System monitoring and diagnosis with qualitative models

A substantial foundation of tools for model-based reasoning with incomplete knowledge was developed: QSIM (a qualitative simulation program) and its extensions for qualitative simulation; Q2, Q3 and their successors for quantitative reasoning on a qualitative framework; and the CC (component-connection) and QPC (Qualitative Process Theory) model compilers for building QSIM QDE (qualitative differential equation) models starting from different ontological assumptions. Other model-compilers for QDE's, e.g., using bond graphs or compartmental models, have been developed elsewhere. These model-building tools will support automatic construction of qualitative models from physical specifications, and further research into selection of appropriate modeling viewpoints. For monitoring and diagnosis, plausible hypotheses are unified against observations to strengthen or refute the predicted behaviors. In MIMIC (Model Integration via Mesh Interpolation Coefficients), multiple hypothesized models of the system are tracked in parallel in order to reduce the 'missing model' problem. Each model begins as a qualitative model, and is unified with a priori quantitative knowledge and with the stream of incoming observational data. When the model/data unification yields a contradiction, the model is refuted. When there is no contradiction, the predictions of the model are progressively strengthened, for use in procedure planning and differential diagnosis. Only under a qualitative level of description can a finite set of models guarantee the complete coverage necessary for this performance. The results of this research are presented in several publications. Abstracts of these published papers are presented along with abtracts of papers representing work that was synergistic with the NASA grant but funded otherwise. These 28 papers include but are not limited to: 'Combined qualitative and numerical simulation with Q3'; 'Comparative analysis and qualitative integral representations'; 'Model-based monitoring of dynamic systems'; 'Numerical behavior envelopes for qualitative models'; 'Higher-order derivative constraints in qualitative simulation'; and 'Non-intersection of trajectories in qualitative phase space: a global constraint for qualitative simulation.

Self-calibrating models for dynamic monitoring and diagnosis

The present goal in qualitative reasoning is to develop methods for automatically building qualitative and semiquantitative models of dynamic systems and to use them for monitoring and fault diagnosis. The qualitative approach to modeling provides a guarantee of coverage while our semiquantitative methods support convergence toward a numerical model as observations are accumulated. We have developed and applied methods for automatic creation of qualitative models, developed two methods for obtaining tractable results on problems that were previously intractable for qualitative simulation, and developed more powerful methods for learning semiquantitative models from observations and deriving semiquantitative predictions from them. With these advances, qualitative reasoning comes significantly closer to realizing its aims as a practical engineering method

Systemtechnik und Gewässergüte: Operationalisierung

Mangelndes Verständnis der Wissenschaftler untereinander kennzeichnet die heutige Wissenschaftskommunikation. Ein Grund hierfür ist sicher die Spezialisierung, die teilweise soweit geht, daß selbst die Vertreter eines Faches das Fach nicht mehr vollständig überblicken und dessen Fachsprache nicht beherrschen. In dem Vorwort von [1] ist der Anspruch formuliert: In der Ausbildung brauchen wir eine Spezialisierung ohne Isolation. Gemeint ist die fachliche Kompetenz, die durch additive Kompetenzen auf anderen Gebieten ergänzt werden muß. Die Systemtheorie vermag als Querschnittsfach mit ihrer integrierenden Eigenschaft und ihren Methoden einen wesentlichen innovativen Beitrag zur Ermittlung der Gewässergüte zu leisten. Die integrierende Eigenschaft bezieht sich auf die Wechselwirkungen/Überschneidungen von gesellschaftlichen, technischen und politischen Bereichen, die einerseits grundverschieden und andererseits durch Sachkonflikte, Interessenkonflikte und Überzeugungskonflikte gekennzeichnet sind. Die Methoden der Systemtechnik als Anwendung der Systemtheorie sind das Werkzeug, um anstelle von den bisherigen Vergleichen und (Teil-)Bewertungen der (simulierten) Auswirkungen vorgegebener fachspezifischer Maßnahmen zu der Lösung der umgekehrten Aufgabe zu gelangen, nämlich der Ermittlung der Maßnahmen, die zum Erreichen einer bestimmten Gewässergüte notwendig sind: Mehrzieloptimierung mit Restriktionen unter Beachtung der Nachhaltigkeit. Hierzu ist Wissen notwendig, anstelle von Spekulationen und Meinungen. Wissen erreicht man nur über Fachwissen und dessen Abstraktion. Die Abstraktion wird durch Operationalisierung/Mathematisierung geleistet. Die mathematischen Modelle der Subsysteme müssen ermittelt und über ihre Wechselwirkungen synthetisiert werden. In dem Aufsatz werden die zugehörigen Begriffe mathematisch definiert und methodisch aufbereitet. Ein einfaches Beispiel illustriert die Vorgehensweise, die sich wesentlich von dem bisherigen Vorgehen der Aggregation von Indikatoren unterscheidet

Seventh Annual Workshop on Space Operations Applications and Research (SOAR 1993), volume 1

This document contains papers presented at the Space Operations, Applications and Research Symposium (SOAR) Symposium hosted by NASA/Johnson Space Center (JSC) on August 3-5, 1993, and held at JSC Gilruth Recreation Center. SOAR included NASA and USAF programmatic overview, plenary session, panel discussions, panel sessions, and exhibits. It invited technical papers in support of U.S. Army, U.S. Navy, Department of Energy, NASA, and USAF programs in the following areas: robotics and telepresence, automation and intelligent systems, human factors, life support, and space maintenance and servicing. SOAR was concerned with Government-sponsored research and development relevant to aerospace operations. More than 100 technical papers, 17 exhibits, a plenary session, several panel discussions, and several keynote speeches were included in SOAR '93

