Autonomic workflow activities: the award framework

Workflows have been successfully applied to express the decomposition of complex scientific applications. This has motivated many initiatives that have been developing scientific workflow tools. However the existing tools still lack adequate support to important aspects namely, decoupling the enactment engine from workflow tasks specification, decentralizing the control of workflow activities, and allowing their tasks to run autonomous in distributed infrastructures, for instance on Clouds. Furthermore many workflow tools only support the execution of Direct Acyclic Graphs (DAG) without the concept of iterations, where activities are executed millions of iterations during long periods of time and supporting dynamic workflow reconfigurations after certain iteration. We present the AWARD (Autonomic Workflow Activities Reconfigurable and Dynamic) model of computation, based on the Process Networks model, where the workflow activities (AWA) are autonomic processes with independent control that can run in parallel on distributed infrastructures, e. g. on Clouds. Each AWA executes a Task developed as a Java class that implements a generic interface allowing end-users to code their applications without concerns for low-level details. The data-driven coordination of AWA interactions is based on a shared tuple space that also enables support to dynamic workflow reconfiguration and monitoring of the execution of workflows. We describe how AWARD supports dynamic reconfiguration and discuss typical workflow reconfiguration scenarios. For evaluation we describe experimental results of AWARD workflow executions in several application scenarios, mapped to a small dedicated cluster and the Amazon (Elastic Computing EC2) Cloud.

Autonomic Activities in the Execution of Scientific Workflows: Evaluation of the AWARD Framework

Workflows have been successfully applied to express the decomposition of complex scientific applications. However the existing tools still lack adequate support to important aspects namely, decoupling the enactment engine from tasks specification, decentralizing the control of workflow activities allowing their tasks to run in distributed infrastructures, and supporting dynamic workflow reconfigurations. We present the AWARD (Autonomic Workflow Activities Reconfigurable and Dynamic) model of computation, based on Process Networks, where the workflow activities (AWA) are autonomic processes with independent control that can run in parallel on distributed infrastructures. Each AWA executes a task developed as a Java class with a generic interface allowing end-users to code their applications without low-level details. The data-driven coordination of AWA interactions is based on a shared tuple space that also enables dynamic workflow reconfiguration. For evaluation we describe experimental results of AWARD workflow executions in several application scenarios, mapped to the Amazon (Elastic Computing EC2) Cloud.

IOPT Petri Net State Space Generation Algorithm with Maximal-Step Execution Semantics

This paper presents an algorithm to efficiently generate the state-space of systems specified using the IOPT Petri-net modeling formalism. IOPT nets are a non-autonomous Petri-net class, based on Place-Transition nets with an extended set of features designed to allow the rapid prototyping and synthesis of system controllers through an existing hardware-software co-design framework. To obtain coherent and deterministic operation, IOPT nets use a maximal-step execution semantics where, in a single execution step, all enabled transitions will fire simultaneously. This fact increases the resulting state-space complexity and can cause an arc "explosion" effect. Real-world applications, with several million states, will reach a higher order of magnitude number of arcs, leading to the need for high performance state-space generator algorithms. The proposed algorithm applies a compilation approach to read a PNML file containing one IOPT model and automatically generate an optimized C program to calculate the corresponding state-space.

Distributed process execution in collaborative networks

Processes are a central entity in enterprise collaboration. Collaborative processes need to be executed and coordinated in a distributed Computational platform where computers are connected through heterogeneous networks and systems. Life cycle management of such collaborative processes requires a framework able to handle their diversity based on different computational and communication requirements. This paper proposes a rational for such framework, points out key requirements and proposes it strategy for a supporting technological infrastructure. Beyond the portability of collaborative process definitions among different technological bindings, a framework to handle different life cycle phases of those definitions is presented and discussed. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Enabling Global Experiments With Interactive Reconfiguration And Steering By Multiple Users

