This paper introduces an approach to enhance the performance of magnetic manipulation systems for microrobot actuation. A variety of eight-electromagnet configurations have been proposed to date. The previous study revealed that achieving 5 degrees of freedom (5-DOF) control necessitates at least eight electromagnets without encountering workspace singularities. But so far, the research considering the influence of iron cores embedded in electromagnets has not been conducted. This paper offers a novel approach to optimizing electromagnet configurations that effectively consider the influence of iron cores. The proposed methodology integrates probabilistic optimization with finite element methods (FEM), using Bayesian Optimization (BO). The Bayesian optimization aims to optimize the worst-case magnetic force generation for enhancing the performance of magnetic manipulation system. The proposed simulation-based model achieves approximately 20% improvement compared to previous systems in terms of actuation performance. This study has the potential for enhancing magnetic manipulation systems for microrobot control, particularly in medical and microscale technology applications.
Background: Any real application of Bayesian inference must acknowledge that both prior distribution and likelihood function have only been specified as more or less convenient approximations to whatever the analyzer's true belief might be. If the inferences from the Bayesian analysis are to be trusted, it is important to determine that they are robust to such variations of prior and likelihood as might also be consistent with the analyzer's stated beliefs. Materials and Methods: The robust Bayesian inference was applied to atmospheric dispersion assessment using Gaussian plume model. The scopes of contaminations were specified as the uncertainties of distribution type and parametric variability. The probabilistic distribution of model parameters was assumed to be contaminated as the symmetric unimodal and unimodal distributions. The distribution of the sector-averaged relative concentrations was then calculated by applying the contaminated priors to the model parameters. Results and Discussion: The sector-averaged concentrations for stability class were compared by applying the symmetric unimodal and unimodal priors, respectively, as the contaminated one based on the class of ${\varepsilon}$-contamination. Though ${\varepsilon}$ was assumed as 10%, the medians reflecting the symmetric unimodal priors were nearly approximated within 10% compared with ones reflecting the plausible ones. However, the medians reflecting the unimodal priors were approximated within 20% for a few downwind distances compared with ones reflecting the plausible ones. Conclusion: The robustness has been answered by estimating how the results of the Bayesian inferences are robust to reasonable variations of the plausible priors. From these robust inferences, it is reasonable to apply the symmetric unimodal priors for analyzing the robustness of the Bayesian inferences.
The Formal Safety Assessment (FSA) is a structured and systematic methodology developed by the IMO, aimed at assessing the risk of vessels and recommending the method to control intolerable risks, thereby enhancing maritime safety, including protection of life, health, the marine environment and property, by using risk analysis and cost-benefit assessment. While the FSA has mostly been applied to merchant vessels, it has rarely been applied to a DP vessel, which is one of the special purpose vessels in the offshore industry. Furthermore, most of the FSA has been conducted so far by using the Fault Tree Analysis tool, even though there are many other risk analysis tools. This study carried out the FSA for safe operation of DP vessels by using the Bayesian network, under which conditional probability was examined. This study determined the frequency and severity of DP LOP incidents reported to the IMCA from 2001 to 2010, and obtained the Risk Index by applying the Bayesian network. Then, the Risk Control Options (RCOs) were identified through an expert brainstorming and DP vessel simulations. This study recommends duplication of PRS, regardless of the DP class and PRS type and DP system specific training. Finally, this study verified that the Bayesian network and DP simulator can also serve as an effective tool for FSA implementation.
