A Contribution to Conveying Quality Criteria in Mechanical CAD Models and Assemblies through Rubrics and Comprehensive Design Intent Quantification

Esta investigación examinó el uso de rúbricas de ensamblaje, describiendo su evolución a partir de rúbricas de piezas, y estudió cómo afectan a la autoevaluación de los estudiantes. También se valoró la evaluación de los estudiantes por los instructores, encontrando que, mientras que las rúbricas de ensamblaje fueron parcialmente comprendidas y utilizadas de manera eficiente por los estudiantes, éstas fueron usadas con más éxito por los instructores. En esta investigación se han abordado estrategias diseñadas para mejorar la comunicación de la intención de diseño en modelos CAD, acrecentando así su calidad, con directrices dirigidas a evaluar su eficiencia. Es evidente que se necesitan métricas dirigidas hacia la instrucción de la intención de diseño, ya que la intención de diseño transferida a través de modelos CAD puede realizarse en tres etapas con criterios contradictorios que deben ser equilibrados para llegar a la mejor estrategia de modelado. La investigación ha incluido el desarrollo de un método de validación que demuestra que las rúbricas son dispositivos útiles para garantizar una comunicación consistente de la intención de diseño, y son fundamentales no sólo para evaluar, sino también para comunicar las expectativas del instructor. En esta investigación se examinó cómo definir claramente las cualidades de la intención de diseño para permitir una más fácil evaluación de un ensamblaje CAD. Para todas las dimensiones de la rúbrica, se encontró más concordancia y correlación entre instructores que entre instructores y estudiantes. Existe una correlación moderada/fuerte entre los instructores para las dimensiones de la validez, completitud, concisión y claridad, mientras que existe una ligera correlación para las dimensiones de consistencia e intención del diseño. En segundo lugar, las rúbricas también pueden ser descritas como estáticas o dinámicas. Las rúbricas estáticas, existen sólo en papel, no proporcionan retroalimentación inmediata al educando. Las rúbricas dinámicas realizan cálculos que proporcionan observaciones de evaluación inmediatas al usuario. Además, pueden adaptarse a situaciones específicas dependiendo de la capacidad del usuario. Las rúbricas electrónicas son ideales para rúbricas dinámicas, y permiten el uso y desarrollo de rúbricas adaptativas y adaptables, como se describe a continuación. En tercer lugar, las rúbricas deben ser adaptables lo que debería hacerlas fácilmente comprensibles y fáciles de usar, y adaptativas. Las rúbricas de evaluación se usan cuando un experto determina el progreso pedagógico de un educando, mientras que las rúbricas formativas son empleadas por los propios estudiantes, para trazar su progreso e identificar las deficiencias escolares para las que necesitan apoyo. Las rúbricas se deben refinar y mejorar de forma continuada, en un proceso iterativo y colaborativo, hasta que se alcance un acuerdo satisfactorio, tanto entre evaluadores como entre evaluadores y alumnos. Por ello, se desarrollaron mapas de aserciones que ilustran el modo en que la estrategia de expansión-contracción adapta las rúbricas al progreso del aprendiz de CAD, a la vez que ayudan a comprender las diferentes dimensiones de la rúbrica. Basándose en los experimentos con las rúbricas de ensamblajes, es evidente que las pequeñas diferencias entre los instructores sugieren que la rúbrica de ensamblajes propuesta es lo suficientemente sofisticada como para proporcionar una evaluación acumulativa imparcial del desempeño del alumno. En consecuencia, se puede afirmar con confianza que los evaluadores pueden usarse indistintamente sin sacrificar la precisión. Sin embargo, la rúbrica de ensamblaje posee una eficacia finita para producir una autoevaluación formativa de las habilidades de ensamblaje CAD para nuevos alumnos.This research examined the use of assembly rubrics, described how they evolved from parts rubrics, and studied how they affect student self-evaluation. Instructor assessment of students was also evaluated, finding that while the assembly rubrics were partially understood and effectively used by the students, they were more successfully utilized by the instructors. Strategies designed to improve design intent communication in CAD models, in order to enhance their quality, with guidelines targeted to evaluate efficiency, have been addressed with this research. It is apparent that metrics directed toward the instruction of design intent are needed, since design intent transferred through CAD models can be performed at three stages with competing tradeoffs that must be balanced to arrive at the best modeling strategy. Research included the development of a validation approach that reflects that rubrics are valuable devices to expedite consistent design intent communication, and are vital not only for evaluation, but also for the communication of instructor expectations. This research examined how to clearly define qualities of design intent to enable easier CAD assembly assessment. It has been found that there is more inter-rater agreement and correlation between instructors than between instructors and students, for all rubric dimensions. There is strong to moderate correlation between instructors for the dimensions of validity, completeness, conciseness, and clarity, while slight correlation exists for the dimensions of consistency and design intent. Secondly, rubrics can also be described as being either static or dynamic. Static rubrics, existing in paper form only, do not provide immediate feedback to the