Automatic diagnostics and prognostics of energy conversion processes via knowledge-based systems

This paper presents a critical and analytical description of an ongoing research program aimed at the implementation of an expert system capable of monitoring, through an Intelligent Health Control procedure, the instantaneous performance of a cogeneration plant. An application has been tested on a real plant, located on the grounds of the ENEA-Casaccia Energy Laboratories. The expert system, denominated PROMISE as the Italian acronym for PROgnostic and Intelligent Monitoring Expert System, generates, in real time and in a form directly useful to the plant manager, information on the existence and severity of faults, forecasts on the future time history of both detected and likely faults, and suggestions on how to control the problem. The expert procedure, working where and if necessary with the support of a process simulator, derives from real-time data a list of selected performance indicators for each plant component. For a set of faults, pre-defined with the help of the plant operator, proper rules are defined in order to establish whether the component is working correctly; in several instances, since one single failure (symptom) can originate from more than one fault (cause), complex sets of rules expressing the combination of multiple indices have been introduced in the knowledge base as well. Creeping faults are detected by analyzing the trend of the variation of an indicator in a pre-assigned interval of time. Whenever the value of this "discrete time derivative" becomes "high" with respect to a specified limit value, a "latent creeping fault" condition is prognosed. The expert system architecture is based on an object-oriented paradigm. The knowledge base (facts and rules) is clustered: the chunks of knowledge pertain to individual components. A graphic user interface (GUI) allows the user to interrogate PROMISE about its rules, procedures, classes and objects, and about its inference path. The paper also presents the results of some tests conducted on the real plant. © 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved

Trajectory planning and control for robot manipulations

Comme les robots effectuent de plus en plus de tâches en interaction avec l'homme ou dans un environnement humain, ils doivent assurer la sécurité et le confort des hommes. Dans ce contexte, le robot doit adapter son comportement et agir en fonction des évolutions de l'environnement et des activités humaines. Les robots développés sur la base de l'apprentissage ou d'un planificateur de mouvement ne sont pas en mesure de réagir assez rapidement, c'est pourquoi nous proposons d'introduire un contrôleur de trajectoire intermédiaire dans l'architecture logicielle entre le contrôleur bas niveau et le planificateur de plus haut niveau. Le contrôleur de trajectoire que nous proposons est basé sur le concept de générateur de trajectoire en ligne (OTG), il permet de calculer des trajectoires en temps réel et facilite la communication entre les différents éléments, en particulier le planificateur de chemin, le générateur de trajectoire, le détecteur de collision et le contrôleur. Pour éviter de replanifier toute une trajectoire en réaction à un changement induit par un humain, notre contrôleur autorise la déformation locale de la trajectoire et la modification de la loi d'évolution pour accélérer ou décélérer le mouvement. Le contrôleur de trajectoire peut également commuter de la trajectoire initiale vers une nouvelle trajectoire. Les fonctions polynomiales cubiques que nous utilisons pour décrire les trajectoires fournissent des mouvements souples et de la flexibilité sans nécessiter de calculs complexes. De plus, les algorithmes de lissage que nous proposons permettent de produire des mouvements esthétiques ressemblants à ceux des humains. Ce travail, mené dans le cadre du projet ANR ICARO, a été intégré et validé avec les robots KUKA LWR de la plate-forme robotique du LAAS-CNRS.In order to perform a large variety of tasks in interaction with human or in human environments, a robot needs to guarantee safety and comfort for humans. In this context, the robot shall adapt its behavior and react to the environment changes and human activities. The robots based on learning or motion planning are not able to adapt fast enough, so we propose to use a trajectory controller as an intermediate control layer in the software structure. This intermediate layer exchanges information with the low level controller and the high level planner. The proposed trajectory controller, based on the concept of Online Trajectory Generation (OTG), allows real time computation of trajectories and easy communication with the different components, including path planner, trajectory generator, collision checker and controller. To avoid the replan of an entire trajectory when reacting to a human behaviour change, the controller must allow deforming locally a trajectory or accelerate/decelerate by modifying the time function. The trajectory controller must also accept to switch from an initial trajectory to a new trajectory to follow. Cubic polynomial functions are used to describe trajectories, they provide smoothness, flexibility and computational simplicity. Moreover, to satisfy the objective of aesthetics, smoothing algorithm are proposed to produce human-like motions. This work, conducted as part of the ANR project ICARO, has been integrated and validated on the KUKA LWR robot platform of LAAS-CNRS

