DAI-DEPUR: an integrated and distributed architecture for wastewater treatment plants supervision

The activated sludge process - the main biological technology usually applied towastewater treatment plants (WWTP) - directly depends on live beings (microorganisms), and therefore on unforeseen changes produced by them. It could be possible to get a good plant operation if the supervisory control system is able to react to the changes and deviations in the system and can take thenecessary actions to restore the system’s performance. These decisions are oftenbased both on physical, chemical, microbiological principles (suitable to bemodelled by conventional control algorithms) and on some knowledge (suitable to be modelled by knowledge-based systems). But one of the key problems in knowledge-based control systems design is the development of an architecture able to manage efficiently the different elements of the process (integrated architecture), to learn from previous cases (spec@c experimental knowledge) and to acquire the domain knowledge (general expert knowledge). These problems increase when the process belongs to an ill-structured domain and is composed of several complex operational units. Therefore, an integrated and distributed AIarchitecture seems to be a good choice. This paper proposes an integrated and distributed supervisory multi-level architecture for the supervision of WWTP, that overcomes some of the main troubles of classical control techniques and those of knowledge-based systems applied to real world systems

Desarrollo de un estado de la cuestión acerca de las interacciones entre el control de gestión y el aprendizaje organizacional.

Las organizaciones en la actualidad deben encontrar diferentes maneras de sobrevivir en un tiempo de rápida transformación. Uno de los mecanismos usados por las empresas para adaptarse a los cambios organizacionales son los sistemas de control de gestión, que a su vez permiten a las organizaciones hacer un seguimiento a sus procesos, para que la adaptabilidad sea efectiva. Otra variable importante para la adaptación es el aprendizaje organizacional siendo el proceso mediante el cual las organizaciones se adaptan a los cambios del entorno, tanto interno como externo de la compañía. Dado lo anterior, este proyecto se basa en la extracción de documentación soporte valido, que permita explorar las interacciones entre estos dos campos, los sistemas de control de gestión y el aprendizaje organizacional, además, analizar el impacto de estas interacciones en la perdurabilidad organizacional. ​

DAI-DEPUR: an integrated and distributed architecture for wastewater treatment plants supervision

The activated sludge process - the main biological technology usually applied to wastewater treatment plants (WWTP) - directly depends on live beings (microorganisms), and therefore on unforeseen changes produced by them. It could be possible to get a good plant operation if the supervisory control system is able to react to the changes and deviations in the system and can take the necessary actions to restore the system’s performance. These decisions are often based both on physical, chemical, microbiological principles (suitable to be modelled by conventional control algorithms) and on some knowledge (suitable to be modelled by knowledge-based systems). But one of the key problems in knowledge-based control systems design is the development of an architecture able to manage efficiently the different elements of the process (integrated architecture), to learn from previous cases (spec@c experimental knowledge) and to acquire the domain knowledge (general expert knowledge). These problems increase when the process belongs to an ill-structured domain and is composed of several complex operational units. Therefore, an integrated and distributed AI architecture seems to be a good choice. This paper proposes an integrated and distributed supervisory multi-level architecture for the supervision of WWTP, that overcomes some of the main troubles of classical control techniques and those of knowledge-based systems applied to real world systems

Development, implementation and evaluation of an activated sludge supervisory system for the Granollers WWTP

La present tesi pretén recollir l'experiència viscuda en desenvolupar un sistema supervisor intel·ligent per a la millora de la gestió de plantes depuradores d'aigües residuals., implementar-lo en planta real (EDAR Granollers) i avaluar-ne el funcionament dia a dia amb situacions típiques de la planta. Aquest sistema supervisor combina i integra eines de control clàssic de les plantes depuradores (controlador automàtic del nivell d'oxigen dissolt al reactor biològic, ús de models descriptius del procés...) amb l'aplicació d'eines del camp de la intel·ligència artificial (sistemes basats en el coneixement, concretament sistemes experts i sistemes basats en casos, i xarxes neuronals). Aquest document s'estructura en 9 capítols diferents. Hi ha una primera part introductòria on es fa una revisió de l'estat actual del control de les EDARs i s'explica el perquè de la complexitat de la gestió d'aquests processos (capítol 1). Aquest capítol introductori juntament amb el capítol 2, on es pretén explicar els antecedents d'aquesta tesi, serveixen per establir els objectius d'aquest treball (capítol 3). A continuació, el capítol 4 descriu les peculiaritats i especificitats de la planta que s'ha escollit per implementar el sistema supervisor. Els capítols 5 i 6 del present document exposen el treball fet per a desenvolupar el sistema basat en regles o sistema expert (capítol 6) i el sistema basat en casos (capítol 7). El capítol 8 descriu la integració d'aquestes dues eines de raonament en una arquitectura multi nivell distribuïda. Finalment, hi ha una darrer capítol que correspon a la avaluació (verificació i validació), en primer lloc, de cadascuna de les eines per separat i, posteriorment, del sistema global en front de situacions reals que es donin a la depuradora

