Time-driven life cycle cost estimation system for product family design

This research develops a design support system, which is able to estimate the life cycle cost of different product families at the early stage of product development. By implementing the system, a designer is able to develop various cost effective product families in a shorter lead-time and minimise the destructive impact of the product family on the environment.

Predicting the temporal response of seagrass meadows to dredging using Dynamic Bayesian Networks

Predicting temporal responses of ecosystems to disturbances associated with industrial activities is critical for their management and conservation. However, prediction of ecosystem responses is challenging due to the complexity and potential non-linearities stemming from interactions between system components and multiple environmental drivers. Prediction is particularly difficult for marine ecosystems due to their often highly variable and complex natures and large uncertainties surrounding their dynamic responses. Consequently, current management of such systems often rely on expert judgement and/or complex quantitative models that consider only a subset of the relevant ecological processes. Hence there exists an urgent need for the development of whole-of-systems predictive models to support decision and policy makers in managing complex marine systems in the context of industry based disturbances. This paper presents Dynamic Bayesian Networks (DBNs) for predicting the temporal response of a marine ecosystem to anthropogenic disturbances. The DBN provides a visual representation of the problem domain in terms of factors (parts of the ecosystem) and their relationships. These relationships are quantified via Conditional Probability Tables (CPTs), which estimate the variability and uncertainty in the distribution of each factor. The combination of qualitative visual and quantitative elements in a DBN facilitates the integration of a wide array of data, published and expert knowledge and other models. Such multiple sources are often essential as one single source of information is rarely sufficient to cover the diverse range of factors relevant to a management task. Here, a DBN model is developed for tropical, annual Halophila and temperate, persistent Amphibolis seagrass meadows to inform dredging management and help meet environmental guidelines. Specifically, the impacts of capital (e.g. new port development) and maintenance (e.g. maintaining channel depths in established ports) dredging is evaluated with respect to the risk of permanent loss, defined as no recovery within 5 years (Environmental Protection Agency guidelines). The model is developed using expert knowledge, existing literature, statistical models of environmental light, and experimental data. The model is then demonstrated in a case study through the analysis of a variety of dredging, environmental and seagrass ecosystem recovery scenarios. In spatial zones significantly affected by dredging, such as the zone of moderate impact, shoot density has a very high probability of being driven to zero by capital dredging due to the duration of such dredging. Here, fast growing Halophila species can recover, however, the probability of recovery depends on the presence of seed banks. On the other hand, slow growing Amphibolis meadows have a high probability of suffering permanent loss. However, in the maintenance dredging scenario, due to the shorter duration of dredging, Amphibolis is better able to resist the impacts of dredging. For both types of seagrass meadows, the probability of loss was strongly dependent on the biological and ecological status of the meadow, as well as environmental conditions post-dredging. The ability to predict the ecosystem response under cumulative, non-linear interactions across a complex ecosystem highlights the utility of DBNs for decision support and environmental management.

Benchmark Control Problem for Highway Bridge based on FLC

Fuzzy logic control (FLC) systems have been applied as an effective control system in various fields, including vibration control of structures. The advantage of this approach is its inherent robustness and ability to handle non‐linearities and uncertainties in structural behavior and loading. The study evaluates the three‐dimensional benchmark control problem for a seismically excited highway bridge using an ANFIS driven hydraulic actuators. An ANN based training strategy that considers both velocity and acceleration feedback together with a fuzzy logic rule base is developed. Present study needs only 4 accelerometers and 4 fuzzy rule bases to determine the control force, instead of 8 accelerometers and 4 displacement transducers used in the benchmark study problem. The results obtained are better than that obtained from the benchmark control algorithm.