The fire brigade non-suppression probability model is a major factor that should be considered in evaluating fire-induced risk through fire probabilistic risk assessment (PRA), and also uncertainty is a critical consideration in support of risk-informed performance-based (RIPB) fire protection decision-making. This study developed an optimal integrated probabilistic fire brigade non-suppression model considering uncertainty of parameters based on the Bayesian Markov Chain Monte Carlo (MCMC) approach on electrical fire which is one of the most risk significant contributors. The result shows that the log-normal probability model with a location parameter (µ) of 2.063 and a scale parameter (σ) of 1.879 is best fitting to the actual fire experience data. It gives optimal model adequacy performance with Bayesian information criterion (BIC) of -1601.766, residual sum of squares (RSS) of 2.51E-04, and mean squared error (MSE) of 2.08E-06. This optimal log-normal model shows the better performance of the model adequacy than the exponential probability model suggested in the current fire PRA methodology, with a decrease of 17.3% in BIC, 85.3% in RSS, and 85.3% in MSE. The outcomes of this study are expected to contribute to the improvement and securement of fire PRA realism in the support of decision-making for RIPB fire protection programs.
International conference on construction engineering and project management
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2015.10a
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pp.523-526
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2015
In recent years, building commissioning has often been part of a standard delivery practice in construction, particularly in the high-performance green building market, to ensure the building is designed and constructed per owner's requirements. Commissioning, therefore, intends to provide quality assurance that buildings perform as intended by the design and often helps achieve energy savings. Commissioning, however, is not as widely adopted as its potential benefits are perceived. Owners are still skeptical of the cost-effectiveness claims by energy management and commissioning professionals. One of the issues in the current commissioning practice is that not every project is guaranteed to benefit from the commissioning services. This, coupled with its added cost, the commissioning service is not acquired with great acceptance and confidence by building owners. To overcome this issue, this paper presents a unique methodology to enhance owner's predicting capability of the degree of success of commissioning service using the Bayesian theorem. The paper analyzes a situation where a future building owner wants to use a pre-commissioning in an attempt to refine the success rate of the future commissioned building performance. The author proposes the Bayesian theorem based framework to improve the current commissioning practice where building owners are not given accurate information how much successful their projects are going to be in terms of energy savings from the commissioning service. What should be provided to the building owners who consider their buildings to be commissioned is that they need some indicators how likely their projects benefit from the commissioning process. Based on this, the owners can make better informed decisions whether or not they acquire a commissioning service.
Hu, Qin;Lam, Heung Fai;Zhu, Hong Ping;Alabi, Stephen Adeyemi
Smart Structures and Systems
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v.21
no.4
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pp.435-448
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2018
This paper reports the development of a theoretically rigorous method for permanent way engineers to assess the condition of railway ballast under a concrete sleeper with the potential to be extended to a smart system for long-term health monitoring of railway ballast. Owing to the uncertainties induced by the problems of modeling error and measurement noise, the Bayesian approach was followed in the development. After the selection of the most plausible model class for describing the damage status of the rail-sleeper-ballast system, Bayesian model updating is adopted to calculate the posterior PDF of the ballast stiffness at various regions under the sleeper. An obvious drop in ballast stiffness at a region under the sleeper is an evidence of ballast damage. In model updating, the model that can minimize the discrepancy between the measured and model-predicted modal parameters can be considered as the most probable model for calculating the posterior PDF under the Bayesian framework. To address the problems of non-uniqueness and local minima in the model updating process, a two-stage hybrid optimization method was developed. The modified evolutionary algorithm was developed in the first stage to identify the important regions in the parameter space and resulting in a set of initial trials for deterministic optimization to locate all most probable models in the second stage. The proposed methodology was numerically and experimentally verified. Using the identified model, a series of comprehensive numerical case studies was carried out to investigate the effects of data quantity and quality on the results of ballast damage detection. Difficulties to be overcome before the proposed method can be extended to a long-term ballast monitoring system are discussed in the conclusion.