In global scientific experiments with collaborative scenarios involving multinational teams there are big challenges related to data access, namely data movements are precluded to other regions or Clouds due to the constraints on latency costs, data privacy and data ownership. Furthermore, each site is processing local data sets using specialized algorithms and producing intermediate results that are helpful as inputs to applications running on remote sites. This paper shows how to model such collaborative scenarios as a scientific workflow implemented with AWARD (Autonomic Workflow Activities Reconfigurable and Dynamic), a decentralized framework offering a feasible solution to run the workflow activities on distributed data centers in different regions without the need of large data movements. The AWARD workflow activities are independently monitored and dynamically reconfigured and steering by different users, namely by hot-swapping the algorithms to enhance the computation results or by changing the workflow structure to support feedback dependencies where an activity receives feedback output from a successor activity. A real implementation of one practical scenario and its execution on multiple data centers of the Amazon Cloud is presented including experimental results with steering by multiple users.

Development of a penetration test for timber impregnation products for use in old buildings

This paper studies the application of commercial biocides to old maritime pine timber structures (Pinus pinaster Ait.) that have previously been impregnated with other products. A method was developed in the laboratory to be used in situ to determine the impregnation depth achieved by a new generation biocide product applied to timber from an old building. This timber had once been treated with an unknown product difficult to characterize without extensive analysis. The test was initially developed in laboratory conditions and later tested on elements of the roof structure of an 18th century building. In both cases the results were promising and mutually consistent with penetration depths for some treatments reaching 2.0 cm. The application in situ proved the tests viability and simplicity of execution giving a clear indication on the feasibility of possible re-treatments.

Variáveis psicológicas e percepção do estado de saúde em indivíduos submetidos a ressincronização cardíaca

A insuficiência cardíaca afecta cerca de 261 mil pessoas em Portugal constituindo um problema de saúde pública. Pretendemos avaliar aspectos associados à recuperação do estado de saúde nesta síndrome, em particular a esperança, o afecto e a felicidade. Recorremos a um estudo longitudinal com 128 indivíduos sintomáticos com má fracção de ejecção do ventrículo esquerdo. Utilizámos um questionário para caracterizar os aspectos sóciodemográficos, clínicos e funcionais, o Kansas City Cardiomiopathy Questionnaire (KCCQ) para avaliar a qualidade de vida, a Subjective Hapiness Scale (SHS) para a felicidade, a HOPE Scale (HOPE) para a esperança e a Positive And Negative Afect Schedule (PANAS) para o afecto. Os questionários de caracterização sócio-demográfica, clínica e funcional, KCCQ e o SHS foram aplicados em três momentos: no internamento, prévio à instituição de terapêutica médica na sua totalidade e ao terceiro e sexto mês após a intervenção médica, na consulta externa. A maioria dos participantes eram homens em classe III da classificação da New York Heart Association com etiologia isquémica. No internamento e antes da terapêutica médica, observámos que a esperança, a felicidade e o afecto se relacionaram com a qualidade de vida, a felicidade e o afecto positivo com a esperança. No período avaliado foram submetidos a: terapia de ressincronização cardíaca (n=52), cardioversor-desfibrilhador implantável (n=44), cirurgia valvular com revascularização do miocárdio (n=14), optimização terapêutica farmacológica (n=10), transplante cardíaco (n=8). Foram significativos os resultados da qualidade de vida, da classificação da New York Heart Association, do exercício físico, da fracção de ejecção do ventrículo esquerdo e das arritmias cardíacas (estrasístoles e taquicardias ventriculares). A felicidade foi preditora da qualidade de vida e da funcionalidade. O afecto negativo foi preditor da satisfação com a insuficiência cardíaca. Concluímos da importância das variáveis positivas a par dos procedimentos médicos no tratamento das pessoas com insuficiência cardíaca. ABSTRACT - Heart failure affects about 261 000 people in Portugal constituting a public health problem. We intend to evaluate aspects of the health recovery in this syndrome, in particular hope, affection and happiness. We used a longitudinal study with 128 symptomatic patients with poor ejection fraction of left ventricle. We used a questionnaire to characterize the socio-demographic, clinical and functional aspects, the Kansas City Cardiomiopathy Questionnaire (KCCQ) to assess the quality of life, the Subjective Happiness Scale (SHS) for happiness, the HOPE Scale (HOPE) for hope and the Positive And Negative Affect Schedule (PANAS) for affection. The questionnaires of sociodemographic, clinical and functional KCCQ and SHS were applied on three occasions: on admission, prior to the execution of medical therapy in its totality and in the third and sixth months after medical intervention in the outpatient. Most of the participants were men in Class III New York Heart Association classification with ischemic etiology. At admission and before medical therapy, we observed that the hope, happiness and affection were related to the quality of life, happiness and positive affect with hope. Over the studied period were submitted to: cardiac resynchronization therapy (n=52), implantable cardioverter-defibrillator (n=44), valvular surgery with coronary artery bypass graft surgery (n=14), optimizing drug therapy (n=10), heart transplant (n=8). The significant results were the quality of life, the New York Heart Association classification, the exercise, the ejection fraction and left ventricular cardiac arrhythmias (ventricular tachycardia and estrasistoles). Happiness was a predictor of quality of life and functionality. The negative affect was a predictor of satisfaction with heart failure. We concluded that the positive variables and the medical procedures were important in treating people with heart failure.

