Evaluation of Cognitive Architectures for Cyber-Physical Production Systems

Cyber-physical production systems (CPPS) integrate physical and computational resources due to increasingly available sensors and processing power. This enables the usage of data, to create additional benefit, such as condition monitoring or optimization. These capabilities can lead to cognition, such that the system is able to adapt independently to changing circumstances by learning from additional sensors information. Developing a reference architecture for the design of CPPS and standardization of machines and software interfaces is crucial to enable compatibility of data usage between different machine models and vendors. This paper analysis existing reference architecture regarding their cognitive abilities, based on requirements that are derived from three different use cases. The results from the evaluation of the reference architectures, which include two instances that stem from the field of cognitive science, reveal a gap in the applicability of the architectures regarding the generalizability and the level of abstraction. While reference architectures from the field of automation are suitable to address use case specific requirements, and do not address the general requirements, especially w.r.t. adaptability, the examples from the field of cognitive science are well usable to reach a high level of adaption and cognition. It is desirable to merge advantages of both classes of architectures to address challenges in the field of CPPS in Industrie 4.0

Enhancing Service Lifecycle Management - Costing as Part of Service Descriptions

Outsourcing of IT and business processes results in an increased exchange of services. For inter-organizational service exchange to be successful, the participating network players have to establish unified and thus interoperable means of service description. An analysis of contemporary approaches identified a deficit of almost all approaches to address monetary aspects of a service, especially costs. This paper argues that costs are prevalent in almost all stages of a services’ lifecycle, and thus its’ role within Service Lifecycle Management (SLM) is paramount. Recognizing this discrepancy, the paper proposes a basic version of a costing model that allows for a multi-periodic depiction of service-related costs as part of a service description. It is modeled and implemented as an extension of USDL, the Unified Service Description Language. A case example from the financial services industry demonstrates the artifact’s applicability

Experimental and numerical analysis of atmospheric propagation of high energy laser

The transmission of high power laser radiation through the atmosphere is influenced by turbulent motion of the air. As a result the beam experiences an alteration regarding its position and its distribution, which increases with increasing propagation length. In order to analyze the atmospheric influence on the laser beam propagation a disk laser with a maximum output power of 6 kW and a wavelength of 1.03 µm is operated on a 130 m long free transmission laser test range in Lampoldshausen. The test range is equipped with a variety of sensors, which continuously monitor the current status of the weather conditions. Power sensors and camera systems at the beginning and the end of the test range measure the laser beam parameters before and after propagation. The experimental results are compared with a numerical analysis of the laser beam propagation performed by the software TALAP (Turbulent Atmosphere and Laser Beam Propagation), developed at the Institute of Technical Physics of DLR. It is based on the Kolmogorov turbulence model, which considers turbulent cells of different scale sizes. First measurements of power transmission, diameter of the laser beam and variations of its center of gravity are performed on a sunny and on a rainy day. The results show a good correlations to the measurements of the turbulence strength and the visibility. A comparison to the numerical analysis has shown coincidences. Future measurements will be performed at different weather conditions and seasons. Experimental results will be used to modify the simulation software, if necessary