Estudio de la aplicación de sistemas basados en el conocimiento a la operación de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética

Una de las actuaciones posibles para la gestión de los residuos sólidos urbanos es la valorización energética, es decir la incineración con recuperación de energía. Sin embargo es muy importante controlar adecuadamente el proceso de incineración para evitar en lo posible la liberación de sustancias contaminantes a la atmósfera que puedan ocasionar problemas de contaminación industrial.Conseguir que tanto el proceso de incineración como el tratamiento de los gases se realice en condiciones óptimas presupone tener un buen conocimiento de las dependencias entre las variables de proceso. Se precisan métodos adecuados de medida de las variables más importantes y tratar los valores medidos con modelos adecuados para transformarlos en magnitudes de mando. Un modelo clásico para el control parece poco prometedor en este caso debido a la complejidad de los procesos, la falta de descripción cuantitativa y la necesidad de hacer los cálculos en tiempo real. Esto sólo se puede conseguir con la ayuda de las modernas técnicas de proceso de datos y métodos informáticos, tales como el empleo de técnicas de simulación, modelos matemáticos, sistemas basados en el conocimiento e interfases inteligentes. En [Ono, 1989] se describe un sistema de control basado en la lógica difusa aplicado al campo de la incineración de residuos urbanos. En el centro de investigación FZK de Karslruhe se están desarrollando aplicaciones que combinan la lógica difusa con las redes neuronales [Jaeschke, Keller, 1994] para el control de la planta piloto de incineración de residuos TAMARA. En esta tesis se plantea la aplicación de un método de adquisición de conocimiento para el control de sistemas complejos inspirado en el comportamiento humano. Cuando nos encontramos ante una situación desconocida al principio no sabemos como actuar, salvo por la extrapolación de experiencias anteriores que puedan ser útiles. Aplicando procedimientos de prueba y error, refuerzo de hipótesis, etc., vamos adquiriendo y refinando el conocimiento, y elaborando un modelo mental. Podemos diseñar un método análogo, que pueda ser implementado en un sistema informático, mediante el empleo de técnicas de Inteligencia Artificial.Así, en un proceso complejo muchas veces disponemos de un conjunto de datos del proceso que a priori no nos dan información suficientemente estructurada para que nos sea útil. Para la adquisición de conocimiento pasamos por una serie de etapas: - Hacemos una primera selección de cuales son las variables que nos interesa conocer. - Estado del sistema. En primer lugar podemos empezar por aplicar técnicas de clasificación (aprendizaje no supervisado) para agrupar los datos y obtener una representación del estado de la planta. Es posible establecer una clasificación, pero normalmente casi todos los datos están en una sola clase, que corresponde a la operación normal. Hecho esto y para refinar el conocimiento utilizamos métodos estadísticos clásicos para buscar correlaciones entre variables (análisis de componentes principales) y así poder simplificar y reducir la lista de variables. - Análisis de las señales. Para analizar y clasificar las señales (por ejemplo la temperatura del horno) es posible utilizar métodos capaces de describir mejor el comportamiento no lineal del sistema, como las redes neuronales. Otro paso más consiste en establecer relaciones causales entre las variables. Para ello nos sirven de ayuda los modelos analíticos - Como resultado final del proceso se pasa al diseño del sistema basado en el conocimiento. El objetivo principal es aplicar el método al caso concreto del control de una planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos por valorización energética. En primer lugar, en el capítulo 2 Los residuos sólidos urbanos, se trata el problema global de la gestión de los residuos, dando una visión general de las diferentes alternativas existentes, y de la situación nacional e internacional en la actualidad. Se analiza con mayor detalle la problemática de la incineración de los residuos, poniendo especial interés en aquellas características de los residuos que tienen mayor importancia de cara al proceso de combustión.En el capítulo 3, Descripción del proceso, se hace una descripción general del proceso de