Repositório RCAAP

Trabalhos recentes na área de Planejamento e Escalonamento têm gerado uma grande expectativa em relação à aplicação dos resultados em sistemas reais. Neste cenário, métodos, ferramentas e conceitos provenientes das Engenharia do Conhecimento e da Engenharia de Requisitos se tornam fundamentais para caracterizar melhor, entender e especificar os domínios de planejamento. Nesse caso uma especial importância deve ser dada às etapas iniciais do processo, onde o conhecimento sobre o domínio é incompleto e onde existem poucas ferramentas, seja para o suporte ou automação parcial do processo, e as ferramentas já existentes carecem de métodos formais para a modelagem e análise dos requisitos. Neste trabalho propõe-se o ReKPlan (Ambiente para a Engenharia de Requisitos usando KAOS em problemas de planejamento), que usa KAOS, um método orientado a objetivos, para a modelagem de requisitos. Entretanto, o uso do KAOS (ou de qualquer outro método goaloriented) não atende à necessidade de verificar formalmente o comportamento dinâmico quando o alvo são sistemas de planejamento. A proposta deste trabalho é combinar o uso do método orientado a objetivos com o formalismo das Redes de Petri (Rdp) -especificamente a abordagem seguida pelo GHENeSys- para representar e analisar requisitos no projeto de sistemas de planejamento. Finalmente é proposto um método sobre o processo de projeto que, guiado por modelos, gera instruções PDDL servindo de entrada para os planejadores. A método foi aplicado a vários estudos de caso que o avaliam como um mecanismo promissor e eficiente na Engenharia de Requisitos resultando em uma melhor definição dos requisitos em problemas de planejamento.

Flow machines are very important to industry, being widely used on various processes. Performance improvements are relevant factors and can be achieved by using optimization methods, such as topology optimization. Thus, this work aims to develop a method to design radial flow machine rotors operating on laminar regime, by implementing a topology optimization formulation based on density model. The design of a rotor involves firstly modelling the fluid flow by using the Navier-Stokes equations on a rotating reference frame and using the Finite Element Method for solving the differential equations. To determine the material distribution on the domain, a porous flow model based on the Darcy equation is employed by using an inverse permeability that interpolates between fluid and solid. In the optimization phase, it is defined a multi-objective function that aims to minimize the viscous energy dissipation, vorticity and power. The optimization problem is implemented using the FEniCS environment and the libraries dolfin-adjoint and pyIpopt. The optimized topologies are verified with the ANSYS software. The resulting topologies are post-processed and a CAD model is created. The rotors are manufactured by using a 3D printer, the complete prototype is built by coupling an electric brushless motor and an experimental characterization is performed by measuring fluid flow and pressure head given by the pumps. Experimental and computational results are compared and the improvement is verified.