A novel index for identification of weak nodes for reactive compensation to improve voltage stability

In this study, a new reactive power loss index (RPLI) is proposed for identification of weak buses in the system. This index is further used for determining the optimal locations for placement of reactive compensation devices in the power system for additional voltage support. The new index is computed from the reactive power support and loss allocation algorithm using Y-bus method for the system under intact condition and as well as critical/severe network contingencies cases. Fuzzy logic approach is used to select the important and critical/severe line contingencies from the contingency list. The inherent characteristics of the reactive power in system operation is properly addressed while determining the reactive power loss allocation to load buses. The proposed index is tested on sample 10-bus equivalent system and 72-bus practical equivalent system of Indian southern region power grid. The validation of the weak buses identification from the proposed index with that from other existing methods in the literature is carried out to demonstrate the effectiveness of the proposed index. Simulation results show that the identification of weak buses in the system from the new RPLI is completely non-iterative, thus requires minimal computational efforts as compared with other existing methods in the literature.

水泥回转窑热工控制模型研究及其仿真

pan style="font-family: 'Trebuchet MS', 'Lucida Sans Unicode', Arial, sans-serif; line-height: 22px">水泥回转窑是建材工业发展的方向，我国是水泥生产大国，而国内回转窑与发达国家相差甚大，尤其在热工控制方面。由于水泥回转窑具有时变、分布参数和非线性特性，是一个典型的复杂过程，因而水泥回转窑控制系统是一个很有意义且困难的研究方向，本论文在借鉴国内外同类研究的基础上，提出了模糊专家系统控制模型，进行了深入地研究，并且对该模型进行了计算机仿真，希望通过这项研究，提高我国在水泥回转窑先进智能技术的控制水平。主要研究内容有：对水泥回转窑的热工过程进行了详细分析，对其不同控制方法进行全面的综述，对水泥回转窑实现控制的人工智能方法进行了全面的综述，并介绍了国内外的研究现状；研究了对水泥回转窑控制的模糊控制模型、专家系统设计方法，以及利用模糊控制与专家系统相结合的方法对水泥回转窑进行安全而有效控制的方法：研究了专家系统的实时性问题，提出了静态排列专家系统的推理时间模型、优化排列专家系统的时间估计模型与排列准则；利用计算机仿真方法，实现对水泥回转窑这种复杂而昂贵系统控制进行实验研究，以较低的代价实现对其分析。本论文的主研究成果如下：1. 详细研究了水泥回转窑的技术发展与结构演化过程，分析了水泥回转窑的热工过程以及影响水泥生产的各种因素，总结了影响水泥生产质量的主要因素与次要因素，确定了控制水泥回转窑的主要并且可测量的过程参数。2. 用推理全成方法研究模糊控制模型，实现从模糊的角度研究水泥回转窑的控制：从专家 系统角度研究水泥回转窑的控制问题，并提取了有关的专家系统控制规则；在模糊控制与专家系统的基础上，将水泥回转窑的模糊控制与专家系统相结合，利用层次化的控制器结构，底层为模糊控制器，顶层为专家系统，实现了水泥回转窑的安全与有效控制。3. 从定量的角度研究了专家系统的推理时间问题，给出了三种相应的时间估计模型，这不仅可以分析水泥回转窑系统中的专家系统的实时性，而且也可以分析一般专家系统的推理时间和问题。4. 本文提出的计算机仿真工具，为三组数据分别进行计算机仿真，以此研究水泥回转窑控制策略的性能以及对其动态过程进行分析，为水泥回转窑这样的复杂且昂贵的控制系统研究提供有效的手段。pan>

A bayesian probabilistic approach to structural health monitoring

A Bayesian probabilistic methodology for on-line structural health monitoring which addresses the issue of parameter uncertainty inherent in problem is presented. The method uses modal parameters for a limited number of modes identified from measurements taken at a restricted number of degrees of freedom of a structure as the measured structural data. The application presented uses a linear structural model whose stiffness matrix is parameterized to develop a class of possible models. Within the Bayesian framework, a joint probability density function (PDF) for the model stiffness parameters given the measured modal data is determined. Using this PDF, the marginal PDF of the stiffness parameter for each substructure given the data can be calculated.

