Appropriate Design of Parallel Manipulators

International audienceAlthough parallel structures have found a niche market in many applications such as machine tools, telescope positioning or food packaging, they are not as successful as expected. The main reason of this relative lack of success is that the study and hardware of parallel structures have clearly not reached the same level of completeness than the one of serial structures. Among the main issues that have to be addressed, the design problem is crucial. Indeed, the performances that can be expected from a parallel robot are heavily dependent upon the choice of the mechanical structure and even more from its dimensioning. In this chapter, we show that classical design methodologies are not appropriate for such closed-loop mechanism and examine what alternatives are possible

Efficient design assessment in the railway electric infrastructure domain using cloud computing

Nowadays, railway infrastructure designers rely heavily on computer simulators and expert systems to model, analyze and evaluate potential deployments prior to their installation. This paper presents the railway power consumption simulator model (RPCS), a cloud-based model for the design, simulation and evaluation of railway electric infrastructures. This model integrates the parameters of an infrastructure within a search engine that generates and evaluates a set of simulations to achieve optimal designs, according to a given set of objectives and restrictions. The knowledge of the domain is represented as an ontology that translates the elements in the infrastructure into an electric circuit, which is simulated to obtain a wide range of electric metrics. In order to support the execution of thousands of scenarios in a scalable, efficient and fault-tolerant manner, this paper introduces an architecture to deploy the model in a cloud environment, and a dimensioning model to find the types and number of instances that maximize performance while minimizing the externalization costs. The resulting model is applied to a particular case study, allowing the execution of over one thousand concurrent experiments in a virtual cluster on the Amazon Elastic Compute Cloud.This work has been partially funded under the grant TIN2013-41350-P of the Spanish Ministry of Economics and Competitiveness, and the COST Action IC1305 ”Network for Sustainable Ultrascale Computing Platforms” (NESUS)

Virtual manufacturing: prediction of work piece geometric quality by considering machine and set-up

Lien vers la version éditeur: http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/0951192X.2011.569952#.U4yZIHeqP3UIn the context of concurrent engineering, the design of the parts, the production planning and the manufacturing facility must be considered simultaneously. The design and development cycle can thus be reduced as manufacturing constraints are taken into account as early as possible. Thus, the design phase takes into account the manufacturing constraints as the customer requirements; more these constraints must not restrict the creativity of design. Also to facilitate the choice of the most suitable system for a specific process, Virtual Manufacturing is supplemented with developments of numerical computations (Altintas et al. 2005, Bianchi et al. 1996) in order to compare at low cost several solutions developed with several hypothesis without manufacturing of prototypes. In this context, the authors want to predict the work piece geometric more accurately by considering machine defects and work piece set-up, through the use of process simulation. A particular case study based on a 3 axis milling machine will be used here to illustrate the authors’ point of view. This study focuses on the following geometric defects: machine geometric errors, work piece positioning errors due to fixture system and part accuracy

Modeling the Internet of Things: a simulation perspective

This paper deals with the problem of properly simulating the Internet of Things (IoT). Simulating an IoT allows evaluating strategies that can be employed to deploy smart services over different kinds of territories. However, the heterogeneity of scenarios seriously complicates this task. This imposes the use of sophisticated modeling and simulation techniques. We discuss novel approaches for the provision of scalable simulation scenarios, that enable the real-time execution of massively populated IoT environments. Attention is given to novel hybrid and multi-level simulation techniques that, when combined with agent-based, adaptive Parallel and Distributed Simulation (PADS) approaches, can provide means to perform highly detailed simulations on demand. To support this claim, we detail a use case concerned with the simulation of vehicular transportation systems.Comment: Proceedings of the IEEE 2017 International Conference on High Performance Computing and Simulation (HPCS 2017

HW-FlowQ: A Multi-Abstraction Level HW-CNN Co-design Quantization Methodology

Model compression through quantization is commonly applied to convolutional neural networks (CNNs) deployed on compute and memory-constrained embedded platforms. Different layers of the CNN can have varying degrees of numerical precision for both weights and activations, resulting in a large search space. Together with the hardware (HW) design space, the challenge of finding the globally optimal HW-CNN combination for a given application becomes daunting. To this end, we propose HW-FlowQ, a systematic approach that enables the co-design of the target hardware platform and the compressed CNN model through quantization. The search space is viewed at three levels of abstraction, allowing for an iterative approach for narrowing down the solution space before reaching a high-fidelity CNN hardware modeling tool, capable of capturing the effects of mixed-precision quantization strategies on different hardware architectures (processing unit counts, memory levels, cost models, dataflows) and two types of computation engines (bit-parallel vectorized, bit-serial). To combine both worlds, a multi-objective non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) is leveraged to establish a Pareto-optimal set of quantization strategies for the target HW-metrics at each abstraction level. HW-FlowQ detects optima in a discrete search space and maximizes the task-related accuracy of the underlying CNN while minimizing hardware-related costs. The Pareto-front approach keeps the design space open to a range of non-dominated solutions before refining the design to a more detailed level of abstraction. With equivalent prediction accuracy, we improve the energy and latency by 20% and 45% respectively for ResNet56 compared to existing mixed-precision search methods

Agent collaboration in a multi-agent-system for analysis and optimization of mechanical engineering parts

