A new multi-criteria approach for sustainable material selection problem

Sustainable material selection is a crucial problem given the new demands of society and novel production strategies that consider the concepts of sustainability. Multi-criteria decision-making methods have been extensively used to help decision-makers select alternatives in different fields of knowledge. Nonetheless, these methods have been criticized due to the rank reversal problem, where the independence of the irrelevant alternative principle is violated after the initial decision problem is changed. Over the course of this study, we observed that the solutions that are proposed for this problem, in the context of sustainable material selection, are insufficient. Thus, we present a new material selection approach that is based on the Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) method, which is immune to rank reversal. We also demonstrate the causes of rank reversal in the TOPSIS method, how the R-TOPSIS method was designed to solve them, and how it can be applied to sustainable material selection

D NUMBERS – FUCOM – FUZZY RAFSI MODEL FOR SELECTING THE GROUP OF CONSTRUCTION MACHINES FOR ENABLING MOBILITY

The paper presents a hybrid model for decision-making support based on D numbers, the FUCOM method and fuzzified RAFSI method, used for solving the selection of the group of construction machines for enabling mobility. By applying D numbers, the input parameters for the calculation of the weight coefficients of the criteria were provided. The calculation of the weight coefficients of the criteria was performed using the FUCOM method. The best alternative was selected using the fuzzified method, which was conditioned by the specificity of the issue so that in this case, the selection of the best alternative was made using the fuzzified RAFSI method

Dynamics under Uncertainty: Modeling Simulation and Complexity

The dynamics of systems have proven to be very powerful tools in understanding the behavior of different natural phenomena throughout the last two centuries. However, the attributes of natural systems are observed to deviate from their classical states due to the effect of different types of uncertainties. Actually, randomness and impreciseness are the two major sources of uncertainties in natural systems. Randomness is modeled by different stochastic processes and impreciseness could be modeled by fuzzy sets, rough sets, Dempster–Shafer theory, etc

User producer interaction in context: a classification

Science, Technology and Innovation Studies show that intensified user producer interaction (UPI) increases chances for successful innovations, especially in the case of emerging technology. It is not always clear, however, what type of interaction is necessary in a particular context. This paper proposes a conceptualization of contexts in terms of three dimensions – the phase of technology development, the flexibility of the technology, and the heterogeneity of user populations – resulting in a classification scheme with eight different contextual situations. The paper identifies and classifies types of interaction, like demand articulation, interactive learning, learning by using and domestication. It appears that each contextual situation demands a different set of UPI types. To illustrate the potential value of the classification scheme, four examples of innovations with varying technological and user characteristics are explored: the refrigerator, clinical anaesthesia, video cassette recording, and the bicycle. For each example the relevant UPI types are discussed and it is shown how these types highlight certain activities and interactions during key events of innovation processes. Finally, some directions for further research are suggested alongside a number of comments on the utility of the classification

User producer interaction in context: A classification

Science, Technology and Innovation Studies show that intensified user producer interaction (UPI) increases chances for successful innovations, especially in the case of emerging technology. It is not always clear, however, what type of interaction is necessary in a particular context. This paper proposes a conceptualization of contexts in terms of three dimensions – the phase of technology development, the flexibility of the technology, and the heterogeneity of user populations – resulting in a classification scheme with eight different contextual situations. The paper identifies and classifies types of interaction, like demand articulation, interactive learning, learning by using and domestication. It appears that each contextual situation demands a different set of UPI types. To illustrate the potential value of the classification scheme, four examples of innovations with varying technological and user characteristics are explored: the refrigerator, clinical anaesthesia, video cassette recording, and the bicycle. For each example the relevant UPI types are discussed and it is shown how these types highlight certain activities and interactions during key events of innovation processes. Finally, some directions for further research are suggested alongside a number of comments on the utility of the classification.Innovation, users, interaction, learning, typology of UPI