From the 1990\'s onwards, service science field has experienced a great growth, taking the Marketing academic field as the precursor, next gathering Management and also Engineering academic field. From business tool (i.e., e-commerce), new approaches in service delivery (e.g., IT-based self-service technology such as on-line ticketing and reservation, on-line bank account access, on-line package tracking, and so forth), and new ways of relating to customers (i.e., e-Customer Relationship Management), internet based and IT services prompted researchers to an infusion of Software Engineering concepts and techniques into Service field (MOUSSA; TOUZANI, 2010). The beginning of 2004 was marked by the introduction of the service dominant logic (SDL), advocating a transition from an good-based exchange economy to a service-based one. Also, at the same year, IBM launched a call to action on the Service Science, Management and Engineer (SSME) initiative, pushing service research towards a more formal science field (MAGLIO et al., 2006). Researchers and practitioners are studying and developing ways to consolidate service theories, laws, and principles in order to effectively manage and control service systems in practice. On the other hand, Service Systems are defined as systems with an intense relationship (or collaboration) with the customer. This collaborative relationship characteristic changes the current (good-based) idea of services: from a one way informational channel, to a multiple resource exchange and adaptable process with the costumer. In fact, it changes not only the way service systems are understood, but specially how to design it. In terms of the impact of the service dominant logic on different economic sectors, the impact over manufacturing industry had the attention of several different researchers over the world (AURICH; MANNWEILER; SCHWEITZER, 2010; CAVALIERI; PEZZOTTA, 2012; TOMIYAMA, 2001). The Service Engineering research field then advocate for the incursion of Service Design in manufacturing, changing entirely the current idea of a production chain transformation process from suppliers raw materials inputs until distribution to the final consumer. However, the new perspective on manufacturing services understand services that encompass products, surpassing the notion of a product\'s function design, to reach a receiver\'s state change design. To support adaptation and intense relationship to address customer individual needs, a manufacturing service initiative must be root on technologies that brings more freedom and flexibility into the production process. A production processes for manufacturing services must be formed be a new sophisticated network arrangement supported by internet and combined with intelligent machines. In fact, manufacturing has to be supported to reach the concept of smart (virtual) factories producing smart products. The Product-Service Architecture (or just PSA) was proposed firstly by(SILVA; NOF, 2015) with the objective of answering the needs for a serviceoriented approach to manufacturing industries. As defined by the authors, PSA is a distributed architecture where a service provider is defined as an open set of production unities (which could deliver products, services, or even product/services) that could be independent or commercially connected to the service provider corporation. It is an approach to address the problem of Service Systems from a Design perspective, based on an high-level architecture. The current design approach for PSA is imported from the Service Information Systems, forming a collection of design methods and languages highly connected to object oriented and service-oriented architecture (SOA) approaches. However, to achieve the provider-customer relationship, intense and collaborative, improvements on PSA design approach should be placed in order to allow an internal design that could achieve new solutions that adapt to meet the customer\'s needs. Our main hypothesis is that major problems are on the early phases of the design. Modifying the approaches of the PSA design discipline to approaches more connected to agent-oriented modeling could offer the necessary tools to improve the service design using PSA. Goal-Oriented Requirement Engineering (GORE) emerged as approach very consistent modeling approach strongly based on agent-oriented concepts. Adding the concepts of goals and softgoals to the design process, that could be understood as a high-level stakeholder objectives, it opened a new level of analysis capturing the \"why\" dimensions of the stakeholders(YU, 1997). Following modeling representations to increase agency for the PSA design Discipline, the concept of Intentionality, brought by the GORE method i*, meaning interests and motivation of agents, seems to fit to the objectives of service design. Therefore, we present on this work our proposal for an Intentional PSA Service Design Discipline to support modeling and design for service system that could be even applied to new manufacturing approaches. For the purposes of this work, we understand discipline as a set of rules, involving steps and tools, to achieve a proposed goal. Discipline, as it does not admit a formalism that allows it to be called a method. Therefore, it is a theoretical conceptual proposal that aims practical incursions to demonstrated improvements of the modeling process. Therefore, what we want to demonstrate is that the steps gathered, aligned to a framework improves the quality of the design process. It is not possible to formalize it completely since there is no formal definition of the elements (even for services). It should be noted that the conceptual basis of the intention-based method lies in the preliminary stage of requirements elicitation and analysis, which as we know can not be formalized. We seeks the enrichment of the current PSA design discipline approach with Goal-oriented and Intentional approaches to form a new Service Design Discipline applied for the PSA architecture.

No mercado global e digital, as empresas são desafiadas a encontrar caminhos inovadores para atender o aumento da pressão -competitiva. A competição é uma das formas de interação das organizações, além da colaboração e da cooperação. A cooperação e a colaboração apresentam formas de produzir conjuntamente aumentando o potencial de atendimento das empresas. Os desafios mais encontrados no mercado são: reduzir os custos, sempre assegurar qualidade e personalizar os produtos e serviços. Um fenômeno de negócios comum hoje é a terceirização da manufatura e da logística para fornecedores domésticos e estrangeiros e provedores de serviços. Essa terceirização provoca, intrinsecamente, um espalhamento geográfico da produção em novos centros que oferecem vantagens nos recursos energéticos, matérias primas e centros de produção de conhecimento. Essa terceirização pode ser realizada também nas formas de colaboração e cooperação. Para isso, as empresas necessitam estabelecer uma forma de confiança entre si. No conceito de empresa virtual, a confiança é amplamente discutida para atingir uma colaboração e/ou cooperação entre empresas. O objetivo deste trabalho é propor e modelar uma ferramenta que atenda as necessidades das empresas para colaboração e/ou cooperação entre elas, considerando suas necessidades de confiança. As empresas aqui são vistas como sistemas produtivos, com suas camadas de gerenciamento de negócios, de acordo com o padrão ANSI/ISA 95. Além disso, um tipo de interpretação da rede de Petri, chamada de rede de Petri produtiva é introduzida como ferramenta para descrever o processo produtivo realizado pelas empresas na forma de workflow. A modelagem dessa arquitetura do sistema produtivo utiliza técnicas de sistemas distribuídos, como a arquitetura orientada a serviços. Além disso, um dos enfoques é das necessidades para o desenvolvimento de novos produtos, que envolve o desafio de personalização. Testes foram realizados para avaliar a proposta de workflow com pessoas de diferentes níveis de conhecimento sobre os processos, sejam de manufatura, sejam de outras áreas. Já a arquitetura proposta foi submetida a um estudo analítico das hipóteses levantadas no ambiente colaborativo.

