Application of computational intelligence to engineering

Computational Intelligence (CI) includes four main areas: Evolutionary Computation (genetic algorithms and genetic programming), Swarm Intelligence, Fuzzy Systems and Neural Networks. This article shows how CI techniques overpass the strict limits of Artificial Intelligence field and can help solving real problems from distinct engineering areas: Mechanical, Computer Science and Electrical Engineering.

Crossing genetic and swarm intelligence algorithms to generate logic circuits

Genetic Algorithms (GAs) are adaptive heuristic search algorithm based on the evolutionary ideas of natural selection and genetic. The basic concept of GAs is designed to simulate processes in natural system necessary for evolution, specifically those that follow the principles first laid down by Charles Darwin of survival of the fittest. On the other hand, Particle swarm optimization (PSO) is a population based stochastic optimization technique inspired by social behavior of bird flocking or fish schooling. PSO shares many similarities with evolutionary computation techniques such as GAs. The system is initialized with a population of random solutions and searches for optima by updating generations. However, unlike GA, PSO has no evolution operators such as crossover and mutation. In PSO, the potential solutions, called particles, fly through the problem space by following the current optimum particles. PSO is attractive because there are few parameters to adjust. This paper presents hybridization between a GA algorithm and a PSO algorithm (crossing the two algorithms). The resulting algorithm is applied to the synthesis of combinational logic circuits. With this combination is possible to take advantage of the best features of each particular algorithm.

Particle swarm design of digital circuits

Swarm Intelligence (SI) is the property of a system whereby the collective behaviors of (unsophisticated) agents interacting locally with their environment cause coherent functional global patterns to emerge. Particle swarm optimization (PSO) is a form of SI, and a population-based search algorithm that is initialized with a population of random solutions, called particles. These particles are flying through hyperspace and have two essential reasoning capabilities: their memory of their own best position and knowledge of the swarm's best position. In a PSO scheme each particle flies through the search space with a velocity that is adjusted dynamically according with its historical behavior. Therefore, the particles have a tendency to fly towards the best search area along the search process. This work proposes a PSO based algorithm for logic circuit synthesis. The results show the statistical characteristics of this algorithm with respect to number of generations required to achieve the solutions. It is also presented a comparison with other two Evolutionary Algorithms, namely Genetic and Memetic Algorithms.

Environmental Decision Support: a Distributed Artificial Intelligence Approach

Decision making in any environmental domain is a complex and demanding activity, justifying the development of dedicated decision support systems. Every decision is confronted with a large variety and amount of constraints to satisfy as well as contradictory interests that must be sensibly accommodated. The first stage of a project evaluation is its submission to the relevant group of public (and private) agencies. The individual role of each agency is to verify, within its domain of competence, the fulfilment of the set of applicable regulations. The scope of the involved agencies is wide and ranges from evaluation abilities on the technical or economical domains to evaluation competences on the environmental or social areas. The second project evaluation stage involves the gathering of the recommendations of the individual agencies and their justified merge to produce the final conclusion. The incorporation and accommodation of the consulted agencies opinions is of extreme importance: opinions may not only differ, but can be interdependent, complementary, irreconcilable or, simply, independent. The definition of adequate methodologies to sensibly merge, whenever possible, the existing perspectives while preserving the overall legality of the system, will lead to the making of sound justified decisions. The proposed Environmental Decision Support System models the project evaluation activity and aims to assist developers in the selection of adequate locations for their projects, guaranteeing their compliance with the applicable regulations.

