In an era with compelling need for greater computation power, the aggregation of software system components is becoming more challenging and diverse. The new-generation scientific applications are growing hub of complex and intense computation performed on huge data set with exponential growth. With the development of parallel algorithms, design of multi-user web applications and frequent changes in software architecture, there is a bigger challenge lying in front of the research institutes and organizations. Network science is an interesting field posing extreme computation demands to sustain complex large-scale networks. Several static or dynamic network analysis have to be performed through algorithms implementing complex graph theories, statistical mechanics, data mining and visualization. Similarly, high performance computation infrastructures are imbibing multiple characters and expanding in an unprecedented way. In this age, it's mandatory for all software solutions to migrate to scalable platforms and integrate cloud enabled data center clusters for higher computation needs. So, with aggressive adoption of cloud infrastructures and resource-intensive web-applications, there is a pressing need for a dynamic middleware to bridge the gap and effectively coordinate the integrated system. Such a heterogeneous environment encourages the devising of a transparent, portable and flexible solution stack. In this project, we propose adoption of Virtual Machine aware Portable Batch System Cluster (VM-aware PBS Cluster), a self-initiating and self-regulating cluster of Virtual Machines (VM) capable of operating and scaling on any cloud infrastructure. This is an unique but simple solution for large-scale softwares to migrate to cloud infrastructures retaining the most of the application stack intact. In this project, we have also designed and implemented Cloud Integrator Framework, a dynamic implementation of cloud aware middleware for the proposed VM-aware PBS cluster. This framework regulates job distribution in an aggregate of VMs and optimizes resource consumption through on-demand VM initialization and termination. The model was integrated into CINET system, a network science application. This model has enabled CINET to mediate large-scale network analysis and simulation tasks across varied cloud platforms such as OpenStack and Amazon EC2 for its computation requirements. / Master of Science

Purpose: This article examines changes in attitude and beverage consumption after a school-wide policy change replacing sweetened beverages in vending machines with 100% juice and bottled water. Methods: Written questionnaires were administered three times to high school students (n = 278) in an ethnically-diverse, southwest Virginia school district. X ² analysis was utilized and test-retest reliability was assessed with intra-class correlation coefficients. Results: Pearson correlation coefficients for reliability between test and re-test displayed a range from r =0.53 to r =0.73. There were no significant differences in demographics (gender and ethnicity) between time periods. X ² analysis revealed students were significantly more likely to choose healthier beverage vending options after one year compared to baseline (P<0.01). Although beverage vending purchases declined to near significance immediately following the change, there were no significant changes observed between baseline and follow-up (P<0.05). X ² analysis revealed no significant (P<0.05) changes in outside purchase patterns. Students also indicated that the top reasons for snack/beverage choices were hunger, taste, and price. Conclusion: This suggests that students purchase what is convenient and available, regardless of choices. Therefore, environmental changes may be beneficial to promote healthier beverage choices among adolescents.</p> / Master of Science

Since a massive decline of computer science graduates in 2002, computer science departments have been unable to reach previous graduation rates. In wake of this dramatic loss of graduates, researchers have been searching for the reasons students are avoiding computer science and choosing other majors. To combat this decrease in computer science graduates, the CloudSpace environment pro- vides additional context to entry level computer science courses. This shift in context re- moves boring assignments from the early computer science curriculum and replaces them with more engaging web centric assignments. The CloudSpace environment presents a model that maintains student's focus on core computer science competencies while providing a highly simplified web development toolkit to develop feature rich AJAX web applications. This the- sis includes the rational and implementation of a cloud based hosting service and a highly abstracted web tool kit that enables students to replicate modern web applications. / Master of Science

