Data science on industrial data -- Today's challenges in brown field applications

Much research is done on data analytics and machine learning. In industrial processes large amounts of data are available and many researchers are trying to work with this data. In practical approaches one finds many pitfalls restraining the application of modern technologies especially in brown field applications. With this paper we want to show state of the art and what to expect when working with stock machines in the field. A major focus in this paper is on data collection which can be more cumbersome than most people might expect. Also data quality for machine learning applications is a challenge once leaving the laboratory. In this area one has to expect the lack of semantic description of the data as well as very little ground truth being available for training and verification of machine learning models. A last challenge is IT security and passing data through firewalls

OPC UA information model and a wrapper for IEC 61499 runtimes

OPC UA is considered as an important communication technology for Industry 4.0 components. On the other hand, IEC 61499 is one of the technologies available for developing applications to the same components. In this paper, a proposal for an OPC UA information model for IEC 61499 systems is developed in order to enhance communication with IEC 61499 applications through OPC UA. Already existing related information models, particularly OPC UA for Devices and IEC 61131-3, are utilized as models and parts of the design. An OPC UA wrapper for IEC 61499 runtimes is presented as one possible way to implement the information model. Both the information model and the wrapper are then tested through a case study.Peer reviewe

Anpassen verteilter eingebetteter Anwendungen im laufenden Betrieb

The availability of third-party apps is among the key success factors for software ecosystems: The users benefit from more features and innovation speed, while third-party solution vendors can leverage the platform to create successful offerings. However, this requires a certain decoupling of engineering activities of the different parties not achieved for distributed control systems, yet. While late and dynamic integration of third-party components would be required, resulting control systems must provide high reliability regarding real-time requirements, which leads to integration complexity. Closing this gap would particularly contribute to the vision of software-defined manufacturing, where an ecosystem of modern IT-based control system components could lead to faster innovations due to their higher abstraction and availability of various frameworks. Therefore, this thesis addresses the research question: How we can use modern IT technologies and enable independent evolution and easy third-party integration of software components in distributed control systems, where deterministic end-to-end reactivity is required, and especially, how can we apply distributed changes to such systems consistently and reactively during operation? This thesis describes the challenges and related approaches in detail and points out that existing approaches do not fully address our research question. To tackle this gap, a formal specification of a runtime platform concept is presented in conjunction with a model-based engineering approach. The engineering approach decouples the engineering steps of component definition, integration, and deployment. The runtime platform supports this approach by isolating the components, while still offering predictable end-to-end real-time behavior. Independent evolution of software components is supported through a concept for synchronous reconfiguration during full operation, i.e., dynamic orchestration of components. Time-critical state transfer is supported, too, and can lead to bounded quality degradation, at most. The reconfiguration planning is supported by analysis concepts, including simulation of a formally specified