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Enabling IoT in Manufacturing: from device to the cloud
Industrial automation platforms are experiencing a paradigm shift. With the new technol-ogies and strategies that are being applied to enable a synchronization of the digital and real world, including real-time access to sensorial information and advanced networking capabilities to actively cooperate and form a nervous system within the enterprise, the amount of data that can be collected from real world and processed at digital level is growing at an exponential rate. Indeed, in modern industry, a huge amount of data is coming through sensorial networks em-bedded in the production line, allowing to manage the production in real-time. This dissertation proposes a data collection framework for continuously collecting data from the device to the cloud, enabling resources at manufacturing industries shop floors to be handled seamlessly. The framework envisions to provide a robust solution that besides collecting, transforming and man-aging data through an IoT model, facilitates the detection of patterns using collected historical sensor data. Industrial usage of this framework, accomplished in the frame of the EU C2NET project, supports and automates collaborative business opportunities and real-time monitoring of the production lines
Análise colaborativa de grandes conjuntos de séries temporais
The recent expansion of metrification on a daily basis has led to the production
of massive quantities of data, and in many cases, these collected metrics
are only useful for knowledge building when seen as a full sequence of
data ordered by time, which constitutes a time series. To find and interpret
meaningful behavioral patterns in time series, a multitude of analysis software
tools have been developed. Many of the existing solutions use annotations
to enable the curation of a knowledge base that is shared between a group
of researchers over a network. However, these tools also lack appropriate
mechanisms to handle a high number of concurrent requests and to properly
store massive data sets and ontologies, as well as suitable representations
for annotated data that are visually interpretable by humans and explorable by
automated systems. The goal of the work presented in this dissertation is to
iterate on existing time series analysis software and build a platform for the
collaborative analysis of massive time series data sets, leveraging state-of-the-art technologies for querying, storing and displaying time series and annotations.
A theoretical and domain-agnostic model was proposed to enable
the implementation of a distributed, extensible, secure and high-performant
architecture that handles various annotation proposals in simultaneous and
avoids any data loss from overlapping contributions or unsanctioned changes.
Analysts can share annotation projects with peers, restricting a set of collaborators
to a smaller scope of analysis and to a limited catalog of annotation
semantics. Annotations can express meaning not only over a segment of time,
but also over a subset of the series that coexist in the same segment. A novel
visual encoding for annotations is proposed, where annotations are rendered
as arcs traced only over the affected series’ curves in order to reduce visual
clutter. Moreover, the implementation of a full-stack prototype with a reactive
web interface was described, directly following the proposed architectural and
visualization model while applied to the HVAC domain. The performance of
the prototype under different architectural approaches was benchmarked, and
the interface was tested in its usability. Overall, the work described in this dissertation
contributes with a more versatile, intuitive and scalable time series
annotation platform that streamlines the knowledge-discovery workflow.A recente expansão de metrificação diária levou à produção de quantidades
massivas de dados, e em muitos casos, estas métricas são úteis para
a construção de conhecimento apenas quando vistas como uma sequência
de dados ordenada por tempo, o que constitui uma série temporal. Para se
encontrar padrões comportamentais significativos em séries temporais, uma
grande variedade de software de análise foi desenvolvida. Muitas das soluções
existentes utilizam anotações para permitir a curadoria de uma base
de conhecimento que é compartilhada entre investigadores em rede. No entanto,
estas ferramentas carecem de mecanismos apropriados para lidar com
um elevado número de pedidos concorrentes e para armazenar conjuntos
massivos de dados e ontologias, assim como também representações apropriadas
para dados anotados que são visualmente interpretáveis por seres
humanos e exploráveis por sistemas automatizados. O objetivo do trabalho
apresentado nesta dissertação é iterar sobre o software de análise de séries
temporais existente e construir uma plataforma para a análise colaborativa
de grandes conjuntos de séries temporais, utilizando tecnologias estado-de-arte
para pesquisar, armazenar e exibir séries temporais e anotações. Um
modelo teórico e agnóstico quanto ao domínio foi proposto para permitir a
implementação de uma arquitetura distribuída, extensível, segura e de alto
desempenho que lida com várias propostas de anotação em simultâneo e
evita quaisquer perdas de dados provenientes de contribuições sobrepostas
ou alterações não-sancionadas. Os analistas podem compartilhar projetos
de anotação com colegas, restringindo um conjunto de colaboradores a uma
janela de análise mais pequena e a um catálogo limitado de semântica de
anotação. As anotações podem exprimir significado não apenas sobre um
intervalo de tempo, mas também sobre um subconjunto das séries que coexistem
no mesmo intervalo. Uma nova codificação visual para anotações é
proposta, onde as anotações são desenhadas como arcos traçados apenas
sobre as curvas de séries afetadas de modo a reduzir o ruído visual. Para
além disso, a implementação de um protótipo full-stack com uma interface
reativa web foi descrita, seguindo diretamente o modelo de arquitetura e visualização
proposto enquanto aplicado ao domínio AVAC. O desempenho do
protótipo com diferentes decisões arquiteturais foi avaliado, e a interface foi
testada quanto à sua usabilidade. Em geral, o trabalho descrito nesta dissertação
contribui com uma abordagem mais versátil, intuitiva e escalável para
uma plataforma de anotação sobre séries temporais que simplifica o fluxo de
trabalho para a descoberta de conhecimento.Mestrado em Engenharia Informátic