Considerando que o petróleo quando extraído dos poços em águas profundas chega a ter teor de água superior a 50% e que antes de ser enviado à refinaria deve ter uma quantidade de água inferior a 1%, torna-se necessário o uso de técnicas de redução da quantidade de água. Durante a extração do petróleo formam-se emulsões de água em óleo que são muito estáveis devido a um filme interfacial contendo asfaltenos e/ou resinas ao redor das gotas de água. Nesse trabalho é apresentada a utilização de ondas estacionárias de ultrassom para realizar a quebra dessas emulsões. Quando gotículas de água com dimensões da ordem de 10m, muito menores que o comprimento de onda, são submetidas a um campo acústico estacionário em óleo, a força de radiação acústica empurra as gotículas para os nós de pressão da onda. Uma célula de coalescência com frequência central ao redor de 1 MHz, constituída por quatro camadas sendo uma piezelétrica, uma de acoplamento sólido, uma com o líquido e outra refletora, foi modelada empregando o método da matriz de transferência, que permite calcular a impedância elétrica em função da frequência. Para minimizar o efeito do gradiente de temperatura entre a entrada e a saída da cavidade da célula, quando está em operação, foram utilizados dois transdutores piezelétricos posicionados transversalmente ao fluxo que são excitados e controlados independentemente. Foi implementado um controlador digital para ajustar a frequência e a potência de cada transdutor. O controlador tem como entrada o módulo e a fase da corrente elétrica no transdutor e como saída a amplitude da tensão elétrica e a frequência. Para as células desenvolvidas, o algoritmo de controle segue um determinado pico de ressonância no interior da cavidade da célula no intervalo de frequência de 1,09 a 1,15 MHz. A separação acústica de emulsões de água em óleo foi realizada em uma planta de laboratório de processamento de petróleo no CENPES/PETROBRAS. Foram testados a variação da quantidade de desemulsificante, o teor inicial de água na emulsão e a influência da vazão do sistema, com uma potência de 80 W. O teor final de água na emulsão mostrou que a aplicação de ultrassom aumentou a coalescência de água da emulsão, em todas as condições testadas, quando comparada a um teste sem aplicação de ultrassom. Identificou-se o tempo de residência no interior da célula de separação como um fator importante no processo de coalescência de emulsões de água e óleo. O uso de desemulsificante químico é necessário para realizar a separação, porém, em quantidades elevadas implicaria no uso de processos adicionais antes do repasse final do petróleo à refinaria. Os teores iniciais de água na emulsão de 30 e 50% indicam que o uso da onda estacionária na coalescência de emulsões não tem limitação quanto a esse parâmetro. De acordo com os resultados obtidos em laboratório, essa técnica seria indicada como uma alternativa para integrar um sistema de processamento primário em conjunto com um separador eletrostático.

Em um cenário de aumento de competitividade, crescente expectativa por inovações do produto e necessidade de atender diferentes perfis de consumidores, o conceito de gerenciamento de cadeias de suprimentos globais (GSCM) surge como uma estratégia para coordenar mais eficazmente as atividades dispersas geograficamente dos sistemas produtivos. Na adoção do GSCM, as organizações devem lidar com rupturas que impactam no gerenciamento das suas atividades, tais como a interrupção de vias de transporte, pane no fornecimento de energia, desastres naturais e até ataques terroristas. Nesse contexto, o trabalho introduz um procedimento sistematizado para modelagem das cadeias de suprimentos visto como um sistema a eventos discretos e sua análise por simulação das atividades do GSCM baseada em técnicas formais como a rede de Petri (PN) e o Production Flow Schema (PFS). Um exemplo é também apresentado para ilustrar e comprovar as vantagens do método proposto na análise do GSCM.

Propõe-se um novo método D-bar de Tomografia por Impedância Elétrica (TIE) para obter, simultaneamente, a condutividade e a permitividade de um domínio 2-D. O algoritmo direto baseia-se na prova de existência e unicidade do artigo de E. Francini [1]. A caracterização de tecidos biológicos é fortemente facilitada a partir do conhecimento de suas propriedades elétricas. Particularmente, nas aplicações médicas de TIE há grande interesse na permitividade, uma vez que, vários autores tem apresentado critérios para distinguir patologias baseados nesta propriedade, um exemplo constitui a determinação de presença ou ausência de sangue em líquidos acumulados no pulmão. Realizam-se testes com dados simulados numericamente e experimentais com o propósito de verificar e entender as propriedades, capacidades e limitações do algoritmo implementado. No caso dos testes numéricos, é desenvolvido um programa que resolve o problema direto da admitividade, o qual permite calcular conjuntos de dados de voltagem numéricos. São simulados dados aplicando padrões de corrente trigonométricos e por pares. As soluções exponencialmente crescentes do problema inverso são parte essencial do algoritmo e devem ser decompostas nas bases dos padrões de injeção de corrente. A compreensão da natureza destas decomposições para padrões de injeção trigonométricos e por pares, levou ao estabelecimento de especificações no projeto de um sistema de TIE para este algoritmo. Os resultados encorajadores numéricos e experimentais obtidos nas reconstruções de condutividade e permitividade, quanto à resolução espacial e às magnitudes, indicam que o algoritmo é promissor para uso clínico.