system and reconfiguration, and analyzing potential quality degradation with the evolving dataflow graph (EDFG) method. A platform-specific realization of the concepts, the real-time container architecture, is described as a reference implementation. The model and the prototype are evaluated regarding their feasibility and applicability of the concepts by two case studies. The first case study is a minimalistic distributed control system used in different setups with different component variants and reconfiguration plans to compare the model and the prototype and to gather runtime statistics. The second case study is a smart factory showcase system with more challenging application components and interface technologies. The conclusion is that the concepts are feasible and applicable, even though the concepts and the prototype still need to be worked on in future -- for example, to reach shorter cycle times.Eine große Auswahl von Drittanbieter-Lösungen ist einer der Schlüsselfaktoren für Software Ecosystems: Nutzer profitieren vom breiten Angebot und schnellen Innovationen, während Drittanbieter über die Plattform erfolgreiche Lösungen anbieten können. Das jedoch setzt eine gewisse Entkopplung von Entwicklungsschritten der Beteiligten voraus, welche für verteilte Steuerungssysteme noch nicht erreicht wurde. Während Drittanbieter-Komponenten möglichst spät -- sogar Laufzeit -- integriert werden müssten, müssen Steuerungssysteme jedoch eine hohe Zuverlässigkeit gegenüber Echtzeitanforderungen aufweisen, was zu Integrationskomplexität führt. Dies zu lösen würde insbesondere zur Vision von Software-definierter Produktion beitragen, da ein Ecosystem für moderne IT-basierte Steuerungskomponenten wegen deren höherem Abstraktionsgrad und der Vielzahl verfügbarer Frameworks zu schnellerer Innovation führen würde. Daher behandelt diese Dissertation folgende Forschungsfrage: Wie können wir moderne IT-Technologien verwenden und unabhängige Entwicklung und einfache Integration von Software-Komponenten in verteilten Steuerungssystemen ermöglichen, wo Ende-zu-Ende-Echtzeitverhalten gefordert ist, und wie können wir insbesondere verteilte Änderungen an solchen Systemen konsistent und im Vollbetrieb vornehmen? Diese Dissertation beschreibt Herausforderungen und verwandte Ansätze im Detail und zeigt auf, dass existierende Ansätze diese Frage nicht vollständig behandeln. Um diese Lücke zu schließen, beschreiben wir eine formale Spezifikation einer Laufzeit-Plattform und einen zugehörigen Modell-basierten Engineering-Ansatz. Dieser Ansatz entkoppelt die Design-Schritte der Entwicklung, Integration und des Deployments von Komponenten. Die Laufzeit-Plattform unterstützt den Ansatz durch Isolation von Komponenten und zugleich Zeit-deterministischem Ende-zu-Ende-Verhalten. Unabhängige Entwicklung und Integration werden durch Konzepte für synchrone Rekonfiguration im Vollbetrieb unterstützt, also durch dynamische Orchestrierung. Dies beinhaltet auch Zeit-kritische Zustands-Transfers mit höchstens begrenzter Qualitätsminderung, wenn überhaupt. Rekonfigurationsplanung wird durch Analysekonzepte unterstützt, einschließlich der Simulation formal spezifizierter Systeme und Rekonfigurationen und der Analyse der etwaigen Qualitätsminderung mit dem Evolving Dataflow Graph (EDFG). Die Real-Time Container Architecture wird als Referenzimplementierung und Evaluationsplattform beschrieben. Zwei Fallstudien untersuchen Machbarkeit und Nützlichkeit der Konzepte. Die erste verwendet verschiedene Varianten und Rekonfigurationen eines minimalistischen verteilten Steuerungssystems, um Modell und Prototyp zu vergleichen sowie Laufzeitstatistiken zu erheben. Die zweite Fallstudie ist ein Smart-Factory-Demonstrator, welcher herausforderndere Applikationskomponenten und Schnittstellentechnologien verwendet. Die Konzepte sind den Studien nach machbar und nützlich, auch wenn sowohl die Konzepte als auch der Prototyp noch weitere Arbeit benötigen -- zum Beispiel, um kürzere Zyklen zu erreichen

