The planning coordinator: A design architecture for autonomous error recovery and on-line planning of intelligent tasks

Developing a robust, task level, error recovery and on-line planning architecture is an open research area. There is previously published work on both error recovery and on-line planning; however, none incorporates error recovery and on-line planning into one integrated platform. The integration of these two functionalities requires an architecture that possesses the following characteristics. The architecture must provide for the inclusion of new information without the destruction of existing information. The architecture must provide for the relating of pieces of information, old and new, to one another in a non-trivial rather than trivial manner (e.g., object one is related to object two under the following constraints, versus, yes, they are related; no, they are not related). Finally, the architecture must be not only a stand alone architecture, but also one that can be easily integrated as a supplement to some existing architecture. This thesis proposal addresses architectural development. Its intent is to integrate error recovery and on-line planning onto a single, integrated, multi-processor platform. This intelligent x-autonomous platform, called the Planning Coordinator, will be used initially to supplement existing x-autonomous systems and eventually replace them

Inference-based Geometric Modeling for the Generation of Complex Cluttered Virtual Environments

As the use of simulation increases across many diff erent application domains, the need for high- fidelity three-dimensional virtual representations of real-world environments has never been greater. This need has driven the research and development of both faster and easier methodologies for creating such representations. In this research, we present two diff erent inference-based geometric modeling techniques that support the automatic construction of complex cluttered environments. The fi rst method we present is a surface reconstruction-based approach that is capable of reconstructing solid models from a point cloud capture of a cluttered environment. Our algorithm is capable of identifying objects of interest amongst a cluttered scene, and reconstructing complete representations of these objects even in the presence of occluded surfaces. This approach incorporates a predictive modeling framework that uses a set of user provided models for prior knowledge, and applies this knowledge to the iterative identifi cation and construction process. Our approach uses a local to global construction process guided by rules for fi tting high quality surface patches obtained from these prior models. We demonstrate the application of this algorithm on several synthetic and real-world datasets containing heavy clutter and occlusion. The second method we present is a generative modeling-based approach that can construct a wide variety of diverse models based on user provided templates. This technique leverages an inference-based construction algorithm for developing solid models from these template objects. This algorithm samples and extracts surface patches from the input models, and develops a Petri net structure that is used by our algorithm for properly fitting these patches in a consistent fashion. Our approach uses this generated structure, along with a defi ned parameterization (either user-defi ned through a simple sketch-based interface or algorithmically de fined through various methods), to automatically construct objects of varying sizes and con figurations. These variations can include arbitrary articulation, and repetition and interchanging of parts sampled from the input models. Finally, we affim our motivation by showing an application of these two approaches. We demonstrate how the constructed environments can be easily used within a physically-based simulation, capable of supporting many diff erent application domains

Recent advances in petri nets and concurrency

CEUR Workshop Proceeding

Software Engineering and Petri Nets

This booklet contains the proceedings of the Workshop on Software Engineering and Petri Nets (SEPN), held on June 26, 2000. The workshop was held in conjunction with the 21st International Conference on Application and Theory of Petri Nets (ICATPN-2000), organised by the CPN group of the Department of Computer Science, University of Aarhus, Denmark. The SEPN workshop papers are available in electronic form via the web page:http://www.daimi.au.dk/pn2000/proceeding

Understanding the Elements of Executable Architectures Through a Multi-Dimensional Analysis Framework

The objective of this dissertation study is to conduct a holistic investigation into the elements of executable architectures. Current research in the field of Executable Architectures has provided valuable solution-specific demonstrations and has also shown the value derived from such an endeavor. However, a common theory underlying their applications has been missing. This dissertation develops and explores a method for holistically developing an Executable Architecture Specification (EAS), i.e., a meta-model containing both semantic and syntactic information, using a conceptual framework for guiding data coding, analysis, and validation. Utilization of this method resulted in the description of the elements of executable architecture in terms of a set of nine information interrogatives: an executable architecture information ontology. Once the detail-rich EAS was constructed with this ontology, it became possible to define the potential elements of executable architecture through an intermediate level meta-model. The intermediate level meta-model was further refined into an interrogative level meta-model using only the nine information interrogatives, at a very high level of abstraction

Dynamic process modelling for business engineering and information systems evaluation

