Segmentation and Alignment of Speech and Sketching in a Design Environment

Sketches are commonly used in the early stages of design. Our previous system allows users to sketch mechanical systems that the computer interprets. However, some parts of the mechanical system might be too hard or too complicated to express in the sketch. Adding speech recognition to create a multimodal system would move us toward our goal of creating a more natural user interface. This thesis examines the relationship between the verbal and sketch input, particularly how to segment and align the two inputs. Toward this end, subjects were recorded while they sketched and talked. These recordings were transcribed, and a set of rules to perform segmentation and alignment was created. These rules represent the knowledge that the computer needs to perform segmentation and alignment. The rules successfully interpreted the 24 data sets that they were given.

A HOLISTIC APPROACH TO MANUFACTURING SYSTEM DESIGN IN THE DEFENSE AEROSPACE INDUSTRY

Manufacturing has evolved to become a critical element of the competitive skill set of defense aerospace firms. Given the changes in the acquisition environment and culture; traditional “thrown over the wall” means of developing and manufacturing products are insufficient. Also, manufacturing systems are complex systems that need to be carefully designed in a holistic manner and there are shortcomings with available tools and methods to assist in the design of these systems. This paper outlines the generation and validation of a framework to guide this manufacturing system design process.

Electrical Design: A Problem for Artificial Intelligence Research

This report outlines the problem of intelligent failure recovery in a problem-solver for electrical design. We want our problem solver to learn as much as it can from its mistakes. Thus we cast the engineering design process on terms of Problem Solving by Debugging Almost-Right Plans, a paradigm for automatic problem solving based on the belief that creation and removal of "bugs" is an unavoidable part of the process of solving a complex problem. The process of localization and removal of bugs called for by the PSBDARP theory requires an approach to engineering analysis in which every result has a justification which describes the exact set of assumptions it depends upon. We have developed a program based on Analysis by Propagation of Constraints which can explain the basis of its deductions. In addition to being useful to a PSBDARP designer, these justifications are used in Dependency-Directed Backtracking to limit the combinatorial search in the analysis routines. Although the research we will describe is explicitly about electrical circuits, we believe that similar principles and methods are employed by other kinds of engineers, including computer programmers.

Preconditioning and iterative solution of symmetric indefinite linear systems arising from interior point methods for linear programming

We study the preconditioning of symmetric indefinite linear systems of equations that arise in interior point solution of linear optimization problems. The preconditioning method that we study exploits the block structure of the augmented matrix to design a similar block structure preconditioner to improve the spectral properties of the resulting preconditioned matrix so as to improve the convergence rate of the iterative solution of the system. We also propose a two-phase algorithm that takes advantage of the spectral properties of the transformed matrix to solve for the Newton directions in the interior-point method. Numerical experiments have been performed on some LP test problems in the NETLIB suite to demonstrate the potential of the preconditioning method discussed.

Non-linear mechanical behavior of the elastomer polydimethylsiloxane (PDMS) used in the manufacture of microfluidic devices

Polydimethylsiloxane (PDMS) is the elastomer of choice to create a variety of microfluidic devices by soft lithography techniques (eg., [1], [2], [3], [4]). Accurate and reliable design, manufacture, and operation of microfluidic devices made from PDMS, require a detailed characterization of the deformation and failure behavior of the material. This paper discusses progress in a recently-initiated research project towards this goal. We have conducted large-deformation tension and compression experiments on traditional macroscale specimens, as well as microscale tension experiments on thin-film (≈ 50µm thickness) specimens of PDMS with varying ratios of monomer:curing agent (5:1, 10:1, 20:1). We find that the stress-stretch response of these materials shows significant variability, even for nominally identically prepared specimens. A non-linear, large-deformation rubber-elasticity model [5], [6] is applied to represent the behavior of PDMS. The constitutive model has been implemented in a finite-element program [7] to aid the design of microfluidic devices made from this material. As a first attempt towards the goal of estimating the non-linear material parameters for PDMS from indentation experiments, we have conducted micro-indentation experiments using a spherical indenter-tip, and carried out corresponding numerical simulations to verify how well the numerically-predicted P(load-h(depth of indentation) curves compare with the corresponding experimental measurements. The results are encouraging, and show the possibility of estimating the material parameters for PDMS from relatively simple micro-indentation experiments, and corresponding numerical simulations.