Negotiation mechanism for self-organized scheduling system with collective intelligence

Current Manufacturing Systems challenges due to international economic crisis, market globalization and e-business trends, incites the development of intelligent systems to support decision making, which allows managers to concentrate on high-level tasks management while improving decision response and effectiveness towards manufacturing agility. This paper presents a novel negotiation mechanism for dynamic scheduling based on social and collective intelligence. Under the proposed negotiation mechanism, agents must interact and collaborate in order to improve the global schedule. Swarm Intelligence (SI) is considered a general aggregation term for several computational techniques, which use ideas and inspiration from the social behaviors of insects and other biological systems. This work is primarily concerned with negotiation, where multiple self-interested agents can reach agreement over the exchange of operations on competitive resources. Experimental analysis was performed in order to validate the influence of negotiation mechanism in the system performance and the SI technique. Empirical results and statistical evidence illustrate that the negotiation mechanism influence significantly the overall system performance and the effectiveness of Artificial Bee Colony for makespan minimization and on the machine occupation maximization.

Cultural Intelligence Scale: Validation in a Multicultural Setting of Erasmus Mundus Students and Alumni

Purpose: This work aims at further developing and testing the psychometric properties of the Cultural Intelligence Scale (Ang & Van Dyne, 2006) in an Erasmus Mundus Students and Alumni Population, including reliability. Design Methodology: The study included 626 participants from 109 different countries that emcompasses 6 continents. Exploratory and Confirmatory Factor Analysis procedures were carried out in order to test the scale in a multicultural scale of Erasmus Mundus Students. Reliability was assessed using Cronbach Alpha. Results: The scale presents excellent psychometric properties with alpha values that range from .84 to .90. Exploratory and Confirmatory Factor Analyses demonstrated that the original model of the scale presents an exceptionally good fit. Limitations: The present study was conducted using a convenience sample and online questionnaires that limit its conclusions when we consider the globality of the Erasmus Mundus Students. Research/Practical Implications: This study presents evidence that Ang and Van Dyne’s scale is an adequate measure instrument to assess intercultural intelligence in a multicultural setting of students and alumni. Originality/Value: Multicultural samples and studies are becoming more and more present and relevant; the study of intercultural competences and habilities is becoming increasingly important, and in this task, solid psychometric instruments are of paramount importance. This study presents evidence that Ang and Van Dyne’s (2006) scale is a fairly recent and parsimonious instrument with excellent psychometric properties properties.

Cultural Intelligence (CQ) in Erasmus Mundus Students and Alumni: an exploratory study on the levels and antecedents of CQ

Erasmus Mundus Masters (EMM) are programs with a strong component of interculturality. Our study aimed at understanding the level of cultural intelligence (CQ) of EMM students and alumni, as well as some of the characteristics associated with higher levels of CQ. The study included 626 EMM students and alumni from 109 different countries that encompasses 6 continents. Ang and Van Dyne’s (2006) cultural intelligence scale was used; closed and open ended questions were used to describe the sample’s sociodemographic characteristics and experiences regarding interculturality. After validating and assessing the scale’s psychometric properties, relations between different variables were explored using Pearson’s correlation, ANOVA, t Tests, and GLM procedures. We then analysed the open ended responses to gain further insight on our results. Differences among respondents are mainly equated with international experience rather than nationality or training. Respondents’ open ended replies provided us with a deeper insight on why training seems to be so ineffective in developing CQ. This is a transversal study that uses self-reporting measures; also, questionnaires were conducted in English, which was not the mother tongue of most of the respondents. This work is consistent with the CQ literature, however we argue that training mentioned by respondents systematically fails to meet some of literature’s foremost conditions for effective CQ trainings and provide clues for the implementation of more successful initiatives. With an exceptionally diverse sample, this study contributes towards the understanding of mechanisms of developing CQ among EMM and international Students. Results can be useful for selection processes, training/development of CQ and reducing dropout/turnover.

