Utilizing the Internet of Things to promote energy awareness and efficiency at discrete production processes: Practices and methodology

El actual contexto de fabricación, con incrementos en los precios de la energía, una creciente preocupación medioambiental y cambios continuos en los comportamientos de los consumidores, fomenta que los responsables prioricen la fabricación respetuosa con el medioambiente. El paradigma del Internet de las Cosas (IoT) promete incrementar la visibilidad y la atención prestada al consumo de energía gracias tanto a sensores como a medidores inteligentes en los niveles de máquina y de línea de producción. En consecuencia es posible y sencillo obtener datos de consumo de energía en tiempo real proveniente de los procesos de fabricación, pero además es posible analizarlos para incrementar su importancia en la toma de decisiones. Esta tesis pretende investigar cómo utilizar la adopción del Internet de las Cosas en el nivel de planta de producción, en procesos discretos, para incrementar la capacidad de uso de la información proveniente tanto de la energía como de la eficiencia energética. Para alcanzar este objetivo general, la investigación se ha dividido en cuatro sub-objetivos y la misma se ha desarrollado a lo largo de cuatro fases principales (en adelante estudios). El primer estudio de esta tesis, que se apoya sobre una revisión bibliográfica comprehensiva y sobre las aportaciones de expertos, define prácticas de gestión de la producción que son energéticamente eficientes y que se apoyan de un modo preeminente en la tecnología IoT. Este primer estudio también detalla los beneficios esperables al adoptar estas prácticas de gestión. Además, propugna un marco de referencia para permitir la integración de los datos que sobre el consumo energético se obtienen en el marco de las plataformas y sistemas de información de la compañía. Esto se lleva a cabo con el objetivo último de remarcar cómo estos datos pueden ser utilizados para apalancar decisiones en los niveles de procesos tanto tácticos como operativos. Segundo, considerando los precios de la energía como variables en el mercado intradiario y la disponibilidad de información detallada sobre el estado de las máquinas desde el punto de vista de consumo energético, el segundo estudio propone un modelo matemático para minimizar los costes del consumo de energía para la programación de asignaciones de una única máquina que deba atender a varios procesos de producción. Este modelo permite la toma de decisiones en el nivel de máquina para determinar los instantes de lanzamiento de cada trabajo de producción, los tiempos muertos, cuándo la máquina debe ser puesta en un estado de apagada, el momento adecuado para rearrancar, y para pararse, etc. Así, este modelo habilita al responsable de producción de implementar el esquema de producción menos costoso para cada turno de producción. En el tercer estudio esta investigación proporciona una metodología para ayudar a los responsables a implementar IoT en el nivel de los sistemas productivos. Se incluye un análisis del estado en que se encuentran los sistemas de gestión de energía y de producción en la factoría, así como también se proporcionan recomendaciones sobre procedimientos para implementar IoT para capturar y analizar los datos de consumo. Esta metodología ha sido validada en un estudio piloto, donde algunos indicadores clave de rendimiento (KPIs) han sido empleados para determinar la eficiencia energética. En el cuarto estudio el objetivo es introducir una vía para obtener visibilidad y relevancia a diferentes niveles de la energía consumida en los procesos de producción. El método propuesto permite que las factorías con procesos de producción discretos puedan determinar la energía consumida, el CO2 emitido o el coste de la energía consumida ya sea en cualquiera de los niveles: operación, producto o la orden de fabricación completa, siempre considerando las diferentes fuentes de energía y las fluctuaciones en los precios de la misma. Los resultados muestran que decisiones y prácticas de gestión para conseguir sistemas de producción energéticamente eficientes son posibles en virtud del Internet de las Cosas. También, con los resultados de esta tesis los responsables de la gestión energética en las compañías pueden plantearse una aproximación a la utilización del IoT desde un punto de vista de la obtención de beneficios, abordando aquellas prácticas de gestión energética que se encuentran más próximas al nivel de madurez de la factoría, a sus objetivos, al tipo de producción que desarrolla, etc. Así mismo esta tesis muestra que es posible obtener reducciones significativas de coste simplemente evitando los períodos de pico diario en el precio de la misma. Además la tesis permite identificar