Programação

  • Geral

    Contrair tudo Expandir tudo

  • Apresentação

    Os sistemas em geral podem ser classificados em função da natureza de suas variáveis características, isto é, podem ser vistos como sistemas a eventos discretos (SEDs) ou como sistemas de variáveis contínuas (SVCs) ou até como sistemas híbridos (SHs) com a combinação de SED e SVC. Os fundamentos destes sistemas são introduzidos nos cursos de graduação de Engenharia, mas para o desenvolvimento de pesquisa científica e/ou inovação tecnológica nesta área, novos conceitos devem ser considerados. Desta forma, esta disciplina apresenta os conceitos básicos de diferentes técnicas utilizadas para a modelagem e análise de SEDs, a inter-relação entre elas e como podem ser efetivas para uma avaliação e para o controle de sistemas. A disciplina é desenvolvida com ênfase em rede de Petri e em simulação discreta em virtude do grande número de trabalhos publicados para concepção, análise e controle de SEDs.

  • Programa


    • Introdução: motivação para o estudo de sistemas a eventos discretos (SEDs), sistemas de variáveis contínuas (SVCs) e sistemas híbridos (SHs), conceitos fundamentais de SEDs e sistemas híbridos.
    • Técnicas de modelagem e análise: simulação discreta, rede de Petri.
    • Rede de Petri: conceito de componentes ativos e passivos, correspondência entre o comportamento dinâmico de SED e sua representação gráfica na forma de redes.
    • Rede evento-condição: regras, situação de conflito, situação de contato, complementação de redes.
    • Rede lugar-transição: regras, situação de conflito, situação de contato, complementação de redes.
    • Rede colorida (marcas individuais): regras.
    • Redes interpretadas: PFS (Production Flow Schema), MFG (Mark Flow Graph), SFC, GRAFCET.
    • Metodologia de projeto de sistemas de automação.

    Horário das aulas: terças-feiras 14:00h-17:00h


    Semana

    Data

    Conteúdo planejado

    Material de apoio

    Sala

    1

    14/03/2023

    Histórico da automação

    Livro texto

    TS-43

    2

    21/03/2023

    Controle e automação de sistemas, modelagem de sistemas; Sistemas a eventos discretos (SEDs), sistemas de variáveis contínuas (SVCs) e sistemas híbridos (SHs)

    Livro texto

    MZ-1

    3

    28/03/2023

    Controle de SEDs; Rede de Petri: Rede evento-condição, Rede lugar-transição, Rede colorida

    Livro texto

    MZ-1

    4

    04/04/2023

    Exercícios de construção de modelos

    PIPE2

    A-1

    5

    11/04/2023

    Exercícios de construção de modelos

    PIPE2

    A-1

    6

    18/04/2023

    Exercícios de verificação de comportamento dinâmico de modelos

    PIPE2

    A-1

    7

    25/04/2023

    Exercícios de análise de modelos

    PIPE2

    A-1

    8

    02/05/2023

    Exercícios de análise de modelos

    PIPE2

    A-1

    9

    09/05/2023

    Redes interpretadas: PFS (Production Flow Schema), MFG (Mark Flow Graph), SFC, GRAFCET

    Livro texto

    A-1

    10

    16/05/2023

    Exercícios de construção de modelos

    PIPE2

    A-1

    11

    23/05/2023

    Exercícios de construção de modelos

    PIPE2

    A-1

    12

    30/05/2023

    Metodologia para o projeto de sistemas de automação

    Livro texto

    A-1

     

     

     

     

     

  • Bibliografia

    Livro texto:

    ·        Miyagi, P.E.: Controle programável - fundamentos do controle de sistemas a eventos discretos. São Paulo, SP: Edgard Blücher, 1996. (3a reimpr. 2007).

    ·        Fattori,C.C.; Kano, C.H.; Junqueira, F.; Miyagi, P.E. Rede de Petri e o aplicativo PIPE (Platform Independent Petri net Editor). Apostila, EPUSP, 2012.

     

    Textos adicionais:

    ·        Villani, E.; Miyagi, P.E.; Valette, R.: Modelling and analysis of hybrid supervisory systems. London, UK: Springer, 2007.

    ·        L.A. Aguirre, A.H. Bruciapaglia, P.E. Miyagi, R.H.C. Takahashi (Org.). Enciclopédia de Automática: Controle & Automação - Volume 1. São Paulo: Editora Blucher, 2007. 450 p.

    ·        Riascos, L.A.M.; Miyagi, P.E.: Fault Tolerance in Manufacturing Systems: Applying Petri Nets. Saarbrücken: VDM Verlag, 2010.

    ·        Cassandras, C.G.;Lafortune, S.: Introduction to Discrete Event Systems. 2nd ed., Springer, 2008.

    ·        Wang, L.; Tan, K.C.: Modern Industrial Automation Software Design. Piscataway, NJ: IEEE Press, 2006.

