Programação
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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). Os fundamentos destes sistemas são introduzidos nos cursos de graduação de Engenharia, mas para o desenvolvimento de pesquisa científica 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 redes de Petri e em simulação discreta em virtude do grande número de trabalhos de descrição de SEDs desenvolvidos e que se baseiam nesta teoria.
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- 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.
- Método para construção de modelos baseados em redes de Petri.
Semana Data Conteúdo planejado Material de apoio Sala 1 18/02 Histórico da automação Livro texto A-1 25/02 Feriado 2 03/03 Sistemas a eventos discretos (SEDs), sistemas de variáveis contínuas (SVCs) e sistemas híbridos (SHs) Livro texto MZ-2 3 10/03 Rede de Petri: Rede evento-condição, Rede lugar-transição, Rede colorida Livro texto MZ-2 4 17/03 Exercícios de construção de modelos PIPE2 A-1 5 24/03 Exercícios de construção de modelos
Esta aula será via Google Hangout Meet
- Entre no Google com sua conta da USP
- Acesse o link https://meet.google.com/rhc-gwqh-zfb, ele será usado em todas as aulas não presenciais
PIPE2 A-1 6 31/03 Exercícios de verificação de comportamento dinâmico de modelos
Vídeo da aulaPIPE2 A-1 7 07/04 Exercícios de análise de modelos
Vídeo da aulaPIPE2 A-1 8 14/04 Exercícios de análise de modelos
Vídeo da aulaPIPE2 A-1 21/04 Feriado 9 28/04 Redes interpretadas: PFS (Production Flow Schema), MFG (Mark Flow Graph), SFC, GRAFCET
Vídeo da aulaLivro texto A-1 10 05/05 Exercícios de construção de modelos
Vídeo da aulaPIPE2 A-1 11 12/05 Exercícios de análise de modelos
Vídeo da aulaPIPE2 A-1 12 19/05 Exercícios de análise de modelos
Vídeo da aulaPIPE2 A-1 13 26/05 Método para o desenvolvimento da especificação de sistemas de automação
Vídeo da aulaLivro texto A-1
Horário das aulas: terças-feiras 14:00h-17:00h
- 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.
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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.
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Questionário a ser respondido e entregue até a 19/maio:
- Defina o que é um sistema e o que é análise de sistemas.
- Defina o que é um sistema a eventos discretos
- O que são modelos, técnicas de análise e simulação discreta.
- Defina o que é controle de sistemas.
- Defina o que é controle de sistemas a eventos discretos e o que é controle supervisório
- Defina o que é um dispositivo de realização do controle.
- Defina o que é um software de supervisão.
- Defina o que é método de projeto, procedimento de projeto, técnica de projeto e ferramenta de projeto.
- Defina o que é uma metodologia de projeto de sistemas de automação.
- Deve-se explicar a relação entre rede de Petri, PFS, MFG.
- Explique como a rede de Petri pode ser usada para controle de sistemas já que ele é em princípio uma técnica de modelagem e análise de sistemas.
- Explique a relação entre redes de Petri tipo MFG e as linguagens de programação de controladores.
- Explique como e onde as técnicas de simulações podem ser usadas na metodologia de projeto de projeto de sistemas de automação (Capítulo 6 do livro texto).
- Explique a relação entre o comportamento (a dinâmica) de sistemas a eventos discretos e o funcionamento (a dinâmica) de um programa de simulação discreta.
- Explique a relação entre a execução de um programa de simulação discreta e a realização do controle de um sistema.
Data de entrega (arquivo em DOC ou PDF enviado diretamente para o e-mail: pemiyagi@usp.br) :
- 19 de maio.
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Objetivo
Fazer com que o aluno adquira 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 ProModel e PIPE para gerar modelos para a especificação e análise de processos que visam o projeto e implantação de sistemas de automação.