A Holistic Approach to Manufacturing System Design in the Defense Aerospace Industry

Manufacturing has evolved to become a critical element of the competitive skill set of defense aerospace firms. Given the changes in the acquisition environment and culture; traditional “thrown over the wall” means of developing and manufacturing products are insufficient. Also, manufacturing systems are complex systems that need to be carefully designed in a holistic manner and there are shortcomings with available tools and methods to assist in the design of these systems. This paper outlines the generation and validation of a framework to guide this manufacturing system design process.

e-Research Methods Theme 7 Data Analysis

In this theme you will work through a series of texts and activities and reflect on your view of research and the process of analysis of data and information. Most activities are supported by textual or audio material and are there to stimulate your thinking in a given area. The purpose of this theme is to help you gain a general overview of the main approaches to research design. Although the theme comprises two main sections, one on quantitative research and the other on qualitative research, this is purely to guide your study. The two approaches may be viewed as being part of a continuum with many research studies now incorporating elements of both styles. Eventually you will need to choose a research approach or methodology that will be practical, relevant, appropriate, ethical, of good quality and effective for the research idea or question that you have in mind.

Agile Game: A Project Management Game for Agile Methods

Since mid-1990s, companies have adopted agile methods and incorporated them in their development methodologies. For this reason, future project managers and developers need to have a full understanding of these methods. At present, the university’s approach to agile methods is theoretical and is not reflected during the development of a product and their practical use. The purpose of this project is the creation of a software system in the form of a game, named Agile Game, which simulates their use. The system is designed for use as supplementary material in lectures, to help students understand agile methods, to present their use within a project, and to demonstrate how they differ from traditional project management methodologies. The final system, which is web based, was implemented using PHP, MySQL and JavaScript. It was fully tested against the requirements and evaluated by peer students. The evaluation showed that the majority of users were satisfied with the system but they thought that it should contain more detailed information at every step of the game. For this reason, some parts of the design and the content were reviewed to meet user requirements.

Evaluación e intervención interdisciplinaria del dolor en Unidades de Cuidado Intensivo

El dolor es un problema importante para los pacientes hospitalizados en las UCI porque genera malestar y distrés. Además, la investigación ha demostrado que en algunos pacientes críticos el dolor agudo puede persistir después de alta y convertirse en crónico. La gestión eficaz del dolor en pacientes críticos requiere un enfoque interdisciplinario, que incorpore la visión y trabajo de expertos que representan una amplia variedad de especialidades clínicas. Así, la utilización de la intervención psicológica en el tratamiento del dolor es una parte integral de un enfoque global. Basado en una revisión de la evidencia científica, se identifican y señalan: (1) los tipos de dolor más comunes; (2) las características del dolor; (3) las patologías más frecuentes asociadas con la presencia de dolor; (4) los procedimientos que generan dolor en la UCI; (5) los métodos de evaluación del dolor; (6) la intervención del mismo y; (7) la contribución del psicólogo en la evaluación y manejo del dolor con el paciente, los familiares y los profesionales de la salud. La revisión realizada indica que los procesos psicológicos influyen tanto en la experiencia del dolor como en los resultados del tratamiento, por lo tanto la integración de los principios psicológicos en el tratamiento del dolor parecen tener potencial mejora de los resultados beneficiando la salud del paciente.

Desenlaces de las infecciones respiratorias en la unidad de cuidado intensivo de la fundación neumologica colombiana

Las infecciones asociadas a ventilación mecánica (VM) son frecuentes en la unidad de cuidado intensivo (UCI). Existen dos infecciones: neumonía (NAV) y traqueobronquitis (TAV). NAV genera impacto negativo en los desenlaces de los pacientes al aumentar la morbilidad, mortalidad y los tiempos en UCI y VM, pero no se conoce el impacto de TAV. El objetivo de este estudio fue identificar si hay diferencias entre NAV y TAV. Materiales y métodos: Se realizó un estudio de cohortes entre 2009 y 2013 en la UCI de la Fundación Neumológica Colombiana. De los pacientes con NAV y TAV se obtuvieron datos demográficos, epidemiológicos, microbiológicos y desenlaces como tiempos de estancia en UCI, VM y de hospitalización y mortalidad. Se compararon estadísticamente mediante t de Student y Chi2 para datos normales y prueba de Mann-Whitney para datos no normales. Resultados: Los pacientes con NAV y TAV fueron similares en la condición de ingreso a UCI. Al diagnóstico de la infección hubo diferencias significativas entre grupos en la oxigenación y tiempo de estancia hospitalaria, en UCI y VM. La microbiología fue con predominio de gérmenes Gram negativos y presencia de multirresistencia en el 52.5% de casos, sin diferencias significativas entre grupos. En los desenlaces, se observó diferencias en los tiempos totales de estancia en UCI, hospitalización y VM, pero sin diferencia en ellos después del diagnóstico. No hubo diferencias significativas en mortalidad. Conclusiones: NAV y TAV son similares en el impacto sobre la evolución de los pacientes en cuanto a morbilidad, estancias y mortalidad.