One solution to overcome the limitations of small scale model testing, such as scaling conflicts or infrastructure constrains, while retaining the physical phenomena\' complexity, is hybrid model testing. In hybrid model testing, the physical substructure (tested experimentally) and the numerical substructure (simulated in a computer) interact with each other through a network of sensors and actuators. Hence, to apply the desired effects in the physical substructure, precise control of the actuators is necessary. In this work, we will develop a force actuator for hybrid model testing of a vessel in a wave tank. It will be employed a robust control technique (super-twisting sliding mode) to develop the controller of the force actuator consisting in a servomotor that applies a desired force through a line attached to the vessel model. We describe the force actuator dynamics and develop the sliding mode controller considering the system uncertainties (external disturbances, unknown plant parameters or unmodeled dynamics). Then, the force actuator is validated experimentally. We analyzed a step and a sinusoid input (0.1 to 2.0 Hz), with a disturbance motion of frequencies up to 1.5 Hz. The actuator developed showed good results (mean absolute error inferior to 0.1 N in all tests), where the high frequency error spikes (up to 0.33 N) should not have a significant effect on the hybrid model tests slow dynamics. We conclude that the force actuator will be a valuable tool for hybrid model testing.

Estruturas que estão sujeitas a altas temperaturas absolutas, à convecção natural, ou ainda, estruturas que trocam calor na ausência de um meio físico, apresentam relevante transferência de calor por radiação térmica. Este fenômeno é importante para diversas aplicações e processos, como, por exemplo, no funcionamento de coletores solares, satélites, fornos industriais, motores a combustão e usinas nucleares. O presente trabalho de mestrado apresenta a aplicação do método da otimização topológica (MOT) no projeto de estruturas que trocam calor substancialmente por radiação térmica no interior de confinamentos, através da distribuição de material refletor ou de aquecedores. Por meio do MOT, cuja principal característica é a liberdade de distribuição do material dentro de um domínio inicial, é possível adicionar ou remover material de uma determinada região do domínio, criando ou desfazendo fronteiras, de forma livre, visando à obtenção de um projeto otimizado. O algoritmo de otimização é baseado no Método das Assíntotas Móveis (MMA) e é complementado pelo Método dos Elementos Finitos (MEF), para a análise do fenômeno de radiação em confinamentos. Ambos são implementados através do software Matlab. Os casos considerados são o da distribuição de material refletor de radiação térmica ou de aquecedores, sujeitos a uma eventual restrição nas quantidades destes materiais, sobre uma superfície plana, de forma a extremizar-se a irradiação ou a minimizar-se a temperatura em determinada área específica do domínio de projeto. Este problema depende, dentre outros fatores, da geometria da superfície e dos ângulos dos raios incidentes sobre ela.

Com a evolução da medicina e o consequente envelhecimento da população, o aneurisma de aorta abdominal (AAA) se tornou uma doença cada vez mais presente, sobretudo em homens. A falta de conhecimento detalhado do comportamento mecânico do tecido aórtico abdominal é o principal gargalo no refinamento do critério para a recomendação de cirurgia corretiva, resultando, ainda hoje, no óbito decorrente da ruptura desses aneurismas. O entendimento do comportamento mecânico desse tecido permitirá o refinamento do critério atual, salvando mais vidas. Esse entendimento pode ser obtido através da Mecânica do Contínuo, utilizando dados experimentais de ensaios mecânicos para avaliar e descrever o comportamento do material. Para que isso ocorra, é necessário que o teste seja feito em dois eixos independentes. No presente trabalho, foram escolhidos os eixos longitudinal e circunferencial para a realização de testes mecânicos, levando em consideração aspectos de metodologias já utilizadas, seus pontos fortes e deficiências. São apresentados o projeto, a construção e e a calibração de um equipamento para ensaios biaxiais de tecidos biológicos tubulares, extraídos de cadáveres, e testados até a ruptura, com a possibilidade de realização de ensaios de pré-condicionamento. Tubos de látex foram utilizados na calibração do equipamento, de cuja utilização é esperada grande contribuição na ampliação do conhecimento da probabilidade de ruptura de AAAs e em uma melhor compreensão do comportamento do tecido da uretra peniana.