In mechanical engineering, designers have to review a designed artefact iteratively with different domain experts, e.g. from manufacturing, to avoid later changes and find a robust, optimized design. To support the designer, knowledge-based engineering offers a set of approaches and techniques that formalize and implement engineering knowledge into generic product models or decision support systems. An implementation which satisfies especially the concurrent nature of today's design processes and allow for multi-objective decision-making is multi-agent systems. Such systems consist of entities that are capable of autonomous action, interact intelligently with their environment, communicate and collaborate. In this paper, such a multi-agent system is discussed as extension for a computer-aided design software where the agents take the role of domain experts, like e.g. manufacturing technologists and make suggestions for the optimization of the design of mechanical engineering parts. A focal point is set on the collaboration concept of the single agents. Therefore, the paper proposes the use of an action-item-list as central information and knowledge sharing platform. © 2020 The Authors. Published by Elsevier B.V

Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics

La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming, online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc. Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores, así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador, por parte de todos los usuarios. El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías móviles existentes (OSDP). El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera (3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha móvil. La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta, mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G. Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión de servicios. Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo, prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos proyectos de regulación

Cost based optimization for strategic mobile radio access network planning using metaheuristics

La evolución experimentada por las comunicaciones móviles a lo largo de las últimas décadas ha sido motivada por dos factores principales: el surgimiento de nuevas aplicaciones y necesidades por parte del usuario, así como los avances tecnológicos. Los servicios ofrecidos para términales móviles han evolucionado desde el clásico servicio de voz y mensajes cortos (SMS), a servicios más atractivos y por lo tanto con una rápida aceptación por parte de usuario final como, video telephony, video streaming, online gaming, and the internet broadband access (MBAS). Todos estos nuevos servicios se han convertido en una realidad gracias a los avances técnologicos, avances tales como nuevas técnicas de acceso al medio compartido, nuevos esquemas de codificiación y modulación de la información intercambiada, sistemas de transmisión y recepción basados en múltiples antenas (MIMO), etc. Un aspecto importante en esta evolución fue la liberación del sector a principios de los años 90, donde la función reguladora llevado a cabo por las autoridades regulatorias nacionales (NRA) se ha antojado fundamental. Uno de los principales problemas tratados por la NRA espcífica de cada nación es la determinación de los costes por servicios mayoristas, esto es los servicios entre operadores de servicios móvilles, entre los que cabe destacar el coste por terminación de llamada o de inteconexión. El servicio de interconexión hace posible la comunicación de usuarios de diferente operadores, así como el acceso a la totalidad de servicios, incluso a aquellos no prestados por un operador en concreto gracias al uso de una red perteneciente a otro operador, por parte de todos los usuarios. El objetivo principal de esta tesis es la minimización de los costes de inversión en equipamiento de red, lo cual repercute en el establecimiento de las tarifas de interconexión como se verá a lo largo de este trabajo. La consecución de dicho objetivo se divide en dos partes: en primer lugar, el desarrollo de un conjunto de algoritmos para el dimesionado óptimo de una red de acceso radio (RAN) para un sistema de comunicaciones móvilles. En segundo lugar, el diseño y aplicación de algoritmos de optimización para la distribución óptima de los servicios sobre el conjunto de tecnologías móviles existentes (OSDP). El modulo de diseño de red proporciona cuatro algoritmos diferenciados encargados del dimensionado y planificación de la red de acceso móvil. Estos algoritmos se aplican en un entorno multi-tecnología, considerando sistemas de segunda (2G), tercera (3G) y cuarta (4G) generación, multi-usuario, teniendo en cuenta diferentes perfiles de usuarios con su respectiva carga de tráfico, y multo-servicio, incluyendo voz, servicios de datos de baja velocidad (64-144 Kbps), y acceso a internet de banda ancha móvil. La segunda parte de la tesis se encarga de distribuir de una manera óptima el conjunto de servicios sobre las tecnologías a desplegar. El objetivo de esta parte es hacer un uso eficiente de las tecnologías existentes reduciendo los costes de inversión en equipamiento de red. Esto es posible gracias a las diferencias tecnológicas existente entre los diferentes sistemas móviles, que hacen que los sistemas de segunda generación sean adecuados para proporcionar el servicio de voz y mensajería corta, mientras que redes de tercera generación muestran un mejor rendimiento en la transmisión de servicios de datos. Por último, el servicio de banda ancha móvil es nativo de redes de última generadón, como High Speed Data Acces (HSPA) y 4G. Ambos módulos han sido aplicados a un extenso conjunto de experimentos para el desarrollo de análisis tecno-económicos tales como el estudio del rendimiento de las tecnologías de HSPA y 4G para la prestación del servicio de banda ancha móvil, así como el análisis de escenarios reales de despliegue para redes 4G que tendrán lugar a partir del próximo año coinicidiendo con la licitación de las frecuencias en la banda de 800 MHz. Así mismo, se ha llevado a cabo un estudio sobre el despliegue de redes de 4G en las bandas de 800 MHz, 1800 MHz y 2600 MHz, comparando los costes de inversión obtenidos tras la optimización. En todos los casos se ha demostrado la mejora, en términos de costes de inversión, obtenida tras la aplicación de ambos módulos, posibilitando una reducción en la determinación de los costes de provisión de servicios. Los estudios realizados en esta tesis se centran en la nación de España, sin embargo todos los algoritmos implementados son aplicables a cualquier otro país europeo, prueba de ello es que los algoritmos de diseño de red han sido utilizados en diversos proyectos de regulación