    ·        Samad, T.: Perspectives in Control Engineering – Technologies, Applications, and New Directions. Piscataway, NJ: IEEE Press, 2001.

    ·        Li, Z.W.; Zhou, M.C.: Control of elementary and dependent siphons in Petri nets and their application. In: IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics Part A:Systems and Humans. vol.38, no. 1, pp. 133-148, 2008.

    ·        Murata, T.: Petri nets: properties, analysis and applications. In: Proceedings of The IEEE, vol. 77, no. 4, pp. 541 – 580, 1989.

     

    Artigos selecionados de periódicos científicos publicados por entidades como IEEE, IFAC, IFIP, ABCM e SBA.


  • Questionário (para todos os alunos)

    Questionário a ser respondido e entregue até 25/maio/2023 (formato: PDF, folha: A4, tipo: Times New Roman, 12):


    1.      Defina o que é um sistema.

    2.      Defina o que é análise de sistemas.

    3.      Defina o que é sistema a eventos discretos

    4.      Defina o que é modelo, verificação de modelo (qual a diferença com validação).

    5.      Defina o que é técnica de análise de sistemas (apresente exemplos).

    6.      Defina o que é controle de sistemas.

    7.      Defina o que é controle de sistemas a eventos discretos.

    8.      Defina o que é controle supervisório (note que isso é diferente de teoria de controle supervisório)

    9.      Defina o que é um dispositivo de realização do controle.

    10.    Defina o que é um software de supervisão.

    11.    Defina o que é método, técnica  e ferramenta de projeto de sistemas de automação.

    12.    Defina o que é uma metodologia de projeto de sistemas de automação.

    13.    A rede de Petri é uma técnica de modelagem e análise de sistemas. Explique como ela pode ser usada também para controle de sistemas.

    14.    Explique o que é digital twin e a relação desta com os conceitos vistos nesta disciplina.


  • Monografia - para todos os alunos

    Objetivo

    Fazer com que o aluno consolide o conhecimento sobre “modelagem e análise de sistemas” como sistemas a eventos discretos para o projeto, avaliação e especificação de sistemas de automação.

     

    Escopo

    Nas aulas teóricas e práticas da disciplina, são apresentados conceitos de modelagem, análise e controle de sistemas a eventos discretos. Apresentam-se também técnicas como a Rede de Petri e ferramentas como o PIPE para gerar modelos para a especificação e análise de processos que visam o projeto e implantação de sistemas de automação.

    No entanto, pode se ter ainda alguma dificuldade de entender como analisar a "solução" de automação de um sistema: Por onde começar? O que deve ser levado em consideração? Quais equipamentos (hardware/software)? Quais dados de entrada? Quais dados de saída? Como se mede a qualidade da automação?...

    Uma abordagem tipo “tentativa e erro” evidentemente não é efetiva. O que se deve fazer é conhecer e entender como casos de sucesso foram realizados e compreender a metodologia usada. Esta monografia é uma oportunidade para aplicar os conhecimentos adquiridos sobre uma metodologia de modelagem, análise e controle de sistemas de automação.

    Os casos de sucesso podem ser consultados pelo que está documentado em artigos técnicos e científicos (com DOI) disponibilizados nas bases de dados SCOPUS e Web-of-Science que podem ser acessadas de dentro da USP ou por meio da VPN da USP. Porém, como cada artigo tem um enfoque particular é necessário levá-los a um denominador comum para avaliar e comparar os resultados.

     

    Roteiro

    Segue as atividades a serem realizadas por cada aluno individualmente:

                                                                                            

        Atividade 1 – Seleção de artigo técnico para estudo

    Cada aluno deve escolher um tema, como por exemplo: sistema de manufatura, sistema de serviços, sistema de trânsito, sistema de saúde, etc. que podem ser abordados como sistemas a eventos discretos

    A seguir deve-se escolher 1 artigo técnico/científico (com DOI e disponibilizado nas bases de dados SCOPUS ou Web-of-Science e que foi publicado nos últimos 4 anos) referentes à modelagem e análise (e/ou controle) de sistemas do mesmo tema.

    • O artigo não pode ser de autoria ou co-autoria dos docentes do Departamento de Engenharia Mecatrônica da POLI/USP.
    • O artigo tem que usar (i) uma técnica de modelagem diferente da rede de Petri , Pode ser, por exemplo: teoria de filas (muito usado em ferramentas como ProModel, ARENA, etc.), autômatos finitos, máquina de estados, álgebra min-max, etc.

     

       Atividade 2 – Relatório preliminar

    Neste trabalho devem-se adotar as seguintes definições:

    • Sistema - um conjunto de partes que interagem compondo processos e que, como um todo, tem uma finalidade específica.
    • Processo - uma série de atividades que são efetuadas para alcançar um determinado resultado.