O processo de separação da água em emulsões de petróleo é feita durante o processamento primário do petróleo e consiste na coalescência de gotas de água. Para minimizar o uso de desemulsificantes e acelerar o processo de separação da emulsão alguns equipamentos podem ser utilizados como os separadores acústicos. Neste trabalho a técnica de força de radiação produzida por ondas estacionárias de ultrassom é aplicada na segregação das fases líquidas de emulsões água em óleo. São desenvolvidas células de ultrassom que operam em frequências próximas de 1 MHz através de ressonadores piezelétricos visando a aplicação na coalescência de gotas de água em emulsões do tipo água-óleo. O trabalho envolve simulações do campo acústico através de modelos analíticos unidimensionais e bidimensionais e de um modelo numérico bidimensional pelo método dos elementos finitos para o estado plano de deformações. São realizadas verificações experimentais em protótipos de células de alta potência para separação em batelada através da comparação do potencial de radiação acústica e da impedância elétrica com resultados de modelos computacionais. Diversos ensaios de quebra de emulsões sintetizadas de petróleo são realizados utilizando um aparato experimental de laboratório aplicando potências de até 600 W=l. Um sistema de controle de frequência de operação é implementado para manter máxima transmissão de potência elétrica para a célula. Os resultados mostraram que a técnica empregada pode reduzir pela metade o uso de desemulsificante químico (de 20 a 10 ppm) ou diminuir o tempo de residência em até 60% (de 20 para 8 min). Uma análise da influência da frequência na eficiência de desemulsificação é realizada e indica que não há sensibilidade no resultado para a faixa de frequência entre 0.8 e 1.5 MHz a uma temperatura ambiente de aproximadamente 23 C. A metodologia empregada auxilia no projeto das células e na aplicação da técnica, mas é insuficiente para explicar integralmente os mecanismos de separação e as diferenças entre o protótipo e o modelo. A aplicação de ultrassom na coalescência de emulsões possui potencial para desenvolvimento em larga escala.

Para que um transdutor ultrassônico gere e transmita um pulso curto e receba ecos com elevada sensibilidade, além de uma camada de retaguarda que absorva as ondas emitidas para trás, é necessário que haja um bom casamento de impedância acústica entre a cerâmica piezelétrica e o meio externo (camada de acoplamento). Quando comparado ao acoplamento em líquido, o acoplamento em ar é ainda mais complexo, pois este tipo resulta em perdas elevadas durante a transmissão e a recepção dos sinais acústicos, devido à grande diferença de impedância acústica entre a cerâmica e o ar. Certas aplicações requerem um acoplamento em ar e, para isso, os transdutores ultrassônicos usados devem ter banda larga, além de uma baixa impedância acústica. O aumento da largura de banda de um transdutor piezelétrico pode ser alcançado com o emprego de piezocompósitos, de uma camada de retaguarda, de camadas de acoplamento frontal e melhorias na parte eletrônica. A contribuição deste trabalho visa a estudar e desenvolver piezocompósitos com maior largura de banda para aplicação em transdutores de ultrassom para acoplamento em ar. De modo geral, os piezocompósitos possibilitam um maior fator de acoplamento eletromecânico e uma menor impedância acústica quando comparado às cerâmicas piezelétricas convencionais. Neste trabalho foram realizadas a modelagem, a construção e a caracterização de três tipos de piezocompósitos: piezocompósitos com gradação da densidade, piezocompósitos 2-2, e piezocompósitos 1-3. Naqueles com gradação da densidade,variaram-se os parâmetros profundidade, largura e distribuição dos cortes. O método de elementos finitos foi utilizado para analisar a influência dos parâmetros dos cortes. Os piezocompósitos foram construídos a partir de piezocerâmicas circulares e retangulares. Alguns dos piezocompósitos construídos foram submetidos a experimentos de interferometria a laser, mostrando a variação da distribuição dos deslocamentos máximos na superfície em função da frequência. A partir do espectro de frequência da condutância e dos valores inferiores e superiores da largura de banda foram analisados os deslocamentos máximos nas diversas regiões da superfície dos piezocompósitos. Nos piezocompósitos gradados observou-se que os deslocamentos máximos em determinadas regiões da superfície do piezocompósito dependiam da frequência de excitação. Desse modo, os piezocompósitos gradados apresentaram fator de acoplamento eletromecânico e largura de banda maiores do que os dos piezocompósitos 1-3. Transdutores com emissão em ar construídos a partir de piezocompósito gradado e do tipo 1-3 foram caracterizados e medidos os parâmetros largura de banda e fator de acoplamento eletromecânico. O transdutor construído a partir do piezocompósito gradado apresentou maior largura de banda quando comparado com o transdutor do tipo 1-3.

Ship Manoeuvring Simulators have proved to be powerful tools on analyzing the feasibility of new maritime maneuvers and new port constructions. In order to provide a complete immersive and real environment, such simulators must correctly represent the dynamics of the controlled vessel as well as the actuation of the tugboats, which have been extremely used over the last years due to the increasing complexity on the maritime maneuvers. Although few simulators can correctly model the dynamics of the tugboats, they still represent their actuation through the so-called \"vector tug model\". This is usually the case because it is expensive to run several integrated-simulators in real-time and the simulator centers do not have trained tugboat captains available. The vector tugs are usually represented as simplified external forces actuating on a vessel. The simplicity of such models causes a loss of realism during a maritime simulation due to the fact that neither the forces exerted on a towed vessel nor the tugboat\'s actuation position are accurate. In addition, tugboats\' actuation response time is usually not taken into account under the current vector tug models used on Ship Manoeuvring Simulators. The main objective of this work is to provide an innovative approach for vector tug actuation modeling in such a way that the towing force magnitude and actuation positions are accurate either in push or pull operation modes. The author will expand the static equilibrium model for tugboat force prediction presented in Brandner (1995) and Artyszuk (2014) and combine it along with optimization techniques in order to accurately obtain the tugboats\' actuation either working under the direct maneuver (i.e., tugboat uses solely its propeller power in order to exert force on a towed vessel) or working under the indirect maneuver (i.e., tugboats use the environmental disturbances and the hull drag in order to maximize their actuation force on a towed vessel). The implementation of the new mathematical model provides a new level of reality when vector tugs are used in Ship Manoeuvring Simulators.

