Multivariate Statistical Process Control and Case-Based Reasoning for situation assessment of Sequencing Batch Reactors

ABSRACT This thesis focuses on the monitoring, fault detection and diagnosis of Wastewater Treatment Plants (WWTP), which are important fields of research for a wide range of engineering disciplines. The main objective is to evaluate and apply a novel artificial intelligent methodology based on situation assessment for monitoring and diagnosis of Sequencing Batch Reactor (SBR) operation. To this end, Multivariate Statistical Process Control (MSPC) in combination with Case-Based Reasoning (CBR) methodology was developed, which was evaluated on three different SBR (pilot and lab-scales) plants and validated on BSM1 plant layout.

A dynamic knowledge-based decision support system to handle solids separation problems in activated sludge systems: development and validation

El sistema de fangs activats és el tractament biològic més àmpliament utilitzat arreu del món per la depuració d'aigües residuals. El seu funcionament depèn de la correcta operació tant del reactor biològic com del decantador secundari. Quan la fase de sedimentació no es realitza correctament, la biomassa no decantada s'escapa amb l'efluent causant un impacte sobre el medi receptor. Els problemes de separació de sòlids, són actualment una de les principals causes d'ineficiència en l'operació dels sistemes de fangs activats arreu del món. Inclouen: bulking filamentós, bulking viscós, escumes biològiques, creixement dispers, flòcul pin-point i desnitrificació incontrolada. L'origen dels problemes de separació generalment es troba en un desequilibri entre les principals comunitats de microorganismes implicades en la sedimentació de la biomassa: els bacteris formadors de flòcul i els bacteris filamentosos. Degut a aquest origen microbiològic, la seva identificació i control no és una tasca fàcil pels caps de planta. Els Sistemes de Suport a la Presa de Decisions basats en el coneixement (KBDSS) són un grup d'eines informàtiques caracteritzades per la seva capacitat de representar coneixement heurístic i tractar grans quantitats de dades. L'objectiu de la present tesi és el desenvolupament i validació d'un KBDSS específicament dissenyat per donar suport als caps de planta en el control dels problemes de separació de sòlids d'orígen microbiològic en els sistemes de fangs activats. Per aconseguir aquest objectiu principal, el KBDSS ha de presentar les següents característiques: (1) la implementació del sistema ha de ser viable i realista per garantir el seu correcte funcionament; (2) el raonament del sistema ha de ser dinàmic i evolutiu per adaptar-se a les necessitats del domini al qual es vol aplicar i (3) el raonament del sistema ha de ser intel·ligent. En primer lloc, a fi de garantir la viabilitat del sistema, s'ha realitzat un estudi a petita escala (Catalunya) que ha permès determinar tant les variables més utilitzades per a la diagnosi i monitorització dels problemes i els mètodes de control més viables, com la detecció de les principals limitacions que el sistema hauria de resoldre. Els resultats d'anteriors aplicacions han demostrat que la principal limitació en el desenvolupament de KBDSSs és l'estructura de la base de coneixement (KB), on es representa tot el coneixement adquirit sobre el domini, juntament amb els processos de raonament a seguir. En el nostre cas, tenint en compte la dinàmica del domini, aquestes limitacions es podrien veure incrementades si aquest disseny no fos òptim. En aquest sentit, s'ha proposat el Domino Model com a eina per dissenyar conceptualment el sistema. Finalment, segons el darrer objectiu referent al seguiment d'un raonament intel·ligent, l'ús d'un Sistema Expert (basat en coneixement expert) i l'ús d'un Sistema de Raonament Basat en Casos (basat en l'experiència) han estat integrats com els principals sistemes intel·ligents encarregats de dur a terme el raonament del KBDSS. Als capítols 5 i 6 respectivament, es presenten el desenvolupament del Sistema Expert dinàmic (ES) i del Sistema de Raonament Basat en Casos temporal, anomenat Sistema de Raonament Basat en Episodis (EBRS). A continuació, al capítol 7, es presenten detalls de la implementació del sistema global (KBDSS) en l'entorn G2. Seguidament, al capítol 8, es mostren els resultats obtinguts durant els 11 mesos de validació del sistema, on aspectes com la precisió, capacitat i utilitat del sistema han estat validats tant experimentalment (prèviament a la implementació) com a partir de la seva implementació real a l'EDAR de Girona. Finalment, al capítol 9 s'enumeren les principals conclusions derivades de la present tesi.