cómo el nivel de monitorización del consumo energético (es decir al nivel de máquina), el intervalo temporal, y el nivel del análisis de los datos son factores determinantes a la hora de localizar oportunidades para mejorar la eficiencia energética. Adicionalmente, la integración de datos de consumo energético en tiempo real con datos de producción (cuando existen altos niveles de estandarización en los procesos productivos y sus datos) es esencial para permitir que las factorías detallen la energía efectivamente consumida, su coste y CO2 emitido durante la producción de un producto o componente. Esto permite obtener una valiosa información a los gestores en el nivel decisor de la factoría así como a los consumidores y reguladores. ABSTRACT In today‘s manufacturing scenario, rising energy prices, increasing ecological awareness, and changing consumer behaviors are driving decision makers to prioritize green manufacturing. The Internet of Things (IoT) paradigm promises to increase the visibility and awareness of energy consumption, thanks to smart sensors and smart meters at the machine and production line level. Consequently, real-time energy consumption data from the manufacturing processes can be easily collected and then analyzed, to improve energy-aware decision-making. This thesis aims to investigate how to utilize the adoption of the Internet of Things at shop floor level to increase energy–awareness and the energy efficiency of discrete production processes. In order to achieve the main research goal, the research is divided into four sub-objectives, and is accomplished during four main phases (i.e., studies). In the first study, by relying on a comprehensive literature review and on experts‘ insights, the thesis defines energy-efficient production management practices that are enhanced and enabled by IoT technology. The first study also explains the benefits that can be obtained by adopting such management practices. Furthermore, it presents a framework to support the integration of gathered energy data into a company‘s information technology tools and platforms, which is done with the ultimate goal of highlighting how operational and tactical decision-making processes could leverage such data in order to improve energy efficiency. Considering the variable energy prices in one day, along with the availability of detailed machine status energy data, the second study proposes a mathematical model to minimize energy consumption costs for single machine production scheduling during production processes. This model works by making decisions at the machine level to determine the launch times for job processing, idle time, when the machine must be shut down, ―turning on‖ time, and ―turning off‖ time. This model enables the operations manager to implement the least expensive production schedule during a production shift. In the third study, the research provides a methodology to help managers implement the IoT at the production system level; it includes an analysis of current energy management and production systems at the factory, and recommends procedures for implementing the IoT to collect and analyze energy data. The methodology has been validated by a pilot study, where energy KPIs have been used to evaluate energy efficiency. In the fourth study, the goal is to introduce a way to achieve multi-level awareness of the energy consumed during production processes. The proposed method enables discrete factories to specify energy consumption, CO2 emissions, and the cost of the energy consumed at operation, production and order levels, while considering energy sources and fluctuations in energy prices. The results show that energy-efficient production management practices and decisions can be enhanced and enabled by the IoT. With the outcomes of the thesis, energy managers can approach the IoT adoption in a benefit-driven way, by addressing energy management practices that are close to the maturity level of the factory, target, production type, etc. The thesis also shows that significant reductions in energy costs can be achieved by avoiding high-energy price periods in a day. Furthermore, the thesis determines the level of monitoring energy consumption (i.e., machine level), the interval time, and the level of energy data analysis, which are all important factors involved in finding opportunities to improve energy efficiency. Eventually, integrating real-time energy data with production data (when there are high levels of production process standardization data) is essential to enable factories to specify the amount and cost of energy consumed, as well as the CO2 emitted while producing a product, providing valuable information to decision makers at the factory level as well as to consumers and regulators.