The emergence of manufacturing automation to deal with decreased productivity and shorter product market-life is very evident in the area of assembly. Correspondingly, a wealth of researchers dedicate considerable efforts to advancing automated assembly technology. The purpose of this thesis is to provide a comprehensive monograph for the research. This thesis has categorized the current research efforts into eight research categories: rationalization techniques, design for assembly, representation, sequencing, system configuration, equipment, parts mating and joining, and a category for issues with a global impact. Each is described in terms of an explanation of the research in the category, the key researchers in the area, and suggestions for future research. Additionally, a database has been developed to capture characteristic research from each of these categories. This monograph coupled with the associated database, will assist automated assembly researchers in understanding the breadth of issues facing the research community. Additionally, it will provide researchers with a 'first-look' document and literature review for those interested in automated assembly. / M.S.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Le sport adapté est en plein essor afin de contrer la sédentarité particulièrement présente chez les personnes vivant avec une incapacité physique. De ces sports, la course en fauteuil roulant est pilier à la culture parasportive québécoise et un des plus représentés lors des paralympiques. Il reste beaucoup de travail à faire pour diminuer les inégalités entre les ressources offertes aux athlètes avec et sans incapacités. Les athlètes de course en fauteuil ont notamment exprimé un besoin d innovation technologique pour les guider dans leur carrière athlétique. Considérant l importance de la vitesse selon les acteurs terrain et scientifiques, l analyse de celle-ci est considérée comme étant prioritaire. Les capteurs inertiels ont montré du potentiel pour répondre à ces besoins. Cependant, cette technologie est récente et leurs qualités psychométriques, jugées comme primordiales, sont quasi inexistantes dans la littérature. Le premier objectif de ce mémoire est de développer des indicateurs de la cinématique du fauteuil et de caractéristiques spatio-temporelles à base de capteurs inertiels. Le second objectif est d évaluer les qualités psychométriques (validité concurrente et fidélité test-retest) de tels indicateurs. Nous avons émis comme hypothèse que les indicateurs allaient posséder une bonne fidélité test-retest et une validité concurrente élevée avec un système optique. Après familiarisation, treize personnes sans incapacités ont effectué des accélérations maximales de 36 m sur un fauteuil roulant athlétique lors de deux visites. La cinématique a été estimée en utilisant un capteur inertiel (Physilog, Mindmaze) positionné sur le cadre et un système optique (SciencePerfo, Speedtracker). Des indicateurs ont été extraits de l accélération et de la vitesse des systèmes. La fidélité test-retest est ressortie comme modérée à bonne, tandis que 5 des 28 indicateurs ont montré une faible fidélité. Les corrélations entre les deux systèmes sont élevées à très élevées (0,78 - 0,99). Les résultats suggèrent que les indicateurs sont précis et soutiennent leur utilisation. / Adapted sports are increasing in popularity as a means of opposing the sedentary lifestyle that is particularly prevalent among people with physical disabilities. Of these sports, wheelchair racing is a pillar of Quebec's parasport culture and one of the most represented at the Paralympics. Much remains to be done to reduce the investment inequalities between athletes with and without disabilities. In particular, wheelchair racing athletes have expressed a need for technological innovation to guide them in their athletic careers. Considering the importance of speed according to athletes and researchers, its analysis is considered a priority. Inertial sensors have shown potential to fulfill these needs. However, this technology is recent and the psychometric properties of reported indicators, considered to be essentials, are virtually nonexistent in the scientific literature. The first objective of this master's thesis is to develop inertial sensor-based indicators of wheelchair kinematics and spatio-temporal characteristics. The second objective is to assess the psychometric qualities (concurrent validity and test-retest reliability) of such indicators. We hypothesized that the indicators would have good test-retest reliability and high concurrent validity with an optical system. After familiarization, thirteen people without disabilities performed maximum accelerations of 36m on a racing wheelchairduring two visits. The wheelchair kinematics were estimated using an IMU (Physilog, Mindmaze) positioned on the frame and an optical system (SciencePerfo, Speedtracker).Indicators were extracted from the systems' acceleration and velocity. Test-retest fidelity was found to be moderate to good, while 5 of the 28 indicators showed low fidelity. Correlations between the two systems were high to very high (0,78 - 0,99). The results suggest that theindicators developed are accurate and support their use to assess wheelchair kinematics over a short distance.