A hybrid approach of knowledge-based reasoning for structural assessment

La idea básica de detección de defectos basada en vibraciones en Monitorización de la Salud Estructural (SHM), es que el defecto altera las propiedades de rigidez, masa o disipación de energía de un sistema, el cual, altera la respuesta dinámica del mismo. Dentro del contexto de reconocimiento de patrones, esta tesis presenta una metodología híbrida de razonamiento para evaluar los defectos en las estructuras, combinando el uso de un modelo de la estructura y/o experimentos previos con el esquema de razonamiento basado en el conocimiento para evaluar si el defecto está presente, su gravedad y su localización. La metodología involucra algunos elementos relacionados con análisis de vibraciones, matemáticas (wavelets, control de procesos estadístico), análisis y procesamiento de señales y/o patrones (razonamiento basado en casos, redes auto-organizativas), estructuras inteligentes y detección de defectos. Las técnicas son validadas numérica y experimentalmente considerando corrosión, pérdida de masa, acumulación de masa e impactos. Las estructuras usadas durante este trabajo son: una estructura tipo cercha voladiza, una viga de aluminio, dos secciones de tubería y una parte del ala de un avión comercial.

Aprendizaje basado en problemas: aplicaciones a la didáctica de las ciencias sociales en la formación superior

Una de las estrategias metodológicas aplicadas a la docencia que, probablemente, ha intervenido en el desarrollo de la didáctica en diferentes disciplinas corresponde al Aprendizaje basado en Problemas (ABP). Su uso está arraigado en numerosas disciplinas, como medicina e ingeniería, más aún, por cuanto propugna una aplicación directa sobre casos reales a la actividad profesional mediante la adquisición de determinadas habilidades

Ruteador inteligente y dinámico basado en clasificación del tráfico en tres niveles

This project describes a Web Geographic Information System (WebGIS) built on an Open Source geographic structure lice MapServer (Minnesota University) and PostgreSQL/PostGIS (object relational database management system). The WebGIS is a web site to route ways in streets net of a part of Sao Paulo city (Brazil). The system traces the route based in a best way algorithm looking for better streets traffic conditions

Implantación de un SIG basado en software libre para el estudio de recursos hídricos y procesos hidrológicos

En este trabajo se describe la solución ideada para la implantación de un Sistema de Información Geográfica que debe dar servicio al Instituto Universitario del Agua y del Medio Ambiente de la Universidad de Murcia y al Instituto Euromediterráneo del Agua. Dada la naturaleza de ambas instituciones, se trata de una herramienta orientada fundamentalmente al estudio de recursos hídricos y procesos hidrológicos. El proceso se inició con una identificación de las necesidades de los usuarios (con perfiles y requerimiento diferentes) y el posterior desarrollo del diseño conceptual que pudiera asegurar la satisfacción de estas necesidades. Debido a que los requerimientos de los usuarios así lo demandaban, se ha tenido en cuenta tanto a usuarios que trabajan en entorno linux como a otros que lo hacen en entorno windows. Se ha optado por un sistema basado en software libre utilizando GRASS para el manejo de información raster y modelización; postgis (sobre postgreSQL) y GRASS para la gestión de información vectorial; y QGIS, gvSIG y Kosmo como interfaces gráficas de usuario. Otros programas utilizados para propósitos específicos han sido R, Mapserver o GMT

Sistema multimodal para la planificación de viajes en transportes públicos de código abierto y basado en estándares 'de facto' = A multimodal journey planner based on open source software and 'de facto' standards