Development of a fuzzy control based self-adaptive system for energy saving in constrained networks for the Internet of Things

Las redes del futuro, incluyendo las redes de próxima generación, tienen entre sus objetivos de diseño el control sobre el consumo de energía y la conectividad de la red. Estos objetivos cobran especial relevancia cuando hablamos de redes con capacidades limitadas, como es el caso de las redes de sensores inalámbricos (WSN por sus siglas en inglés). Estas redes se caracterizan por estar formadas por dispositivos de baja o muy baja capacidad de proceso y por depender de baterías para su alimentación. Por tanto la optimización de la energía consumida se hace muy importante. Son muchas las propuestas que se han realizado para optimizar el consumo de energía en este tipo de redes. Quizás las más conocidas son las que se basan en la planificación coordinada de periodos de actividad e inactividad, siendo una de las formas más eficaces para extender el tiempo de vida de las baterías. La propuesta que se presenta en este trabajo se basa en el control de la conectividad mediante una aproximación probabilística. La idea subyacente es que se puede esperar que una red mantenga la conectividad si todos sus nodos tienen al menos un número determinado de vecinos. Empleando algún mecanismo que mantenga ese número, se espera que se pueda mantener la conectividad con un consumo energético menor que si se empleara una potencia de transmisión fija que garantizara una conectividad similar. Para que el mecanismo sea eficiente debe tener la menor huella posible en los dispositivos donde se vaya a emplear. Por eso se propone el uso de un sistema auto-adaptativo basado en control mediante lógica borrosa. En este trabajo se ha diseñado e implementado el sistema descrito, y se ha probado en un despliegue real confirmando que efectivamente existen configuraciones posibles que permiten mantener la conectividad ahorrando energía con respecto al uso de una potencia de transmisión fija. ABSTRACT. Among the design goals for future networks, including next generation networks, we can find the energy consumption and the connectivity. These two goals are of special relevance when dealing with constrained networks. That is the case of Wireless Sensors Networks (WSN). These networks consist of devices with low or very low processing capabilities. They also depend on batteries for their operation. Thus energy optimization becomes a very important issue. Several proposals have been made for optimizing the energy consumption in this kind of networks. Perhaps the best known are those based on the coordinated planning of active and sleep intervals. They are indeed one of the most effective ways to extend the lifetime of the batteries. The proposal presented in this work uses a probabilistic approach to control the connectivity of a network. The underlying idea is that it is highly probable that the network will have a good connectivity if all the nodes have a minimum number of neighbors. By using some mechanism to reach that number, we hope that we can preserve the connectivity with a lower energy consumption compared to the required one if a fixed transmission power is used to achieve a similar connectivity. The mechanism must have the smallest footprint possible on the devices being used in order to be efficient. Therefore a fuzzy control based self-adaptive system is proposed. This work includes the design and implementation of the described system. It also has been validated in a real scenario deployment. We have obtained results supporting that there exist configurations where it is possible to get a good connectivity saving energy when compared to the use of a fixed transmission power for a similar connectivity.

A COMUNICAÇÃO VIA INTERNET NA INCLUSÃO E INTEGRAÇÃO DE DEFICIENTES AUDITIVOS: um estudo sobre a região do ABC / SP

O objetivo deste trabalho é compreender como a comunicação, através da Internet, é utilizada e construída, consideradas as questões da inclusão e integração de pessoas com deficiência auditiva. Analisam-se os conceitos sobre comunicação, inclusão e integração; a deficiência auditiva e seu significado para os indivíduos; a questão dos sites que tratam do assunto na Internet e o tipo de abordagem comunicacional utilizada dentro deste universo. A mensagem do transmissor (via Internet) - decodificada pelo receptor (deficiente auditivo) fornece ao receptor uma integração no mundo midiático capaz de fornecer uma inclusão adequada e uso facilitado da Internet pelo deficiente auditivo (receptor/a). A análise das respostas dos questionários aplicados aos usuários e aos transmissores de informações dos sites e as teorias utilizadas mostrarão se há dificuldades na construção de novas mensagens no campo da Internet e na sua utilização pelos receptores. O caminho da inclusão e integração comunicacional passará pela transformação dessas mensagens e por projetos e ações a serem desenvolvidos na construção dos sites na Internet.