Le régime forestier du Québec aspire à un aménagement forestier durable sur les terres publiques. De ce fait, une entente entre le gouvernement et l'industrie forestière pratiquant des activités d'aménagement forestier a été prise concernant le bois marchand laissé sur le parterre de coupe, s'appelant Matière Ligneuse Non Utilisée (MLNU). Cette entente vient avec l'obligation d'effectuer un inventaire terrain, considéré comme particulièrement coûteux par l'industrie forestière. En plus du coût élevé de l'inventaire, la pénurie de main-d'œuvre pour ce type d'inventaire technique ne permet pas de maintenir la fréquence requise demandée par le ministère, entraînant une diminution de la précision de la quantification de la matière ligneuse non utilisée. Considérant l'important manque de main-d'œuvre, particulièrement dans la région de la Gaspésie, et des marges de profit généralement faible des compagnies privées, l'objectif général de la recherche est d'estimer le volume de MLNU laissé à la suite des opérations de récolte mécanisée en bois tronçonnés à l'aide des données des ordinateurs de bord (ODB) des abatteuses-façonneuses à tête multifonctionnelle pour réduire le coût associé à l'inventaire conventionnel et pallier au manque de main-d'œuvre. Cinq sites ont été sélectionnés et récoltés par cinq différentes abatteuses-façonneuses munies d'une tête multifonctionnelle différente. La sélection des têtes multifonctionnelles a été faite en évaluant la proportion de chaque marque, suivant un sondage effectué chez les entrepreneurs en Gaspésie. Trois têtes Ponsse avec le système d'information OPTI4G, et deux têtes LogMax, l'une sous le système Log Mate 500 et l'autre Log Mate 510, ont été sélectionnées. Trois inventaires distincts ont été effectués : (1) inventaire avant coupe de caractérisations du peuplement forestier; (2) inventaire avant coupe des arbres études; et (3) inventaire après coupe des produits et de la matière ligneuse non utilisée des arbres études. La reconstruction de 970 arbres études (460 épinettes blanches et 510 sapins baumiers) a été effectuée pour en premier lieu développer les algorithmes de volume nécessaires pour évaluer la section au-delà des produits tronçonnés par l'abatteuse-façonneuse, soit la tête de l'arbre, jusqu'à un diamètre de 9,1 cm (diamètre minimum marchand). En combinant le modèle de Varjo et une régression linéaire, il a été possible d'estimer la longueur de la section supérieure par arbre pour l'épinette blanche et le sapin baumier. Un biais de prédiction de 0.0245 m et 0.1748 m a été évalué respectivement la section marchande de la tête pour l'épinette blanche et le sapin baumier. Un outil de spatialisation utilisant les rapports de production de StanForD (.pri) et StanForD 2010 (.hpr), les données de GPS ainsi que le contour des secteurs de coupe, a été développé pour permettre la localisation du volume de MLNU par secteur de coupe. Les fichiers de production .pri (StanForD) n'ont pas d'information d'horodatage (timestamp), contrairement aux fichiers de production .hpr. Ainsi, lorsque l'outil utilise un fichier .pri, le volume de MLNU est évalué à l'hectare pour l'ensemble d'un secteur de coupe, alors qu'avec le fichier .hpr, il est possible de localiser par tige le volume de matière ligneuse et ensuite, une sommation par hectare est effectuée, en regroupant chaque tige située à l'intérieur d'un quadrillé de 100 m x 100 m, obtenant ainsi une spatialisation plus précise de la MLNU. Finalement, une comparaison exploratoire de la méthode de l'inventaire MLNU traditionnel et de la méthode avec les données d'ODB a mis en évidence l'opportunité d'économies de coûts (environ 36,80 $/ha) liée à l'utilisation des données OBD pour estimer la MLNU, tout en permettant un temps de réponse plus rapide pour apporter des corrections en ciblant les zones problématiques. De plus, l'utilisation d'un tel outil pourrait permettre de réduire le temps de déplacement en forêt des techniciens forestiers et ainsi, prévenir des accidents de travail courants.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / L'objectif principal de cette thèse vise à analyser et optimiser les stratégies de la maintenance conditionnelle à adopter, pour les systèmes de production pouvant opérer en mode dégradé. Premièrement, nous commençons par analyser un système de production simple, composé d'une seule machine/composante pour l'étendre ensuite à des systèmes de production plus complexes. La machine est modélisée comme un système à plusieurs états allant du fonctionnement nominal jusqu'à la panne totale et chaque état de fonctionnement dégradé est caractérisé par ses propres taux de production et de produits non conformes, ainsi que par son propre niveau d'effets secondaires comme la quantité émise de dioxyde de carbone et le niveau de consommation de l'énergie. Lorsque l'état de la machine/composante atteint la limite du seuil acceptable, des actions préventives de maintenance sont déployées pour ramener la machine à un niveau de performance supérieur. Dans ce contexte, trois types de configurations sont considérés