Monitoring the health of a structure using these marginal PDFs involves two steps. First, the marginal PDF for each model parameter given modal data from the undamaged structure is found. The structure is then periodically monitored and updated marginal PDFs are determined. A measure of the difference between the calibrated and current marginal PDFs is used as a means to characterize the health of the structure. A procedure for interpreting the measure for use by an expert system in on-line monitoring is also introduced.

The probabilistic framework is developed in order to address the model parameter uncertainty issue inherent in the health monitoring problem. To illustrate this issue, consider a very simplified deterministic structural health monitoring method. In such an approach, the model parameters which minimize an error measure between the measured and model modal values would be used as the "best" model of the structure. Changes between the model parameters identified using modal data from the undamaged structure and subsequent modal data would be used to find the existence, location and degree of damage. Due to measurement noise, limited modal information, and model error, the "best" model parameters might vary from one modal dataset to the next without any damage present in the structure. Thus, difficulties would arise in separating normal variations in the identified model parameters based on limitations of the identification method and variations due to true change in the structure. The Bayesian framework described in this work provides a means to handle this parametric uncertainty.

The probabilistic health monitoring method is applied to simulated data and laboratory data. The results of these tests are presented.

Optical intrinsically fuzzy mathematical morphology for gray-scale image processing

Intrinsically fuzzy morphological erosion and dilation are extended to a total of eight operations that have been formulated in terms of a single morphological operation--biased dilation. Based on the spatial coding of a fuzzy variable, a bidirectional projection concept is proposed. Thus, fuzzy logic operations, arithmetic operations, gray-scale dilation, and erosion for the extended intrinsically fuzzy morphological operations can be included in a unified algorithm with only biased dilation and fuzzy logic operations. To execute this image algebra approach we present a cellular two-layer processing architecture that consists of a biased dilation processor and a fuzzy logic processor. (C) 1996 Optical Society of America

FUZZY SOLID SETS FOR MATHEMATICAL MORPHOLOGY AND OPTICAL IMPLEMENTATION

Fuzzy sets in the subject space are transformed to fuzzy solid sets in an increased object space on the basis of the development of the local umbra concept. Further, a counting transform is defined for reconstructing the fuzzy sets from the fuzzy solid sets, and the dilation and erosion operators in mathematical morphology are redefined in the fuzzy solid-set space. The algebraic structures of fuzzy solid sets can lead not only to fuzzy logic but also to arithmetic operations. Thus a fuzzy solid-set image algebra of two image transforms and five set operators is defined that can formulate binary and gray-scale morphological image-processing functions consisting of dilation, erosion, intersection, union, complement, addition, subtraction, and reflection in a unified form. A cellular set-logic array architecture is suggested for executing this image algebra. The optical implementation of the architecture, based on area coding of gray-scale values, is demonstrated. (C) 1995 Optical Society of America

Um Sistema de Informações Geográficas para Gestão de Energia Elétrica Móvel - SIGGENELM

Um problema que as empresas distribuidoras de energia elétrica convivem são as quedas repentinas no fornecimento, causando inúmeros prejuízos tanto para essas empresas quanto para seus consumidores. Essa dissertação apresentará uma ferramenta que utilizará conhecimentos de sistemas de informações geográficas junto com o uso de inferência nebulosa para orientar a disposição de veículos híbridos (elétricos e à combustão) que podem operar como mini-usinas elétricas no abastecimento de localidades que esteja necessitando de energia em um determinado momento. Para isso, será levantada uma base de dados com características dos veículos híbridos e locais necessitados, dados esses que alimentarão um sistema nebuloso agregado à ferramenta MapServer e a um SIG (Sistema de Informações Geográficas) para, dessa forma, mostrar como saída do sistema qual veículo estará mais apto naquele instante para abastecer o local da demanda de energia.