Conceptual design of wastewater treatment plants using multiple objectives

La implementació de la Directiva Europea 91/271/CEE referent a tractament d'aigües residuals urbanes va promoure la construcció de noves instal·lacions al mateix temps que la introducció de noves tecnologies per tractar nutrients en àrees designades com a sensibles. Tant el disseny d'aquestes noves infraestructures com el redisseny de les ja existents es va portar a terme a partir d'aproximacions basades fonamentalment en objectius econòmics degut a la necessitat d'acabar les obres en un període de temps relativament curt. Aquests estudis estaven basats en coneixement heurístic o correlacions numèriques provinents de models determinístics simplificats. Així doncs, moltes de les estacions depuradores d'aigües residuals (EDARs) resultants van estar caracteritzades per una manca de robustesa i flexibilitat, poca controlabilitat, amb freqüents problemes microbiològics de separació de sòlids en el decantador secundari, elevats costos d'operació i eliminació parcial de nutrients allunyant-les de l'òptim de funcionament. Molts d'aquestes problemes van sorgir degut a un disseny inadequat, de manera que la comunitat científica es va adonar de la importància de les etapes inicials de disseny conceptual. Precisament per aquesta raó, els mètodes tradicionals de disseny han d'evolucionar cap a sistemes d'avaluació mes complexos, que tinguin en compte múltiples objectius, assegurant així un millor funcionament de la planta. Tot i la importància del disseny conceptual tenint en compte múltiples objectius, encara hi ha un buit important en la literatura científica tractant aquest camp d'investigació. L'objectiu que persegueix aquesta tesi és el de desenvolupar un mètode de disseny conceptual d'EDARs considerant múltiples objectius, de manera que serveixi d'eina de suport a la presa de decisions al seleccionar la millor alternativa entre diferents opcions de disseny. Aquest treball de recerca contribueix amb un mètode de disseny modular i evolutiu que combina diferent tècniques com: el procés de decisió jeràrquic, anàlisi multicriteri, optimació preliminar multiobjectiu basada en anàlisi de sensibilitat, tècniques d'extracció de coneixement i mineria de dades, anàlisi multivariant i anàlisi d'incertesa a partir de simulacions de Monte Carlo. Això s'ha aconseguit subdividint el mètode de disseny desenvolupat en aquesta tesis en quatre blocs principals: (1) generació jeràrquica i anàlisi multicriteri d'alternatives, (2) anàlisi de decisions crítiques, (3) anàlisi multivariant i (4) anàlisi d'incertesa. El primer dels blocs combina un procés de decisió jeràrquic amb anàlisi multicriteri. El procés de decisió jeràrquic subdivideix el disseny conceptual en una sèrie de qüestions mes fàcilment analitzables i avaluables mentre que l'anàlisi multicriteri permet la consideració de diferent objectius al mateix temps. D'aquesta manera es redueix el nombre d'alternatives a avaluar i fa que el futur disseny i operació de la planta estigui influenciat per aspectes ambientals, econòmics, tècnics i legals. Finalment aquest bloc inclou una anàlisi de sensibilitat dels pesos que proporciona informació de com varien les diferents alternatives al mateix temps que canvia la importància relativa del objectius de disseny. El segon bloc engloba tècniques d'anàlisi de sensibilitat, optimització preliminar multiobjectiu i extracció de coneixement per donar suport al disseny conceptual d'EDAR, seleccionant la millor alternativa un cop s'han identificat decisions crítiques. Les decisions crítiques són aquelles en les que s'ha de seleccionar entre alternatives que compleixen de forma similar els objectius de disseny però amb diferents implicacions pel que respecte a la futura estructura i operació de la planta. Aquest tipus d'anàlisi proporciona una visió més àmplia de l'espai de disseny i permet identificar direccions desitjables (o indesitjables) cap on el procés de disseny pot derivar. El tercer bloc de la tesi proporciona l'anàlisi multivariant de les matrius multicriteri obtingudes durant l'avaluació de les alternatives de disseny. Específicament, les tècniques utilitzades en aquest treball de recerca engloben: 1) anàlisi de conglomerats, 2) anàlisi de components principals/anàlisi factorial i 3) anàlisi discriminant. Com a resultat és possible un millor accés a les dades per realitzar la selecció de les alternatives, proporcionant més informació per a una avaluació mes efectiva, i finalment incrementant el coneixement del procés d'avaluació de les alternatives de disseny generades. En el quart i últim bloc desenvolupat en aquesta tesi, les diferents alternatives de disseny són avaluades amb incertesa. L'objectiu d'aquest bloc és el d'estudiar el canvi en la presa de decisions quan una alternativa és avaluada incloent o no incertesa en els paràmetres dels models que descriuen el seu comportament. La incertesa en el paràmetres del model s'introdueix a partir de funcions de probabilitat. Desprès es porten a terme simulacions Monte Carlo, on d'aquestes distribucions se n'extrauen números aleatoris que es subsisteixen pels paràmetres del model i permeten estudiar com la incertesa es propaga a través del model. Així és possible analitzar la variació en l'acompliment global dels objectius de disseny per a cada una de les alternatives, quines són les contribucions en aquesta variació que hi tenen els aspectes ambientals, legals, econòmics i tècnics, i finalment el canvi en la selecció d'alternatives quan hi ha una variació de la importància relativa dels objectius de disseny. En comparació amb les aproximacions tradicionals de disseny, el mètode desenvolupat en aquesta tesi adreça problemes de disseny/redisseny tenint en compte múltiples objectius i múltiples criteris. Al mateix temps, el procés de presa de decisions mostra de forma objectiva, transparent i sistemàtica el perquè una alternativa és seleccionada en front de les altres, proporcionant l'opció que més bé acompleix els objectius marcats, mostrant els punts forts i febles, les principals correlacions entre objectius i alternatives, i finalment tenint en compte la possible incertesa inherent en els paràmetres del model que es fan servir durant les anàlisis. Les possibilitats del mètode desenvolupat es demostren en aquesta tesi a partir de diferents casos d'estudi: selecció del tipus d'eliminació biològica de nitrogen (cas d'estudi # 1), optimització d'una estratègia de control (cas d'estudi # 2), redisseny d'una planta per aconseguir eliminació simultània de carboni, nitrogen i fòsfor (cas d'estudi # 3) i finalment anàlisi d'estratègies control a nivell de planta (casos d'estudi # 4 i # 5).

