Journal of Korean Institute of Industrial Engineers
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v.24
no.1
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pp.23-35
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1998
This article presents a network flow analysis to form flexible machine cells with minimum intercellular part moves and a neural network model to form part families. The operational sequences and production quantity of the part, and the number of cells and the cell size are taken into considerations for a 0-1 quadratic programming formulation and a network flow based solution procedure is developed. After designing the machine cells, a neural network approach for the integration of part families and the automatic assignment of new parts to the existing cells is proposed. A multi-layer backpropagation network with one hidden layer is used. Experimental results with varying number of neurons in hidden layer to evaluate the role of hidden neurons in the network learning performance are also presented. The comprehensive methodology developed in this article is appropriate for solving large-scale industrial applications without building the knowledge-based expert rule for the cellular manufacturing environment.
An efficient methodology using static test data and changes in natural frequencies is proposed to identify the damages in structural systems. The methodology consists of two main stages. In the first stage, the Damage Signal Match (DSM) technique is employed to quickly identify the most potentially damaged elements so as to reduce the number of the solution space (solution parameters). In the second stage, a particle swarm optimization (PSO) approach is presented to accurately determine the actual damage extents using the first stage results. One numerical case study by using a planar truss and one experimental case study by using a full-scale steel truss structure are used to verify the proposed hybrid method. The identification results show that the proposed methodology can identify the location and severity of damage with a reasonable level of accuracy, even when practical considerations limit the number of measurements to only a few for a complex structure.
This paper presents a decentralized coordination for a small-scale mobile robot teams performing a task through cooperation. Robot teams are required to generate and maintain various geometric patterns adapting to an environment and/or a task in many cooperative applications. In particular, all robots must continue to strive toward achieving the team's mission even if some members fail to perform their role. Toward this end, given the number of robots in a team, an effective coordination is investigated for decentralized formation control strategies. Specifically, all members are required first to reach agreement on their coordinate system and have an identifier (ID) for role assignment in a self-organizing way. Then, employing IDs on individual robots within a common coordinate system, a decentralized neighbor-referenced formation control is realized to generate, keep, and switch between different geometric shapes. This approach is verified using an in-house simulator and physical mobile robots. We detail and evaluate the formation control approach, whose common features include self-organization, robustness, and flexibility.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.23
no.54
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pp.13-26
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2000
Machining route selection to produce parts should be based on shop flow information because of input data at scheduling tasks and is one of the main problem in process planning. This paper addresses the problem of machining route selection in multi-stage process with machine group included a similar function. The model proposed is formulated as 0-1 integer programing considering the relation of parts and machine table size, avaliable time of each machine for planning period, and delivery date. The objective of the model is to minimize the sum of processing, transportation, and setup time for all parts. Genetic algorithm approach is developed to solve this model. The efficiency of the approach is examined in comparison with the method of branch and bound technique for the same problem. Also, this paper is to solve large problem scale and provide it if the multiple machining routes are existed an optimal solution.
Impact forces induced by external object collisions can cause serious damages to civil engineering structures. While accurate and prompt identification of such impact forces is a critical task in structural health monitoring, it is not readily feasible for civil structures because the force measurement is extremely challenging and the force location is unpredictable for full-scale field structures. This study proposes a novel approach for identification of impact force including its location and time history using a small number of multi-metric observations. The method combines an augmented Kalman filter (AKF) and Genetic algorithm for accurate identification of impact force. The location of impact force is statistically determined in the way to minimize the AKF response estimate error at measured locations and then time history of the impact force is accurately constructed by optimizing the error co-variances of AKF using Genetic algorithm. The efficacy of proposed approach is numerically demonstrated using a truss and a plate model considering the presence of modelling error and measurement noises.
The deployment of advanced structural health monitoring (SHM) systems in large-scale civil structures collects large amounts of data. Note that these data may contain multiple types of anomalies (e.g., missing, minor, outlier, etc.) caused by harsh environment, sensor faults, transfer omission and other factors. These anomalies seriously affect the evaluation of structural performance. Therefore, the effective analysis and mining of SHM data is an extremely important task. Inspired by the deep learning paradigm, this study develops a novel generative adversarial network (GAN) and convolutional neural network (CNN)-based data anomaly detection approach for SHM. The framework of the proposed approach includes three modules : (a) A three-channel input is established based on fast Fourier transform (FFT) and Gramian angular field (GAF) method; (b) A GANomaly is introduced and trained to extract features from normal samples alone for class-imbalanced problems; (c) Based on the output of GANomaly, a CNN is employed to distinguish the types of anomalies. In addition, a dataset-oriented method (i.e., multistage sampling) is adopted to obtain the optimal sampling ratios between all different samples. The proposed approach is tested with acceleration data from an SHM system of a long-span bridge. The results show that the proposed approach has a higher accuracy in detecting the multi-pattern anomalies of SHM data.
