information flow• collaborative work environment• supporting international dissemination

This will imply providing the network with reliable working tools and a collaborative environment.The   underlying   idea   is   to   eliminate   any   internal   communication   bottlenecks   and   to   stimulateexchanges not only among partners, but also towards students. This task will

• Provide an overview of the project and of its subtasks

Part B – Page 37 of 45

ARTDECO

• Present the expected achievements• Prepare the ground for cooperation   of different teams from different countries around

the same objective• Ensure a coherent internal information flow and supporting working environments and

collaborative tools.• Promote and diffuse knowledge about ARTDECO internally• Provide all the necessary support material to ensure a broad international dissemination.

External Dissemination (Task 3.3 of WP3)Finally, ERCIM will also ensure the external dissemination. The objective here is to ­ Disseminate information on ARTEDCO activities,­ Prepare a wide array of dissemination vectors (logo, web site, poster, flyer, electronic newsletters)­ Attract high profile experts and institutes or companies to support this initiative,­ Attract promising young researchers,­ Advertise events to the scientific community (academy and industry), and­ Promote the ARTDECO students towards potential employers from both industrial and academicworlds.

Particular efforts will be paid to identify clear dissemination targets in the scientific community inboth industrial  and academic worlds  to ensure the optimal  placement  of  the young ARTDECOresearchers. Moreover this activity will:

1.  Organise the ARTDECO summer schools 2.  Activate networking capabilities of all the partners to promote the project and students 3.  Organise workshops to present the achievements of the network 4.  Carry out lasting dissemination, even after the end of the project 5.  Publish papers at conferences and in journals; 6.   Support  the mobility  of early­stage and experienced researchers among the network

participants; 7.   Perform  broad   dissemination   to   the   International  Scientific  Community,   to   radiate

beyond Europe; 8.  Reach out to the industrial stakeholders to promote  industrial careers, 9.  Establish and update a dedicated web site for job posting and to give information on the

project10.  Attend International conferences11.  Include articles in ERCIM News, with more than 11000 copies distributed world­wide. 12.  Update an electronic newsletter dedicated to the network. 

B4.2. Management know­how and experience of network co­ordinator ERCIM

The ARTDECO Research Training Network will be co­ordinated and managed by EEIG­ERCIM,the European Research Consortium for Informatics and Mathematics. ERCIM is an organisation

Part B – Page 38 of 45

ARTDECO

dedicated to the advancement of European research and development in information technology andapplied mathematics.  Its  eighteen national  member institutions aim to foster collaborative workwithin the European research community and to increase co­operation with European industry. Assuch it has a long and established expertise as a project co­ordinator and as a training institution forPhD students   in  different   institutes  across  Europe.  To conclude,   the co­ordinator   is  not  only abreeding ground to attract the best young and experienced researchers in this field via his currentactivity   and  his   network  of   centres   of   excellence,   but   is   also   able   to   bring   its   experience   ofmanagement at an international level to this Research Training Network.

B.4.3. Budget

We emphasize that 80% of the budget will be entirely dedicated to the financial support of theearly­stage and experienced researchers stipends and mobility.

Budget Breakdown

Part B – Page 39 of 45

ARTDECO

B.5 ADDED VALUE TO THE COMMUNITY AND RELEVANCE TO THE OBJECTIVESOF THE ACTIVITY

The use of computational mathematics plays a vital part in technological leadership. In the USA,the   NSF   budget   for   computational   mathematics   has   increased   for   the   last   three   years   and   aconsiderable part of this budget targets advanced training. In Europe, computational mathematicsexpertise is scattered and fragmented and lacks the recognition awarded in the USA. By gatheringtogether the disseminated expertise in Europe into a European training environment, we intend toensure a future and lasting flow of young experts in the area. Because some regions actually sufferfrom a lack of means and expertise, an important aspect of the proposed network is to developdoctoral level courses not typically available in all European universities. The constituent membersof ERCIM are involved in sponsoring the mathematical activities within the national laboratories.The ambition of our network is to start the seminal work of involving the national laboratories withEuropean   universities   into   a   common   educational   project   involving   top   quality   research   andsoftware development.Furthermore, we also want to promote an interdisciplinary action within the field of computationalmathematics. In addition to a strong specialist training, we will stimulate all the players involved tohave a sounder knowledge of all the research developed in the network. This will hopefully preparea new generation of researchers inclined to exercise more lateral thinking in their work. Beyond thisdirect   result,  ARTDECO   will   also   support   the   European   scientific   community   in   several   lessexplicit ways.