learner. Dynamic rubrics perform calculations that provide immediate evaluative observations to the user. Besides, they can be independently adapted to specific situations depending on the capability of the user. Electronic rubrics are ideally suited for dynamic rubrics, and permit the use and development of both adaptable and adaptive rubrics, as described next. Thirdly, rubrics need to be adaptable which should make them easily understood and user-friendly, and adaptive (rubric can change itself, depending on the usage pattern). Evaluative rubrics are used when an expert determines the pedagogical progress of a learner, while formative rubrics are employed by the learners themselves, in order to chart their progress and identify scholastic deficiencies that are in need of remediation. Rubrics must be continually refined and improved, in an iterative, collaborative process, until satisfactory agreement is attained, both between raters, but also between raters and learners. Thus, assertions maps were developed, illustrating how the expand-contract strategy adapts the rubrics to CAD trainee progress, while assisting the understanding of the different rubric dimensions. Based on the assembly rubric experiments, it is apparent that the small differences between instructors suggests that the proposed assemblies rubric is sufficiently sophisticated to furnish an unbiased accumulative assessment of student performance. Accordingly, it can be confidently stated that raters can be used interchangeably without sacrificing accuracy. However, the assembly rubric possesses finite efficacy to produce formative self-evaluation of CAD assembly skills for new learners.Aquesta investigació examinà l'ús de rúbriques de acoblament, descrivint la seua evolució a partir de rúbriques de peces, i estudià cóm afecten a la autoavaluació dels estudiants. També es va valorar la avaluació dels estudiants per els instructors, trobant que, mentre que les rúbriques de acoblament van ser parcialment compreses i fetes servir de manera eficient per els estudiants, van ser usades amb mes èxit per els instructors. En aquesta investigació s'han abordat estrategues dissenyades per a millorar la comunicació de la intenció de disseny en models CAD, creixentat així la seua qualitat, amb directrius dirigides a avaluar la seua eficiència. Es evident que es necessiten mètriques dirigides cap a la instrucció de la intenció de disseny, ja que la intenció de disseny transferida a través de models CAD pot realitzar-se en tres etapes amb criteris contradictoris que deuen ser equilibrats per a arribar a la millor estratègia de modelatge. La investigació ha inclòs el desenvolupament de un mètode de validació que demostra que las rúbriques son dispositius útils per a garantir una comunicació consistent de la intenció de disseny, i son fonamentals no només per a avaluar, però també per a comunicar les expectatives de l'instructor. En aquesta investigació s'examinà com definir clarament les qualitats de la intenció de disseny per a permetre una mes fàcil avaluació de un acoblament CAD. Per a totes les dimensions de la rúbrica, es va trobar mes concordança i correlació entre instructors que no pas entre instructors i estudiants. Existeix una correlació moderada/fort entre els instructors per a les dimensions de la validesa, completesa, concisió i claredat, mentre que existeix una lleugera correlació per a les dimensions de consistència i intenció del disseny. En segon lloc, les rúbriques també poden ser descrites com estàtiques o dinàmiques. Les rúbriques estàtiques, existeixen sòls en paper, no proporcionen retroalimentació immediata a l'educand. Les rúbriques dinàmiques realitzen càlculs que proporcionen observacions de avaluació immediates al usuari. A mes, poden adaptar-se a situacions específiques dependent de la capacitat de l'usuari. Les rúbriques electròniques son ideals per a rúbriques dinàmiques, i permeten l'ús i desenvolupament de rúbriques adaptatives i adaptables, como es descriu a continuació. En tercer lloc, les rúbriques deuen ser adaptables, el que deuria ferles fàcilment comprensibles i fàcils d'usar, i adaptatives. Les rúbriques d'avaluació se usen quant un expert determina el progrés pedagògic de un educand, mentre que les rúbriques formatives son fetes servir per els propis estudiants, per a traçar el seu progrés i identificar les deficiències escolars para a les que necessiten suport. Les rúbriques es deuen refinar i millorar de forma continuada, en un procés iteratiu i col·laboratori, fins que se arriba a un acord satisfactori, tant entre avaluadors como entre avaluadors i alumnes. Por això, es desenvoluparen mapes de assercions que il·lustren el mode en que la estratègia de expansió-contracció adapta les rúbriques al progres del aprenent de CAD, a la vegada que ajuden a comprendre les diferents dimensions de la rúbrica. Basant-se en els experiments amb les rúbriques de acoblaments, es evident que les xicotetes diferencies entre els instructors suggereixen que la rúbrica de acoblaments proposta es lo suficientment sofisticada com per a proporcionar una avaluació acumulativa imparcial del acompliment de l'alumne. En conseqüència, es pot afirmar amb confiança que els avaluadors poden usar-se indistintament sense sacrificar la precisió. No obstant, la rúbrica de acoblaments posseeix una eficàcia finita per a produir una autoavaluació formativa de les habilitats de acoblament CAD per a nous alumnes.Otey, JM. (2017). A Contribution to Conveying Quality Criteria in Mechanical CAD Models and Assemblies through Rubrics and Comprehensive Design Intent Quantification [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/94627TESI