Polar Bear Aerial Survey in the Eastern Chukchi Sea: A Pilot Study

Alaska has two polar bear populations: the Southern Beaufort Sea population, shared with Canada, and the Chukchi/Bering Seas population, shared with Russia. Currently a reliable population estimate for the Chukchi/Bering Seas population does not exist. Land-based aerial and mark-recapture population surveys may not be possible in the Chukchi Sea because variable ice conditions, the limited range of helicopters, extremely large polar bear home ranges, and severe weather conditions may limit access to remote areas. Thus line-transect aerial surveys from icebreakers may be the best available tool to monitor this polar bear stock. In August 2000, a line-transect survey was conducted in the eastern Chukchi Sea and western Beaufort Sea from helicopters based on a U.S. Coast Guard icebreaker under the "Ship of Opportunity" program. The objectives of this pilot study were to estimate polar bear density in the eastern Chukchi and western Beaufort Seas and to assess the logistical feasibility of using ship-based aerial surveys to develop polar bear population estimates. Twenty-nine polar bears in 25 groups were sighted on 94 transects (8257 km). The density of bears was estimated as 1 bear per 147 km² (CV = 38%). Additional aerial surveys in late fall, using dedicated icebreakers, would be required to achieve the number of sightings, survey effort, coverage, and precision needed for more effective monitoring of population trends in the Chukchi Sea.L'Alaska a deux populations d'ours polaires : celle du sud de la mer de Beaufort, commune avec le Canada, et celle de la mer des Tchouktches / mer de Béring, commune avec la Russie. À l'heure actuelle, on ne possède pas d'estimation fiable de la population de la mer des Tchouktches / mer de Béring. En raison des conditions variables de la glace, de la portée limitée des hélicoptères, de la très grande étendue du domaine vital de l'ours polaire et des conditions météorologiques particulièrement mauvaises - facteurs qui limitent l'accès aux régions éloignées -, il n'est peut-être pas possible d'effectuer des relevés aériens à base terrestre de la population ou des relevés par marquage-recapture. Le meilleur outil disponible pour une surveillance continue de cette population d'ours polaires semble donc être le relevé de transects effectué depuis les airs par un appareil embarqué sur un brise-glace. En août 2000, un relevé de transect a été effectué dans l'est de la mer des Tchouktches et dans l'ouest de la mer de Beaufort depuis des hélicoptères embarqués sur un brise-glace de la garde côtière américaine sous les auspices du programme des navires de passage. Les objectifs de cette étude pilote étaient d'estimer la densité de l'ours polaire dans l'est de la mer des Tchouktches et l'ouest de la mer de Beaufort, et d'évaluer la faisabilité logistique de l'utilisation d'hélicoptères embarqués pour établir des estimations de la population d'ours polaires. Vingt-neuf ours polaires répartis en 25 groupes ont été aperçus dans 94 transects (8257 km). La densité des ours était évaluée à 1 animal par 147 km² (CV = 38 %). Il faudrait réaliser d'autres relevés aériens à la fin de l'automne, en ayant recours à des brise-glace spécialisés, pour en arriver au nombre d'observations, aux activités de relevés, à la couverture et à la précision nécessaires à une surveillance plus efficace des tendances démographiques dans la mer des Tchouktches

Cognitive Capabilities for the CAAI in Cyber-Physical Production Systems

This paper presents the cognitive module of the cognitive architecture for artificial intelligence (CAAI) in cyber-physical production systems (CPPS). The goal of this architecture is to reduce the implementation effort of artificial intelligence (AI) algorithms in CPPS. Declarative user goals and the provided algorithm-knowledge base allow the dynamic pipeline orchestration and configuration. A big data platform (BDP) instantiates the pipelines and monitors the CPPS performance for further evaluation through the cognitive module. Thus, the cognitive module is able to select feasible and robust configurations for process pipelines in varying use cases. Furthermore, it automatically adapts the models and algorithms based on model quality and resource consumption. The cognitive module also instantiates additional pipelines to test algorithms from different classes. CAAI relies on well-defined interfaces to enable the integration of additional modules and reduce implementation effort. Finally, an implementation based on Docker, Kubernetes, and Kafka for the virtualization and orchestration of the individual modules and as messaging-technology for module communication is used to evaluate a real-world use case

Des pièces d’armes au service de l’artisanat textile ? le cas des lames de tisserand mérovingiennesen contexte funéraire