incineración y de los distintos elementos de una planta incineradora: desde la recepción y almacenamiento de los residuos, pasando por los distintos tipos de hornos y las exigencias de los códigos de buena práctica de combustión, el sistema de aire de combustión y el sistema de humos. Se presentan también los distintos sistemas de depuración de los gases de combustión, y finalmente el sistema de evacuación de cenizas y escorias.El capítulo 4, La planta de tratamiento de residuos sólidos urbanos de Girona, describe los principales sistemas de la planta incineradora de Girona: la alimentación de residuos, el tipo de horno, el sistema de recuperación de energía, y el sistema de depuración de los gases de combustión Se describe también el sistema de control, la operación, los datos de funcionamiento de la planta, la instrumentación y las variables que son de interés para el control del proceso de combustión.En el capítulo 5, Técnicas utilizadas, se proporciona una visión global de los sistemas basados en el conocimiento y de los sistemas expertos. Se explican las diferentes técnicas utilizadas: redes neuronales, sistemas de clasificación, modelos cualitativos, y sistemas expertos, ilustradas con algunos ejemplos de aplicación.Con respecto a los sistemas basados en el conocimiento se analizan en primer lugar las condiciones para su aplicabilidad, y las formas de representación del conocimiento. A continuación se describen las distintas formas de razonamiento: redes neuronales, sistemas expertos y lógica difusa, y se realiza una comparación entre ellas. Se presenta una aplicación de las redes neuronales al análisis de series temporales de temperatura.Se trata también la problemática del análisis de los datos de operación mediante técnicas estadísticas y el empleo de técnicas de clasificación. Otro apartado está dedicado a los distintos tipos de modelos, incluyendo una discusión de los modelos cualitativos.Se describe el sistema de diseño asistido por ordenador para el diseño de sistemas de supervisión CASSD que se utiliza en esta tesis, y las herramientas de análisis para obtener información cualitativa del comportamiento del proceso: Abstractores y ALCMEN. Se incluye un ejemplo de aplicación de estas técnicas para hallar las relaciones entre la temperatura y las acciones del operador. Finalmente se analizan las principales características de los sistemas expertos en general, y del sistema experto CEES 2.0 que también forma parte del sistema CASSD que se ha utilizado.El capítulo 6, Resultados, muestra los resultados obtenidos mediante la aplicación de las diferentes técnicas, redes neuronales, clasificación, el desarrollo de la modelización del proceso de combustión, y la generación de reglas. Dentro del apartado de análisis de datos se emplea una red neuronal para la clasificación de una señal de temperatura. También se describe la utilización del método LINNEO+ para la clasificación de los estados de operación de la planta.En el apartado dedicado a la modelización se desarrolla un modelo de combustión que sirve de base para analizar el comportamiento del horno en régimen estacionario y dinámico. Se define un parámetro, la superficie de llama, relacionado con la extensión del fuego en la parrilla. Mediante un modelo linealizado se analiza la respuesta dinámica del proceso de incineración. Luego se pasa a la definición de relaciones cualitativas entre las variables que se utilizan en la elaboración de un modelo cualitativo. A continuación se desarrolla un nuevo modelo cualitativo, tomando como base el modelo dinámico analítico.Finalmente se aborda el desarrollo de la base de conocimiento del sistema experto, mediante la generación de reglas En el capítulo 7, Sistema de control de una planta incineradora, se analizan los objetivos de un sistema de control de una planta incineradora, su diseño e implementación. Se describen los objetivos básicos del sistema de control de la combustión, su configuración y la implementación en Matlab/Simulink utilizando las distintas herramientas que se han desarrollado en el capítulo anterior.Por último para mostrar como pueden aplicarse los distintos métodos desarrollados en esta tesis se construye un sistema experto para mantener constante la temperatura del horno actuando sobre la alimentación de residuos.Finalmente en el capítulo Conclusiones, se presentan las conclusiones y resultados de esta tesis.