dans cette thèse: système série sans stocks intermédiaires, système à deux machines/composantes avec un stock intermédiaire et système série/parallèle sans stocks intermédiaires. Dans le premier type de configuration (i.e. système série), l'objectif de l'optimisation est de maximiser le taux de production du système. Les résultats numériques ont montré que, pour que le taux de production soit optimal, la maintenance préventive ne doit pas être optimisé pour chaque machine/composante individuellement, mais plutôt pour l'ensemble du système considéré, et que les actions de maintenance majeures devraient être appliquées aux machines goulot. Dans le deuxième type de configuration (i.e. système à deux machines et un stock intermédiaire), l'objectif de l'optimisation est de minimiser la somme des couts associés à la maintenance, au niveau de l'inventaire, aux produits non conformes et aux effets secondaires causés par la dégradation de la performance des machines, tout en maintenant le taux de production à un niveau élevé. Une méthode d'évaluation analytique est ainsi développée pour évaluer le taux de production. L'effet de la maintenance préventive et du niveau du stock a été analysé et les résultats montrent clairement qu'un cout minimal peut être obtenu lorsque la maintenance préventive est optimisée pour l'ensemble du système considéré. Dans le cas du troisième type de configuration (i.e. système série-parallèle multi-états), un nouveau modèle d'optimisation de la redondance intégrant la maintenance conditionnelle est proposé. L'objectif est de déterminer conjointement la structure du système et les actions de maintenance conditionnelle à un coût minimal, sous des contraintes de disponibilité. Pour estimer la disponibilité du système, un nouveau modèle combinant les chaînes de Markov et la technique de la fonction génératrice des moments universelle est développé. De plus, un algorithme génétique est proposé pour résoudre le problème d'optimisation combinatoire formulé. Les résultats obtenus ont montré que l'intégration des coûts d'exploitation dans le modèle d'optimisation donne de meilleurs résultats par rapport au modèle ne considérant que les coûts de conception et de maintenance. / The main objective of this thesis is to analyze and optimize the condition-based maintenance strategies to be adopted for production systems that can operate in degradation mode. First, we consider a production system composed of one machine/component and then extend it to more complex production systems. The machine is modeled as a multi-state system ranging from perfect functioning to total failure and each degraded operating state is characterized by its own production rate, fraction of nonconforming items produced and level of side effects such as the amount of carbon dioxide emitted and the level of energy consumption. When the last acceptable state of the component/machine is reached, preventive maintenance actions are deployed to bring the machine back to one of the previous higher levels of performance. In this context, three various types of common manufacturing systems are considered in this thesis: a serial system without intermediate buffers, two-machine/component manufacturing system with an intermediate buffer and a serial-parallel system without intermediate buffers. In the first type of configuration (i.e., a serial system), the objective of the optimization is to maximize the production rate of the system. The numerical results showed that the optimal preventive maintenance policies should be selected from the perspective of the whole system and major maintenance actions should be applied to the bottleneck machine of the system. In the second type of configuration (i.e., a system with two machines and an intermediate buffer), the objective of the optimization is to minimize the sum of the costs associated with maintenance, inventory level, nonconforming items and side effects caused by the degradation of machine's performance, while keeping the production rate at a high level. An analytical evaluation method is thus developed to evaluate the production rate. The effect of preventive maintenance and buffer level is analyzed, and the obtained results clearly show that a minimum cost can be reached when preventive maintenance is optimized for the whole system. In the case of the third type of configuration (i.e., a multi-state series-parallel system), a new model integrating condition-based maintenance and redundancy optimization is proposed. The objective is to jointly optimize, under availability constraints, the structure of the system and the conditional maintenance actions at a minimum cost. To estimate the availability of the system, a new model combining Markov chains and the universal moment generating function technique is developed. Moreover, a genetic algorithm is proposed to solve the formulated combinatorial optimization problem. The results obtained showed that the integration of operating costs in the optimization model gives better results, compared to the model considering only design and maintenance costs.