Modelo de especificação e controlo de execuções paralelas e distribuídas

O desenvolvimento actual de aplicações paralelas com processamento intensivo (HPC - High Performance Computing) para alojamento em computadores organizados em Cluster baseia-se muito no modelo de passagem de mensagens, do qual é de realçar os esforços de definição de standards, por exemplo, MPI - Message - Passing Interface. Por outro lado, com a generalização do paradigma de programação orientado aos objectos para ambientes distribuídos (Java RMI, .NET Remoting), existe a possibilidade de considerar que a execução de uma aplicação, de processamento paralelo e intensivo, pode ser decomposta em vários fluxos de execução paralela, em que cada fluxo é constituído por uma ou mais tarefas executadas no contexto de objectos distribuídos. Normalmente, em ambientes baseados em objectos distribuídos, a especificação, controlo e sincronização dos vários fluxos de execução paralela, é realizada de forma explicita e codificada num programa principal (hard-coded), dificultando possíveis e necessárias modificações posteriores. No entanto, existem, neste contexto, trabalhos que propõem uma abordagem de decomposição, seguindo o paradigma de workflow com interacções entre as tarefas por, entre outras, data-flow, control-flow, finite - state - machine. Este trabalho consistiu em propor e explorar um modelo de execução, sincronização e controlo de múltiplas tarefas, que permita de forma flexível desenhar aplicações de processamento intensivo, tirando partido da execução paralela de tarefas em diferentes máquinas. O modelo proposto e consequente implementação, num protótipo experimental, permite: especificar aplicações usando fluxos de execução; submeter fluxos para execução e controlar e monitorizar a execução desses fluxos. As tarefas envolvidas nos fluxos de execução podem executar-se num conjunto de recursos distribuídos. As principais características a realçar no modelo proposto, são a expansibilidade e o desacoplamento entre as diferentes componentes envolvidas na execução dos fluxos de execução. São ainda descritos casos de teste que permitiram validar o modelo e o protótipo implementado. Tendo consciência da necessidade de continuar no futuro esta linha de investigação, este trabalho é um contributo para demonstrar que o paradigma de workflow é adequado para expressar e executar, de forma paralela e distribuída, aplicações complexas de processamento intensivo.