Sistema de classificação da gestão ambiental pública municipal baseado em lógica nebulosa

A partir da Lei n. 6.938 de 31 de agosto de 1981, que constituiu o Sistema Nacional do Meio Ambiente, criou-se o Conselho Nacional do Meio Ambiente e instituiu-se o Cadastro Técnico Federal de Atividades e Instrumentos de Defesa Ambiental, a gestão ambiental pública ganhou um espaço cada vez maior nas administrações municipais, com a implementação de instrumentos de gestão ambiental propiciando aos municípios a possibilidade de ações efetivas que contribuam para uma melhor qualidade de vida a população. Esse trabalho propõe a criação de um método de classificação municipal que indicará qual o nível da gestão ambiental do município. Verificando o número de instrumentos de gestão ambiental constituído e o número de problemas ambientais ocorridos em cada município na visão do gestor local nos anos de 2006/2008. E ainda qual a influência do IDH tanto na implementação de tais instrumentos de gestão ambiental, como nas ocorrências dos problemas ambientais. Tal classificação tem a intenção de verificar se o município encontra-se bem aparelhado no que se refere à gestão ambiental, auxiliando para futuras decisões nas ações da política ambiental local. O foco desse trabalho serão os municípios dos estados de Minas Gerais, Piauí e Rio de Janeiro. Os resultados serão processados via o software MATLAB utilizando lógica nebulosa (fuzzy) e apresentados em um website utilizando as linguagens de programação JSP, HTML, JavaScript e esse website armazenado em um servidor TomCat e tais resultados serão apresentados nas formas de valores alfanuméricos em tabelas e espaciais através de mapas temáticos em uma solução sig-web. Os dados estão armazenados em um Sistema Gerenciador de Banco de Dados PostgreSQL com sua extensão espacial PostGIS, e o acesso aos mapas será feito através do servidor de mapas MapServer.

Caracterização geomorfométrica multiescala de modelos digitais de terreno.

O estudo das formas de relevo através da geomorfometria ciência que quantifica as superfícies topográficas demanda que múltiplas escalas sejam consideradas simultaneamente. Esse fato soma-se à continuidade espacial inerente à topografia, a qual raramente apresenta limites naturais abruptos, para conceder um caráter vago às formas de relevo. Essa dupla vagueza, no entanto, é raramente abordada de forma explícita em trabalhos científicos que, usualmente, valem-se de limiares e definições subjetivas e arbitrárias para descreverem o relevo. Dentro desse contexto, o trabalho apresenta um método inovador de caracterização geomorfométrica multiescala de modelos digitais de terreno (MDTs). A abordagem proposta baseia-se no método de extração de feições morfométricas de Wood (1996), mas o modifica em um número de maneiras: (i) expandindo o número de classes identificadas; (ii) transformando-o em um sistema fuzzy, cujos conjuntos fuzzy são parametrizados automaticamente e; (iii) limitando localmente a escala máxima de análise de maneira não-supervisionada. Como resultado, obtém-se um mapa de feições fundamentais e um mapa de escalas fundamentais que, juntos, sintetizam a estrutura multiescala das superfícies. Além disso, são produzidos mapas de pertinências fuzzy e de índice de confusão para cada escala analisada, assim como versões multiescala dos mesmos. Para avaliar a transferibilidade e o caráter não-supervisionado do método, foram analisados cinco MDTs oriundos de bases de dados distintas, com diferentes resoluções e extensões espaciais, compreendendo regiões continentais, do fundo dos oceanos e do planeta Marte. Os resultados obtidos foram avaliados em relação à utilização de escalas e parametrizações fixas, atestando a capacidade do método de empreender caracterizações geomorfométricas mais completas do que abordagens convencionais. Duas aplicações foram ainda propostas: a parametrização geomorfométrica multiescala e o desenvolvimento de uma assinatura morfométrica multiescala, demonstrando claros caminhos para a continuidade da pesquisa. Como conclusão geral, não obstante a algumas limitações apontadas, considerou-se que o trabalho apresentado alcançou seu objetivo de prover a caracterização geomorfométrica multiescala de modelos digitais de terreno.