A COMUNICAÇÃO VIA INTERNET NA INCLUSÃO E INTEGRAÇÃO DE DEFICIENTES AUDITIVOS: um estudo sobre a região do ABC / SP

O objetivo deste trabalho é compreender como a comunicação, através da Internet, é utilizada e construída, consideradas as questões da inclusão e integração de pessoas com deficiência auditiva. Analisam-se os conceitos sobre comunicação, inclusão e integração; a deficiência auditiva e seu significado para os indivíduos; a questão dos sites que tratam do assunto na Internet e o tipo de abordagem comunicacional utilizada dentro deste universo. A mensagem do transmissor (via Internet) - decodificada pelo receptor (deficiente auditivo) fornece ao receptor uma integração no mundo midiático capaz de fornecer uma inclusão adequada e uso facilitado da Internet pelo deficiente auditivo (receptor/a). A análise das respostas dos questionários aplicados aos usuários e aos transmissores de informações dos sites e as teorias utilizadas mostrarão se há dificuldades na construção de novas mensagens no campo da Internet e na sua utilização pelos receptores. O caminho da inclusão e integração comunicacional passará pela transformação dessas mensagens e por projetos e ações a serem desenvolvidos na construção dos sites na Internet.

www.professor.com.br : Experiências do uso da tecnologia na vida profissional e pessoal de professores

Esta pesquisa investiga as experiências dos professores nas Séries Iniciais do Ensino Fundamental no Estado de São Paulo, sobre o uso do computador como uma ferramenta de trabalho, procurando identificar as relações que estão construindo com o uso das tecnologias tanto na organização e no planejamento de suas aulas quanto na construção dos saberes pedagógicos que podem fazer com o uso do computador. Identificam-se nesse trabalho o acesso e o domínio que os professores têm no dia-a-dia em relação ao computador (incluindo o acesso à internet) e as experiências que estão realizando com o auxilio do computador e da internet. Foi utilizado o conceito de familiarização para análise da relação do professor com o computador.Foram realizadas entrevistas e aplicados questionários aos professores que atuam nos sistemas de ensino público e privado, no Estado de São Paulo, primeiro nível do Ensino Fundamental (1ª a 4ª séries / 2° ao 5° ano ), e aos alunos do curso de Pedagogia. O trabalho evidenciou que existe uma relação de familiarização dos professores, e esse nível passa pelo interesse e pela experiência individual antes de passar para o lado profissional do uso do computador e internet na sala de aula. Não há evidências de resistência ao uso do computador, as atividades com alunos avançam à medida que o professor se desenvolve no uso da tecnologia.(AU)

www.professor.com.br : Experiências do uso da tecnologia na vida profissional e pessoal de professores

Esta pesquisa investiga as experiências dos professores nas Séries Iniciais do Ensino Fundamental no Estado de São Paulo, sobre o uso do computador como uma ferramenta de trabalho, procurando identificar as relações que estão construindo com o uso das tecnologias tanto na organização e no planejamento de suas aulas quanto na construção dos saberes pedagógicos que podem fazer com o uso do computador. Identificam-se nesse trabalho o acesso e o domínio que os professores têm no dia-a-dia em relação ao computador (incluindo o acesso à internet) e as experiências que estão realizando com o auxilio do computador e da internet. Foi utilizado o conceito de familiarização para análise da relação do professor com o computador.Foram realizadas entrevistas e aplicados questionários aos professores que atuam nos sistemas de ensino público e privado, no Estado de São Paulo, primeiro nível do Ensino Fundamental (1ª a 4ª séries / 2° ao 5° ano ), e aos alunos do curso de Pedagogia. O trabalho evidenciou que existe uma relação de familiarização dos professores, e esse nível passa pelo interesse e pela experiência individual antes de passar para o lado profissional do uso do computador e internet na sala de aula. Não há evidências de resistência ao uso do computador, as atividades com alunos avançam à medida que o professor se desenvolve no uso da tecnologia.(AU)

NARRATIVAS DE EXPERIÊNCIAS VIVIDAS POR DOCENTES E DISCENTES COM USO DE TECNOLOGIA DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO – TDIC NA EDUCAÇÃO BÁSICA