Jmax-pruning: a facility for the information theoretic pruning of modular classification rules

The Prism family of algorithms induces modular classification rules in contrast to the Top Down Induction of Decision Trees (TDIDT) approach which induces classification rules in the intermediate form of a tree structure. Both approaches achieve a comparable classification accuracy. However in some cases Prism outperforms TDIDT. For both approaches pre-pruning facilities have been developed in order to prevent the induced classifiers from overfitting on noisy datasets, by cutting rule terms or whole rules or by truncating decision trees according to certain metrics. There have been many pre-pruning mechanisms developed for the TDIDT approach, but for the Prism family the only existing pre-pruning facility is J-pruning. J-pruning not only works on Prism algorithms but also on TDIDT. Although it has been shown that J-pruning produces good results, this work points out that J-pruning does not use its full potential. The original J-pruning facility is examined and the use of a new pre-pruning facility, called Jmax-pruning, is proposed and evaluated empirically. A possible pre-pruning facility for TDIDT based on Jmax-pruning is also discussed.

Computationally efficient induction of classification rules with the PMCRI and J-PMCRI frameworks

In order to gain knowledge from large databases, scalable data mining technologies are needed. Data are captured on a large scale and thus databases are increasing at a fast pace. This leads to the utilisation of parallel computing technologies in order to cope with large amounts of data. In the area of classification rule induction, parallelisation of classification rules has focused on the divide and conquer approach, also known as the Top Down Induction of Decision Trees (TDIDT). An alternative approach to classification rule induction is separate and conquer which has only recently been in the focus of parallelisation. This work introduces and evaluates empirically a framework for the parallel induction of classification rules, generated by members of the Prism family of algorithms. All members of the Prism family of algorithms follow the separate and conquer approach.

ANALYSIS & STUDY OF AI TECHNIQUES FORAUTOMATIC CONDITION MONITORING OFRAILWAY TRACK INFRASTRUCTURE : Artificial Intelligence Techniques

Since the last decade the problem of surface inspection has been receiving great attention from the scientific community, the quality control and the maintenance of products are key points in several industrial applications.The railway associations spent much money to check the railway infrastructure. The railway infrastructure is a particular field in which the periodical surface inspection can help the operator to prevent critical situations. The maintenance and monitoring of this infrastructure is an important aspect for railway association.That is why the surface inspection of railway also makes importance to the railroad authority to investigate track components, identify problems and finding out the way that how to solve these problems. In railway industry, usually the problems find in railway sleepers, overhead, fastener, rail head, switching and crossing and in ballast section as well. In this thesis work, I have reviewed some research papers based on AI techniques together with NDT techniques which are able to collect data from the test object without making any damage. The research works which I have reviewed and demonstrated that by adopting the AI based system, it is almost possible to solve all the problems and this system is very much reliable and efficient for diagnose problems of this transportation domain. I have reviewed solutions provided by different companies based on AI techniques, their products and reviewed some white papers provided by some of those companies. AI based techniques likemachine vision, stereo vision, laser based techniques and neural network are used in most cases to solve the problems which are performed by the railway engineers.The problems in railway handled by the AI based techniques performed by NDT approach which is a very broad, interdisciplinary field that plays a critical role in assuring that structural components and systems perform their function in a reliable and cost effective fashion. The NDT approach ensures the uniformity, quality and serviceability of materials without causing any damage of that materials is being tested. This testing methods use some way to test product like, Visual and Optical testing, Radiography, Magnetic particle testing, Ultrasonic testing, Penetrate testing, electro mechanic testing and acoustic emission testing etc. The inspection procedure has done periodically because of better maintenance. This inspection procedure done by the railway engineers manually with the aid of AI based techniques.The main idea of thesis work is to demonstrate how the problems can be reduced of thistransportation area based on the works done by different researchers and companies. And I have also provided some ideas and comments according to those works and trying to provide some proposal to use better inspection method where it is needed.The scope of this thesis work is automatic interpretation of data from NDT, with the goal of detecting flaws accurately and efficiently. AI techniques such as neural networks, machine vision, knowledge-based systems and fuzzy logic were applied to a wide spectrum of problems in this area. Another scope is to provide an insight into possible research methods concerning railway sleeper, fastener, ballast and overhead inspection by automatic interpretation of data.In this thesis work, I have discussed about problems which are arise in railway sleepers,fastener, and overhead and ballasted track. For this reason I have reviewed some research papers related with these areas and demonstrated how their systems works and the results of those systems. After all the demonstrations were taking place of the advantages of using AI techniques in contrast with those manual systems exist previously.This work aims to summarize the findings of a large number of research papers deploying artificial intelligence (AI) techniques for the automatic interpretation of data from nondestructive testing (NDT). Problems in rail transport domain are mainly discussed in this work. The overall work of this paper goes to the inspection of railway sleepers, fastener, ballast and overhead.