Optimization of inverse reflector design

Aquesta tesi presenta un nou mètode pel disseny invers de reflectors. Ens hem centrat en tres temes principals: l’ús de fonts de llum reals i complexes, la definició d’un algoritme ràpid pel càlcul de la il•luminació del reflector, i la definició d’un algoritme d’optimització per trobar més eficientment el reflector desitjat. Les fonts de llum estan representades per models near-field, que es comprimeixen amb un error molt petit, fins i tot per fonts de llum amb milions de raigs i objectes a il•luminar molt propers. Llavors proposem un mètode ràpid per obtenir la distribució de la il•luminació d’un reflector i la seva comparació amb la il•luminació desitjada, i que treballa completament en la GPU. Finalment, proposem un nou mètode d’optimització global que permet trobar la solució en menys passos que molts altres mètodes d’optimització clàssics, i alhora evitant mínims locals.

Estudi d'aspectes biològics de la formiga argentina (Linepithema humile, Mayr) encarat al control de la plaga en ecosistemes naturals

La present tesi intenta obtenir noves dades referents a la biologia i ecologia de la formiga argentina que poden arribar a ser cabdals per al disseny o millora de noves metodologies de control de l'expansió de la plaga en ecosistemes naturals. Així doncs, l'estudi de l'activitat de cerca d'aliment i del seu espectre dietari en ecosistemes naturals, juntament amb el de les fluctuacions estacionals de la densitat de reines en nius naturals, obre les portes a la millora de mètodes de control de la plaga mitjançant esquers tòxics d'efecte retardat i a l'aplicació de noves metodologies de control sense l'ús d'agents químics basats en l'eliminació massiva de reines. La tesi també aporta noves dades sobre la fisiologia reproductiva de l'espècie en relació a la temperatura, la qual cosa permet la integració de l'aspecte fisiològic en models de predicció del rang potencial d'establiment de la plaga en ecosistemes naturals, aspecte fins ara pràcticament oblidat en aquest tipus de models predictius.

Research by design : a research strategy

The idea of an expressive component in research is important to the architectural industry. The expressive element - the possibility of expressing the qualitative aspects of the world and adding something new to the existing through experiments and proposals - is characteristic for the field. All research environments, in the science tradition and in the humanities, have their characteristics. On the one hand, they live up to certain common scientific and methodological criteria - originality and transparency – and on the other hand, they have different practices, using different methods. Research is ‘coloured’ by traditions and professions, and research in architecture should be coloured too, taking into consideration that the practice of architects stretches from natural science and sociology to art and that the most important way in which the architect achieves new cognition is through work with form and space – drawings, models and completed works. Probably all good design is informed by some kind of research – research- based design. But can research arise from design?

A design of benchmarking method for assessing performance of e-Government systems

This paper is an initial work towards developing an e-Government benchmarking model that is user-centric. To achieve the goal then, public service delivery is discussed first including the transition to online public service delivery and the need for providing public services using electronic media. Two major e-Government benchmarking methods are critically discussed and the need to develop a standardized benchmarking model that is user-centric is presented. To properly articulate user requirements in service provision, an organizational semiotic method is suggested.