Firstly, the added value of such an European training network is a real opportunity for the new andfuture member states. The European Research Area will directly benefit from this initiative as itwill help new member States to augment their expertise. Indeed, new member States have often avery strong mathematical tradition with excellent educational programmes with a high participationrate, but it appears that they often lack good programmes for training in applied mathematics andapplied research. This situation not only explains why these countries will profit from the networkactivities, but also highlights the fact that ARTDECO will also benefit from the local expertise thesecountries have preserved and developed as a tradition.

Another side effect of ARTDECO will  be  to  improve  the strength of research and support   theexistence of  a European­wide network.  This  will  prove essential   in  our  effort   to  keep  the bestresearchers in Europe. Most of the world leading researchers in mathematics are European, yet toooften these researchers work in the USA. This project will contribute to reducing or reversing thistraditional   brain–drain.   It   is   the   network’s   intention   to   capitalise   on   the   existing   Europeanexcellence in the field to further develop the expertise of this research community.

Moreover, we want to promote the image of mathematics beyond the borders of our project makingthe material used for the training of our young researchers available to a larger sector of the public

Part B – Page 40 of 45

ARTDECO

by the creation of specialized web pages where the topics of our research are presented in simplebut precise terms to all the non­specialist scientific community and to the interested public.

As mentioned previously, part of the impact of this training programme is to ensure a future andpermanent flow of young experts in the field.   This goal is also part of the rationale behind theproposed mix of early­stage and experienced researchers. By bringing together post­docs and early­stage researchers, we hope to enrich the community with shared expertise and create links amongdistinct generations of researchers, as a first step towards future collaboration. The underlying ideais to get experienced researchers to assist early­stage researchers in the development of their futurecareers. This will act as an early transfer of knowledge  which the network believes researchers willrely on to pass on knowledge and expertise.

The subdivision between early­stage and experienced researchers and their distribution among theteams   has   been   motivated   by   additional   technical   and   institutional   reasons.   Some   nationallaboratories do not have the juridical authority to confer academic titles. Nevertheless, they are therepositories of extremely valuable specialist competence and of cutting edge computing equipment.These two qualities add value to the network and give the opportunity to the young researchers tobecome familiar with world class supercomputers and to be involved in the theoretical and practicaldesign of advanced numerical software.We anticipate that the impact of 17 new researchers in the field of computational mathematics willimprove the human resources of the teams involved. The successful achievement of the researchobjectives and the transfer of the relative know­how and of the skill in using the related numericalsoftware will enhance further the reputation of the teams involved and will promote and assist thefuture career of the early­stage and experienced researchers at the international level. In this respect,we plan to invite among the speakers at our workshops and the teachers at our summer schoolsselected international non­European specialists. This will give the opportunity to build additionalpersonal relationships between our young researchers and the international scientific community.

Finally, ERCIM will take responsibility for advertising the results and the transfer of the know­howat the international, the European and the national level through its institutional channels.With its European dimension and joint programme for post­docs and early­stage researchers, thismultidisciplinary training network will promote excellence across boundaries, between disciplines,educational systems and age generations.