This thesis was submitted for the degree of Doctor of Philosophy and awarded by Brunel University.This research is concerned with the pre-implementation evaluation of investments in Information Systems (IS). IS evaluation is important as organisations need to assess the financial justifiability of business change proposals that include (but usually are not limited to) the introduction of IS applications. More specifically, this research addresses the problem of benefits assessment within IS evaluation. We contend that benefits assessment should not be performed at the level of the IS application, as most extant evaluation methods advocate. Instead, to study the dynamics and the interactions of the IS applications with their surrounding environment, we propose to adopt the business process as the analytic lens of evaluation and to assess the impacts of IS on organisational, rather than on technical, performance indicators. Drawing on these propositions, this research investigates the potential of dynamic process modelling (via discrete-event simulation) as a facilitator of IS evaluation. We argue that, in order to be effective evaluation tools, business process models should be able to explicitly incorporate the effects of IS introduction on business performance, an issue that is found to be under-researched in previous literature. The above findings serve as the central theme for the development of a design theory of IS evaluation by simulation. The theory provides prescriptive elements that refer both to the design products of the evaluation and the design process by which these products can come into reality. The theory draws on a set of kernel theories from the business engineering domain and proposes a set of meta-requirements that should be satisfied by business process models, a meta-design structure that meets these requirements, and a design method that provides guidance in applying the theoretical propositions in practice. The design theory is developed and empirically tested by means of two real-life case studies. The first study is used to complement the findings of a literature review and to drive the development of the design theory's components, while the second study is employed to validate and further enhance the theory's propositions. The research results support the arguments for simulation-assisted IS evaluation and demonstrate the contribution of the design theory to the field