Video tolling integrated solution

Trabalho de projeto de mestrado, Engenharia Informática (Engenharia de Software) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2020A indústria de cobrança de portagens foi instituída no século VII com o intuito de financiar e auxiliar na manutenção de vias públicas através do pagamento de taxas correspondentes ao seu uso. Contudo, o advento do uso massificado de veículos automóveis, e consequente aumento do tráfego, obrigou à adaptação desta indústria aos tempos modernos, tendo sido introduzida uma filosofia de livre trânsito complementar à tradicional paragem para pagamento. A adoção deste tipo de medida foi possível graças ao desenvolvimento de tecnologias de reconhecimento ótico de caracteres, que permitem a identificação da matrícula, aliados ao uso de identificadores registados para cada veículo. Porém, a ausência de paragem implica também a existência de infrações de condutores que circulem com matrículas obscurecidas ou de difícil leitura. Deste modo, é desejável o uso de métodos complementares de auxílio à identificação dos veículos, caso do reconhecimento da marca e modelo dos mesmos (MMR). Os sistemas de reconhecimento ótico de caracteres com o objetivo de identificar matrículas são já implementados nas soluções concebidas pela Accenture para os seus diversos clientes na área, tornando estes novos métodos complementares numa adição interessante à robustez dos mesmos, de modo a reduzir custos adicionais relacionados com a identificação manual de matrículas através das imagens captadas. O presente trabalho visou então, em primeira instância, o estabelecimento de uma prova de conceito com um modelo arquitetural que permitisse a integração de um sistema de reconhecimento de marca e modelo de veículos com os sistemas informáticos previamente desenvolvidos e que se encontram atualmente em uso por parte dos clientes. Para este modelo foi também estabelecido um conjunto de requisitos, tanto funcionais como não funcionais, com o intuito de minorar, tanto quanto possível, perdas no desempenho e fiabilidade dos atuais sistemas por consequência da introdução deste novo componente de MMR. Os requisitos foram definidos fazendo uso de uma versão modificada do modelo de qualidade FURPS, segundo as boas práticas definidas pela equipa de desenvolvimento do Centro de Excelência de Tolling (TCoE) da Accenture Portugal. Adicionalmente, os requisitos definidos foram sujeitos ao estabelecimento de prioridades segundo as regras MoSCoW. A captura de imagens de veículos em movimento e consequente classificação oferece desafios inerentes à sua complexidade, pelo que foram também efetuadas considerações sobre os fatores de variabilidade que devem ser tidos em conta aquando da conceção de um sistema MMR. Estes fatores foram classificados segundo três áreas principais: propriedades inerentes ao sistema de captura de imagens (RSE), propriedades do evento de captura da imagem, e propriedades do veículo. A arquitetura proposta para um eventual sistema que possa ser passível de integração com os existentes faz uso da arquitetura dos mesmos, organizando-se em quatro camadas, a saber: acesso a dados (camada inferior), gestão e regras de negócio, avaliação de resultados e aumento da base de conhecimento disponível, e correspondência (camada superior). Para a elaboração da presente prova de conceito, foram deste modo escolhidas tecnologias que permitem a integração com os sistemas Java previamente existentes sem despender demasiado esforço adicional nessa integração. Deste modo, foram utilizadas bibliotecas Python para o uso de OpenCV, que permite o processamento de imagens, e Tensorflow para as atividades relacionadas com machine learning. O desenvolvimento da prova de conceito para estes sistemas envolveu também o teste de hipóteses quanto ao modo mais vantajoso de reconhecimento da marca e modelo dos veículos propriamente dita. Para este efeito, foram equacionadas três hipóteses, que se basearam no uso de dois datasets distintos. O primeiro conceito abordado consistiu em fingerprinting de imagens associadas a um dataset desenvolvido na Universidade de Stanford, contendo 16185 imagens de veículos automóveis ligeiros em variadas poses, que podem ser divididas segundo 49 marcas e 196 modelos distintos, se for considerada a distinção dos anos de comercialização dos mesmos. Para o efeito, foi usado o modelo de características AKAZE e testados três métodos distintos para efetuar as correspondências: força bruta com teste de rácio descrito na literatura (para dois rácios distintos, 0,4 e 0,7), força bruta com recurso a função de cross-check nativa das bibliotecas usadas, e FLANN. A pertença de uma imagem a determinada categoria foi então ditada pelo estabelecimento de correspondências entre os seus pontos-chave e os pontos-chave das imagens do dataset, testando vários algoritmos de ordenação para aumentar as probabilidades de correspondência com uma imagem pertencente à mesma classe. Os resultados obtidos demonstraram, no geral, precisões relativamente baixas, sendo que nenhuma ultrapassou os 20% para o reconhecimento da marca ou modelo dos veículos. Contudo, dos ensaios efetuados, dois destacaram-se ao conseguir atingir 16,8% de precisão para a marca e 11,2% para o modelo. Estes ensaios tiveram, de resto, características em comum, sendo que, em ambos os casos, foi utilizado o método de força bruta com rácio de 0,4. Os métodos de ordenação de resultados foram, todavia, diferentes, sendo que num dos casos foi usado o valor máximo de pontos-chave em comum (MV) e no segundo um rácio entre este número de pontos em comum e o número de pontos-chave existentes (MR). De entre ambos, o ensaio que recorreu ao método MR foi considerado estatisticamente mais significativo, dado