Au sein de l’ensemble funéraire mérovingien de Vendenheim (Alsace, Bas-Rhin), deux lames de tisserand en fer ont récemment été mises au jour dans deux sépultures féminines. Cette découverte plutôt inhabituelle incite aujourd’hui à faire le point sur cet ustensile aussi peu fréquent qu’énigmatique. Communément interprétés comme lames de tisserand en raison de leur fréquente association avec les fusaïoles et les fuseaux déposés en contexte funéraire, ces artefacts soulèvent néanmoins des interrogations en termes de fonction, d’utilisation et de charge symbolique. Découverts dans des sépultures féminines mérovingiennes exclusivement privilégiées, ils ont pu jouer un rôle emblématique en signifiant le rang social de la défunte. Si l’on admet, par ailleurs, que l’argument fondé sur une convergence de l’outillage relatif aux activités textiles suffise à décider de leur fonction, demeure la question de leur utilisation. Quels ouvrages ces « épées-lames » de tisserand ont-elles servi à confectionner, sur quels dispositifs de tissage et selon quels procédés ? Qu’utilisait-on dans les régions manifestement exemptes de cette sorte d’outil ? Les exemplaires retaillés dans des pièces d’armement sont effectivement rarissimes dans le nord-ouest du territoire franc ; à l’inverse, ils sont plus fréquents dans les sépultures scandinaves, anglo-saxonnes, thuringiennes, en Bohème, dans les territoires lombards du Danube ainsi qu’en Pannonie et en Italie. Mystérieux à bien des égards, cet outil amène enfin à s’interroger sur le lien fonctionnel et symbolique qui unit potentiellement deux univers a priori très éloignés : l’art du combat et celui du tissage.In 2011, two weaving beaters were found in two female graves in the Merovingian cemetery in Vendenheim (Alsace, Bas-Rhin, France). These unusual artefacts have led us to review what we know about this rare and mysterious tool. Although clearly identified as weaving beaters due to frequently being placed with spindles in graves, their function, use and symbolism remain obscure. Found in both humble and aristocratic Merovingian female graves, they may have represented the social status of the person buried. Although the links between these objects and the textile industry suffice to understand their function, what of their use ? What kind of textile works were these “swords” used for ? On what types of looms were they used and how ? What was used in regions where such iron weaving beaters are not found ? Very few examples of these tools exist in north-western Frankish territory, whereas they are more frequent in graves in Scandinavian, Anglo-Saxon and Thuringian territories, in Bohemia, in the Lombard regions near the Danube, in Pannonia and Italy. In many ways mysterious, these tools stimulate queries on the link between the functional and the symbolic, and unite two distinct realms: the arts of fighting and weaving.Im merowingischen Bestattungsensemblevon Vendenheim (Region Elsass, Departement Bas-Rhin) wurden unlängst in zwei Frauengräbern zwei eiserne Webschwerter freigelegt. Diese eher ungewöhnlichen Funde bieten die Gelegenheit, dieses ebenso unübliche wie rätselhafte Gerät zu erörtern. Gewöhnlich auf Grund ihrer häufigen Assoziierung in Bestattungskontexten mit Spinnwirteln und Spindeln als Webschwerter interpretiert, werfen diese Artefakte jedoch Fragen hinsichtlich ihrer Funktion, Nutzung und ihrem symbolischen Wert auf. Sie wurden ausschließlich in privilegierten merowingischen Frauengräbern entdeckt und könnten als Hinweis auf den sozialen Rang der Verstorbenen eine emblematische Rolle gespielt haben. Angenommen es genügt für die Bestimmung der Funktion eines Gerätes, eine Verbindung zur Herstellung von Textilen nachzuweisen, dann steht immer noch die Frage offen, welche Textilen mit diesen „Webschwertern“ hergestellt wurden, auf welchen Webgeräten und mit welchen Verfahren ? Welcher Geräte bediente man sich dort, wo diese Art von Instrument offensichtlich fehlte ? Die Exemplare, für die Waffen umgearbeitet worden waren, sind im Nordwesten des fränkischen Territoriums in der Tat äußerst selten ; im Gegensatz dazu kommen sie in skandinavischen, angel-sächsischen, thüringischen Gräbern, in Böhmen, den lombardischen Territorien der Donau sowie in Pannonien und Italien häufiger vor. Dieses in vieler Hinsicht mysteriöse Gerät zieht schließlich die Frage nach sich, welcher funktionelle und symbolische Zusammenhang wohl zwischen zwei auf den ersten Blick weit voneinander entfernten Welten bestanden haben mag: der Kriegs- und die Webkunst

Des pièces d’armes au service de l’artisanat textile ? le cas des lames de tisserand mérovingiennesen contexte funéraire

