Aplicación de la minería de procesos al análisis y modelado de misiones multi-robot

Abstract

Los sistemas tecnológicos y de la información crecen enormemente en los últimos tiempos. La integración de estos sistemas se está extendiendo frenéticamente en muchísimos de nuestra vida cotidiana pero también en el sector industrial.
Están apareciendo nuevas corrientes como la “industria 4.0” o “el internet de las cosas”. Estos conceptos están relacionados con la integración de los sistemas, la extensión de las comunicaciones entre ellos y el control y conciencia sobre el estado de todos los artefactos con algún tipo de tecnología embebida.
Esta explosión de los sistemas de la información sobre el entorno que no rodea está suponiendo la aparición de nuevas corrientes de investigación enfocadas a extraer valor y sacar partido a la enorme cantidad de datos que generan los sistemas y organizaciones
Una de estas nuevas líneas de investigación se centra en el análisis y modelado de procesos. La minería de procesos es una disciplina emergente que nace a partir de la necesidad de mejorar a nivel de calidad y eficiencia los procesos que se presentan en cualquier. Desde la gestión de una reclamación, un proceso de producción industrial o el funcionamiento de la atención a pacientes en un hospital vemos a menudo procesos definidos en nuestro alrededor.
El modo en que están configurados estos procesos a menudo impacta directamente sobre el desempeño de los sistemas. La eficiencia, la utilización adecuada de los recursos o el cumplimiento en la etapa de implantación de los diseños realizados a priori depende notablemente de la calidad con la que se haya definido el proceso. Debido a esto muchas disciplinas y líneas de investigación en el mundo de los negocios se han dirigido hacia la mejora de estos procesos.
Gracias al auge de la minería de procesos tenemos a nuestra disposición herramientas que nos permiten modelar y analizar los procesos con un alcance superior de conocimiento. Estas prácticas nos permiten introducir numerosas mejoras a nivel de control de desviaciones, detección de cuellos de botella o de oportunidades de mejora.
Si bien la minería de procesos es una disciplina que nace para dar respuesta a las necesidades de mejora en campos como el de los negocios o la gestión de organizaciones, sus beneficios pueden ser empleados y aplicados en diversos campos.
En este trabajo se propone la aplicación de estas técnicas sobre los sistemas compuestos por múltiples robots, y controlados por un operador. El objetivo es adaptar los recursos que nos ofrece la minería de procesos a un entorno dominado por agentes robóticos que colaboran para cumplir ciertos objetivos de una misión.
La utilización de equipos compuestos por robots está sufriendo un importante desarrollo en los últimos tiempos y se espera que veamos cada vez más este tipo de configuraciones en un futuro. Diversas tareas en el campo de la defensa, la industria o la vida cotidiana se ven desempeñadas hoy en día por este tipo de equipos. Misiones de rescate, reconocimiento o barrido de áreas se están convirtiendo en bastante comunes como aplicaciones de este tipo de configuraciones.
El uso de varios robots coordinados para el desempeño de ciertas tareas reporta grandes ventajas como un aumento de la eficacia, debido a que los equipos de robots son capaces de realizar las tareas en un menor tiempo y un aumento de la eficiencia ya que se puede reasignar las tareas en función del desempeño de los robot y eliminar infrautilizaciones. Por eso el desarrollo y la optimización de este tipo de misiones es un importante campo de investigación donde numerosas instituciones están dedicando sus esfuerzos.
Este trabajo es la continuación de los trabajos realizados por los compañeros de la división de sistemas y automática. En anteriores trabajos se ha presentado la posibilidad de aprovechar las técnicas de la minería de procesos sobre el estudio de misiones multirobot. Para ello se presentaron brevemente las funcionalidades de la minería de procesos sobre sistemas sencillos.
Por ello en este trabajo se ha aplicado las técnicas de la minería de procesos sobre un caso de estudio real para evaluar su validez y determinar las posibilidades que puede tener el uso de esta disciplina en un campo distinto al de los negocios como es el de las misiones multirobot.
El caso de aplicación concreto se trata de una serie de ensayos con robots reales en los que con la ayuda de un operador y varios robots de aéreos se llevaron a cabo la extinción de un posible fuego en el campo de prácticas.
Durante el desarrollo de las mismas se recogieron una serie de datos que se almacenaron en hojas de cálculo. Entre la información recogida en estas misiones podemos encontrar las telemetrías de los robots almacenadas cada cierto tiempo o los comandos emitidos por el operador.
En este trabajo se han recopilado los datos de las 20 misiones realizadas durante los ensayos y se han tratado de forma que pudieran ser utilizadas para ser explotadas mediante la minería de procesos.
Con la obtención de diversos modelos de la misión se pretendía comprender en mayor medida el desempeño de la misión haciendo hincapié en varios aspectos fundamentales.
- Detectar desviaciones respecto al desarrollo esperado de la misión
- Detectar puntos susceptibles de mejora de la misión
- Determinar los tiempos de actuación de los diferentes robots
- Determinar los tiempos de espera en los que alguno de los agentes no tenga asignación
- Determinar las respuestas del operador ante las necesidades de control de la misión
Además con esta aplicación sobre un caso real se pretendía determinar la validez del uso de la disciplina de minería de procesos sobre misiones robóticas, tomando en cuenta los siguientes puntos de interés:
- Software de mayor interés para esta aplicación
- Evaluación de los algoritmos de descubrimiento
- Clasificación de los algoritmos según su validez en determinadas tareas
- Adaptabilidad de los métodos contemplados hasta el momento
Tras aplicar las técnicas de modelado sobre los ensayos de la misión se han obtenido una serie de resultados que son interesantes desde el punto de vista de mejora de la misión:
- Se han obtenido los modelos principales del proceso de extinción de fuego ayudándonos a entender más profundamente el comportamiento que se ha dado en la misión en relación al modo de control del operador y las actuaciones de los robots.
- Se han detectado infrautilizaciones puntuales de los recursos de la misión. Esto nos permitirá en un desarrollo posterior de la misión hacer una reconfiguración de los sistemas para mejorar el desempeño.
- Se ha detectado ciertas transiciones entre eventos que ocurren ineficientemente durante de la misión. Estas transiciones suponen una demora en la finalización de la misión que empeora la eficiencia.
En serie con eso hemos podido extraer ciertas conclusiones acerca de la usabilidad de la minería de procesos en ámbitos de misiones robóticas:
- El uso de estas técnicas es adecuado y ofrece numerosos beneficios que pueden ayudarnos a entender y mejorar el rendimiento de las misiones.
Durante el estudio se ha desarrollado una metodología de modelado y aplicación de las técnicas de minería. Está reúne las pautas para realizar un análisis completo sobre este tipo de estudios y sienta las bases para realizar una investigación guiada sobre el desempeño de las misiones.
Aplicando esta metodología conseguimos establecer un formato que nos ayudara a comparar los resultados y mejora la transferibilidad de técnicas empleados entre los diferentes estudios.