No entanto, pode ser que ainda se tenha dificuldade de entender como analisar a automação de um sistema: Por onde começar? O que deve ser levado em consideração? Quais equipamentos (hardware/software)? Quais processos? Quais dados de entrada? Quais dados de saída?
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. É o que se espera com a monografia.
Os casos de sucesso podem ser consultados pelo que está documentado em artigos técnicos e científicos (com DOI) disponibilizados nas bases de dados SCOPUS, Web-of-Science ou SciELO 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
Cada aluno deve escolher um tema, como por exemplo: sistema de manufatura, sistema de serviços, sistema de trânsito, sistema de saúde, etc. que costumam ser abordados como sistemas a eventos discretos.
A seguir deve-se escolher 2 artigos técnicos/científicos (com DOI e disponibilizados nas bases de dados SCOPUS, Web-of-Science ou SciELO e que foram publicados nos últimos 4 anos) referentes à modelagem e análise de sistemas do mesmo tema.
Atividade 2
Nos estudos posteriores deve-se adotar as seguintes definições:
- Metodologia - um conjunto de métodos e princípios usados para solucionar um problema (que pode ser a realização de um trabalho/tarefa).
- Método - um conjunto de procedimentos devidamente organizado e planejado para realização de um trabalho/tarefa.
- Procedimento - a forma usual e correta (quando comprovado) de aplicar técnicas para realização de um trabalho/tarefa.
- Técnica - princípio (aplicação de teorias) utilizado para um trabalho/tarefa. Exemplo: Rede de Petri.
- Sistema - um conjunto de partes relacionadas que trabalham juntas como um todo, isto é, executando processos para uma finalidade específica.
- Processo - uma série de atividades que são efetuadas para alcançar um determinado resultado.
- Ferramenta – um artefato/instrumento útil para realizar uma tarefa. Exemplo, PIPE2.
No “relatório preliminar da monografia” o aluno deve apresentar:
- a relação entre estes termos na análise de sistemas (indicando a fonte das informações);
- dados bibliográficos completos e um resumo de cerca de 10 linhas dos artigos técnico-científicos selecionados anteriormente.
Atividade 3
Em geral, cada autor adota sua própria definição para os termos citados anteriormente O aluno deve fazer uma tabela comparativa entre os termos que aparecem em cada artigo (def. aqui adotada × def. usada no artigo 1 × def. usada no artigo 2) e aplicar isso no estudo dos artigos selecionados. Se existem diferenças (e em geral isso existe), o grupo deve analisar e explicar isso.
O aluno deve caracterizar a “metodologia de análise de sistemas” utilizada em cada artigo e identificar onde isso está inserido na metodologia de projeto de sistemas de automação apresentada no Capítulo 6 do livro texto da disciplina.
Atividade 4
O aluno deve elaborar a monografia seguindo o “modelo” (https://www.springer.com/journal/40430/submission-guidelines). A monografia deve conter:
- Resumo - Normalmente o último item a ser escrito, sintetiza em poucas linhas o trabalho, ou seja, seu contexto, objetivo, resultados obtidos.
- Introdução – Apresenta-se aqui o contexto da monografia (tema/sistema escolhido), o problema, sua importância, etc. Ao final da introdução deve ser apresentado o objetivo da monografia (Atenção: o objetivo neste caso é o estudo comparativo entre de “metodologias para modelagem e análise de sistemas” e como estas são usadas num projeto de sistemas de automação) 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.
- Revisão bibliográfica – Apresentam-se aqui os fundamentos/aspectos teóricos que suportam a monografia, isto é, explica-se os conceitos/definições de sistema, processo, análise de sistemas/processos, metodologia, método, procedimento, técnica, ferramenta e, a inter-relação entre estes termos. Além disso, explicam-se também outros fundamentos teóricos considerados.