B.5.1 Connections with other  FP6 thematics

The ARTDECO proposal has evident links to other research areas supported by the EuropeanUnion. More specifically, our proposal can be seen supporting some of the FP6 work­packages suchas:• Aeronautics and Space (Thematic Priority 1.4) in the sectors:

• Strengthening competitiveness (1.3.1.1)

Part B – Page 41 of 45

ARTDECO

• Improving environmental impact with regard to emissions and noise (1.3.1.2)• Integration of experimental and analytical research capacities for fixed wing aircraft (13)

• Knowledge­based multifunctional materials, new production processes and devices(Thematic  Area 3) in the sectors:

• Knowledge­based Multifunctional Materials (3.4.2)• Development of fundamental knowledge (3.4.2.1)• Technologies associated with the production, transformation and processing of• Knowledge­based multifunctional materials (3.4.2.2)• Engineering support for materials development (3.4.2.3)

•  New Production Processes and Devices (3.4.3)• Development of new processes and flexible & intelligent manufacturing systems

(3.4.3.1)• Systems research and hazard control (3.4.3.2)• Optimising the life­cycle of industrial systems, products and services (3.4.3.3)

Moreover,     several  of   the   tasks  described   in  Section  B.1.5  match   the   themes  described   in   theNETIAM report “New and Emerging Themes in Industrial and Applied Mathematics” regarding the“Challenges in visualization, simulation and design for virtual porous materials”1. In particular, we emphasise the objectives described in WP1 are tightly connected to the study ofnew technologies appropriate for the modelling and numerical simulation of porous media.

This positions ARTDECO at the cutting edge of new technologies, exposing to them  both the earlystage researchers and the experienced researchers involved in the training.

1 see Report of a workshop held Kaiserslautern, Germany, on 29th & 30th September 2004  athttp://www.smithinst.ac.uk/Events/Kaiserslautern/KLReportFull  Prepared by the Smith Institute on behalf of theNETIAM Project

Part B – Page 42 of 45

ARTDECO

INDICATIVE FINANCIAL INFORMATION 

Indicative financial information on the network project (excluding expenses related to the recruitment of early­stage and experienced researchers)

NetworkTeamNo.

Contribution to the research/ training /transfer of knowledge expenses

(Euro)

Managementactivities

(including auditcertification) 

(Euro)

Other types ofexpenses / specific

conditions

(Euro)

(A) (B) (C) (D)

1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.

120463278109

              84278              84278            201285            289010            113560              84725            159238            174460

10000

              252460                 50000

Totals 1425061 10000 252460 50000

OTHER ISSUES

Nil

Part B – Page 43 of 45

ARTDECO

ETHICAL ISSUES CHECKLIST

Table A. Proposers are requested to fill in the following table

Does your proposed research raisesensitive ethical questions related to: 

YES NO

• Human beings X

• Human biological samples  X

• Personal   data   (whether   identified  byname or not)

X

• Genetic information X

• Animals X

If you answer “YES” to any of the above, please include in your proposal section B7 the more detailedversion of Table A (“Crucial information”) obtained from:http://europa.eu.int/comm/research/science­society/ethics/rules_en.html and also incorporate in section B.7 and in other appropriate parts of your proposal commentscorresponding to the detailed instructions given in sections C­D at the above address

Table B. Proposers are requested to confirm that the proposed research does not involve:

13. Research activity aimed at human cloning for reproductive purposes,

14. Research activity intended to modify the genetic heritage of human beings which could makesuch changes heritable2

15. Research activity intended to create human embryos solely for the purpose of research or for thepurpose of stem cell procurement, including by means of somatic cell nuclear transfer.

Confirmation : the proposed researchinvolves none of the issues listed in Table B

YES NOX

Further information on ethics requirements and rules are given at the science and ethics website athttp://europa.eu.int/comm/research/science­society/ethics/ethics_en.html 

2 Research relating to cancer treatment of the gonads can be financed

Part B – Page 44 of 45

ARTDECO

ENDPAGE

HUMAN RESOURCES AND MOBILITY (HRM) ACTIVITY

MARIE CURIE ACTIONSResearch Training Networks (RTNs)

“Interdisciplinary and Intersectorial”

Call: FP6­2005­Mobility­1

PART B

STAGE 2 – FULL PROPOSAL DESCRIPTION

“ARTDECO”

Part B – Page 45 of 45