Sur le diagnostic interactif

Cette thèse étudie les problèmes de diagnostic itératif et propose des outilsd aide au diagnostic interactif. Différents processus de diagnostic où des outils interactifshomme-automate sont utiles, sont présentés. Ces outils permettent de résoudre des difficultésliées à la représentation d un grand nombre d éléments d un système, des difficultés liées àla représentation du comportement et du fonctionnement d un système et des difficultés liéesà l explicitation de l expertise. Nos travaux ont conduit à la conception de différents typesd outils interactifs d aide au diagnostic. Le premier permet d exploiter des représentationsstructuro-fonctionnelles pour construire et résoudre progressivement un problème de diagnostic.Le second outil interactif permet d exploiter des modèles de comportement construitau fur et à mesure de la résolution d un problème de diagnostic. Enfin, un dernier outil a étéproposé pour montrer qu il est possible de prendre compte la connaissance implicite d unexpert dans la résolution de problème de diagnostic. Un problème de diagnostic est doncprésenté comme un processus itératif avec des interactions homme-automate.This PhD thesis studies the iterative diagnosis problems and provides thecomputer-aided diagnostic tool for interactive diagnosis. Different diagnosis processes wherethe tool to support human-machine interaction are useful, are presented. These tools help totackle difficulties related to the representation of a large number of elements in a system,difficulties related to the representation of the behavior functioning of a system and difficultiesencountered while expliciting the expertise. Our work led to the design of different interactivetools to support the diagnosis process. The first tool allows to exploit the structural-functionalmodeling to build and solve progressively a diagnosis problem. The second interactive toolallows to exploit the behavioral models built step by step in the diagnosis process and tosolve the diagnosis problem. The final tool was proposed to show that it is possible to takeinto account the implicit knowledge of an expert in order to solve the diagnosis problem.A diagnosis problem is therefore presented as an iterative process with human-machineinteractions.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Sistema orientado por um modelo de função baseado na abordagem linguística para formalizar conhecimento funcional no projeto de peça

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica.O modelo clássico de função é descrito textualmente por "um verbo" e "um substantivo" e é baseado exclusivamente na abordagem funcional. Embora existam várias formas de se descrever textualmente uma função em linguagem natural durante a modelagem de cada funcionalidade de produto e peça, a maioria delas não é suportada pelo modelo clássico de função que é tradicionalmente aceito pelas metodologias de projeto. O modelo clássico de função tem protagonizado nesses últimos anos, nas pesquisas relacionadas às metodologias de projeto, uma série de insatisfações como, e.g., a incapacidade de: (i) formalizar conhecimento funcional; (ii) inter-relacionar os vários tipos de conhecimento funcional que é incluído em uma função; (iii) reusar conhecimento funcional. Assim, para superar estas limitações amplamente propagadas na literatura sobre metodologia de projeto, apresenta-se um modelo de função baseado na abordagem lingüística que é uma extensão do modelo de função de Roy e Bharadway (que foi estendido do modelo de função de Pahl e Beitz). A metodologia utilizada nesta pesquisa é empírica e qualitativa. A metodologia é: (i) empírica por causa das pesquisas e implementações de ferramentas computacionais necessárias na coleta de descrições textuais de função em linguagem natural relacionadas a diversos tipos de produto e peça para organizar um corpus lingüístico de sentenças funcionais; (ii) qualitativa devido aos processos de análise das funções do corpus lingüístico de sentenças funcionais como, e.g., a: (a) análise e síntese das várias formas de se descrever as funções;(b) análise morfológica (análises sintática, semântica, do discurso e pragmática) das funções necessária na sistematização das características sintáticas, semânticas e estruturas gramaticais delas. O resultado mais significativo desse trabalho de pesquisa foi o desenvolvimento de um modelo de função baseado na abordagem lingüística que consegue integrar três diferentes abordagens: (i) abordagem funcional, para suportar o conceito de decomposição funcional; (ii) abordagem comportamental, para apoiar o conceito de conhecimento comportamental; (iii) abordagem lingüística, para tratar os portadores de conhecimento funcional (constituintes, e.g., verbo, substantivo abstrato/concreto simples/composto, advérbio, adjetivo). A integração das abordagens possibilita a identificação, categorização, definição e inter-relacionamento entre os vários tipos de conhecimento incluído em apenas uma função. O modelo de função foi implementado em um sistema protótipo denominado de SISFCO (AL) - Sistema de suporte à formalização de conhecimento funcional baseado na abordagem lingüística. O SISFCO (AL) foi testado com engenheiros mecânicos do Curso de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica de Santa Catarina, nesse teste preliminar os resultados foram satisfatórios. Todavia, há a necessidade de pesquisas adicionais com o SISFCO (AL) em diferentes domínios de aplicação. O modelo de função proposto vem contribuir com as: (i) áreas de pesquisas relacionadas aos sistemas de conhecimento baseado em linguagem natural aplicados à metodologia de projeto; (ii) pesquisas direcionadas para a integração de conhecimento funcional e informação geométrica. Nessa perspectiva, esta tese pode contribui para a efetiva integração entre as etapas iniciais (projeto informacional e conceitual) e finais (projeto preliminar e detalhado) das metodologias de projeto de produto. Contudo, ressalta-se que no momento, "este trabalho de pesquisa foi direcionado apenas para a primeira atividade da etapa do projeto conceitual de peça"