- Exemplos de metodologias de análise – Apresenta-se aqui a justificativa para os trabalhos selecionados e as “metodologias de análise de sistemas” usados em cada caso. Explica-se o estudo comparativo realizado e a tabela resultante. Uma sugestão é discutir a abrangência e adequação das hipóteses assumidas em cada caso, assim como possíveis limitações e restrições.
- Aplicação em projeto de sistemas de automação – Apresenta-se aqui onde e como as “metodologias de análise de sistemas” são usadas no projeto de sistemas de automação tomando como base o material que está no Capítulo 6 do livro texto da disciplina.
- Conclusões - O fechamento da monografia, ou seja, com base no objetivo proposto, explica-se o resultado que foi obtido, isto é, deve se explicar a grau de abrangência (e restrições) do trabalho/estudo realizado e a representatividade do que foi auferido.
Datas de entrega (arquivo em DOC ou PDF enviado diretamente para o e-mail: pemiyagi@usp.br):
- 31 de março – Relatório preliminar da monografia (desconto de até 3,0 pontos).
- 19 de maio – Monografia.
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Objetivo
Fazer com que o aluno adquira 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 das disciplinas relacionadas foram apresentados conceitos de modelagem, análise e controle de sistemas a eventos discretos. Apresentaram-se também técnicas como a Rede de Petri e ferramentas como o ProModel e PIPE para gerar modelos para a especificação e análise de processos que visam o projeto e implantação de sistemas de automação.
A monografia é uma oportunidade para aplicar os conhecimentos adquiridos sobra uma metodologia de modelagem, análise e controle de sistemas de automação.
Roteiro
Segue as atividades a serem realizadas por cada aluno individualmente:
Atividade 1
Cada aluno deve escolher um tema, como por exemplo: sistema de manufatura, sistema de serviços, sistema de trânsito, sistema de saúde, etc. que costumam ser abordados como sistemas a eventos discretos.
O aluno pode escolher um dos trabalhos/artigos utilizados em PMR3305 referente à modelagem e análise de sistemas do mesmo tema.
Atividade 2
O aluno deve elaborar um texto – pode incluir fotos, figuras, diagramas e esquemas - descrevendo o(s) processo(s) que é(são) o objeto de estudo, isto é, modelagem e análise.
Atividade 3
O aluno deve desenvolver o modelo em PFS do processo.
Atividade 4
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 5
O aluno deve definir o que será analisado do processo modelado (em PFS/MFG) – sugere-se adotar o mesmo objetivo do trabalho selecionado na atividade 1. Deve-se assim: (i) caracterizar o que será analisado do processo modelado (em PFS/MFG) e como isso será realizado (definição dos estados iniciais e do número de experimentos); (ii) realizar os experimentos/simulações; (iii) comparar e analisar os resultados obtidos.
Atividade 6
O aluno deve elaborar a monografia seguindo o "modelo" (https://www.springer.com/journal/40430/submission-guidelines). A monografia deve conter:
- Resumo - Normalmente o último item a ser escrito, sintetiza em poucas linhas o trabalho, ou seja, seu contexto, objetivo, resultados obtidos.
- Introdução – Apresenta-se aqui o contexto da monografia (tema/sistema escolhido), o problema, sua importância, etc. Ao final da introdução deve ser apresentado o objetivo da monografia (Atenção: o objetivo neste caso é o estudo comparativo entre de "metodologias para modelagem e análise de sistemas" e como estas são usadas num projeto de sistemas de automação) 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.
- Processo modelado – derivado da atividade 2.
- Modelagem do sistema/processo - derivado da atividade 3 e 4.
- Experimentos e simulação – derivado da atividade 5.
- Conclusões - O fechamento da monografia, ou seja, com base no objetivo proposto, explica-se o resultado que foi obtido, isto é, deve se explicar a grau de abrangência (e restrições) do trabalho/estudo realizado e a representatividade do que foi auferido.
Datas de entrega (arquivo em DOC ou PDF enviado diretamente para o e-mail: pemiyagi@usp.br):
- 19 de maio – Monografia.