Dados de reconhecimento facial em Business Intelligence

Vivemos cada vez mais numa era de crescentes avanços tecnológicos em diversas áreas. O que há uns anos atrás era considerado como praticamente impossível, em muitos dos casos, já se tornou realidade. Todos usamos tecnologias como, por exemplo, a Internet, Smartphones e GPSs de uma forma natural. Esta proliferação da tecnologia permitiu tanto ao cidadão comum como a organizações a sua utilização de uma forma cada vez mais criativa e simples de utilizar. Além disso, a cada dia que passa surgem novos negócios e startups, o que demonstra o dinamismo que este crescimento veio trazer para a indústria. A presente dissertação incide sobre duas áreas em forte crescimento: Reconhecimento Facial e Business Intelligence (BI), assim como a respetiva combinação das duas com o objetivo de ser criado um novo módulo para um produto já existente. Tratando-se de duas áreas distintas, é primeiramente feito um estudo sobre cada uma delas. A área de Business Intelligence é vocacionada para organizações e trata da recolha de informação sobre o negócio de determinada empresa, seguindo-se de uma posterior análise. A grande finalidade da área de Business Intelligence é servir como forma de apoio ao processo de tomada de decisão por parte dos analistas e gestores destas organizações. O Reconhecimento Facial, por sua vez, encontra-se mais presente na sociedade. Tendo surgido no passado através da ficção científica, cada vez mais empresas implementam esta tecnologia que tem evoluído ao longo dos anos, chegando mesmo a ser usada pelo consumidor final, como por exemplo em Smartphones. As suas aplicações são, portanto, bastante diversas, desde soluções de segurança até simples entretenimento. Para estas duas áreas será assim feito um estudo com base numa pesquisa de publicações de autores da respetiva área. Desde os cenários de utilização, até aspetos mais específicos de cada uma destas áreas, será assim transmitido este conhecimento para o leitor, o que permitirá uma maior compreensão por parte deste nos aspetos relativos ao desenvolvimento da solução. Com o estudo destas duas áreas efetuado, é então feita uma contextualização do problema em relação à área de atuação da empresa e quais as abordagens possíveis. É também descrito todo o processo de análise e conceção, assim como o próprio desenvolvimento numa vertente mais técnica da solução implementada. Por fim, são apresentados alguns exemplos de resultados obtidos já após a implementação da solução.

Scalable Intelligence for Scheduling Systems

A personalização é um aspeto chave de uma interação homem-computador efetiva. Numa era em que existe uma abundância de informação e tantas pessoas a interagir com ela, de muitas maneiras, a capacidade de se ajustar aos seus utilizadores é crucial para qualquer sistema moderno. A criação de sistemas adaptáveis é um domínio bastante complexo que necessita de métodos muito específicos para ter sucesso. No entanto, nos dias de hoje ainda não existe um modelo ou arquitetura padrão para usar nos sistemas adaptativos modernos. A principal motivação desta tese é a proposta de uma arquitetura para modelação do utilizador que seja capaz de incorporar diferentes módulos necessários para criar um sistema com inteligência escalável com técnicas de modelação. Os módulos cooperam de forma a analisar os utilizadores e caracterizar o seu comportamento, usando essa informação para fornecer uma experiência de sistema customizada que irá aumentar não só a usabilidade do sistema mas também a produtividade e conhecimento do utilizador. A arquitetura proposta é constituída por três componentes: uma unidade de informação do utilizador, uma estrutura matemática capaz de classificar os utilizadores e a técnica a usar quando se adapta o conteúdo. A unidade de informação do utilizador é responsável por conhecer os vários tipos de indivíduos que podem usar o sistema, por capturar cada detalhe de interações relevantes entre si e os seus utilizadores e também contém a base de dados que guarda essa informação. A estrutura matemática é o classificador de utilizadores, e tem como tarefa a sua análise e classificação num de três perfis: iniciado, intermédio ou avançado. Tanto as redes de Bayes como as neuronais são utilizadas, e uma explicação de como as preparar e treinar para lidar com a informação do utilizador é apresentada. Com o perfil do utilizador definido torna-se necessária uma técnica para adaptar o conteúdo do sistema. Nesta proposta, uma abordagem de iniciativa mista é apresentada tendo como base a liberdade de tanto o utilizador como o sistema controlarem a comunicação entre si. A arquitetura proposta foi desenvolvida como parte integrante do projeto ADSyS - um sistema de escalonamento dinâmico - utilizado para resolver problemas de escalonamento sujeitos a eventos dinâmicos. Possui uma complexidade elevada mesmo para utilizadores frequentes, daí a necessidade de adaptar o seu conteúdo de forma a aumentar a sua usabilidade. Com o objetivo de avaliar as contribuições deste trabalho, um estudo computacional acerca do reconhecimento dos utilizadores foi desenvolvido, tendo por base duas sessões de avaliação de usabilidade com grupos de utilizadores distintos. Foi possível concluir acerca dos benefícios na utilização de técnicas de modelação do utilizador com a arquitetura proposta.

