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A ultrassonografia por elastografia é uma técnica não invasiva, capaz de estimar a elasticidade do tecido mole, como o fígado. No presente trabalho, o tipo de elastografia estudada é a imagem por impulso de força de radiação acústica (ARFI). Esta funciona via um transdutor para vibrar um tecido remotamente usando um feixe acústico focalizado, enquanto feixes de rastreamento também focalizados são usados para monitorar o deslocamento do tecido. No entanto, a técnica ARFI apresenta um alcance máximo de 80 mm. Fator esse que impede o seu uso em pacientes obesos devido à incapacidade dos transdutores de concentrar a energia necessária em elevadas profundidades sem comprometer a saúde do paciente. Como se não fosse suficiente a dificuldade de atingir elevadas profundidades, realizar o exame via ARFI em órgãos como o fígado, por exemplo, torna-se mais complicado graças à presença da caixa torácica. Por essa razão um transdutor de matriz linear de 32 elementos foi desenvolvido para concentrar energias em altas profundidades mesmo com a presença das costelas entre o transdutor e o alvo. Como forma de caracterizar e validar o transdutor construído, primeiramente se realizou testes no modo pulso-eco e em seguida foram realizados experimentos pulso recepção um para avaliar a pressão gerada em cada elemento, outro com o transdutor focalizando a energia em uma distância de 120 mm para avaliar a relação entre a tensão pico a pico da onda acústica emitida para cada elemento com o aumento da amplitude de excitação fornecido pelo pulsador. Posteriormente, como forma de avaliar o funcionamento do transdutor, foi realizado um mapeamento do campo acústico sem obstáculo e outro com obstáculo. Já para validar o transdutor fabricado, é descrito um capítulo chamado: Comparação com a literatura, o qual descreve cita um artigo que aplicou a técnica ARFI de modo eficaz e é comparado via simulações no MATLAB com o transdutor fabricado.

Bombas de fluxo são dispositivos importantes em áreas como a Bioengenharia, Medicina, Farmácia, entre outras aplicações clássicas de Engenharia. Princípios para o bombeamento de fluidos baseados em atuadores piezelétricos estão sendo estudados no Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos da Escola Politécnica, que permitem a construção de bombas de fluxo de pequena escala, ou seja, bombas de fluxo de pequena potência para deslocamento de pequenos volumes de fluido com baixo consumo de energia. O presente trabalho estuda bombas de fluxo piezelétricas de diafragma do tipo valve-less para geração de vazão. A bomba de fluxo piezelétrica de diafragma utiliza cerâmica piezelétrica como atuador para mover uma membrana (diafragma) para cima e para baixo como um pistão, que causa uma seqüência de aumento e diminuição do volume da câmara da bomba, forçando a entrada e a saída do fluido na bomba. A direção do fluxo é garantida por válvulas que privilegiam o fluxo em apenas um sentido. O objetivo deste trabalho é o estudo da metodologia de desenvolvimento de uma bomba de fluxo piezelétrica de diafragma de baixo custo do tipo valve-less. Para tanto, será utilizado a modelagem por Método dos Elementos Finitos (MEF) para a realização de análises de sensibilidade dos parâmetros geométricos e construtivos da bomba de fluxo. Serão realizadas simulações de escoamento de fluido pelo Método de Volumes Finitos (MVF) para a realização de análises de sensibilidade dos parâmetros geométricos dos elementos difusor/bocal e o levantamento das curvas características da bomba de fluxo. Por fim, protótipos serão construídos e caracterizados para validação dos resultados computacionais. Serão apresentadas a metodologia empregada e a discussão dos resultados obtidos, de forma a analisar o princípio proposto e os fenômenos físicos em questão.

O design de sistemas modernos de energia aumentou em complexidade devido às suas novas características: sustentável, distribuído, heterogêneo, escalável, colaborativo, sempre preservando o alto desempenho. Novas abordagens, métodos, conceitos e ferramentas surgiram para caracterizar, compreender e especificar sistemas híbridos de produção/consumo de energia totalmente adaptados ao ambiente de entorno onde deveriam funcionar. Este trabalho apresenta uma proposta de método sistêmico para o desenvolvimento de requisitos aplicado a Smart Grid (SG), baseado em uma abordagem de serviço. Portanto, privilegia o acoplamento entre o sistema, o usuário e o domínio. A proposta enfatiza formalização, já na especificação de requisitos para redes distribuídas Smart Grid usando análise de workflow baseadas em Redes de Petri. A rede é sintetizada de um processo de Engenharia de Requisitos Orientada a Objetivos (GORE), baseada em diagramas semi-formais KAOS (Aquisição de Conhecimento de Especificações Objetivas), capaz de superar o dilema da abordagem funcional/ não-funcional, pelo menos na fase preliminar. O ciclo de requisitos consiste em eliciação, modelagem, análise, modelagem formal e verificação e pode ser iterado por refinamentos. O método foi aplicado a um estudo de caso real, baseado na evolução de uma microgrid instalada em uma comunidade isolada na floresta amazônica.