Este artículo muestra cómo con bajo coste y riesgo se puede desarrollar un sistema de planificación de viaje multimodal, basado en un enfoque de código abierto y estándares ‘de facto’. Se ha desarrollado completamente una solución de código abierto para un sistema de información de transporte público puerta a puerta basado en estándares ‘de facto’. El cálculo de rutas se realiza mediante Graphserver, mientras que la cartografía se basa en OpenStreetMap. También se ha demostrado cómo exportar una base de datos real de horarios de transporte público como la del operador ETM (Empresa de Transporte Metropolitano de València) a la especificación de Google Transit, para permitir el cálculo de rutas, tanto desde nuestro prototipo como desde Google Transit

Aspectos ontológicos y epistemológicos en el proceso de enseñanza y aprendizaje del alumnada. Aprendizaje basado en "insight" y catarsis mediante técnicas de grupo

La implicación de los alumnos en la Universidad se considera desde la perspectiva de la participación activa en el proceso de su aprendizaje. El aula se considera un entorno dinámico dentro del cual se debe producir el aprendizaje y se deben proporcionar las bases que faciliten los procesos de aprendizaje posteriores. El marco de actuación se propone que sea el de técnicas grupales como la “Dinámica de Grupo” y el “T-group”. Los procesos facilitadores del aprendizaje se proponen que sean mediante la provocación de “insight” y catarsis. El marco teórico se considera desde la Neurosociología, y los aspectos ontológicos, el alumno como sujeto y objeto, y epistemológicos, en cuanto a la relación del alumno como sujeto, con el entorno y con el objeto, se consideran desde la propuesta del paradigma Neuro-cuántico. El objetivo es facilitar y considerar la adquisición del conocimiento teórico-práctico, según las características personales de cada alumno, orientado a los alumnos de cualquier Área de Conocimiento, especialmente a los de Ciencias Humanas, Jurídicas y Sociales, porque su objeto de estudio es el ser humano y los aspectos relacionados con su Cultura. Los conceptos que se trabajan principalmente son los relacionados con el objeto (observado) y sus características; el sujeto (observador) y sus características; la relación sujeto-objeto, y la influencia que tienen los contenidos mentales de los alumnos, como sujeto, en la observación de los hechos. La aplicación de este programa será al inicio del período en el que se tratan aspectos relativos a la metodología, los conceptos teóricos y las características del conocimiento

Análisis de adopción, actividad y participación en aplicaciones SIG Libres: un estudio sobre GRASS, Quantum GIS y gvSIG basado en indicadores

A través del análisis de información pública del proyecto se han elaborado una serie de indicadores que permiten comparar el grado de adopción, actividad y participación en proyectos de software libre. Estos indicadores han sido desarrollados en base a información obtenida desde herramientas habituales en los proyectos (listas de correo, repositorios de código, etc) y que nos permiten reconstruir los patrones de comportamiento en los mismos

El Aprendizaje basado en el método del caso en el grado de Derecho: ¡aborto legal o ilegal!

Las nuevas metodologías docentes basadas en el desarrollo de competencias, entendidas como “la capacidad de que el alumno haga frente a situaciones problemáticas y resolverlas” obligan a plantear que la resolución de problemas permite que el alumno alcance los objetivos de aprendizaje y con ellos, las competencias que pretendemos. A través del “Método Del Caso” trataremos de desarrollar un sistema de autoaprendizaje del alumno para lo que consideramos necesario, en primer lugar, plantear un caso concreto y en la medida de lo posible real, para que el alumno seguidamente pueda estudiar el supuesto planteado con los materiales que aportaremos de forma individual (doctrinales, jurisprudenciales…) y realice un informe previo en relación con la resolución del caso planteado, concluida esta fase inicial, será necesario que el alumno participe en un grupo pequeño de compañeros con el fin de poder contrastar las vías de solución adoptadas y finalmente, concluir con la exposición y discusión de las decisiones adoptadas con el resto de alumnos del curso (grupo grande) y tras debatir todas las propuestas presentar de forma individual un informe final en el que deberán expresar: a- las cuestiones fundamentales planteadas en el caso, y, b- los argumentos jurídicos y jurisprudenciales de la decisión que adoptan con el fin de resolver la cuestión planteada, teniendo en consideración las estrategias que consideran más oportunas para favorecer los intereses de sus clientes