O problema da localização e mapeamento simultâneos, conhecido como problema do SLAM, é um dos maiores desafios que a robótica móvel autônoma enfrenta atualmente. Esse problema surge devido à dificuldade que um robô apresenta ao navegar por um ambiente desconhecido, construindo um mapa das regiões por onde já passou ao mesmo tempo em que se localiza dentro dele. O acúmulo de erros gerados pela imprecisão dos sensores utilizados para estimar os estados de localização e mapeamento impede que sejam obtidos resultados confiáveis após períodos de navegação suficientemente longos. Algoritmos de SLAM procuram eliminar esses erros resolvendo ambos os problemas simultaneamente, utilizando as informações de uma etapa para aumentar a precisão dos resultados alcançados na outra e viceversa. Uma das maneiras de se alcançar isso se baseia no estabelecimento de marcos no ambiente que o robô pode utilizar como pontos de referência para se localizar conforme navega. Esse trabalho apresenta uma solução para o problema do SLAM que faz uso de um sensor de visão omnidirecional para estabelecer esses marcos. O uso de sistemas de visão permite a extração de marcos naturais ao ambiente que podem ser correspondidos de maneira robusta sob diferentes pontos de vista. A visão omnidirecional amplia o campo de visão do robô e com isso aumenta a quantidade de marcos observados a cada instante. Ao ser detectado o marco é adicionado ao mapa que robô possui do ambiente e, ao ser reconhecido, o robô pode utilizar essa informação para refinar suas estimativas de localização e mapeamento, eliminando os erros acumulados e conseguindo mantê-las precisas mesmo após longos períodos de navegação. Essa solução foi testada em situações reais de navegação, e os resultados mostram uma melhora significativa nos resultados alcançados em relação àqueles obtidos com a utilização direta das informações coletadas.

Neste trabalho é proposto e avaliado um sistema capaz de monitorar de forma não-destrutiva, não-invasiva, individualizada, em tempo real e em ambiente industrial, a qualidade de soldas produzidas através do processo de solda a ponto resistiva (PSPR), diminuindo ou mesmo eliminando a necessidade dos testes destrutivos, reduzindo custos e aumentando a produtividade. Este sistema de monitoramento é baseado em reconhecimento de padrões, através de redes neurais artificiais do tipo Perceptron multicamadas. As características do processo usadas na entrada da rede neural são os parâmetros ajustados de um modelo matemático parametrizável, criado com o intuito de refletir as propriedades fundamentais da grandeza do processo passível de ser medida e monitorada em tempo real, neste caso a curva de resistência dinâmica. Estes valores ajustados dos parâmetros do modelo são ainda relacionados com os estados ou condições do processo, de forma a permitir a identificação de possíveis causas para falhas detectadas. Para avaliar e validar este sistema, usaram-se dados reais obtidos na produção de lotes de contatos elétricos através do PSPR. Os resultados obtidos mostram que o sistema proposto é capaz de monitorar satisfatoriamente a qualidade do processo investigado, com erro médio quadrático de 16,5 N, na estimação da força de cisalhamento suportada pela solda, no pior caso. O sistema também mostrou-se capaz de identificar a causa para soldas cuja qualidade estimada foi considerada baixa, com taxa de acerto acima de 97%. Esse sistema proposto não contém especificidades de nenhum processo produtivo e, portanto, tem potencial para ser aplicado em outros processos, além do PSPR.

A combinação de lógica e probabilidade (lógicas probabilísticas) tem sido um tópico bastante estudado nas últimas décadas. A maioria de propostas para estes formalismos pressupõem que tanto as sentenças lógicas como as probabilidades sejam especificadas por especialistas. Entretanto, a crescente disponibilidade de dados relacionais sugere o uso de técnicas de aprendizado de máquina para produzir sentenças lógicas e estimar probabilidades. Este trabalho apresenta contribuições em termos de representação de conhecimento e aprendizado. Primeiro, uma linguagem lógica probabilística de primeira ordem é proposta. Em seguida, três algoritmos de aprendizado de lógica de descrição probabilística crALC são apresentados: um algoritmo probabilístico com ênfase na indução de sentenças baseada em classificadores Noisy-OR; um algoritmo que foca na indução de inclusões probabilísticas (componente probabilístico de crALC); um algoritmo de natureza probabilística que induz sentenças lógicas ou inclusões probabilísticas. As propostas de aprendizado são avaliadas em termos de acurácia em duas tarefas: no aprendizado de lógicas de descrição e no aprendizado de terminologias probabilísticas em crALC. Adicionalmente, são discutidas aplicações destes algoritmos em processos de recuperação de informação: duas abordagens para extensão semântica de consultas na Web usando ontologias probabilísticas são discutidas.