The resource-event-agent ontology as a foundation for business modeling

In de praktijk zijn bedrijfsinformatiesystemen—zoals een boekhoudsysteem, een voorraadbeheersysteem, een kostprijscalculatiesysteem, een ordermanagementsysteem — onderdeel van een veel grotere informatieverwerkende omgeving. Bijgevolg is het volgens Moody en Shanks onnuttig om bedrijfsinformatiesystemen los van elkaar te bekijken. In [MS03] stellen en tonen ze aan dat het beschouwen van informatiesystemen binnen deze bredere context cruciaal is voor het verkrijgen van kwaliteitsvolle informatiesystemen. Daarom voegen zijn ‘integratie’toe aan een lijst van reeds bestaande kwaliteitsfactoren voor het ontwerpen van informatiesystemen. Met integratie bedoelen ze de mate waarin de onderliggende infrastructuurmodellen van verschillende bedrijfsinformatiesystemen met elkaar overeenstemmen, wat de samenwerking tussen en het uitwisselen en hergebruik van data door deze systemen moet vergemakkelijken. Bij het ontwerpen van een informatiesysteem starten we met een conceptueel ontwerp. Zo’n conceptueel ontwerp stelt het beoogde informatiesysteem voor zonder details die specifiek zijn voor de gekozen technologie — zoals een webpagina, een database, software — te tonen. Een conceptueel model focust dus op het voorstellen van een conceptuele oplossing voor een bestaand probleem nog voor de technologische oplossing wordt ontworpen. Hoewel zo’n conceptueel model slechts een deel van de uiteindelijke oplossing voorstelt, stelt het de essentie van de oplossing voor—die dan eventueel in verschillende technologie¨en tegelijk kan worden uitgewerkt. Omdat deze oplossing essentieel is, moet een conceptueel model aan een reeks kwaliteitsparameters voldoen. Zo moet een conceptueel model een zo eenvoudig mogelijke maar toch volledige oplossing bieden voor een probleem. Ook moet de oplossing, voorgesteld in het conceptueel model, verstaanbaar zijn voor anderen dan de ontwerpers—bijvoorbeeld de programmeurs die de praktijkoplossing uitwerken of de klant die het systeem besteld heeft en zal gebruiken. Vaak probeert men ook te bereiken dat een systeem flexibel is, waarmee men bedoelt dat de oplossing rekening houdt met mogelijke veranderingen in de omgeving — zonder in te gaan tegen wat als gangbaar wordt beschouwd binnen de bredere informatieverwerkende omgeving of zonder moeilijk te verwezenlijken te zijn binnen het vooropgestelde budget en de beoogde planning. Zonder deze kwaliteitsfactoren uit het oog te verliezen, focussen we in deze doctoraatsthesis op de integratie van informatiesysteemontwerpen, die door Moody en Shanks werd voorgesteld en waarvan zij substanti¨ele voordelen aantoonden. Aangezien er vele verschillende soorten conceptuele modellen bestaan, kiezen wij er in deze thesis twee specifieke soorten uit, namelijk conceptuele datamodellen en simulatiemodellen. We kiezen datamodellen omdat zij een van de meest essenti¨ele soorten conceptuele modellen voorstellen. Conceptuele datamodellen stellen immers de basis van elke informatiesysteem voor. Bijgevolg is de keuze voor of het ontwerp van een datamodel een van de meest cruciale stappen in het ontwerp van een informatiesysteem die invloed heeft op o.a. de uiteindelijke kost van het project, de flexibiliteit van het resulterende systeem, de klantentevredenheid en de integratie met andere (bestaande) informatiesystemen. Waar conceptuele datamodellen ons toelaten een ontwerp te maken voor de data die in informatiesystemen worden bijgehouden over de huidige toestand en historiek van een voor ons relevant deel van de realiteit, laten simulatiemodellen ons toe een ontwerp — dat met potenti¨ele toekomstige situaties kan omgaan — te formuleren van een voor ons relevant deel van een omgeving. Samen laten conceptuele data- en simulatiemodellen ons dus toe het verleden, heden en de toekomst van een voor ons relevant deel van de realiteit voor te stellen. In deze thesis is dat relevant deel van de realiteit de bedrijfseconomische context. Aangezien deze bedrijfseconomische context dynamisch — en dus inherent onstabiel — is met steeds wijzigende en slechts gedeeltelijk gespecificeerde systeemvereisten — wat flexibiliteit vereist — is een speciale aanpak noodzakelijk. Deze aanpak heet ‘Design Science’ [HMJR04] en houdt ook rekening met hoe succesvolle informatiesysteemontwerpen afhankelijk zijn van de cognitieve en sociale vaardigheden van de mensen die deze systemen gebruiken, ontwikkelen en ontwerpen. Om deze flexibiliteit en sociale en cognitieve vaardigheden te ondersteunen, gebruiken we een ontologie als basis voor het ontwerpen van de conceptuele dataen simulatiemodellen in deze doctoraatsthesis. Zo’n ontologie is een gedeelde beschrijving van het probleemdomein (bijvoorbeeld de bedrijfseconomische realiteit). Dat deze beschrijving gedeeld wordt, ondersteunt de sociale en cognitieve vaardigheden van de groep mensen die een informatiesysteem ontwerpt, omdat de beschrijving kan gebruikt worden als een referentiekader voor deze groep mensen. Daarenboven kan dit delen ervoor zorgen dat de beschrijving hergebruikt en verbeterd wordt bij opeenvolgende projecten door verschillende groepen. Dit hergebruik van de beschrijving van het probleemdomein ondersteunt dan impliciet de integratie tussen verschillende projecten, aangezien ze gebaseerd zijn op (verschillende delen van) dezelfde probleembeschrijving. De ontologie die wij in deze