Estudo e Avaliação de Plataformas de Business Intelligence em contexto empresarial

O crescente interesse pela área de Business Intelligence (BI) tem origem no reconhecimento da sua importância pelas organizações, como poderoso aliado dos processos de tomada de decisão. O BI é um conceito dinâmico, que se amplia à medida que são integradas novas ferramentas, em resposta a necessidades emergentes dos mercados. O BI não constitui, ainda, uma realidade nas pequenas e médias empresas, sendo, até, desconhecido para muitas. São, essencialmente, as empresas de maior dimensão, com presença em diferentes mercados e/ou áreas de negócio mais abrangentes, que recorrem a estas soluções. A implementação de ferramentas BI nas organizações depende, pois, das especificidades destas, sendo fundamental que a informação sobre as plataformas disponíveis e suas funcionalidades seja objetiva e inequívoca. Só uma escolha correta, que responda às necessidades da área de negócio desenvolvida, permitirá obter dados que resultem em ganhos, potenciando a vantagem competitiva empresarial. Com este propósito, efectua-se, na presente dissertação, uma análise comparativa das funcionalidades existentes em diversas ferramentas BI, que se pretende que venha auxiliar os processos de seleção da plataforma BI mais adaptada a cada organização e/ou negócio. As plataformas BI enquadram-se em duas grandes vertentes, as que implicam custos de aquisição, de índole comercial, e as disponibilizadas de forma livre, ou em código aberto, designadas open source. Neste sentido, equaciona-se se estas últimas podem constituir uma opção válida para as empresas com recursos mais escassos. Num primeiro momento, procede-se à implementação de tecnologias BI numa organização concreta, a operar na indústria de componentes automóveis, a Yazaki Saltano de Ovar Produtos Eléctricos, Ltd., implantada em Portugal há mais de 25 anos. Para esta empresa, o desenvolvimento de soluções com recurso a ferramentas BI afigura-se como um meio adequado de melhorar o acompanhamento aos seus indicadores de performance. Este processo concretizou-se a partir da stack tecnológica pré-existente na organização, a plataforma BI comercial da Microsoft. Com o objetivo de, por um lado, reunir contributos que possibilitem elucidar as organizações na escolha da plataforma BI mais adequada e, por outro, compreender se as plataformas open source podem constituir uma alternativa credível às plataformas comerciais, procedeu-se a uma pesquisa comparativa das funcionalidades das várias plataformas BI open source. Em resultado desta análise, foram selecionadas duas plataformas, a SpagoBI e a PentahoBI, utilizadas na verificação do potencial alternativo das open source face às plataformas comerciais. Com base nessas plataformas, reproduziu-se os processos e procedimentos desenvolvidos no âmbito do projeto de implementação BI realizado na empresa Yazaki Saltano.

Potential of civic crowdfunding to the intelligence of cities and social innovation: an exploratory study

The concepts of smart city and social innovation in combination with the increasing use of ICT by citizens and public authorities could enhance the involvement of people on the decisions that directly affect their daily life. A case study approach was adopted to illustrate the potential of civic crowdfunding for increasing the participation and collaboration between citizens, firms and government. The analysis of two exemplary cases shows that civic crowdfunding platforms could be used by public administration to engage communities in the search of solutions to local problems. Likewise, it could be used to reinforce the community ties and to leverage the bonds among the stakeholders and the partners of the community ecosystem.