Vivemos um período de transformações políticas, econômicas, sociais e culturais que, a todo instante, nos impõe desafios. Neste contexto, nas últimas décadas, o uso da tecnologia tem sido ampliado na realização de diversas atividades cotidianas, na divulgação de informações, na comunicação, como forma de expressão e organização da sociedade. A escola, enquanto instituição social, precisa reconhecer esta nova realidade, esta diferente possibilidade de aquisição e transformação de saber, para que possa intervir, ressignificar e redirecionar sua ação, a fim de atender as demandas de seu tempo. O objetivo geral desta pesquisa, a partir da apresentação e análise de experiências realizadas com o uso de Tecnologias da Informação e Conhecimento, é o de refletir sobre como inserir estas ferramentas no processo de ensinar e aprender na escola a partir da visão de professores e alunos, visando a formação integral do educando. Deste modo, no desenvolvimento, entendemos como necessário conhecer e considerar o contexto histórico, bem como as perspectivas relacionadas a escola e seus protagonistas (professores e estudantes) na chamada Sociedade da Informação e do Conhecimento. Ressaltamos a importância do docente (sua formação) e seu papel de mediador nos processos de aprendizagem, assim como a recepção à tecnologia, observando função e espaço de atuação desta. Destacamos experiências com a utilização de TDIC, realizada por professores e alunos, como a produção de game, revistas científicas, escrita de histórias, produções artísticas, blogs, vlogs, discussões em grupos presentes em redes sociais. A metodologia utilizada nesta pesquisa é qualitativa, na modalidade de pesquisa-ação e narrativa, em função do envolvimento com o grupo e com as atividades desenvolvidas, nas quais os participantes compartilham com o pesquisador suas histórias pessoais e de aprendizagem relacionadas às ações ou às atividades que realiza, fornecendo informações e indícios relevantes sobre o seu processo de formação ao longo do tempo. A revisão de literatura foi realizada por meio de análise bibliográfica e documental em livros, teses, dissertações, periódicos específicos sobre o assunto, além de artigos publicados na Internet. A coleta de dados foi realizada a partir de conversas informais, entrevistas semiestruturadas e filmagem dos relatos. A análise foi realizada a partir da abordagem hermenêutico-fenomenológica, que busca descrever e interpretar fenômenos da experiência humana, a fim de investigar a essência por meio da identificação de temas. Os resultados apontam para a necessidade e possibilidade da ampliação da utilização de TDIC como recurso no processo de ensino e aprendizagem, por meio de formação, diálogo, interação, intencionalidade, expectativas, esperança e seus desdobramentos.

REFLEXOS INDIVIDUAIS DO USO PESSOAL E EXCESSIVO DE COMUNICADORES INSTANTÂNEOS NO AMBIENTE DE TRABALHO

A Internet está inserida no cotidiano do indivíduo, e torna-se cada vez mais acessível por meio de diferentes tipos de dispositivos. Com isto, diversos estudos foram realizados com o intuito de avaliar os reflexos do seu uso excessivo na vida pessoal, acadêmica e profissional. Esta dissertação buscou identificar se a perda de concentração e o isolamento social são alguns dos reflexos individuais que o uso pessoal e excessivo de aplicativos de comunicação instantânea podem resultar no ambiente de trabalho. Entre as variáveis selecionadas para avaliar os aspectos do uso excessivo de comunicadores instantâneos tem-se a distração digital, o controle reduzido de impulso, o conforto social e a solidão. Através de uma abordagem de investigação quantitativa, utilizaram-se escalas aplicadas a uma amostra de 283 pessoas. Os dados foram analisados por meio de técnicas estatísticas multivariadas como a Análise Fatorial Exploratória e para auferir a relação entre as variáveis, a Regressão Linear Múltipla. Os resultados deste estudo confirmam que o uso excessivo de comunicadores instantâneos está positivamente relacionado com a perda de concentração, e a variável distração digital exerce uma influência maior do que o controle reduzido de impulso. De acordo com os resultados, não se podem afirmar que a solidão e o conforto social exercem relações com aumento do isolamento social, devido à ausência do relacionamento entre os construtos.

Las Redes Sociales de Internet, ¿Una nueva adicción?

El uso de las redes sociales a través de dispositivos conectados a Internet, tanto fijos como móviles, se encuentra en un estado de explosión global, hasta tal punto que el comportamiento de los usuarios está suscitando ciertas preocupaciones en la comunidad de salud mental. El artículo manifiesta el poder de atracción que poseen las redes sociales y sus consecuencias. Con el fin de aminorar e incluso suprimir los trastornos que ocasiona el mal empleo de las redes sociales se ofrecen unas recomendaciones a seguir, como es la formación en materia de acceso a la red, aplicación de códigos de conducta y códigos de buenas prácticas y patrones de uso.