Nesta dissertação, são apresentados os procedimentos para o desenvolvimento de um par transmissor-receptor de transdutores piezelétricos ultrassônicos para aplicações submarinas. Inicialmente, identificou-se o estado da arte de cada tecnologia e selecionaram-se configurações adequadas para cada caso. Para o transmissor, foi usado um material piezocerâmico (PZT) com geometria linear de multielementos retangulares esbeltos, e para o receptor um material piezopolimérico (PVDF) foi usado para construir um hidrofone do tipo agulha. Os fundamentos do Método dos Elementos Finitos aplicado a estruturas piezelétricas foram descritos. O modelo em elementos finitos e as curvas de impedância elétrica obtidas de simulações utilizando-se o programa ANSYS foram apresentados para um elemento piezelétrico do transmissor. Os métodos e materiais empregados na fabricação e caracterização do transmissor foram detalhados. Os fundamentos do método da resposta impulsiva aplicado à acústica subaquática foram descritos. O modelo analítico baseado neste método foi implementado em MATLAB para simular campos acústicos produzidos por transdutores de geometria multielementos retangulares esbeltos. Os métodos e materiais empregados na fabricação e testes do hidrofone foram detalhados. Por fim, foram apresentadas as conclusões e sugestões para trabalhos futuros.

Este trabalho apresenta a aplicação do Método de Otimização Topológica (MOT) considerando restrição de tensão mecânica em dois problemas de Engenharia: o projeto de estruturas mecânicas sujeitas a restrição de tensão e o projeto da distribuição de material em estruturas constituídas por Materiais com Gradação Funcional (MsGF). O MOT é um método numérico capaz de fornecer de forma automática o leiaute básico de uma estrutura mecânica para que esta atenda a um dado requisito de projeto, como o limite sobre a máxima tensão mecânica no componente. Os MsGF são materiais cujas propriedades variam gradualmente com a posição. Este gradiente de propriedades é obtido através da variação contínua da microestrutura formada por dois materiais diferentes. Neste trabalho o MOT foi implementado utilizando o modelo de material Solid Isotropic Microstructure with Penalization (SIMP) e o campo de densidades foi parametrizado utilizando a abordagem Aproximação Contínua da Distribuição de Material (ACDM). O modelo de material e utilizado em conjunto com um localizador de tensões, de modo a representar as tensões nas regiões com densidade intermediária. O projeto de estruturas tradicionais através do MOT possui dois problemas centrais aqui tratados: o fenômeno das topologias singulares, que consiste na incapacidade do algoritmo de otimização de retirar material de certas regiões da estrutura, onde a tensão mecânica supera o limite de tensão quando os valores da densidade tendem a zero, e o problema do grande número de restrições envolvidas, pois que a tensão mecânica é uma grandeza local e deve ser restrita em todos os pontos da estrutura. Para tratar o primeiro problema é utilizado o conceito de relaxação. Para o segundo são utilizadas duas abordagens: uma é a substituição das restrições locais por uma restrição global e a outra é a aplicação do Método do Lagrangeano Aumentado. Ambas foram implementadas e aplicadas para o projeto de estruturas planas e axissimétricas. No projeto da distribuição de material em estruturas constituídas por MsGF é utilizado um modelo de material baseado na interpolação dos limites de Hashin-Shtrikman. A partir deste modelo as tensões em cada fase são obtidas a partir das matrizes localizadoras de tensão. Para tratar o fenômeno das topologias singulares é proposto um índice estimativo de falha, baseado nas tensões de von Mises em cada fase da microestrutura, que evita tal problema. O grande número de restrições é tratado através da restrição global de tensão. Em ambos os problemas as formulações são apresentadas e sua eficiência é discutida através de exemplos numéricos.

Com o avanço da internet, novos tipos de negócios surgiram. Por exemplo, o sistema de anúncios online: produtores de sites e diversos outros conteúdos podem dedicar em uma parte qualquer de sua página um espaço para a impressão de anúncios de diversas lojas em troca de um valor oferecido pelo anunciante. É neste contexto que este trabalho se insere. O objetivo principal é o desenvolvimento de algoritmos que preveem a probabilidade que um dado usuário tem de se interessar e clicar em um anúncio a que está sendo exposto. Este problema é conhecido como predição de CTR (do inglês, \"Click-Through Rate\") ou taxa de conversão. Utiliza-se para isto uma abordagem baseada em regressão logística integrada a técnicas de fatoração de matriz que preveem, através da obtenção de fatores latentes do problema, a probabilidade de conversão para um anúncio impresso em dado site. Além disto, testes considerando uma estratégia dinâmica (em função do tempo) são apresentados indicando que o desempenho previamente obtido pode melhorar ainda mais. De acordo com o conhecimento do autor, esta é a primeira vez que este procedimento é relatado na literatura.