Gestão integrada de resíduos de construção e demolição: análise de estudo

A actividade de construção civil é responsável por grande parte dos resíduos produzidos, nomeadamente em obras de construção, demolições de edifícios ou derrocadas, operações de manutenção, restauro, remodelação e reabilitação de construções. A gestão dos resíduos deste sector, abreviadamente designada por resíduos de construção e demolição (RCD), passou a estar regulada, através de regime de operações de gestão de RCD. Este diploma, define entre outras, a responsabilidade dos vários intervenientes no processo de gestão de resíduos, fase de projecto, execução, transporte e recepção. Com a evolução das preocupações ambientais da população e maior envolvência das empresas na contribuição para uma gestão integrada de resíduos, existe um crescente desenvolvimento de estudos no âmbito de caracterização de quantidades e tipos de resíduos produzidos pelo sector. Neste contexto, e por ser importante uma economia integrada com a gestão de resíduos, os principais desafios passam pelo planeamento e preparação de Obra desde da fase de projecto à fase de execução, com vista à prevenção, redução, reutilização e valorização dos RCD. O presente trabalho pretende contribuir para este desenvolvimento do sector, mais concretamente na obtenção de indicadores de resíduos de construção (RC), resíduos de demolição (RD) e caracterização da tipologia destes. Para tanto, foi feita uma avaliação dos estudos desenvolvidos no âmbito de caracterização dos tipos de resíduos e indicadores de RC e RD, como método comparativo. Os indicadores deste estudo foram obtidos com base na análise de dados de casos de estudo, no caso concreto RC, de obras de estruturas, e RD de edifícios com execução de demolição selectiva. Na parte final deste estudo apresentam-se algumas conclusões e recomendações.

Dynamic equilibrium through reinforcement learning

Reinforcement Learning is an area of Machine Learning that deals with how an agent should take actions in an environment such as to maximize the notion of accumulated reward. This type of learning is inspired by the way humans learn and has led to the creation of various algorithms for reinforcement learning. These algorithms focus on the way in which an agent’s behaviour can be improved, assuming independence as to their surroundings. The current work studies the application of reinforcement learning methods to solve the inverted pendulum problem. The importance of the variability of the environment (factors that are external to the agent) on the execution of reinforcement learning agents is studied by using a model that seeks to obtain equilibrium (stability) through dynamism – a Cart-Pole system or inverted pendulum. We sought to improve the behaviour of the autonomous agents by changing the information passed to them, while maintaining the agent’s internal parameters constant (learning rate, discount factors, decay rate, etc.), instead of the classical approach of tuning the agent’s internal parameters. The influence of changes on the state set and the action set on an agent’s capability to solve the Cart-pole problem was studied. We have studied typical behaviour of reinforcement learning agents applied to the classic BOXES model and a new form of characterizing the environment was proposed using the notion of convergence towards a reference value. We demonstrate the gain in performance of this new method applied to a Q-Learning agent.

Sistema de apoio à decisão para a classificação de risco em projectos de tecnologias de informação

O trabalho que a seguir se apresenta tem como objectivo descrever a criação de um modelo que sirva de suporte a um sistema de apoio à decisão sobre o risco inerente à execução de projectos na área das Tecnologias de Informação (TI) recorrendo a técnicas de mineração de dados. Durante o ciclo de vida de um projecto, existem inúmeros factores que contribuem para o seu sucesso ou insucesso. A responsabilidade de monitorizar, antever e mitigar esses factores recai sobre o Gestor de Projecto. A gestão de projectos é uma tarefa difícil e dispendiosa, consome muitos recursos, depende de numerosas variáveis e, muitas vezes, até da própria experiência do Gestor de Projecto. Ao ser confrontado com as previsões de duração e de esforço para a execução de uma determinada tarefa, o Gestor de Projecto, exceptuando a sua percepção e intuição pessoal, não tem um modo objectivo de medir a plausibilidade dos valores que lhe são apresentados pelo eventual executor da tarefa. As referidas previsões são fundamentais para a organização, pois sobre elas são tomadas as decisões de planeamento global estratégico corporativo, de execução, de adiamento, de cancelamento, de adjudicação, de renegociação de âmbito, de adjudicação externa, entre outros. Esta propensão para o desvio, quando detectada numa fase inicial, pode ajudar a gerir melhor o risco associado à Gestão de Projectos. O sucesso de cada projecto terminado foi qualificado tendo em conta a ponderação de três factores: o desvio ao orçamentado, o desvio ao planeado e o desvio ao especificado. Analisando os projectos decorridos, e correlacionando alguns dos seus atributos com o seu grau de sucesso o modelo classifica, qualitativamente, um novo projecto quanto ao seu risco. Neste contexto o risco representa o grau de afastamento do projecto ao sucesso. Recorrendo a algoritmos de mineração de dados, tais como, árvores de classificação e redes neuronais, descreve-se o desenvolvimento de um modelo que suporta um sistema de apoio à decisão baseado na classificação de novos projectos. Os modelos são o resultado de um extensivo conjunto de testes de validação onde se procuram e refinam os indicadores que melhor caracterizam os atributos de um projecto e que mais influenciam o risco. Como suporte tecnológico para o desenvolvimento e teste foi utilizada a ferramenta Weka 3. Uma boa utilização do modelo proposto possibilitará a criação de planos de contingência mais detalhados e uma gestão mais próxima para projectos que apresentem uma maior propensão para o risco. Assim, o resultado final pretende constituir mais uma ferramenta à disposição do Gestor de Projecto.

