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.

L'Ambulància arriba per subhasta

Tots hem vist alguna vegada una subhasta. La del peix, tan viva, o les d’art, tan mediàtiques. Però les subhastes són avui presents en molts àmbits, més que no es pot arribar a pensar. Tres professors del Departament d’Enginyeria Elèctrica, Electrònica i Automàtica de la UdG han aplicat el sistema de subhastes en un programari destinat a millorar les prestacions del servei d’ambulàncies de Girona

A formalization for multi-agent decision support in cooperative environments. A framework for situated agents

La tesis propone un marco de trabajo para el soporte de la toma de decisiones adecuado para soportar la ejecución distribuida de acciones cooperativas en entornos multi-agente dinámicos y complejos. Soporte para la toma de decisiones es un proceso que intenta mejorar la ejecución de la toma de decisiones en escenarios cooperativos. Este proceso ocurre continuamente en la vida diaria. Los humanos, por ejemplo, deben tomar decisiones acerca de que ropa usar, que comida comer, etc. En este sentido, un agente es definido como cualquier cosa que está situada en un entorno y que actúa, basado en su observación, su interpretación y su conocimiento acerca de su situación en tal entorno para lograr una acción en particular.Por lo tanto, para tomar decisiones, los agentes deben considerar el conocimiento que les permita ser consientes en que acciones pueden o no ejecutar. Aquí, tal proceso toma en cuenta tres parámetros de información con la intención de personificar a un agente en un entorno típicamente físico. Así, el mencionado conjunto de información es conocido como ejes de decisión, los cuales deben ser tomados por los agentes para decidir si pueden ejecutar correctamente una tarea propuesta por otro agente o humano. Los agentes, por lo tanto, pueden hacer mejores decisiones considerando y representando apropiadamente tal información. Los ejes de decisión, principalmente basados en: las condiciones ambientales, el conocimiento físico y el valor de confianza del agente, provee a los sistemas multi-agente un confiable razonamiento para alcanzar un factible y exitoso rendimiento cooperativo.Actualmente, muchos investigadores tienden a generar nuevos avances en la tecnología agente para incrementar la inteligencia, autonomía, comunicación y auto-adaptación en escenarios agentes típicamente abierto y distribuidos. En este sentido, esta investigación intenta contribuir en el desarrollo de un nuevo método que impacte tanto en las decisiones individuales como colectivas de los sistemas multi-agente. Por lo tanto, el marco de trabajo propuesto ha sido utilizado para implementar las acciones concretas involucradas en el campo de pruebas del fútbol robótico. Este campo emula los juegos de fútbol real, donde los agentes deben coordinarse, interactuar y cooperar entre ellos para solucionar tareas complejas dentro de un escenario dinámicamente cambiante y competitivo, tanto para manejar el diseño de los requerimientos involucrados en las tareas como para demostrar su efectividad en trabajos colectivos. Es así que los resultados obtenidos tanto en el simulador como en el campo real de experimentación, muestran que el marco de trabajo para el soporte de decisiones propuesto para agentes situados es capaz de mejorar la interacción y la comunicación, reflejando en un adecuad y confiable trabajo en equipo dentro de entornos impredecibles, dinámicos y competitivos. Además, los experimentos y resultados también muestran que la información seleccionada para generar los ejes de decisión para situar a los agentes, es útil cuando tales agentes deben ejecutar una acción o hacer un compromiso en cada momento con la intención de cumplir exitosamente un objetivo colectivo. Finalmente, algunas conclusiones enfatizando las ventajas y utilidades del trabajo propuesto en la mejora del rendimiento colectivo de los sistemas multi-agente en situaciones tales como tareas coordinadas y asignación de tareas son presentadas.

A Multi-agent Architecture with Distributed Coordination for an Autonomous Robot

Aquest treball proposa una nova arquitectura de control amb coordinació distribuïda per a un robot mòbil (ARMADiCo). La metodologia de coordinació distribuïda consisteix en dos passos: el primer determina quin és l'agent que guanya el recurs basat en el càlcul privat de la utilitat i el segon, com es fa el canvi del recurs per evitar comportaments abruptes del robot. Aquesta arquitectura ha estat concebuda per facilitar la introducció de nous components hardware i software, definint un patró de disseny d'agents que captura les característiques comunes dels agents. Aquest patró ha portat al desenvolupament d'una arquitectura modular dins l'agent que permet la separació dels diferents mètodes utilitzats per aconseguir els objectius, la col·laboració, la competició i la coordinació de recursos. ARMADiCo s'ha provat en un robot Pioneer 2DX de MobileRobots Inc.. S'han fet diversos experiments i els resultats han demostrat que s'han aconseguit les característiques proposades per l'arquitectura.