Fifty years of Hoare's Logic

We present a history of Hoare's logic.Comment: 79 pages. To appear in Formal Aspects of Computin

Contracts for System Design

Systems design has become a key challenge and differentiating factor over the last decades for system companies. Aircrafts, trains, cars, plants, distributed telecommunication military or health care systems, and more, involve systems design as a critical step. Complexity has caused system design times and costs to go severely over budget so as to threaten the health of entire industrial sectors. Heuristic methods and standard practices do not seem to scale with complexity so that novel design methods and tools based on a strong theoretical foundation are sorely needed. Model-based design as well as other methodologies such as layered and compositional design have been used recently but a unified intellectual framework with a complete design flow supported by formal tools is still lacking albeit some attempts at this framework such as Platform-based Design have been successfully deployed. Recently an "orthogonal" approach has been proposed that can be applied to all methodologies proposed thus far to provide a rigorous scaffolding for verification, analysis and abstraction/refinement: contractbased design. Several results have been obtained in this domain but a unified treatment of the topic that can help in putting contract-based design in perspective is still missing. This paper intends to provide such treatment where contracts are precisely defined and characterized so that they can be used in design methodologies such as the ones mentioned above with no ambiguity. In addition, the paper provides an important link between interfaces and contracts to show similarities and correspondences. Examples of the use of contracts in design are provided as well as in depth analysis of existing literature.Cet article fait le point sur le concept de contrat pour la conception de systèmes. Les contrats que nous proposons portent, non seulement sur des propriétés de typage de leurs interfaces, mais incluent une description abstraite de comportements. Nous proposons une méta-théorie, ou, si l'on veut, une théorie générique des contrats, qui permet le développement séparé de sous-systèmes. Nous montrons que cette méta-théorie se spécialise en l'une ou l'autre des théories connues

On Provably Correct Decision-Making for Automated Driving

The introduction of driving automation in road vehicles can potentially reduce road traffic crashes and significantly improve road safety. Automation in road vehicles also brings several other benefits such as the possibility to provide independent mobility for people who cannot and/or should not drive. Many different hardware and software components (e.g. sensing, decision-making, actuation, and control) interact to solve the autonomous driving task. Correctness of such automated driving systems is crucial as incorrect behaviour may have catastrophic consequences. Autonomous vehicles operate in complex and dynamic environments, which requires decision-making and planning at different levels. The aim of such decision-making components in these systems is to make safe decisions at all times. The challenge of safety verification of these systems is crucial for the commercial deployment of full autonomy in vehicles. Testing for safety is expensive, impractical, and can never guarantee the absence of errors. In contrast, formal methods, which are techniques that use rigorous mathematical models to build hardware and software systems can provide a mathematical proof of the correctness of the system. The focus of this thesis is to address some of the challenges in the safety verification of decision-making in automated driving systems. A central question here is how to establish formal verification as an efficient tool for automated driving software development.A key finding is the need for an integrated formal approach to prove correctness and to provide a complete safety argument. This thesis provides insights into how three different formal verification approaches, namely supervisory control theory, model checking, and deductive verification differ in their application to automated driving and identifies the challenges associated with each method. It identifies the need for the introduction of more rigour in the requirement refinement process and presents one possible solution by using a formal model-based safety analysis approach. To address challenges in the manual modelling process, a possible solution by automatically learning formal models directly from code is proposed