thesis hoofdzakelijk hanteren is de Resource- Event-Agent (REA) ontologie. Deze ontologie werd begin jaren ’80 ontwikkeld voor boekhoudinformatiesystemen, met het oog op een gedeelde dataomgeving waarin boekhouders en niet-boekhouders informatie delen over dezelfde economische gebeurtenissen — zoals aankopen, verkopen, productie. De ‘Resources’ beschrijven de producten (i.e. goederen en diensten) die verhandeld en geproduceerd worden. De ‘Events’ beschrijven de gebeurtenissen die de voorraden van deze producten veranderen. Bijvoorbeeld, een verkoop van producten vermindert de voorraad van de verkoper en vermeerdert de voorraad van de aankoper. De ‘Agents’ beschrijven de economische actoren die de goederen en diensten produceren, verkopen en aankopen. Ondertussen werd de REA-ontologie al gebruikt als basis voor boekhoudinformatiesystemen en een ISO open-edi standaard [ISO07] voor het uitwisselen van elektronische bedrijfsdocumenten, als methode voor het onderwijzen van boekhoudinformatiesystemen en nog veel meer. [GLP08] In het eerste hoofdstuk van datamodelsectie gebruiken we de REA- en UFOontologie om conceptuele datamodellen te structureren en af te bakenen zodat ze makkelijker te interpreteren zijn, voornamelijk door onervaren systeemontwerpers. De UFO (i.e. Unified Foundational Ontology) is een ontologie die speciaal werd ontworpen om conceptuele modellen te duiden. [BGHS+05] Van de gestructureerde conceptuele datamodellen wordt verwacht dat ze onervaren ontwerpers helpen conceptuele datamodellen te maken die compleet zijn en geen overbodige onderdelen bevatten. Onvolledige modellen en overbodige onderdelen zijn immers de meest voorkomende fouten die onervaren ontwerpers maken. De gestructureerde datamodellen die aan de onervaren ontwerpers worden aangeboden zijn patronen waarvan al bewezen is dat ze waardevolle oplossingen zijn voor bepaalde problemen binnen een specifieke context. Door deze patronen te structureren volgens de REA- en UFO-ontologie wordt de ontwerper verwacht sneller de overbodige en ontbrekende delen van een patroon te kunnen identificeren, naargelang van het probleem dat hij wenst op te lossen. Door de aangeboden structuur kan de ontwerper ook op zoek naar ontbrekende delen van zijn oplossing in andere patronen, die hij dan kan integreren in zijn bestaande onvolledige oplossing. Dit integreren van patronen heeft twee voordelen. Ten eerste wordt de integratie tussen systemen die (delen) van dezelfde patronen bevatten vergemakkelijkt, ten tweede wordt de kwaliteit van de modellen die werden gemaakt door onervaren informatiesysteemontwerpers verhoogd. In het tweede hoofdstuk van de datamodelsectie gebruiken we de REA-ontologie als basis voor het ontwikkelen van een conceptueel referentiedatamodel dat geschikt is om zowel productie- als transactiedata van verschillende handelspartners voor te stellen. Dat het datamodel data van verschillende handelspartners tegelijkertijd kan voorstellen, heeft als gevolg dat de integratie tussen de bedrijfssystemen van deze handelspartners sterk vergemakkelijkt wordt. Zowel het integreren van de verschillende informatiesystemen van elke individuele handelspartner (bijvoorbeeld verkoopsysteem en voorraadbeheer) als het integreren van informatiesystemen van verschillende handelspartners (bijvoorbeeld een aankoopsysteem met een verkoopsysteem) worden vergemakkelijkt. Het voorstellen van productieen transactiedata van verschillende handelspartners wordt verwezenlijkt door zowel het perspectief van de individuele handelspartners als het perspectief van een onafhankelijke derde partij expliciet in het datamodel te integreren. Door deze keuze is het datamodel geschikt om volledige waardesystemen voor te stellen. Zo’n waardesysteem bestaat uit de transacties tussen handelspartners in een waardenetwerk of toeleveringsketen (supply chain) en de bedrijfsprocessen die elk van deze handelspartners uitvoert. In het derde en laatste hoofdstuk van de datamodelsectie gebruiken we het conceptuele datamodel dat werd voorgesteld in het tweede hoofdstuk om een toepassing te ontwikkelen die het mogelijk maakt historische, huidige en toekomstige product- en geldstromen te volgen in een waardesysteem. Het gekozen voorbeeld toont hoe akkerbouwgewassen worden gebruikt voor humane consumptie en veevoeder. De dierlijke producten worden dan weer gebruikt voor humane consumptie en samen met de landbouwgewassen verwerkt in consumentenproducten. De excrementen vloeien terug naar de akkerbouw. Het beschreven waardesysteem toont hoe goederen- en geldstromen kunnen worden gevolgd bij transacties tussen handelspartners (bijvoorbeeld akkerbouwer en voedermolen) en hoe goederenstromen kunnen worden gevolgd doorheen de productieprocessen van deze handelspartners (bijvoorbeeld het verwerken van akkerbouwgewassen van verschillende herkomst in een lading veevoer). Bovendien toont de ontwikkelde toepassing dat diezelfde data kunnen worden gebruikt om de transacties tussen handelspartners weer te geven (bijvoorbeeld een akkerbouwer die graan verkoopt aan een voedermolen en daarvoor een vergoeding ontvangt). Diezelfde informatie kan dan ook gebruikt worden om geldstromen in kaart te brengen zoals gebeurt met de goederenstromen. Daarenboven wordt gedemonstreerd hoe niet alleen huidige en gewezen, maar ook hoe toekomstige transacties en goederen- en geldstromen in kaart kunnen worden gebracht (o.a. aan de hand