Reconhecimento de padrão na biodisponibilidade do ferro utilizando o Algoritmo Fuzzy C-Means

Este trabalho apresenta um método para reconhecimento do padrão na biodisponibilidade do ferro, através da interação com substâncias que auxiliam a absorção como vitamina C e vitamina A e nutrientes inibidores como cálcio, fitato, oxalato, tanino e cafeína. Os dados foram obtidos através de inquérito alimentar, almoço e jantar, em crianças de 2 a 5 anos da única Creche Municipal de Paraty-RJ entre 2007 e 2008. A Análise de Componentes Principais (ACP) foi aplicada na seleção dos nutrientes e utilizou-se o Algoritmo Fuzzy C-Means (FCM) para criar os agrupamentos classificados de acordo com a biodisponibilidade do ferro. Uma análise de sensibilidade foi desenvolvida na tentativa de buscar quantidades limítrofes de cálcio a serem consumidas nas refeições. A ACP mostrou que no almoço os nutrientes que explicavam melhor a variabilidade do modelo foram ferro, vitamina C, fitato e oxalato, enquanto no jantar o cálcio se mostrou eficaz na determinação da variabilidade do modelo devido ao elevado consumo de leite e derivados. Para o almoço, a aplicação do FCM na interação dos nutrientes, notou-se que a ingestão de vitamina C foi determinante na classificação dos grupos. No jantar, a classificação de grupos foi determinada pela quantidade de ferro heme na interação com o cálcio. Na análise de sensibilidade realizada no almoço e no jantar, duas iterações do algoritmo determinaram a interferência total do cálcio na biodisponibilidade do ferro.

Uma proposta metodológica de integração de técnicas de análise espectral e de inteligência computacional, baseadas em conhecimento, para o reconhecimento de padrões em imagens multiespectrais

Somente no ano de 2011 foram adquiridos mais de 1.000TB de novos registros digitais de imagem advindos de Sensoriamento Remoto orbital. Tal gama de registros, que possui uma progressão geométrica crescente, é adicionada, anualmente, a incrível e extraordinária massa de dados de imagens orbitais já existentes da superfície da Terra (adquiridos desde a década de 70 do século passado). Esta quantidade maciça de registros, onde a grande maioria sequer foi processada, requer ferramentas computacionais que permitam o reconhecimento automático de padrões de imagem desejados, de modo a permitir a extração dos objetos geográficos e de alvos de interesse, de forma mais rápida e concisa. A proposta de tal reconhecimento ser realizado automaticamente por meio da integração de técnicas de Análise Espectral e de Inteligência Computacional com base no Conhecimento adquirido por especialista em imagem foi implementada na forma de um integrador com base nas técnicas de Redes Neurais Computacionais (ou Artificiais) (através do Mapa de Características Auto- Organizáveis de Kohonen SOFM) e de Lógica Difusa ou Fuzzy (através de Mamdani). Estas foram aplicadas às assinaturas espectrais de cada padrão de interesse, formadas pelos níveis de quantização ou níveis de cinza do respectivo padrão em cada uma das bandas espectrais, de forma que a classificação dos padrões irá depender, de forma indissociável, da correlação das assinaturas espectrais nas seis bandas do sensor, tal qual o trabalho dos especialistas em imagens. Foram utilizadas as bandas 1 a 5 e 7 do satélite LANDSAT-5 para a determinação de cinco classes/alvos de interesse da cobertura e ocupação terrestre em três recortes da área-teste, situados no Estado do Rio de Janeiro (Guaratiba, Mangaratiba e Magé) nesta integração, com confrontação dos resultados obtidos com aqueles derivados da interpretação da especialista em imagens, a qual foi corroborada através de verificação da verdade terrestre. Houve também a comparação dos resultados obtidos no integrador com dois sistemas computacionais comerciais (IDRISI Taiga e ENVI 4.8), no que tange a qualidade da classificação (índice Kappa) e tempo de resposta. O integrador, com classificações híbridas (supervisionadas e não supervisionadas) em sua implementação, provou ser eficaz no reconhecimento automático (não supervisionado) de padrões multiespectrais e no aprendizado destes padrões, pois para cada uma das entradas dos recortes da área-teste, menor foi o aprendizado necessário para sua classificação alcançar um acerto médio final de 87%, frente às classificações da especialista em imagem. A sua eficácia também foi comprovada frente aos sistemas computacionais testados, com índice Kappa médio de 0,86.