Water inrush from fault is one of the most severe hazards during tunnel excavation. However, the traditional evaluation methods are deficient in both quantitative evaluation and uncertainty handling. In this paper, a comprehensive methodology method combined intuitionistic fuzzy AHP with a Bayesian network for the risk assessment of water inrush from fault in the subsea tunnel was proposed. Through the intuitionistic fuzzy analytic hierarchy process to replace the traditional expert scoring method to determine the prior probability of the node in the Bayesian network. After the field data is normalized, it is classified according to the data range. Then, using obtained results into the Bayesian network, conduct a risk assessment with field data which have processed of water inrush disaster on the tunnel. Simultaneously, a sensitivity analysis technique was utilized to investigate each factor's contribution rate to determine the most critical factor affecting tunnel water inrush risk. Taking Qingdao Kiaochow Bay Tunnel as an example, by predictive analysis of fifteen fault zones, thirteen of them are consistent with the actual situation which shows that the IFAHP-Bayesian Network method is feasible and applicable. Through sensitivity analysis, it is shown that the Fissure development and Apparent resistivity are more critical comparing than other factor especially the Permeability coefficient and Fault dip. The method can provide planners and engineers with adequate decision-making support, which is vital to prevent and control tunnel water inrush.
Remote sensing technique has offered better understanding of our environment for the decades by providing useful level of information on the landcover. In many applications using the remotely sensed data, digital image processing methodology has been usefully employed to characterize the features in the data and develop the models. Random field models, especially Markov Random Field (MRF) models exploiting spatial relationships, are successfully utilized in many problems such as texture modeling, region labeling and so on. Usually, remotely sensed imagery are very large in nature and the data increase greatly in the problem requiring temporal data over time period. The time required to process increasing larger images is not linear. In this study, the methodology to reduce the computational cost is investigated in the utilization of the Markov Random Field. For this, multiresolution framework is explored which provides convenient and efficient structures for the transition between the local and global features. The computational requirements for parameter estimation of the MRF model also become excessive as image size increases. A Bayesian approach is investigated as an alternative estimation method to reduce the computational burden in estimation of the parameters of large images.
Proceedings of the Korean Statistical Society Conference
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2005.05a
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pp.17-23
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2005
In this paper we consider the well-known semiparametric proportional hazards models for survival analysis. These models are usually used with few covariates and many observations (subjects). But, for a typical setting of gene expression data from DNA microarray, we need to consider the case where the number of covariates p exceeds the number of samples n. For a given vector of response values which are times to event (death or censored times) and p gene expressions(covariates), we address the issue of how to reduce the dimension by selecting the significant genes. This approach enables us to estimate the survival curve when n ${\ll}$p. In our approach, rather than fixing the number of selected genes, we will assign a prior distribution to this number. The approach creates additional flexibility by allowing the imposition of constraints, such as bounding the dimension via a prior, which in effect works as a penalty To implement our methodology, we use a Markov Chain Monte Carlo (MCMC) method. We demonstrate the use of the methodology to diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL) complementary DNA (cDNA) data and Breast Carcinomas data.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.39
no.1
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pp.9-16
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2016
The project schedule risk in the engineering and facility construction industry is increasingly considered as important management factor because the risks in terms of schedule or deadline may significantly affect the project cost. Especially, the project-based operating companies attempt to find the best estimate of the project completion time for use at their proposals, and therefore, usually have much interest in accurate estimation of the duration of the projects. In general, the management of projects schedule risk is achieved by modeling project schedule with PERT/CPM techniques, and then performing risk assessment with simulation such as Monte-Carlo simulation method. However, since these approaches require the accumulated executional data, which are not usually available in project-based operating company, and, further, they cannot reflect various schedule constraints, which usually are met during the project execution, the project managers have difficulty in preparing for the project risks in advance of their occurrence in the project execution. As these constraints may affect time and cost which role as the crucial evaluation factors to the quality of the project result, they must be identified and described in advance of their occurrence in the project management. This paper proposes a Bayesian Net based methodology for estimating project schedule risk by identifying and enforcing the project risks and its response plan which may occur in storage tank engineering and construction project environment. First, we translated the schedule network with the project risks and its response plan into Bayesian Net. Second, we analyzed the integrated Bayesian Net and suggested an estimate of project schedule risk with simulation approach. Finally, we applied our approach to a storage tank construction project to validate its feasibility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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