possuir um valor do coeficiente de correlação k de Cohen mais elevado em relação a MV. Os parcos resultados obtidos através deste método levaram à tentativa de adoção de uma abordagem diferente, nomeadamente no que tocava à seleção das imagens que deviam ser comparadas, uma vez que os fatores de variabilidade identificados na análise se encontravam demasiado presentes nas imagens do dataset de Stanford. Deste modo, a grelha do veículo foi identificada como região de interesse (ROI), dados os padrões distintivos inerentes à mesma e a presença do logotipo identificador da marca à qual pertence o veículo. O objetivo desta nova abordagem residia na identificação desta ROI de modo a proceder à sua extração a partir da imagem original, aplicando-sedepois os algoritmos de fingerprinting anteriormente abordados. A deteção da ROI foi efetuada com recurso a classificadores em cascata, os quais foram testados com dois tipos de características diferentes: LBP, mais rápidas, mas menos precisas, e Haar, mais complexas, mas também mais fiáveis. As imagens obtidas através da identificação e subsequente recorte foram depois analisadas segundo a presença de grelha, deteção da mesma ou de outros objetos, bem como o grau de perfeição da deteção efetuada. A determinação da ROI a recortar foi também avaliada segundo dois algoritmos: número total de interseções entre ROIs candidatas, e estabelecimento de um limiar de candidatos para uma ROI candidata ser considerada ou rejeitada (apelidado de min-neighbours). As cascatas foram treinadas com recurso a imagens não pertencentes ao dataset de Stanford, de modo a evitar classificações tendenciosas face a imagens previamente apresentadas ao modelo, e para cada tipo de característica foram apresentados dois conjuntos de imagens não correspondentes a grelhas (amostras negativas), que diferiam na sua dimensão e foram consequentemente apelidadas de Nsmall e Nbig. Os melhores resultados foram obtidos com o dataset Nsmall, estabelecimento de limiar, e com recurso a características Haar, sendo a grelha detetada em 81,1% dos casos em que se encontrava efetivamente presente na imagem. Contudo, esta deteção não era completamente a que seria desejável, uma vez que, considerando deteção perfeita e sem elementos externos, a precisão baixava para 32,3%. Deste modo, apesar das variadas vertentes em que esta deteção e extração de ROI foi estudada, foi decidido não avançar para o uso de fingerprinting, devido a constrangimentos de tempo e à baixa precisão que o sistema como um todo conseguiria alcançar. A última técnica a ser testada neste trabalho foi o uso de redes neuronais de convolução (CNN). Para o efeito, e de modo a obter resultados mais fiáveis para o tipo de imagem comumente capturado pelos RSE em contexto de open road tolling, foi usado um novo dataset, consistindo de imagens captadas em contexto real e cedidas por um dos clientes do TCoE. Dentro deste novo conjunto de imagens, foi feita a opção de testar apenas a marca do veículo, com essa classificação a ser feita de forma binária (pertence ou não pertence a determinada marca), ao invés de classificação multi-classe. Para o efeito, foram consideradas as marcas mais prevalentes no conjunto fornecido, Opel e Peugeot. Os primeiros resultados para o uso de CNN revelaram-se promissores, com precisão de 88,9% para a marca Opel e 95,3% para a Peugeot. Todavia, ao serem efetuados testes de validação cruzada para aferir o poder de generalização dos modelos, verificou-se um decréscimo significativo, tanto para Opel (79,3%) como para Peugeot (84,9%), deixando antever a possibilidade de ter ocorrido overfitting na computação dos modelos. Por este motivo, foram efetuados novos ensaios com imagens completamente novas para cada modelo, sendo obtidos resultados de 55,7% para a marca Opel e 57,4% para a marca Peugeot. Assim, embora longe de serem resultados ideais, as CNN aparentam ser a melhor via para um sistema integrado de reconhecimento de veículos, tornando o seu refinamento e estudo numa solução viável para a continuação de um possível trabalho nesta área.For a long time, tolling has served as a way to finance and maintain publicly used roads. In recent years, however, due to generalised vehicle use and consequent traffic demand, there has been a call for open-road tolling solutions, which make use of automatic vehicle identification systems which operate through the use of transponders and automatic license plate recognition. In this context, recognising the make and model of a vehicle (MMR) may prove useful, especially when dealing with infractions. Intelligent automated license plate recognition systems have already been adopted by several Accenture clients, with this new feature being a potential point of interest for future developments. Therefore, the current project aimed to establish a potential means of integrating such a system with the already existing architecture, with requirements being designed to ensure its current reliability and performance would suffer as little an impact as possible. Furthermore, several options were considered as candidates for the future development of an integrated MMR solution, namely, image fingerprinting of a whole image, grille selection followed by localised fingerprinting, and the use of convolutional neural networks (CNN) for image classification. Among these, CNN showed the most promising results, albeit making use of images in limited angle ranges, therefore mimicking those exhibited in captured tolling vehicle images, as well as performing binary classification instead of a multi-class one. Consequently, further work in this area should take these results into account and expand upon them, refining these models and introducing more complexity in the process