Neste trabalho são analisados os campos acústicos gerados por transdutores ultrassônicos planos e circulares, do tipo pistão plano, no modo pulso-eco, trabalhando como emissor e receptor de ondas, com freqüências de 1,6 MHz, 2,25 MHz e 5 MHz. As ondas emitidas por esses transdutores interagem com interfaces denominadas alvos, com diversas geometrias de superfícies, como planas e circulares, planas com cavidade do tipo alvéolo circular, e cone reto, todas compostas de alumínio e imersas em tanque com água. O campo acústico refletido varia de acordo com o tipo de geometria do alvo. Para essas analises foram produzidas e comparadas modelagens do campo acústico no software Matlab, por meio de dois modelos teóricos: método da resposta impulsiva e método da representação discreta. Foram analisados o tempo de computação produzido pelo método numérico com relação a discretização dos elementos de área do transdutor e do alvo, alem da influencia da conversão de modo nas respostas impulsivas simuladas para essas superfícies. Os resultados mostraram uma boa correlação entre os dois métodos teóricos, porem o de representação discreta possibilita o estudo em transdutores com geometria diferente do pistão plano, sem o uso de integrais complexas. As diferenças dos resultados experimentais e teóricos podem ser minimizadas por meio de uma escolha adequada da relação entre a discretização e comprimento de onda (Dx/), em que foi considerado um valor aceitável de erro relativo de 15% para Dx/ 0,68. Foi observado que o uso da conversão de modo na interface refletora influi apenas na amplitude do sinal de eco (atenuação) e não na forma do sinal.

Neste trabalho é proposto um dispositivo MEMS do tipo micro-transdutor acústico capacitivo, CMUT (sigla em inglês - Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer). Em vez de usar piezoeletricidade, o CMUT tem um array de capacitores, onde cada capacitor possui um eletrodo inferior fixo, uma cavidade e o eletrodo superior composto de uma placa flexível. Quando submetida a uma tensão CC adequada, a placa se deflete se aproximando do eletrodo inferior devido à força eletrostática. Assim a placa fica tensionada podendo vibrar quando excitada por uma tensão CA. Neste caso o CMUT opera como emissor de ondas acústicas. A placa também pode ser excitada por uma onda acústica agindo em sua superfície. Neste caso o dispositivo opera como sensor. Uma das contribuições desse trabalho é o processo de fabricação simplificado com o uso do fotorresiste SU-8 como parte da estrutura do dispositivo. Sua facilidade de processamento e suas propriedades físicas lhe conferem estabilidade e rigidez adequadas para tal fim. Foram realizadas modelagens e simulações analíticas e computacionais do comportamento da placa. Os resultados auxiliaram no melhor entendimento do comportamento do dispositivo sob tensão mecânica devido a uma carga ou uma tensão de polarização. Esses resultados também auxiliaram na definição de parâmetros iniciais do processo de fabricação. Durante o processo de fabricação, foram realizados diversos testes a fim de se encontrar o processo mais adequado à infraestrutura disponível. No processo escolhido, a base do dispositivo é fabricada num substrato de vidro com eletrodos inferiores de alumínio depositados por evaporação. Os pilares são fabricados em SU-8, depositado por spin coatting. A placa é colada posteriormente utilizando-se fotorresiste AZ. O AZ é depositado sobre um pedaço de folha de cobre ou alumínio. As duas partes são colocadas em contato e para promover a colagem é aplicada pressão durante a cura. As amostras foram caracterizadas eletricamente utilizando-se um medidor de impedância RCL. Foram levantadas curvas de impedância, capacitância e ângulo de fase em função da frequência (1 kHz a 1 MHz). Além do sinal CA utilizado pelo instrumento durante a medição foi aplicado um nível CC que variou conforme as dimensões dos protótipos. Também foram levantadas curvas de impedância, capacitância e angulo de fase em função de uma carga mecânica aplicada. Para valores de polarização mais elevados, foram montados circuitos específicos. Estes circuitos são capazes de polarizar o CMUT, aplicar um sinal CA para medição e proteger demais componentes e instrumentos dos aparatos de medição. O dispositivo respondeu bem a aplicação de carga mecânica, excitação por sinal CA e excitação com onda mecânica. Os resultados mostraram que o dispositivo apresenta bom potencial para ser aplicado na análise de fluidos.