Acompanhamento da construção do Hotel Europa Plaza, em Lisboa

O presente relatório de estágio apresenta-se como Trabalho Final de Mestrado, realizado no âmbito do Mestrado em Engenharia Civil, do Instituto Superior de Engenharia de Lisboa e tem como objectivo apresentar as actividades desenvolvidas durante o mesmo. O estágio de 4 meses de duração, iniciado em Março de 2011, foi realizado na empresa FICOPE - Fiscalização, Coordenação e Projectos de Engenharia, Lda., onde o estagiário integrou a equipa de fiscalização para a edificação do Hotel Europa Plaza. A obra situa-se na Av. da República nº93, em Lisboa e o Hotel é constituído por 8 pisos elevados e 4 enterrados. Aquando do início do estágio a sua construção encontrava-se na fase final de estrutura, tendo o estagiário acompanhado também parte da fase inicial de acabamentos e instalações. Durante o estágio, o aluno participou nas diversas actividades de fiscalização, tais como, acompanhamento e controlo de execução, aprovação e verificação de materiais, controlo de custos e planeamento, consultas e contactos entre todos os intervenientes da obra, com o objectivo de resolução de incompatibilidades de projecto e alterações. O estágio permitiu a consolidação dos conhecimentos adquiridos ao longo do percurso académico, através do contacto directo com a obra e seus diversos processos construtivos empregues, assim como, a percepção do funcionamento das diversas entidades envolvidas na execução da obra.

Desenvolvimento do sistema de tracção de um veículo eléctrico ecológico com travagem regenerativa

Nesta dissertação descreve-se uma metodologia de dimensionamento do sistema de tracção para equipar um veículo eléctrico ecológico (VEECO) com inclusão de um sistema de travagem regenerativa. Apresenta-se uma perspectiva geral de diversas topologias de sistemas de tracção utilizadas nos veículos eléctricos e realiza-se a sua comparação através do estudo e análise dos acionamentos electromecânicos que podem ser utilizados nesses sistemas de tracção eléctrica. Utilizando ferramentas de simulação numérica, estuda-se o modelo matemático de um veículo eléctrico com travagem regenerativa. A partir deste modelo matemático é adoptado uma possível configuração para o seu sistema de tracção eléctrica e são obtidas características teóricas de desempenho do veículo eléctrico, através da análise de testes padrão ao veículo. Em banco de ensaios, constrói-se um sistema de tracção eléctrica que permite a validação experimental do modelo matemático do veículo eléctrico. Para a construção deste banco de ensaios foram concebidos os sistemas de tracção eléctrica, de carga mecânica e de controlo e monitorização do banco de ensaios. A validação experimental realiza-se através dos mesmos testes padrão ao veículo eléctrico, como o teste NEDC (New European Driving Cycle), o teste de aceleração entre 0 e 100km/h e o teste de gradeabilidade. Desenvolve-se o dimensionamento do sistema de tracção eléctrica a equipar o VEECO, através da componente de modelação paramétrica do modelo matemático do veículo eléctrico. Com esta metodologia é adoptado um conjunto de variáveis paramétricas relacionadas com os elementos que constituem o sistema de tracção eléctrica do VEECO. Estuda-se a influência destas variáveis paramétricas nas características de desempenho pretendidas para o VEECO. Como resultado da análise de modelação paramétrica é apresentada uma solução para o sistema de tracção eléctrica do VEECO que cumpre a execução do NEDC, apresenta um tempo de aceleração entre 0 e 100km/h inferior a 10 segundos, supera uma gradeabilidade de 10% e uma autonomia de 200 km. O sistema de tracção do VEECO também permite realizar a travagem regenerativa com rendimento até 33%. Possui controlo de tracção e anti bloqueio da roda motora, através de uma unidade de controlo que permite reduzir a potência transmitida ao veio, quando a velocidade da roda de tracção difere do valor de referência da velocidade do veículo. Os conhecimentos adquiridos através do processo de investigação e desenvolvimento, para a realização da presente dissertação permitem apresentar perspectivas de desenvolvimento futuro com aplicação nos sistemas de tracção de veículos eléctricos rodoviários.