Sustainable Industrial Engineering along Product-Service Life Cycle/Supply Chain

Sustainable industrial engineering addresses the sustainability issue from economic, environmental, and social points of view. Its application fields are the whole value chain and lifecycle of products/services, from the development to the end-of-life stages. This book aims to address many of the challenges faced by industrial organizations and supply chains to become more sustainable through reinventing their processes and practices, by continuously incorporating sustainability guidelines and practices in their decisions, such as circular economy, collaboration with suppliers and customers, using information technologies and systems, tracking their products’ life-cycle, using optimization methods to reduce resource use, and to apply new management paradigms to help mitigate many of the wastes that exist across organizations and supply chains. This book will be of interest to the fast-growing body of academics studying and researching sustainability, as well as to industry managers involved in sustainability management

A literature review of Artificial Intelligence applications in railway systems

Nowadays it is widely accepted that Artificial Intelligence (AI) is significantly influencing a large number of domains, including railways. In this paper, we present a systematic literature review of the current state-of-the-art of AI in railway transport. In particular, we analysed and discussed papers from a holistic railway perspective, covering sub-domains such as maintenance and inspection, planning and management, safety and security, autonomous driving and control, revenue management, transport policy, and passenger mobility. This review makes an initial step towards shaping the role of AI in future railways and provides a summary of the current focuses of AI research connected to rail transport. We reviewed about 139 scientific papers covering the period from 2010 to December 2020. We found that the major research efforts have been put in AI for rail maintenance and inspection, while very limited or no research has been found on AI for rail transport policy and revenue management. The remaining sub-domains received mild to moderate attention. AI applications are promising and tend to act as a game-changer in tackling multiple railway challenges. However, at the moment, AI research in railways is still mostly at its early stages. Future research can be expected towards developing advanced combined AI applications (e.g. with optimization), using AI in decision making, dealing with uncertainty and tackling newly rising cybersecurity challenges