Um micromecanismo é, essencialmente, um dispositivo de dimensões milimétricas ou até micrométricas que executa uma tarefa específica como atuar como garra, pinça, grampo, etc. Quando acoplados a um sistema eletrônico, são chamados de sistemas microeletromecânicos ou \"Micro-Electro-Mechanical Systems\" (MEMS). Esses dispositivos são quase todos constituídos por mecanismos flexíveis, onde o movimento é dado pela flexibilidade de sua estrutura, sem juntas e pinos. Uma das formas de atuação de micromecanismos é a eletrotermomecânica, onde uma atuação elétrica sobre o próprio mecanismo é convertida em calor, por efeito Joule, que gera tensões térmicas responsáveis pela deformação estrutural desejada. Recentemente, vários grupos de pesquisa no mundo estão desenvolvendo micromecanismos fabricados com dois (ou até mais) materiais, o que permite obter maiores deformações sem que seja excedido o limite de resistência do material e mais flexibilidade no projeto de micromecanismos que realizem diferentes tarefas quando sujeito a diversas atuações (multiflexíveis). As técnicas de processo de fabricação de micromecanismos atingiram um alto nível de maturidade. No entanto, a modelagem e, em particular, o desenvolvimento de métodos computacionais sistemáticos para o projeto estão ainda no seu estágio inicial. Atualmente, o projeto de micromecanismos com vários materiais vem sendo realizado por métodos de tentativa e erro, dependendo da intuição e experiência do projetista. Além disso, o projeto genérico de um MEMS eletrotermomecânico é uma tarefa complexa, que leva em conta conhecimentos multidisciplinares. Dessa forma, o objetivo desse trabalho de mestrado foi desenvolver um software para o projeto de MEMS multifásicos, atuados eletrotermicamente, usando um método de projeto genérico e sistemático, como o Método de Otimização Topológica (MOT). Utilizando um modelo de interpolação de material de função de pico, qualquer número de materiais pode ser considerado sem que haja aumento na quantidade de variáveis de projeto se comparado à otimização com apenas um material e vazio. Visando maximizar o deslocamento de saída contra uma peça de rigidez conhecida, foram projetados mecanismos atuados por tensão elétrica, alguns considerando multiflexibilidade. Um estudo da influência dos parâmetros da otimização foi realizado. Como uma alternativa à atuação eletrotermomecânica, foram projetados mecanismos atuados por fluxo de calor.

Neste trabalho foram usadas duas células ultrassônicas para a caracterização de emulsões de água em óleo, uma com linhas de retardo e a outra com espalhadores. Foi utilizado um transdutor ultrassônico comercial de 3,50 MHz, operando no modo pulso-eco, e as amostras testadas foram de água em óleo hidráulico, e de água em petróleo, com concentrações de água entre 0% e 50% em volume. A primeira célula permitiu medir as seguintes propriedades acústicas das amostras em função da concentração de água: velocidade de propagação, coeficiente de reflexão, impedância acústica, densidade e atenuação acústica. As primeiras quatro propriedades foram comparadas às obtidas pelo modelo teórico de misturas de Urick, resultando em uma diferença inferior a 2%. A atenuação acústica da água foi comparada com valores da literatura, tendo-se obtido um erro bastante maior. Com a segunda célula, foi realizado o monitoramento das emulsões, com a intenção de estudar a sensibilidade da célula e a estabilidade das emulsões em função da temperatura e da concentração de água. Para isto, foram utilizados os parâmetros: correlação cruzada, correlação cruzada com os sinais normalizados e energia de onda. Os resultados obtidos com a célula de espalhamento mostraram uma maior dependência com a concentração do que com o efeito de coalescência, o que sugere uma menor sensibilidade ao tamanho de gota. Inicial mente, foram realizados testes à temperatura de 25C, observando-se boa resolução para concentrações de água inferiores a 20% ao se empregar os métodos de correlação cruzada, e boa resolução em toda a faixa de concentrações medidas usando a energia de onda. Entretanto, após serem realizadas algumas modificações na célula, e na janela de análise dos sinais, a resolução aumentou para todos os parâmetros. Com a célula modificada, foram realizados experimentos às temperaturas de 20, 25 e 30C. As curvas de correlação cruzada e de energia de onda foram dependentes da concentração e independentes da temperatura (todas em superposição). Já a correlação cruzada com os sinais normalizados foi dependente de ambas as variáveis, sendo que, para cada temperatura, formaram-se retas de diferentes inclinações, cada vez mais negativa com o aumento da temperatura. O máximo desvio nas curvas de energia foi de 16%, nas de correlação cruzada foi de 6% e nas de correlação cruzada com os sinais normalizados foi de 0,37%. O modelo teórico sugeriu uma curva convexa para a velocidade de propagação e os resultados apresentaram um comportamento linear. No entanto, a partir do método proposto para o cálculo da velocidade, foram obtidos resultados coerentes, com uma diferença inferior a 2%.