Model-driven engineering techniques for the development of multi-agent systems

Model-driven engineering (MDE), implicitly based upon meta-model principles, is gaining more and more attention in software systems due to its inherent benefits. Its use normally improves the quality of the developed systems in terms of productivity, portability, inter-operability and maintenance. Therefore, its exploitation for the development of multi-agent systems (MAS) emerges in a natural way. In this paper, agent-oriented software development (AOSD) and MDE paradigms are fully integrated for the development of MAS. Meta-modeling techniques are explicitly used to speed up several phases of the process. The Prometheus methodology is used for the purpose of validating the proposal. The meta-object facility (MOF) architecture is used as a guideline for developing a MAS editor according to the language provided by Prometheus methodology. Firstly, an Ecore meta-model for Prometheus language is developed. Ecore is a powerful tool for designing model-driven architectures (MDA). Next, facilities provided by the Graphical Modeling Framework (GMF) are used to generate the graphical editor. It offers support to develop agent models conform to the meta-model specified. Afterwards, it is also described how an agent code generator can be developed. In this way, code is automatically generated using as input the model specified with the graphical editor. A case of study validates the method put in practice for the development of a multi-agent surveillance system

SCORE: Simulator for cloud optimization of resources andenergy consumption

Achieving efficiency both in terms of resource utilisation and energy consumption is acomplex challenge, especially in large-scale wide-purpose data centers that serve cloud- computing services. Simulation presents an appropriate solution for the development andtesting of strategies that aim to improve efficiency problems before their applications inproduction environments. Various cloud simulators have been proposed to cover differentaspects of the operation environment of cloud-computing systems. In this paper, we define the SCORE tool, which is dedicated to the simulation of energy-efficient monolithicand parallel-scheduling models and for the execution of heterogeneous, realistic and synthetic workloads. The simulator has been evaluated through empirical tests. The results ofthe experiments confirm that SCORE is a performant and reliable tool for testing energy- efficiency, security, and scheduling strategies in cloud-computing environments.European Cooperation in Science and Technology (COST) COST Action IC140

Ambient Agents: Embedded Agents for Remote Control and Monitoring Using the PANGEA Platform

Ambient intelligence has advanced significantly during the last few years. The incorporation of image processing and artificial intelligence techniques have opened the possibility for such aspects as pattern recognition, thus allowing for a better adaptation of these systems. This study presents a new model of an embedded agent especially designed to be implemented in sensing devices with resource constraints. This new model of an agent is integrated within the PANGEA (Platform for the Automatic Construction of Organiztions of Intelligent Agents) platform, an organizational-based platform, defining a new sensor role in the system and aimed at providing contextual information and interacting with the environment. A case study was developed over the PANGEA platform and designed using different agents and sensors responsible for providing user support at home in the event of incidents or emergencies. The system presented in the case study incorporates agents in Arduino hardware devices with recognition modules and illuminated bands; it also incorporates IP cameras programmed for automatic tracking, which can connect remotely in the event of emergencies. The user wears a bracelet, which contains a simple vibration sensor that can receive notifications about the emergency situation

JAMDER: JADE to MULTI-Agent Systems Development Resource

The semantic gap is distinguished by the difference between two descriptions generated using different representations. This difference has a negative impact on the developer productivity and probably, the quality of the written code. In software development context, the coding phase aims at coding the system consistent with the detailed project developed with a group of designed models. This paper presents an endeavor to consolidate different agent type definitions and implementation concepts for Multi-Agent Systems (MAS) involving the adaptation of the JADE framework regarding the theoretical concepts in MAS. Additionally, it contains a standardization of code generation. The main benefit of the proposed extension is to include the agent internal architectures, entities and relationships in an implementation framework and increase the productivity by code generation, ensuring the consistency between design and code. The applicability of the extension is illustrated by developing a multi-agent system for Moodle

Model for WCET prediction, scheduling and task allocation for emergent agent-behaviours in real-time scenarios