Au sein de l’ensemble funéraire mérovingien de Vendenheim (Alsace, Bas-Rhin), deux lames de tisserand en fer ont récemment été mises au jour dans deux sépultures féminines. Cette découverte plutôt inhabituelle incite aujourd’hui à faire le point sur cet ustensile aussi peu fréquent qu’énigmatique. Communément interprétés comme lames de tisserand en raison de leur fréquente association avec les fusaïoles et les fuseaux déposés en contexte funéraire, ces artefacts soulèvent néanmoins des interrogations en termes de fonction, d’utilisation et de charge symbolique. Découverts dans des sépultures féminines mérovingiennes exclusivement privilégiées, ils ont pu jouer un rôle emblématique en signifiant le rang social de la défunte. Si l’on admet, par ailleurs, que l’argument fondé sur une convergence de l’outillage relatif aux activités textiles suffise à décider de leur fonction, demeure la question de leur utilisation. Quels ouvrages ces « épées-lames » de tisserand ont-elles servi à confectionner, sur quels dispositifs de tissage et selon quels procédés ? Qu’utilisait-on dans les régions manifestement exemptes de cette sorte d’outil ? Les exemplaires retaillés dans des pièces d’armement sont effectivement rarissimes dans le nord-ouest du territoire franc ; à l’inverse, ils sont plus fréquents dans les sépultures scandinaves, anglo-saxonnes, thuringiennes, en Bohème, dans les territoires lombards du Danube ainsi qu’en Pannonie et en Italie. Mystérieux à bien des égards, cet outil amène enfin à s’interroger sur le lien fonctionnel et symbolique qui unit potentiellement deux univers a priori très éloignés : l’art du combat et celui du tissage.In 2011, two weaving beaters were found in two female graves in the Merovingian cemetery in Vendenheim (Alsace, Bas-Rhin, France). These unusual artefacts have led us to review what we know about this rare and mysterious tool. Although clearly identified as weaving beaters due to frequently being placed with spindles in graves, their function, use and symbolism remain obscure. Found in both humble and aristocratic Merovingian female graves, they may have represented the social status of the person buried. Although the links between these objects and the textile industry suffice to understand their function, what of their use ? What kind of textile works were these “swords” used for ? On what types of looms were they used and how ? What was used in regions where such iron weaving beaters are not found ? Very few examples of these tools exist in north-western Frankish territory, whereas they are more frequent in graves in Scandinavian, Anglo-Saxon and Thuringian territories, in Bohemia, in the Lombard regions near the Danube, in Pannonia and Italy. In many ways mysterious, these tools stimulate queries on the link between the functional and the symbolic, and unite two distinct realms: the arts of fighting and weaving.Im merowingischen Bestattungsensemblevon Vendenheim (Region Elsass, Departement Bas-Rhin) wurden unlängst in zwei Frauengräbern zwei eiserne Webschwerter freigelegt. Diese eher ungewöhnlichen Funde bieten die Gelegenheit, dieses ebenso unübliche wie rätselhafte Gerät zu erörtern. Gewöhnlich auf Grund ihrer häufigen Assoziierung in Bestattungskontexten mit Spinnwirteln und Spindeln als Webschwerter interpretiert, werfen diese Artefakte jedoch Fragen hinsichtlich ihrer Funktion, Nutzung und ihrem symbolischen Wert auf. Sie wurden ausschließlich in privilegierten merowingischen Frauengräbern entdeckt und könnten als Hinweis auf den sozialen Rang der Verstorbenen eine emblematische Rolle gespielt haben. Angenommen es genügt für die Bestimmung der Funktion eines Gerätes, eine Verbindung zur Herstellung von Textilen nachzuweisen, dann steht immer noch die Frage offen, welche Textilen mit diesen „Webschwertern“ hergestellt wurden, auf welchen Webgeräten und mit welchen Verfahren ? Welcher Geräte bediente man sich dort, wo diese Art von Instrument offensichtlich fehlte ? Die Exemplare, für die Waffen umgearbeitet worden waren, sind im Nordwesten des fränkischen Territoriums in der Tat äußerst selten ; im Gegensatz dazu kommen sie in skandinavischen, angel-sächsischen, thüringischen Gräbern, in Böhmen, den lombardischen Territorien der Donau sowie in Pannonien und Italien häufiger vor. Dieses in vieler Hinsicht mysteriöse Gerät zieht schließlich die Frage nach sich, welcher funktionelle und symbolische Zusammenhang wohl zwischen zwei auf den ersten Blick weit voneinander entfernten Welten bestanden haben mag: der Kriegs- und die Webkunst