Le doryphore de la pomme de terre (DPT), Leptinotarsa decemlineata (Say), est l'un des principaux insectes ravageurs qui se nourrit du feuillage des plants de pomme de terre et cause d'importantes pertes de récolte, réduisant le rendement en tubercules s'il n'est pas contrôlé. Cet insecte peut développer une résistance aux insecticides à la suite d'une exposition répétée et s'adapter à toutes sortes d'environnements difficiles. De nombreuses méthodes ont été utilisées pour contrôler ce ravageur, y compris des méthodes physiques et biologiques, mais elles n'ont pas été efficaces à elles seules. Actuellement, la seule méthode de contrôler le DPT consiste à pulvériser des insecticides chimiques tout au long de son cycle de développement. Toutefois, l'utilisation excessive d'insecticides pourrait menacer la santé humaine et causer des problèmes environnementaux. L'objectif général de cette recherche était de développer une méthode efficace de contrôle pneumatique du DPT afin de réduire la dépendance aux insecticides chimiques dans les champs de pommes de terre. Dans ce contexte, un prototype de système pneumatique innovant a été conçu et fabriqué au Département des sols et de génie agroalimentaire de l'Université Laval. Le prototype utilise une pression d'air positive pour déloger les doryphores du feuillage des plants de pommes de terre, les déposer au sol entre les rangs et les écraser. Les effets de l'utilisation de ce prototype de système pneumatique sur la croissance des plants de pommes de terre et le rendement en tubercules ainsi que son efficacité de contrôle du DPT ont été étudiés. Trois vitesses de l'air (45, 50 et 55 m/s) et deux vitesses de déplacement (5 et 6 km/h) ont été testées. Les variables mesurées dans les parcelles de contrôle biologique et pneumatique étaient les populations de DPT à différents stades de développement, la hauteur des plants de pommes de terre, la matière sèche, l'indice de surface foliaire (ISF) et le rendement en tubercules. En général, les résultats ont montré que l'utilisation du prototype de système pneumatique pour contrôler le DPT n'a eu aucun effet significatif sur la croissance des plants de pommes de terre (hauteur, matière sèche, ISF). Les rendements en tubercules étaient comparables à ceux obtenus dans les parcelles témoins qui étaient traitées avec un insecticide biologique (Entrust) et le prototype était très efficace à déloger les doryphores. Cela indique que le prototype pourrait être utilisé de manière sécuritaire et efficace dans les champs de pommes de terre pour contrôler le DPT. La mise en œuvre de cette méthode de lutte innovante pourrait contribuer de manière significative à la réduction de l'utilisation des insecticides chimiques pour contrôler le DPT. / The Colorado potato beetle (CPB), Leptinotarsa decemlineata (Say), is one of the major pest insects that feeds on potato plant foliage and causes severe crop losses, reducing potato tuber yields if left uncontrolled. This insect can develop a resistance to insecticides after repeated exposures and adapt to all kinds of harsh environments. Many methods have been used to control this pest, including physical and biological methods, but they have not been effective alone. Currently, the only method to control the CPB is to spray chemical insecticides during its life cycle. However, the excessive use of insecticides may threaten the human health and cause environmental problems. The general objective of this research was to develop an effective pneumatic control method for the CPB to reduce reliance on chemical insecticides in potato fields. In this context, a prototype of an innovative pneumatic system was designed and built at the Department of Soils and Agri-Food Engineering of Université Laval. The prototype uses positive air pressure to dislodge CPBs from potato foliage, deposit them on the ground between rows, and crush them. The effects of using the pneumatic system on potato growth and tuber yield as well as its efficacy in controlling the CPB were investigated. Three airflow velocities (45, 50, and 55 m/s) and two travel speeds (5 and 6 km/h) were tested. The measured variables in the organic and pneumatic control plots were CPB populations at different life stages, potato plant height, dry matter, leaf area index (LAI), and tuber yield. Overall, the results showed that the use of the pneumatic prototype system to control the CPB had no significant effect on potato plant growth (height, dry matter, LAI). Tuber yields were comparable to those obtained in the control plots which were treated with a biological insecticide (Entrust), and the prototype was highly effective in dislodging CPBs. This indicates that the prototype could be safely and efficiently used in potato fields to control the CPB. Implementation of this innovative control method could significantly contribute to reducing the use of chemical insecticides to control the CPB.