Aplicação de Lógica Nebulosa para Previsão do Risco de Escorregamento de Taludes em Solo Residual.

A estabilidade de taludes naturais é um tema de grande interesse ao engenheiro geotécnico, face às significativas perdas econômicas, e até mesmo humanas, resultantes da ruptura de taludes. Estima-se que a deflagração de escorregamentos já provocou milhares de mortes, e dezenas de bilhões de dólares em prejuízos anuais em todo o mundo. Os fenômenos de instabilização de encostas são condicionados por muitos fatores, como o clima, a litologia e as estruturas das rochas, a morfologia, a ação antrópica e outros. A análise dos condicionantes geológicos e geotécnicos de escorregamentos proporciona a apreciação de cada um dos fatores envolvidos nos processos de instabilização de encostas, permitindo a obtenção de resultados de interesse, no que diz respeito ao modo de atuação destes fatores. O presente trabalho tem como objetivo a utilização da Lógica Nebulosa (Fuzzy) para criação de um Modelo que, de forma qualitativa, forneça uma previsão do risco de escorregamento de taludes em solos residuais. Para o cumprimento deste objetivo, foram estudados os fatores envolvidos nos processos de instabilização de encostas, e a forma como estes fatores se interrelacionam. Como experiência do especialista para a elaboração do modelo, foi analisado um extenso banco de dados de escorregamentos na cidade do Rio de Janeiro, disponibilizado pela Fundação Geo-Rio. Apresenta-se, neste trabalho, um caso histórico bem documentado para a validação do Modelo Fuzzy e análises paramétricas, realizadas com o objetivo verificar a coerência do modelo e a influência de cada um dos fatores adotados na previsão do risco de escorregamento. Dentre as principais conclusões, destaca-se a potencialidade da lógica nebulosa na previsão de risco de escorregamentos de taludes em solo residual, aparecendo como uma ferramenta capaz de auxiliar na detecção de áreas de risco.

Indivíduo singular e plural: uma crítica psicanalítica das identidades

O objetivo da nossa investigação é a ideia de identidade, a partir do lugar central que ocupa nas discussões sobre a experiência subjetiva na contemporaneidade. Partindo inicialmente das formulações de Giddens em torno da identidade como narrativa do eu, procuramos indicar os vínculos entre tal noção e o que chamamos racionalidade moderna, destacando assim a própria identidade como ideia especificamente moderna e vinculada a determinadas categorias fundamentais ao pensamento ocidental a partir do século XVIII, como indivíduo e estado-nação. Nesse percurso, introduzimos ainda uma discussão sobre a vinculação no modelo identitário, entre a afirmação de si e a sujeição às instâncias de poder e soberania. Em seguida, trabalhamos com a ideia de initeligível, que parece percorrer de modo fundamental a lógica identitária interrogando o seu poder mortífero frente ao que, sendo estrangeiro, e escapando aos padrões de inteligibilidade dessa racionalidade moderna, se apresenta como impossível de ser absorvido pelo sistema e pelos identitários vigentes. A partir dais, procuramos vislumbrar modos alternativos para a enunciação de si, fora de uma lógica identitária e não submetidos a essa racionalidade moderna. Para isso, recorremos sobretudo ao pensamento de Freud em torno das categorias de desejo e fantasia.