A proposal for the diagnosis of uncertain dynamic systems based on interval models

The performance of a model-based diagnosis system could be affected by several uncertainty sources, such as,model errors,uncertainty in measurements, and disturbances. This uncertainty can be handled by mean of interval models.The aim of this thesis is to propose a methodology for fault detection, isolation and identification based on interval models. The methodology includes some algorithms to obtain in an automatic way the symbolic expression of the residual generators enhancing the structural isolability of the faults, in order to design the fault detection tests. These algorithms are based on the structural model of the system. The stages of fault detection, isolation, and identification are stated as constraint satisfaction problems in continuous domains and solved by means of interval based consistency techniques. The qualitative fault isolation is enhanced by a reasoning in which the signs of the symptoms are derived from analytical redundancy relations or bond graph models of the system. An initial and empirical analysis regarding the differences between interval-based and statistical-based techniques is presented in this thesis. The performance and efficiency of the contributions are illustrated through several application examples, covering different levels of complexity.

Dynamic task allocation and coordination in cooperative multi-agent environments

La coordinació i assignació de tasques en entorns distribuïts ha estat un punt important de la recerca en els últims anys i aquests temes són el cor dels sistemes multi-agent. Els agents en aquests sistemes necessiten cooperar i considerar els altres agents en les seves accions i decisions. A més a més, els agents han de coordinar-se ells mateixos per complir tasques complexes que necessiten més d'un agent per ser complerta. Aquestes tasques poden ser tan complexes que els agents poden no saber la ubicació de les tasques o el temps que resta abans de que les tasques quedin obsoletes. Els agents poden necessitar utilitzar la comunicació amb l'objectiu de conèixer la tasca en l'entorn, en cas contrari, poden perdre molt de temps per trobar la tasca dins de l'escenari. De forma similar, el procés de presa de decisions distribuït pot ser encara més complexa si l'entorn és dinàmic, amb incertesa i en temps real. En aquesta dissertació, considerem entorns amb sistemes multi-agent amb restriccions i cooperatius (dinàmics, amb incertesa i en temps real). En aquest sentit es proposen dues aproximacions que permeten la coordinació dels agents. La primera és un mecanisme semi-centralitzat basat en tècniques de subhastes combinatòries i la idea principal es minimitzar el cost de les tasques assignades des de l'agent central cap als equips d'agents. Aquest algoritme té en compte les preferències dels agents sobre les tasques. Aquestes preferències estan incloses en el bid enviat per l'agent. La segona és un aproximació d'scheduling totalment descentralitzat. Això permet als agents assignar les seves tasques tenint en compte les preferències temporals sobre les tasques dels agents. En aquest cas, el rendiment del sistema no només depèn de la maximització o del criteri d'optimització, sinó que també depèn de la capacitat dels agents per adaptar les seves assignacions eficientment. Addicionalment, en un entorn dinàmic, els errors d'execució poden succeir a qualsevol pla degut a la incertesa i error de accions individuals. A més, una part indispensable d'un sistema de planificació és la capacitat de re-planificar. Aquesta dissertació també proveeix una aproximació amb re-planificació amb l'objectiu de permetre als agent re-coordinar els seus plans quan els problemes en l'entorn no permeti la execució del pla. Totes aquestes aproximacions s'han portat a terme per permetre als agents assignar i coordinar de forma eficient totes les tasques complexes en un entorn multi-agent cooperatiu, dinàmic i amb incertesa. Totes aquestes aproximacions han demostrat la seva eficiència en experiments duts a terme en l'entorn de simulació RoboCup Rescue.

Egalitarian behaviour in multi unit combinatorial auctions

En entornos donde los recursos son precederos y la asignación de recursos se repite en el tiempo con el mismo conjunto o un conjunto muy similar de agentes, las subastas recurrentes pueden ser utilizadas. Una subasta recurrente es una secuencia de subastas donde el resultado de una subasta puede influenciar en las siguientes. De todas formas, este tipo de subastas tienen problemas particulares cuando la riqueza de los agentes esta desequilibrada y los recursos son precederos. En esta tesis se proponen algunos mecanismos justos o equitativos para minimizar los efectos de estos problemas. En una subasta recurrente una solución justa significa que todos los participantes consiguen a largo plazo sus objetivos en el mismo grado o en el grado más parecido posible, independientemente de su riqueza. Hemos demostrado experimentalmente que la inclusión de justicia incentiva a los bidders en permanecer en la subasta minimizando los problemas de las subastas recurrentes.