La Transversalidad a través del Aprendizaje Basado en Proyectos: una aplicación al grado en administración y dirección de empresas

Este trabajo tiene como objetivo programar una actividad que capacite a los estudiantes del Grado en Administración y Dirección de Empresas en el diseño y desarrollo de proyectos colaborativos, en la toma de decisiones y en la elección de estrategias empresariales. Para ello los alumnos emplearán los conocimientos que proporcionan varias asignaturas a través de la metodología del Aprendizaje Basado en Proyectos. Las competencias generales de las asignaturas implicadas en esta experiencia se pretenden alcanzar desde un enfoque transversal, lo que permitirá a los alumnos adquirir una variada mezcla de habilidades, destrezas y conocimientos, acorde con las exigencias del actual desempeño profesional

Contribución al desarrollo del proceso de selección de centros de mecanizado de alta velocidad, basado en parámetros tecnológicos y de productividad

La selección de centros de mecanizado de alta velocidad es un proceso complejo que requiere de mucha experiencia, puesto que en él intervienen un gran número de variables, tanto tecnológicas como económicas. Existen metodologías orientadas a seleccionar el centro de mecanizado óptimo, considerando únicamente una de estas dos tipologías de variables, sin embargo, esta tesis propone una metodología que contempla ambos tipos. Para ello se identifican las variables que tienen mayor influencia sobre los resultados del proceso de mecanizado, tanto desde un punto de vista de calidad de las piezas fabricadas como de la economía de la fabricación, y se propone un modelo de selección basado en los resultados de un trabajo experimental realizado sobre piezas de aluminio. Dicho modelo se implementa mediante redes neurales, cuyo entrenamiento se realiza en base a los resultados del trabajo experimental mencionado.

Sistema de información geográfica del Ayuntamiento de Bétera basado en software libre

El sistema de información geográfica del Ayuntamiento de Bétera nace con la necesidad de obtener una cartografía única y accesible a técnicos ubicados en distintos departamentos o edificios, ciudadanos, empresas y administraciones públicas

Enseñar estrategias de razonamiento y pensamiento crítico enfermero a los alumnos de grado: el qué y el cómo

La enseñanza basada en las competencias es más compleja que la aplicación de saberes y la realización de casos prácticos específicos, puesto que es necesario ejecutar también las operaciones mentales abstractas que permitan al estudiante consolidar los conocimientos, y demostrar las habilidades y las actitudes necesarias para ser competente. Para que el alumno universitario aprenda este proceso debe, en primer lugar, ser consciente de esta necesidad y debe saber identificar las operaciones mentales implicadas y saber representarlas o expresarlas de forma manuscrita o esquematizada. Estas operaciones no son, según alumnos y profesores, tareas fáciles, pero si son, sin embargo, elementos que se perciben como muy necesarios para aprender estrategias de razonamiento y pensamiento crítico que repercutirán positivamente en la calidad de los cuidados de enfermería realizados en el paciente y en la comunidad en un futuro más o menos próximo. La asignatura optativa de tercer curso Resolución de casos desde un enfoque enfermero del Departamento de Enfermería Fundamental y Medico-quirúrgica de la Universidad de Barcelona nace con la intención de dar respuesta a la necesidad del estudiante de mejorar sus habilidades profesionales enseñando el marco teórico de estrategias de razonamiento clínicos para resolver casos simulados del entorno sanitario y profesional, de forma más efectiva y completa. La presente comunicación tiene por objetivos principales presentar el marco teórico que sustenta el proyecto docente implementado y exponer las características metodológicas desarrolladas