Projecto de estabilidade da Escola Superior de Enfermagem Artur Ravara

O presente trabalho, refere-se ao projecto de estabilidade, em betão armado e pré-esforçado, da Escola Superior de Enfermagem Artur Ravara, situada na zona da EXPO em Lisboa. O edifício apresenta-se com uma implantação em “L”, tendo como dimensões máximas 38,50m x 54,80m e desenvolve-se em altura por quatro pisos, dos quais, dois são enterrados. A estrutura do edifício em causa, apresenta duas juntas de dilatação, por forma a tornar desprezáveis os efeitos devidos à retracção e diminuição de temperatura, dividindo o edifício em três blocos. As suas fundações são indirectas, constituídas por estacas moldadas no terreno e respectivos maciços de encabeçamento. As lajes são fungiformes aligeiradas de moldes perdidos, de modo a permitir vencer maiores vãos, que variam entre os 6,60m e os 10,00m, e permitindo também maior rapidez de execução e maior economia. As consolas de 3,50m de vão, em laje maciça, são suportadas por vigas pré-esforçadas de secção variável. Para o cálculo automático da estrutura e da obtenção dos respectivos desenhos das armaduras, foi utilizado o programa de cálculo automático, Tricalc 7.1. O conteúdo do projecto em questão, sendo de carácter académico, não corresponde à versão real, à qual não se teve acesso. O dimensionamento das fundações, devido à fraca resistência dos solos e o dimensionamento da estrutura, devido à geometria e dimensões do edifício, permitiram enfrentar desafios interessantes. Tais desafios, deram possibilidade de enriquecer bastante os conhecimentos sobre a engenharia de estruturas.

Optimização de recursos na construção de linhas de caminhos de ferro

Os Caminhos-de-ferro representam um conjunto de abordagens quase ilimitadas, nestes termos, o tema proposto – “A optimização de recursos na construção de linhas de Caminhos de Ferro”, incidirá particularmente sobre a optimização dos recursos: i) materiais; ii) mão-de-obra; iii) equipamentos, afectos a construção da via e da catenária. O presente estudo pretende traçar um encadeamento lógico e intuitivo que permita manter um fio condutor ao longo do todo o seu desenvolvimento, razão pela qual, a sequência dos objectivos apresentados constitui um caminho que permitira abrir sucessivas janelas de conhecimento. O conhecimento da via e da catenária, a compreensão da forma como os trabalhos interagem com os factores externos e a experiência na utilização das ferramentas de planeamento e gestão, são qualidades que conduzem certamente a bons resultados quando nos referimos a necessidade de optimizar os recursos na construção da via e da catenária. A transmissão e reciprocidade da informação, entre as fases de elaboração de propostas e de execução da obra, representam um recurso que pode conduzir a ganhos de produtividade. A coordenação e outro factor determinante na concretização dos objectivos de optimização dos recursos, que se efectua, quer internamente, quer exteriormente. A optimização de recursos na construção da via e da catenária representa o desafio permanente das empresas de construção do sector ferroviário. E neste pressuposto que investem na formação e especialização da sua mão-de-obra e na renovação tecnológica dos seus equipamentos. A optimização dos materiais requer aproximações distintas para o caso da via e para o caso da catenária, assim como, os equipamentos e a mão-de-obra não podem ser desligados, pois não funcionam autonomamente, no entanto a respectiva optimização obedece a pressupostos diferentes.