    No “relatório preliminar da monografia” o aluno deve apresentar um texto (PDF, folha A4, tipo Times New Roman) com:

    • Uma justificativa/motivação para o tema escolhido e a explicação de como este pode ser visto como um sistema a eventos discretos. Explicação do sistema e dos(s) processo(s) que serão objeto do estudo (isso é derivado diretamente do artigo escolhido). Deve também indicar claramente as fontes das informações (citação das referências) apresentadas;
    • Um resumo de cerca de 10 linhas do artigo técnico-científico selecionado.
    • Lista das referências bibliográficas (dados completos).

     

       Atividade 3 – Estudo do artigo selecionado

    Dando continuidade ao trabalho devem-se adotar as seguintes definições:

    • Metodologia - um conjunto de métodos e princípios devidamente organizados/estruturados (incluindo a forma de procedimentos) para solucionar um problema (que pode ser a realização de um trabalho/tarefa).
    • Método - um conjunto de procedimentos devidamente planejados e fundamentados em técnicas para realização de um trabalho/tarefa.
    • Técnica - princípio (aplicação de teorias) utilizado para um trabalho/tarefa. Exemplo: rede de Petri, teoria de filas, autômatos finitos, máquina de estados, álgebra min-max, etc.
    • Ferramenta – um artefato/instrumento (neste caso um programa computacional) útil para realizar uma tarefa.

    IMPOIRTANTE:  o artigo escolhido pode estar adotando outras interpretações para os termos acima de modo que o aluno deve tomar muito cuidado para "entender" devidamente o respectivo texto. Se existem diferenças (e em geral isso existe), o aluno deve explicar isso na monografia (parte das "conclusões").

     

       Atividade 4 – Identificação e caracterização do sistema/processo

    O aluno deve elaborar um texto – pode incluir fotos, figuras, diagramas e esquemas - descrevendo o sistema e o(s) processo(s) que é(são) o objeto de estudo do artigo selecionado, isto é, objeto da modelagem e análise. Deve-se explicar por que esse sistema e o(s) processo(s) podem ser tratados como sistemas a eventos discretos.

     

       Atividade 5 – Desenvolvimento do PFS

    O aluno deve desenvolver o modelo (conceitual) do sistema/processo(s) em PFS.

     

       Atividade 6 – Detalhamento gradual do PFS em rede de Petri ou MFG

    O aluno deve detalhar gradualmente os componentes do modelo em PFS até o nível em que se tem modelos em rede de Petri Condição-Evento (ou MFG) para a descrição funcional do(s) processo(s).

     

       Atividade 7 – Definição dos cenários de simulação

     O aluno deve definir que situações serão analisadas, isto é quais cenários serão testados com o processo modelado (em rede de Petri ou MFG) – na medida do possível, deve-se considerar o(s) mesmo(s) caso(s) do artigo selecionado. Deve-se assim: (i) caracterizar o que será analisado do processo modelado (em PFS/rede de Petri/MFG) e (ii) como isso será realizado (definição dos estados iniciais e do número de experimentos).


       Atividade 8 – Realização dos experimentos de simulação para verificação e validação

    O aluno deve realizar os experimentos/simulações e analisar os resultados obtidos.  

    • etapa 1: verificação do modelo - análise das propriedades estruturais do modelo em rede de Petri com as devidas interpretações para o caso estudado. 
    • etapa 2: validação do modelo - análise das propriedades comportamentais do modelo em rede de Petri com as devidas interpretações para o caso estudado. 
    • etapa 3: identificação e justificativa para as diferenças entre os resultados obtidos e os apresentados no artigo selecionado.


       Atividade 9 – Escrita do texto da monografia

    O aluno deve elaborar a monografia seguindo o “template” de formatação do texto que está disponível no site (Moodle-USP) da disciplina. A monografia deve conter:

    • Título –
    • Resumo - Normalmente o último item a ser escrito, sintetiza em poucas linhas o trabalho (neste caso a monografia), ou seja, seu contexto (neste caso, o tema escolhido), objetivo (da monografia), resultados obtidos.
    • Introdução – Explica-se aqui o tema/sistema escolhido, o problema, sua importância, etc. Ao final da introdução deve ser apresentado o objetivo da monografia e a estrutura do texto (o que o leitor encontrará em cada uma das seções seguintes). Toda afirmação baseada em outros trabalhos deve ser referenciada.
    • Sistema e processo(s) modelado(s)
    • Modelagem do sistema/processo
    • Experimentos e simulação
    • Análise dos resultados (neste caso a interpretação dos resultados dos experimentos e das propriedades estruturais e comportamentais dos(s) modelo(s) desenvolvidos)
    • Conclusões - Com base no objetivo proposto, avalia-se os resultados obtidos, isto é, deve se explicar a grau de abrangência (e restrições) do trabalho/estudo realizado e a representatividade do que foi auferido.
    • Lista de referências bibliográficas

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    Datas de entrega (via o link abaixo):


  • Tópico 6