Intelligent systems in manufacturing: current developments and future prospects

Global competition and rapidly changing customer requirements are demanding increasing changes in manufacturing environments. Enterprises are required to constantly redesign their products and continuously reconfigure their manufacturing systems. Traditional approaches to manufacturing systems do not fully satisfy this new situation. Many authors have proposed that artificial intelligence will bring the flexibility and efficiency needed by manufacturing systems. This paper is a review of artificial intelligence techniques used in manufacturing systems. The paper first defines the components of a simplified intelligent manufacturing systems (IMS), the different Artificial Intelligence (AI) techniques to be considered and then shows how these AI techniques are used for the components of IMS

Modélisation formelle des systèmes de détection d'intrusions

L’écosystème de la cybersécurité évolue en permanence en termes du nombre, de la diversité, et de la complexité des attaques. De ce fait, les outils de détection deviennent inefficaces face à certaines attaques. On distingue généralement trois types de systèmes de détection d’intrusions : détection par anomalies, détection par signatures et détection hybride. La détection par anomalies est fondée sur la caractérisation du comportement habituel du système, typiquement de manière statistique. Elle permet de détecter des attaques connues ou inconnues, mais génère aussi un très grand nombre de faux positifs. La détection par signatures permet de détecter des attaques connues en définissant des règles qui décrivent le comportement connu d’un attaquant. Cela demande une bonne connaissance du comportement de l’attaquant. La détection hybride repose sur plusieurs méthodes de détection incluant celles sus-citées. Elle présente l’avantage d’être plus précise pendant la détection. Des outils tels que Snort et Zeek offrent des langages de bas niveau pour l’expression de règles de reconnaissance d’attaques. Le nombre d’attaques potentielles étant très grand, ces bases de règles deviennent rapidement difficiles à gérer et à maintenir. De plus, l’expression de règles avec état dit stateful est particulièrement ardue pour reconnaître une séquence d’événements. Dans cette thèse, nous proposons une approche stateful basée sur les diagrammes d’état-transition algébriques (ASTDs) afin d’identifier des attaques complexes. Les ASTDs permettent de représenter de façon graphique et modulaire une spécification, ce qui facilite la maintenance et la compréhension des règles. Nous étendons la notation ASTD avec de nouvelles fonctionnalités pour représenter des attaques complexes. Ensuite, nous spécifions plusieurs attaques avec la notation étendue et exécutons les spécifications obtenues sur des flots d’événements à l’aide d’un interpréteur pour identifier des attaques. Nous évaluons aussi les performances de l’interpréteur avec des outils industriels tels que Snort et Zeek. Puis, nous réalisons un compilateur afin de générer du code exécutable à partir d’une spécification ASTD, capable d’identifier de façon efficiente les séquences d’événements.Abstract : The cybersecurity ecosystem continuously evolves with the number, the diversity, and the complexity of cyber attacks. Generally, we have three types of Intrusion Detection System (IDS) : anomaly-based detection, signature-based detection, and hybrid detection. Anomaly detection is based on the usual behavior description of the system, typically in a static manner. It enables detecting known or unknown attacks but also generating a large number of false positives. Signature based detection enables detecting known attacks by defining rules that describe known attacker’s behavior. It needs a good knowledge of attacker behavior. Hybrid detection relies on several detection methods including the previous ones. It has the advantage of being more precise during detection. Tools like Snort and Zeek offer low level languages to represent rules for detecting attacks. The number of potential attacks being large, these rule bases become quickly hard to manage and maintain. Moreover, the representation of stateful rules to recognize a sequence of events is particularly arduous. In this thesis, we propose a stateful approach based on algebraic state-transition diagrams (ASTDs) to identify complex attacks. ASTDs allow a graphical and modular representation of a specification, that facilitates maintenance and understanding of rules. We extend the ASTD notation with new features to represent complex attacks. Next, we specify several attacks with the extended notation and run the resulting specifications on event streams using an interpreter to identify attacks. We also evaluate the performance of the interpreter with industrial tools such as Snort and Zeek. Then, we build a compiler in order to generate executable code from an ASTD specification, able to efficiently identify sequences of events

A data-based approach for dynamic classification of functional scenarios oriented to industrial process plants