Wireless smart sensor networks (WSSNs) have been proposed by a number of researchers to evaluate the current condition of civil infrastructure, offering improved understanding of dynamic response through dense instrumentation. As focus moves from laboratory testing to full-scale implementation, the need for multi-hop communication to address issues associated with the large size of civil infrastructure and their limited radio power has become apparent. Multi-hop communication protocols allow sensors to cooperate to reliably deliver data between nodes outside of direct communication range. However, application specific requirements, such as high sampling rates, vast amounts of data to be collected, precise internodal synchronization, and reliable communication, are quite challenging to achieve with generic multi-hop communication protocols. This paper proposes two complementary reliable multi-hop communication solutions for monitoring of civil infrastructure. In the first approach, termed herein General Purpose Multi-hop (GPMH), the wide variety of communication patterns involved in structural health monitoring, particularly in decentralized implementations, are acknowledged to develop a flexible and adaptable any-to-any communication protocol. In the second approach, termed herein Single-Sink Multi-hop (SSMH), an efficient many-to-one protocol utilizing all available RF channels is designed to minimize the time required to collect the large amounts of data generated by dense arrays of sensor nodes. Both protocols adopt the Ad-hoc On-demand Distance Vector (AODV) routing protocol, which provides any-to-any routing and multi-cast capability, and supports a broad range of communication patterns. The proposed implementations refine the routing metric by considering the stability of links, exclude functionality unnecessary in mostly-static WSSNs, and integrate a reliable communication layer with the AODV protocol. These customizations have resulted in robust realizations of multi-hop reliable communication that meet the demands of structural health monitoring.
Based on the Reissner mixed variational theorem (RMVT), the authors present a nonlocal Timoshenko beam theory (TBT) for the nonlinear free vibration analysis of multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) embedded in an elastic medium. In this formulation, four different edge conditions of the embedded MWCNT are considered, two different models with regard to the van der Waals interaction between each pair of walls constituting the MWCNT are considered, and the interaction between the MWCNT and its surrounding medium is simulated using the Pasternak-type foundation. The motion equations of an individual wall and the associated boundary conditions are derived using Hamilton's principle, in which the von $K{\acute{a}}rm{\acute{a}}n$ geometrical nonlinearity is considered. Eringen's nonlocal elasticity theory is used to account for the effects of the small length scale. Variations of the lowest frequency parameters with the maximum modal deflection of the embedded MWCNT are obtained using the differential quadrature method in conjunction with a direct iterative approach.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.17
no.3
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pp.107-114
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2017
In beacon-enabled mode, beacon collision is a significant problem for the scalability of cluster-tree wireless sensor networks. In this paper, multi-channel time division scheduling (MCTS) is proposed to prevent beacon collisions and provide scalability. A coordinator broadcasts a beacon frame, including information on allocated channels and time-slots, and a new node determines its own channel and time-slot. The performance of the proposed method is evaluated by comparing the proposed approach with a typical ZigBee. MCTS prevents beacon collisions in cluster-tree wireless sensor networks. It enables large-scale wireless sensor networks based on a cluster tree to be scalable and effectively constructed.
Bick, A.;Yang, F.;Shandalov, S.;Raveh, A.;Oron, G.
Membrane and Water Treatment
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v.2
no.2
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pp.105-119
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2011
This study presents the tests of an Immersed Membrane BioReactor (IMBR) equipped with a draft tube and focuses on the influence of hydrodynamic conditions on membrane fouling in a pilot-scale using a hollow fiber membrane module of ZW-10 under ambient conditions. In this system, the cross-flow velocities across the membrane surface were induced by a cylindrical draft-tube. The relationship between cross-flow velocity and aeration strength and the influence of the cross-flow on fouling rate (under various hydrodynamic conditions) were investigated using Multi-Dimension Scaling (MDS) analysis. MDS technique is especially suitable for samples with many variables and has relatively few observations, as the data about Membrane Bio-Reactor (MBR) often is. Observations and variables are analyzed simultaneously. According to the results, a specialized form of MDS, CoPlot enables presentation of the results in a two dimensional space and when plotting variables ratio (output/input) rather than original data the efficient units can be visualized clearly. The results indicate that: (i) aeration plays an important role in IMBR performance; (ii) implementing the MDS approach with reference to the variables ratio is consequently useful to characterize performance changes for data classification.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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