Ce mémoire présente la conception d'un mini robot d'interaction rétroentraînable translationnel à trois degrés de liberté pour des tâches de finition de pièces métalliques, telles que le polissage et l'ébavurage. Le mini robot sert de tête de compliance, permettant l'adaptation d'un robot industriel à une pièce. Les propriétés physiques du mini robot permettent l'implantation d'un algorithme de commande en impédance lors de l'utilisation du système. La faible masse du mécanisme permet de l'installer à l'effecteur d'un robot industriel, formant ainsi un système de type macro-mini. Malgré la faible taille du mini robot, il peut exercer les forces de contact nécessaires pour effectuer des tâches de finition. Premièrement, un prototype d'un robot translationnel plan à deux degrés de liberté est préalablement conçu. Un algorithme de commande en impédance est développé et est ensuite testé conjointement avec le prototype afin de vérifier ses performances pour une tâche prédéfinie. Ensuite, un prototype du mini robot à trois degrés de liberté est conçu. Différentes architectures de robots translationnels à trois degrés de liberté sont comparées ; l'architecture la plus appropriée pour le projet est sélectionnée. Des paramètres géométriques sont sélectionnés pour le robot. Les capacités physiques de l'architecture sont prédites afin de s'assurer de respecter tous les critères de conception. Par après, l'algorithme de commande en impédance est adapté au mini robot. Celui-ci est installé sur un robot portique afin de former le système macro-mini. Des tests de sablage sont effectués afin de valider le fonctionnement du système et permettent d'identifier différentes problématiques du système. L'architecture du mini robot est modifiée afin de diminuer l'effet de ces problématiques. De nouveaux tests sont effectués afin de valider l'amélioration des performances du système avec cette nouvelle version du mini robot. Des recommandations sont formulées quant au concept de la tête de compliance et les limites d'utilisation de celle-ci sont établies. Le mini robot est comparé aux têtes de compliance actuellement sur le marché. Finalement, une méthode permettant d'évaluer l'amplitude des forces de friction du mécanisme est présentée. Une première ébauche d'un algorithme de compensation de la friction est aussi développée. / This Master's thesis presents the design process of a backdrivable three-degree-of-freedom translational mini robot used to control the interaction with a metallic part during finishing tasks, such as polishing and deburring. The mini robot acts as an active contact flange, allowing an industrial robot to adapt to a part. The physical properties of the mini robot make it possible to implement an impedance control algorithm when using the system. The low mass of the mechanism allows it to be installed at the end-effector of an industrial robot, forming a macro-mini system. Despite the small size of the mini robot, it can apply the necessary contact forces to accomplish the finishing tasks. Firstly, a prototype of a two-degree-of-freedom planar translational robot is first conceived. An impedance control algorithm is developed and is then tested using the planar robot to evaluate its performance when accomplishing a predefined task. Then, a prototype of the mini robot is designed. Different three-degree-of-freedom robot architectures are compared; the most suitable architecture for the project is selected. Geometrical properties are initially chosen for the robot. The physical capabilities of the architecture are predicted to ensure that the design criteria are satisfied. The impedance control algorithm is then adapted to the mini robot. The macro-mini system is formed by installing the mini robot on a gantry robot. Sanding tests are carried out in order to validate the performance of the system. The results of the tests reveal a few issues with the robotic system. The architecture of the mini robot is therefore modified in order to mitigate the impact of the issues previously identified. New tests are carried out with the intention of validating the improvement of this new version of the mini robot's performance. The results of the second series of tests are used to make recommendations about the contact flange's design and usage limitations are established. The mini robot is compared to other contact flanges already available on the market. Finally, a method allowing the determination of the magnitude of the mechanism's friction forces is presented. A first draft of a friction compensation algorithm is developed.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.