van contracten en productieschema’s). In de levensmiddelenindustrie hebben dergelijke systemen voor het traceren van huidige en gewezen goederenstromen al hun nut bewezen wanneer gecontamineerde voedingstoffen werden aangetroffen of getransporteerd vee ziek bleek. Aan de mogelijkheden van dergelijke traceringsystemen voegen wij toe dat niet enkel de bron van de besmetting, maar ook het doel van de goederen en de geldstromen, kan worden ge¨ıdentificeerd. Hierdoor kunnen we de economische gevolgen van zo’n besmetting inschatten aan de hand van contracten en productieschema’s. Met de beschikbare informatie kunnen dan eventueel noodscenario’s worden uitgewerkt om de economische gevolgen van zo’n besmetting te beperken. Ook in andere sectoren kan zo’n traceringssysteem nuttig zijn. Zo kan het in kaart brengen van een volledig waardenetwerk voorkomen dat namaakgoederen in de reguliere handel terechtkomen, of dat geldstromen uit de reguliere economie worden gebruikt om illegale activiteiten wit te wassen of te financieren. Waar het tweede en derde hoofdstuk van de datamodelsectie REA-gebaseerde datamodellen voor de integratie van de informatiesystemen van handelspartners voorstellen, bevat de simulatiemodelsectie REA-gebaseerde simulatiemodelelementen die het toelaten bedrijfsprocesmodellen over bedrijfsgrenzen heen met elkaar te integreren zodat ook simulatiemodellen voor volledige waardesystemen kunnen worden ontwikkeld. De hoofdstukken in de datamodelsectie bevatten dus geen bedrijfsprocesmodellen, maar superstructuren die het mogelijk maken bedrijfsprocesmodellen te hergebruiken en te integreren over de grenzen van de onderneming heen. Daarenboven werden deze superstructuren zo ontworpen dat ze ook als zelfstandige elementen van simulatiemodellen voor transacties tussen handelspartners kunnen worden gebruikt. Dit betekent dan wel dat men abstractie maakt van de bedrijfsprocessen die deze transacties ondersteunen. Het eerste hoofdstuk van de simulatiemodelsectie analyseert de mogelijke configuraties (bijvoorbeeld eerst betalen dan halen, eerst halen dan betalen) voor transacties tussen handelspartners en de manier waarop deze configuraties de interne structuur van een bedrijf be¨ınvloeden. In deze analyse wordt er vooral gekeken naar het vermogen van een bedrijf om zijn activiteiten te financieren met het krediet dat handelspartners verlenen (bijvoorbeeld de betalingstermijn op facturen, voorschotten). De structuren in dit hoofdstuk worden voorgesteld als Petri-net gebaseerde workflowmodellen. Deze workflowmodellen laten toe te evalueren of een gegeven sequentie van transacties externe financiering (bijvoorbeeld een banklening) vereist of niet. Door de verschillende configuraties voor een sequentie van transacties te evalueren kan men de meest optimale (bijvoorbeeld diegene die zo min mogelijk externe financiering vereist) selecteren. Het tweede hoofdstuk van de simulatiemodelsectie bouwt voort op de modellen in het voorgaande hoofdstuk om ook statistische analyses van deze verschillende configuraties mogelijk te maken. In deze analyses hoeft men dus niet meer te vertrekken van een gegeven sequentie van transacties, maar kan men ook onzekerheid en variatie in rekening brengen. Door de REA-elementen toe te voegen aan simulatiemodelelementen, worden de capaciteiten van de huidige generatie statistische simulatiemodellen uitgebreid van het analyseren van logistieke processen naar het analyseren van volledige bedrijfsmodellen met inbegrip van de financi¨ele parameters en resultaten. In tegenstelling tot de workflowmodellen in het eerste hoofdstuk van de simulatiemodelsectie, hebben de statistische simulatiemodellen een gelaagde opbouw. De bovenste laag modelleert de transacties tussen bedrijven, de middelste laag modelleert de interne financi¨ele structuur van bedrijven en de onderste laag bevat bedrijfsprocesmodellen voor individuele bedrijfsprocessen. De gelaagde opbouw laat ons toe zowel de individuele lagen te simuleren als bedrijfsprocesmodellen in interne structuurmodellen te integreren en deze dan weer in transactiemodellen te integreren. In deze thesis ontwikkelen we dus een benadering voor het ontwikkelen en integreren van modellen binnen een bedrijfseconomische context. Deze benadering houdt in dat we conceptuele modellen ontwikkelen vanuit en toetsen aan een bedrijfseconomische ontologie. De bedrijfseconomische ontologie die we in deze thesis gebruiken is de REA-ontologie. Deze thesis toont aan dat de REA-ontologie geschikt is als basis voor het ontwikkelen en integreren van zowel conceptuele datamodellen als simulatiemodellen binnen een bedrijfseconomische context. Door het gebruik van deze benadering zouden we de bedrijfswereld niet enkel moeten kunnen uitrusten met robuustere datamodellen voor de bedrijfsinformatiesystemen die ze dagdagelijks gebruiken, maar ook met krachtigere beslissingsondersteunende hulpmiddelen die hen voorzien van de informatie die ze nodig hebben voor het evalueren en voorspellen van de prestaties van hun bedrijf. Die informatie kan dan zowel van financi¨ele (bijvoorbeeld winstmarges) als operationele (bijvoorbeeld wachttijden) aard zijn. Het evalueren kan gebeuren op basis van de data die zijn opgeslagen in de bedrijfsinformatiesystemen en het voorspellen kan gebeuren door het genereren van hypothetische data in simulatiemodellen voor toekomstige bedrijfsprocessen en omgevingsomstandigheden