L'objectif principal de cette thèse est de développer un algorithme dynamique de partitionnement de données (classification non supervisée ou " clustering " en anglais) qui ne se limite pas à des concepts statiques et qui peut gérer des distributions qui évoluent au fil du temps. Cet algorithme peut être utilisé dans les systèmes de surveillance du processus, mais son application ne se limite pas à ceux-ci. Les contributions de cette thèse peuvent être présentées en trois groupes: 1. Contributions au partitionnement dynamique de données en utilisant : un algorithme de partitionnement dynamique basé à la fois sur la distance et la densité des échantillons est présenté. Cet algorithme ne fait aucune hypothèse sur la linéarité ni la convexité des groupes qu'il analyse. Ces clusters, qui peuvent avoir des densités différentes, peuvent également se chevaucher. L'algorithme développé fonctionne en ligne et fusionne les étapes d'apprentissage et de reconnaissance, ce qui permet de détecter et de caractériser de nouveaux comportements en continu tout en reconnaissant l'état courant du système. 2. Contributions à l'extraction de caractéristiques : une nouvelle approche permettant d'extraire des caractéristiques dynamiques est présentée. Cette approche, basée sur une approximation polynomiale par morceaux, permet de représenter des comportements dynamiques sans perdre les informations relatives à la magnitude et en réduisant simultanément la sensibilité de l'algorithme au bruit dans les signaux analysés. 3. Contributions à la modélisation de systèmes à événements discrets évolutifs a partir des résultats du clustering : les résultats de l'algorithme de partitionnement sont utilisés comme base pour l'élaboration d'un modèle à événements discrets du processus. Ce modèle adaptatif offre une représentation du comportement du processus de haut niveau sous la forme d'un automate dont les états représentent les états du processus appris par le partitionnement jusqu'à l'instant courant et les transitions expriment l'atteignabilité des états.The main objective of this thesis is to propose a dynamic clustering algorithm that can handle not only dynamic data but also evolving distributions. This algorithm is particularly fitted for the monitoring of processes generating massive data streams, but its application is not limited to this domain. The main contributions of this thesis are: 1. Contribution to dynamic clustering by the proposal of an approach that uses distance- and density-based analyses to cluster non-linear, non-convex, overlapped data distributions with varied densities. This algorithm, that works in an online fashion, fusions the learning and lassification stages allowing to continuously detect and characterize new concepts and at the same time classifying the input samples, i.e. which means recognizing the current state of the system in a supervision application. 2. Contribution to feature extraction by the proposal of a novel approach to extract dynamic features. This approach ,based on piece-polynomial approximation, allows to represent dynamic behaviors without losing magnitude related information and to reduce at the same time the algorithm sensitivity to noise corrupting the signals. 3. Contribution to automatic discrete event modeling for evolving systems by exploiting informations brought by the clustering. The generated model is presented as a timed automaton that provides a high-level representation of the behavior of the process. The latter is adaptive in the sense that its construction is elaborated following the discovery of new concepts by the clustering algorithm

Mathematics in Software Reliability and Quality Assurance

This monograph concerns the mathematical aspects of software reliability and quality assurance and consists of 11 technical papers in this emerging area. Included are the latest research results related to formal methods and design, automatic software testing, software verification and validation, coalgebra theory, automata theory, hybrid system and software reliability modeling and assessment

CBR and MBR techniques: review for an application in the emergencies domain

The purpose of this document is to provide an in-depth analysis of current reasoning engine practice and the integration strategies of Case Based Reasoning and Model Based Reasoning that will be used in the design and development of the RIMSAT system. RIMSAT (Remote Intelligent Management Support and Training) is a European Commission funded project designed to: a.. Provide an innovative, 'intelligent', knowledge based solution aimed at improving the quality of critical decisions b.. Enhance the competencies and responsiveness of individuals and organisations involved in highly complex, safety critical incidents - irrespective of their location. In other words, RIMSAT aims to design and implement a decision support system that using Case Base Reasoning as well as Model Base Reasoning technology is applied in the management of emergency situations. This document is part of a deliverable for RIMSAT project, and although it has been done in close contact with the requirements of the project, it provides an overview wide enough for providing a state of the art in integration strategies between CBR and MBR technologies.Postprint (published version

Pattern Recognition

A wealth of advanced pattern recognition algorithms are emerging from the interdiscipline between technologies of effective visual features and the human-brain cognition process. Effective visual features are made possible through the rapid developments in appropriate sensor equipments, novel filter designs, and viable information processing architectures. While the understanding of human-brain cognition process broadens the way in which the computer can perform pattern recognition tasks. The present book is intended to collect representative researches around the globe focusing on low-level vision, filter design, features and image descriptors, data mining and analysis, and biologically inspired algorithms. The 27 chapters coved in this book disclose recent advances and new ideas in promoting the techniques, technology and applications of pattern recognition

Measurements, Models, Systems and Design

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