[ES]Hasta el momento no se conocen modelos de tiempo real específicamente desarrollados para su uso en sistemas abiertos, como las Organizaciones Virtuales de Agentes (OVs). Convencionalmente, los modelos de tiempo real se aplican a sistemas cerrados donde todas las variables se conocen a priori. Esta tesis presenta nuevas contribuciones y la novedosa integración de agentes en tiempo real dentro de OVs. Hasta donde alcanza nuestro conocimiento, éste es el primer modelo específicamente diseñado para su aplicación en OVs con restricciones temporales estrictas. Esta tesis proporciona una nueva perspectiva que combina la apertura y dinamicidad necesarias en una OV con las restricciones de tiempo real. Ésto es una aspecto complicado ya que el primer paradigma no es estricto, como el propio término de sistema abierto indica, sin embargo, el segundo paradigma debe cumplir estrictas restricciones. En resumen, el modelo que se presenta permite definir las acciones que una OV debe llevar a cabo con un plazo concreto, considerando los cambios que pueden ocurrir durante la ejecución de un plan particular. Es una planificación de tiempo real en una OV. Otra de las principales contribuciones de esta tesis es un modelo para el cálculo del tiempo de ejecución en el peor caso (WCET). La propuesta es un modelo efectivo para calcular el peor escenario cuando un agente desea formar parte de una OV y para ello, debe incluir sus tareas o comportamientos dentro del sistema de tiempo real, es decir, se calcula el WCET de comportamientos emergentes en tiempo de ejecución. También se incluye una planificación local para cada nodo de ejecución basada en el algoritmo FPS y una distribución de tareas entre los nodos disponibles en el sistema. Para ambos modelos se usan modelos matemáticos y estadísticos avanzados para crear un mecanismo adaptable, robusto y eficiente para agentes inteligentes en OVs. El desconocimiento, pese al estudio realizado, de una plataforma para sistemas abiertos que soporte agentes con restricciones de tiempo real y los mecanismos necesarios para el control y la gestión de OVs, es la principal motivación para el desarrollo de la plataforma de agentes PANGEA+RT. PANGEA+RT es una innovadora plataforma multi-agente que proporciona soporte para la ejecución de agentes en ambientes de tiempo real. Finalmente, se presenta un caso de estudio donde robots heterogéneos colaboran para realizar tareas de vigilancia. El caso de estudio se ha desarrollado con la plataforma PANGEA+RT donde el modelo propuesto está integrado. Por tanto al final de la tesis, con este caso de estudio se obtienen los resultados y conclusiones que validan el modelo

New platform for intelligent context-based distributed information fusion

Tesis por compendio de publicaciones[ES]Durante las últimas décadas, las redes de sensores se han vuelto cada vez más importantes y hoy en día están presentes en prácticamente todos los sectores de nuestra sociedad. Su gran capacidad para adquirir datos y actuar sobre el entorno, puede facilitar la construcción de sistemas sensibles al contexto, que permitan un análisis detallado y flexible de los procesos que ocurren y los servicios que se pueden proporcionar a los usuarios. Esta tesis doctoral se presenta en el formato de “Compendio de Artículos”, de tal forma que las principales características de la arquitectura multi-agente distribuida propuesta para facilitar la interconexión de redes de sensores se presentan en tres artículos bien diferenciados. Se ha planteado una arquitectura modular y ligera para dispositivos limitados computacionalmente, diseñando un mecanismo de comunicación flexible que permite la interacción entre diferentes agentes embebidos, desplegados en dispositivos de tamaño reducido. Se propone un nuevo modelo de agente embebido, como mecanismo de extensión para la plataforma PANGEA. Además, se diseña un nuevo modelo de organización virtual de agentes especializada en la fusión de información. De esta forma, los agentes inteligentes tienen en cuenta las características de las organizaciones existentes en el entorno a la hora de proporcionar servicios. El modelo de fusión de información presenta una arquitectura claramente diferenciada en 4 niveles, siendo capaz de obtener la información proporcionada por las redes de sensores (capas inferiores) para ser integrada con organizaciones virtuales de agentes (capas superiores). El filtrado de señales, minería de datos, sistemas de razonamiento basados en casos y otras técnicas de Inteligencia Artificial han sido aplicadas para la consecución exitosa de esta investigación. Una de las principales innovaciones que pretendo con mi estudio, es investigar acerca de nuevos mecanismos que permitan la adición dinámica de redes de sensores combinando diferentes tecnologías con el propósito final de exponer un conjunto de servicios de usuario de forma distribuida. En este sentido, se propondrá una arquitectura multiagente basada en organizaciones virtuales que gestione de forma autónoma la infraestructura subyacente constituida por el hardware y los diferentes sensores