Aplicando métodos de solução de problemas em tarefas de interpretação de rochas

A Engenharia de Conhecimento (Knowledge Engineering - KE) atual considera o desenvolvimento de Sistemas Baseados em Conhecimento (Knowledge- Based Systems - KBSs) como um processo de modelagem baseado em modelos de conhecimento reusáveis. A noção de Métodos de Solução de Problemas (Problem- Solving Methods - PSMs) desempenha um importante papel neste cenário de pesquisa, pois representa o conhecimento inferencial de KBSs em um formalismo explícito. Não menos importante, PSMs também facilitam a compreensão do processo de raciocínio desenvolvido por humanos. PSMs são descritos em um formalismo abstrato e independente de implementação, facilitando a análise do conhecimento inferencial que muitas vezes é obscurecido em grandes bases de conhecimento. Desta forma, este trabalho discute a noção de PSMs, avaliando os problemas de pesquisa envolvidos no processo de desenvolvimento e especificação de um método, como também analisando as possibilidades de aplicação de PSMs. O trabalho apresenta a descrição e análise de um estudo de caso sobre o processo de desenvolvimento, especificação e aplicação de um PSM Interpretação de Rochas. As tarefas de interpretação de rochas são desenvolvidas por petrógrafos especialistas e correspondem a um importante passo na caracterização de rochasreservatório de petróleo e definição de técnicas de exploração, permitindo que companhias de petróleo reduzam custos de exploração normalmente muito elevados. Para suportar o desenvolvimento de KBSs neste domínio de aplicação, foram desenvolvidos dois PSMs novos: o PSM Interpretação de Rochas e o PSM Interpretação de Ambientes Diagenéticos. Tais métodos foram especificados a partir de uma análise da perícia em Petrografia Sedimentar, como também a partir de modelos de conhecimento e dados desenvolvidos durante o projeto PetroGrapher. O PSM Interpretação de Rochas e o PSM Interpretação de Ambientes Diagenéticos são especificados conceitualmente em termos de competência, especificação operacional e requisitos/suposições. Tais definições detalham os componentes centrais de um esquema de raciocínio para interpretação de rochas. Este esquema é empregado como um modelo de compreensão e análise do processo de raciocínio requerido para orientar o desenvolvimento de uma arquitetura de raciocínio para interpretação de rochas. Esta arquitetura é descrita em termos de requisitos de armazenamento e manipulação de dados e conhecimento, permitindo projetar e construir um algoritmo de inferência simbólico para uma aplicação de bancos de dados inteligentes denominada PetroGrapher.

Towards an intelligent graphical interface for linear programming modelling

The increase of computing power of the microcomputers has stimulated the building of direct manipulation interfaces that allow graphical representation of Linear Programming (LP) models. This work discusses the components of such a graphical interface as the basis for a system to assist users in the process of formulating LP problems. In essence, this work proposes a methodology which considers the modelling task as divided into three stages which are specification of the Data Model, the Conceptual Model and the LP Model. The necessity for using Artificial Intelligence techniques in the problem conceptualisation and to help the model formulation task is illustrated.

AI automates substation control

An overview is given on the possibility of controlling the status of circuit breakers (CB) in a substations with the use of a knowledge base that relates some of the operation magnitudes, mixing status variables with time variables and fuzzy sets. It is shown that even when all the magnitudes to be controlled cannot be included in the analysis, it is possible to control the desired status while supervising some important magnitudes as the voltage, power factor, and harmonic distortion, as well as the present status.

Sistema inteligente para la selección de brocas de perforación de pozos

The present work begins with a review of the literature on bit selection methods for oil well drilling. A proposal for the structure and organization of a drilling database and a knowledge base, is described. Previous studies formed the principal elements in the process of selection of drills for proposed drilling. The procedure was implemented as a computer system for the selection of tricone bits. A drilling bit database for three different Brazilian sedimentary basins was obtained for several wells drilled, and knowledge was collected from drilling engineers from different fields both electronically and also by means of interviews. It can be concluded that the selection process showed good results based on tests, which were carried out.

Interactive system for placement and coordination of overcurrent protective devices

In this paper, an expert and interactive system for developing protection system for overhead and radial distribution feeders is proposed. In this system the protective devices can be allocated through heuristic and an optimized way. In the latter one, the placement problem is modeled as a mixed integer non-linear programming, which is solved by genetic algorithm (GA). Using information stored in a database as well as a knowledge base, the computational system is able to obtain excellent conditions of selectivity and coordination for improving the feeder reliability indices. Tests for assessment of the algorithm efficiency were carried out using a real-life 660-nodes feeder. © 2006 IEEE.

The construction of a juridical ontology

The need for the representation of both semantics and common sense and its organization in a lexical database or knowledge base has motivated the development of large projects, such as Wordnets, CYC and Mikrokosmos. Besides the generic bases, another approach is the construction of ontologies for specific domains. Among the advantages of such approach there is the possibility of a greater and more detailed coverage of a specific domain and its terminology. Domain ontologies are important resources in several tasks related to the language processing, especially in those related to information retrieval and extraction in textual bases. Information retrieval or even question and answer systems can benefit from the domain knowledge represented in an ontology. Besides embracing the terminology of the field, the ontology makes the relationships among the terms explicit. Copyright 2007 ACM.