XLIII Jornadas de Automática: libro de actas: 7, 8 y 9 de septiembre de 2022, Logroño (La Rioja)

[Resumen] Las Jornadas de Automática (JA) son el evento más importante del Comité Español de Automática (CEA), entidad científico-técnica con más de cincuenta años de vida y destinada a la difusión e implantación de la Automática en la sociedad. Este año se celebra la cuadragésima tercera edición de las JA, que constituyen el punto de encuentro de la comunidad de Automática de nuestro país. La presente edición permitirá dar visibilidad a los nuevos retos y resultados del ámbito, y su uso en un gran número de aplicaciones, entre otras, las energías renovables, la bioingeniería o la robótica asistencial. Además de la componente científica, que se ve reflejada en este libro de actas, las JA son un punto de encuentro de las diferentes generaciones de profesores, investigadores y profesionales, incluyendo la componente social que es de vital importancia. Esta edición 2022 de las JA se celebra en Logroño, capital de La Rioja, región mundialmente conocida por la calidad de sus vinos de Denominación de Origen y que ha asumido el desafío de poder ganar competitividad a través de la transformación verde y digital. Pero también por ser la cuna del castellano e impulsar el Valle de la Lengua con la ayuda de las nuevas tecnologías, entre ellas la Automática Inteligente. Los organizadores de estas JA, pertenecientes al Área de Ingeniería de Sistemas y Automática del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de La Rioja (UR), constituyen un pilar fundamental en el apoyo a la región para el estudio, implementación y difusión de estos retos. Esta edición, la primera en formato íntegramente presencial después de la pandemia de la covid-19, cuenta con más de 200 asistentes y se celebra a caballo entre el Edificio Politécnico de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial y el Monasterio de Yuso situado en San Millán de la Cogolla, dos marcos excepcionales para la realización de las JA. Como parte del programa científico, dos sesiones plenarias harán hincapié, respectivamente, sobre soluciones de control para afrontar los nuevos retos energéticos, y sobre la calidad de los datos para una inteligencia artificial (IA) imparcial y confiable. También, dos mesas redondas debatirán aplicaciones de la IA y la implantación de la tecnología digital en la actividad profesional. Adicionalmente, destacaremos dos clases magistrales alineadas con tecnología de última generación que serán impartidas por profesionales de la empresa. Las JA también van a albergar dos competiciones: CEABOT, con robots humanoides, y el Concurso de Ingeniería de Control, enfocado a UAVs. A todas estas actividades hay que añadir las reuniones de los grupos temáticos de CEA, las exhibiciones de pósteres con las comunicaciones presentadas a las JA y los expositores de las empresas. Por último, durante el evento se va a proceder a la entrega del “Premio Nacional de Automática” (edición 2022) y del “Premio CEA al Talento Femenino en Automática”, patrocinado por el Gobierno de La Rioja (en su primera edición), además de diversos galardones enmarcados dentro de las actividades de los grupos temáticos de CEA. Las actas de las XLIII Jornadas de Automática están formadas por un total de 143 comunicaciones, organizadas en torno a los nueve Grupos Temáticos y a las dos Líneas Estratégicas de CEA. Los trabajos seleccionados han sido sometidos a un proceso de revisión por pares

Systematic Approaches for Telemedicine and Data Coordination for COVID-19 in Baja California, Mexico

Conference proceedings info: ICICT 2023: 2023 The 6th International Conference on Information and Computer Technologies Raleigh, HI, United States, March 24-26, 2023 Pages 529-542We provide a model for systematic implementation of telemedicine within a large evaluation center for COVID-19 in the area of Baja California, Mexico. Our model is based on human-centric design factors and cross disciplinary collaborations for scalable data-driven enablement of smartphone, cellular, and video Teleconsul-tation technologies to link hospitals, clinics, and emergency medical services for point-of-care assessments of COVID testing, and for subsequent treatment and quar-antine decisions. A multidisciplinary team was rapidly created, in cooperation with different institutions, including: the Autonomous University of Baja California, the Ministry of Health, the Command, Communication and Computer Control Center of the Ministry of the State of Baja California (C4), Colleges of Medicine, and the College of Psychologists. Our objective is to provide information to the public and to evaluate COVID-19 in real time and to track, regional, municipal, and state-wide data in real time that informs supply chains and resource allocation with the anticipation of a surge in COVID-19 cases. RESUMEN Proporcionamos un modelo para la implementación sistemática de la telemedicina dentro de un gran centro de evaluación de COVID-19 en el área de Baja California, México. Nuestro modelo se basa en factores de diseño centrados en el ser humano y colaboraciones interdisciplinarias para la habilitación escalable basada en datos de tecnologías de teleconsulta de teléfonos inteligentes, celulares y video para vincular hospitales, clínicas y servicios médicos de emergencia para evaluaciones de COVID en el punto de atención. pruebas, y para el tratamiento posterior y decisiones de cuarentena. Rápidamente se creó un equipo multidisciplinario, en cooperación con diferentes instituciones, entre ellas: la Universidad Autónoma de Baja California, la Secretaría de Salud, el Centro de Comando, Comunicaciones y Control Informático. de la Secretaría del Estado de Baja California (C4), Facultades de Medicina y Colegio de Psicólogos. Nuestro objetivo es proporcionar información al público y evaluar COVID-19 en tiempo real y rastrear datos regionales, municipales y estatales en tiempo real que informan las cadenas de suministro y la asignación de recursos con la anticipación de un aumento de COVID-19. 19 casos.ICICT 2023: 2023 The 6th International Conference on Information and Computer Technologieshttps://doi.org/10.1007/978-981-99-3236-