Introspection on control-grounded capabilities. An agent inspired approach for control

Introspecció sobre la dinàmica dels agents té un important impacte en decisions individuals i cooperatives en entorns multi-agent. Introspecció, una habilitat cognitiva provinent de la metàfora "agent", permet que els agents siguin conscients de les seves capacitats per a realitzar correctament les tasques. Aquesta introspecció, principalment sobre capacitats relacionades amb la dinàmica, proporciona als agents un raonament adequat per a assolir compromisos segurs en sistemes cooperatius. Per a tal fi, les capacitats garanteixen una representació adequada i explícita de tal dinàmica. Aquest enfocament canvia i millora la manera com els agents poden coordinar-se per a portar a terme tasques i com gestionar les seves interaccions i compromisos en entorns cooperatius. L'enfocament s'ha comprovat en escenaris on la coordinació és important, beneficiosa i necessària. Els resultats i les conclusions són presentats ressaltant els avantatges de la introspecció en la millora del rendiment dels sistemes multi-agent en tasques coordinades i assignació de tasques.

Prediction of postprandial blood glucose under intra-patient variability and uncertainty and its use in the design of insulin dosing strategies for type 1 diabetic patients

In this thesis I propose a novel method to estimate the dose and injection-to-meal time for low-risk intensive insulin therapy. This dosage-aid system uses an optimization algorithm to determine the insulin dose and injection-to-meal time that minimizes the risk of postprandial hyper- and hypoglycaemia in type 1 diabetic patients. To this end, the algorithm applies a methodology that quantifies the risk of experiencing different grades of hypo- or hyperglycaemia in the postprandial state induced by insulin therapy according to an individual patient’s parameters. This methodology is based on modal interval analysis (MIA). Applying MIA, the postprandial glucose level is predicted with consideration of intra-patient variability and other sources of uncertainty. A worst-case approach is then used to calculate the risk index. In this way, a safer prediction of possible hyper- and hypoglycaemic episodes induced by the insulin therapy tested can be calculated in terms of these uncertainties.

Robustness on resource allocation problems

En problemes d'assignació de recursos, normalment s'han de tenir en compte les incerteses que poden provocar canvis en les dades inicials. Aquests canvis dificulten l'aplicabilitat de les planificacions que s'hagin fet inicialment. Aquesta tesi se centra en l'elaboració de tècniques que consideren la incertesa alhora de cercar solucions robustes, és a dir solucions que puguin continuar essent vàlides encara que hi hagi canvis en l'entorn. Particularment, introduïm el concepte de robustesa basat en reparabilitat, on una solució robusta és una que pot ser reparada fàcilment en cas que hi hagi incidències. La nostra aproximació es basa en lògica proposicional, codificant el problema en una fórmula de satisfactibilitat Booleana, i aplicant tècniques de reformulació per a la generació de solucions robustes. També presentem un mecanisme per a incorporar flexibilitat a les solucions robustes, de manera que es pugui establir fàcilment el grau desitjat entre robustesa i optimalitat de les solucions.

Semiactive control strategies for vibration mitigation in adaptronic structures equipped with magnetorheological dampers

Los sistemas tales como edificios y veh¨ªculos est¨¢n sujetos a vibraciones que pueden causar mal funcionamiento, incomodidad o colapso. Para mitigar estas vibraciones, se suelen instalar amortiguadores. Estas estructuras se convierten en sistemas adaptr¨®nicos cuando los amortiguadores son controlables. Esta tesis se enfoca en la soluci¨®n del problema de vibraciones en edificios y veh¨ªculos usando amortiguadores magnetoreol¨®gicos (MR). Estos son unos amortiguadores controlables caracterizados por una din¨¢mica altamente no lineal. Adem¨¢s, los sistemas donde se instalan se caracterizan por la incertidumbre param¨¦trica, la limitaci¨®n de medidas y las perturbaciones desconocidas, lo que obliga al uso de t¨¦cnicas complejas de control. En esta tesis se usan Backstepping, QFT y H2/H¡Þ mixto para resolver el problema. Las leyes de control se verifican mediante simulaci¨®n y experimentaci¨®n.

Las NT en como herramienta de mejora del proceso enseñanza-aprendizaje en estudios avanzados: PROCCA-09 y su influencia en la mejora del aprendizaje de la asignatura 'diseño avanzado de equipos de transferencia de calor' del máster de ingeniería química

El Método de simulación por redes (MESIR) aplicado a la resolución de problemas en ingeniería, aúna todo el potencial existente en la analogía termo-eléctrica con la potencia de los ordenadores. El registro del programa PROCCA-09 basado en el MESIR es resultado del trabajo de dos grupos de investigación de la UMU y la UPCT. Entre las ventajas de esta herramienta, en contraposición con las prácticas de laboratorio, podemos citar: es generalmente más económica, no tiene riesgos, portátil, fomenta el aprendizaje significativo, etc. En la comunicación se presentan algunas experiencias y resultados de la mejora del proceso de enseñanza-aprendizaje con esta herramienta

La Enseñanza en planificación y gestión de recursos hídricos en la ingeniería civil. Propuesta de modelo educativo centrado en el estudiante

La complejidad de los problemas relacionados con la gestión del agua y la existencia de objetivos múltiples en conflicto hace necesaria la adopción de un enfoque multidisciplinar e integral. En este artículo se presenta una propuesta de modelo educativo para la disciplina de Planificación y Gestión de Recursos Hídricos en Ingeniería Civil (Ingeniería de Caminos e ITOP), centrado en el estudiante de acuerdo con los siguientes postulados: atención al nivel de desarrollo y disponibilidad para el aprendizaje de los alumnos, aprendizajes significativos y funcionales, atención a la participación en las situaciones de aprendizaje, atención a la interacción dentro de las situaciones de aprendizaje (alumnos-profesores y alumnos entre sí), y consideración de perspectivas complementarias (a veces en conflicto) de la misma realidad, integrando aspectos ingenieriles, ambientales, sociales y económicos. Se propone para ello una metodología activa en la que el alumno sea una parte fundamental de su propio aprendizaje, en consonancia con el espíritu de innovación docente del proceso de convergencia europea, en la que se combinan diferentes métodos docentes, modalidades organizativas y estrategias de evaluación. Junto con la lección magistral participativa, se analiza el papel del aprendizaje basado en proyectos, la resolución de problemas, los Seminarios, las Conferencias y las visitas técnicas. Por último, se propone una estrategia evaluativa formativa e integrada en el proceso de enseñanza-aprendizaje, que refuerce y a la vez evalúe la adquisición de las distintas competencias establecidas

Planificación de la carga de trabajo del alumno en los nuevos planes de estudios de las titulaciones de ingeniería

La creación de un Espacio Europeo de Educación Superior no se restringe al ámbito de la organización de los títulos sino que pretende además superar el actual planteamiento docente universitario, conectándolo con las competencias, es decir las habilidades, destrezas, capacidades y actitudes que necesita cada profesional. Cuando el estudiante actual finaliza sus estudios debe acreditar unas cualidades no potenciadas directamente en su periodo universitario. Este tipo de competencias transversales son intrínsecas a la personalidad del individuo y lo dotan para afrontar diferentes situaciones y ser capaz de solventarlas. Así, parece lógica una revisión del sistema de enseñanza, tomando como origen de la misma su objetivo, el aprendizaje. Por otra parte el EEES también plantea una organización de las metodologías y actividades formativas, tanto presenciales como no, de modo que el estudiante medio desarrolle una carga de trabajo lógica y proporcionada al tiempo disponible. Uno de los retos que plantea este nuevo sistema es el de conseguir métodos de enseñanza ajustados al tiempo disponible, de modo que el estudiante medio pueda alcanzar los objetivos fijados. Entre estos objetivos debe estar el de aproximar la duración real de los estudios y su duración teórica. La herramienta de trabajo propuesta por el EEES es el crédito ECTS (European Credit Transfer System). El valor de un crédito ECTS es de 25 a 30 horas de trabajo global del alumno, considerándose que en un curso académico (60 créditos ECTS) el alumno debe emplear de 1500 a 1800 horas de trabajo. Con el objeto de cuantificar la carga de trabajo del alumno se realizaron encuestas en todas las titulaciones de la Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Civil (EUITC). Se pretendía obtener la documentación necesaria para conocer si el tiempo que emplea un alumno para superar una asignatura de los planes de estudio actuales está dentro de los valores que el EEES ha previsto. El objetivo de este artículo es comparar los resultados obtenidos y establecer debilidades y fortalezas de las nuevas metodologías de enseñanza. Los resultados han mostrado que la planificación de la carga de trabajo del alumno es actualmente inexistente y que la ausencia de coordinación entre las diversas asignaturas que configuran una materia da lugar a un desarrollo incompleto de las competencias que debe asimilar el alumno. Esto da lugar a que el número de horas totales para superar un curso sea de media, entre un 18,33% y un 42,01% superiores a lo que el EEES establece

Proyectos en empresas: la experiencia de Ingeniería Informática Empresarial

Esta comunicación tiene por objetivo exponer la experiencia a la fecha de la participación de las empresas en el proceso de formación -bajo un enfoque de desarrollo de competencias- de los Ingenieros en Informática Empresarial de la Universidad de Talca (Chile). En primer lugar se presenta la carrera y el contexto en el que se inserta, así como los principios que guiaron la construcción de su plan de estudios, entre los cuales destaca su orientación hacia la innovación y la enseñanza dual, lo que implica la activa participación de las empresas en el proceso de formación. Esto último implica la aplicación de una metodología de enseñanza dominada por el aprendizaje basado en problemas, lo que conlleva necesariamente a una fuerte vinculación con empresas. Posteriormente se presentan los resultados de esta experiencia desde la perspectiva de los alumnos y de las empresas que permiten identificar las fortalezas, debilidades, oportunidades y amenazas detectadas. Partir de allí se desprenden algunas acciones a seguir con miras a superar las debilidades encontradas