Este trabalho propõe dois métodos para teste de sistemas de software: o primeiro extrai ideias de teste de um modelo desenvolvido em rede de Petri hierárquica e o segundo valida os resultados após a realização dos testes utilizando um modelo em OWL-S. Estes processos aumentam a qualidade do sistema desenvolvido ao reduzir o risco de uma cobertura insuficiente ou teste incompleto de uma funcionalidade. A primeira técnica apresentada consiste de cinco etapas: i) avaliação do sistema e identificação dos módulos e entidades separáveis, ii) levantamento dos estados e transições, iii) modelagem do sistema (bottom-up), iv) validação do modelo criado avaliando o fluxo de cada funcionalidade e v) extração dos casos de teste usando uma das três coberturas de teste apresentada. O segundo método deve ser aplicado após a realização dos testes e possui cinco passos: i) primeiro constrói-se um modelo em OWL (Web Ontology Language) do sistema contendo todas as informações significativas sobre as regras de negócio da aplicação, identificando as classes, propriedades e axiomas que o regem; ii) em seguida o status inicial antes da execução é representado no modelo através da inserção das instâncias (indivíduos) presentes; iii) após a execução dos casos de testes, a situação do modelo deve ser atualizada inserindo (sem apagar as instâncias já existentes) as instâncias que representam a nova situação da aplicação; iv) próximo passo consiste em utilizar um reasoner para fazer as inferências do modelo OWL verificando se o modelo mantém a consistência, ou seja, se não existem erros na aplicação; v) finalmente, as instâncias do status inicial são comparadas com as instâncias do status final, verificando se os elementos foram alterados, criados ou apagados corretamente. O processo proposto é indicado principalmente para testes funcionais de caixa-preta, mas pode ser facilmente adaptado para testes em caixa branca. Obtiveram-se casos de testes semelhantes aos que seriam obtidos em uma análise manual mantendo a mesma cobertura do sistema. A validação provou-se condizente com os resultados esperados, bem como o modelo ontológico mostrouse bem fácil e intuitivo para aplicar manutenções.

Hoje em dia com o crescente aumento da exploração de petróleo e gás em águas profundas, há um aumento na demanda por operações offshore envolvendo a cooperação entre unidades flutuantes. Tais operações requerem um alto nível de planejamento e coordenação, o que na maioria dos casos é feito com a troca de informação no nível de operação, com cada unidade flutuante comandada independentemente. Exemplos de operações deste tipo vão desde operações de alívio passando por operações de instalação de equipamento submarino, até operações de pesquisa envolvendo múltiplas unidades flutuantes dotadas de sistema de posicionamento dinâmico (DP). As vantagens do controle cooperativo surgem com a redução do erro da distância relativa durante a manutenção do posicionamento ou durante a execução de manobras de posicionamento conjuntas. No presente trabalho, os conceitos de controle de consenso são aplicados de forma combinada com o sistema DP de cada navio. A influência dos ganhos do controlador cooperativo no sistema como um todo será discutida, utilizando-se técnicas de análise da resposta em frequência. Simulações completas no domínio do tempo e experimentos usando modelos em escala serão utilizados para se demonstrar o funcionamento do controle cooperativo. Todas as simulações serão conduzidas no simulador Dynasim e os ensaios experimentais no tanque de provas da Engenharia Naval da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Além disso, serão feitas comparações entre os experimentos em tanque de provas e simulações numéricas equivalentes, demonstrando-se a validade dos ensaios numéricos. Será também demonstrado que os requisitos de projetos adotados são atendidos pelos ensaios em tanque de provas. .

Treinamento semi-supervisionado é uma metodologia de aprendizado de máquina que conjuga características de treinamento supervisionado e não-supervisionado. Ela se baseia no uso de bases semi-rotuladas (bases contendo dados rotulados e não-rotulados) para o treinamento de classificadores. A adição de dados não-rotulados, mais baratos e geralmente disponíveis em maior quantidade do que os dados rotulados, pode aumentar o desempenho e/ou baratear o custo de treinamento desses classificadores (a partir da diminuição da quantidade de dados rotulados necessários). Esta dissertação analisa duas estratégias para se executar treinamento semi-supervisionado, especificamente em Support Vector Machines (SVMs): formas direta e indireta. A estratégia direta é atualmente mais conhecida e estudada, e permite o uso de dados rotulados e não-rotulados, ao mesmo tempo, em tarefas de aprendizagem de classificadores. Entretanto, a inclusão de muitos dados não-rotulados pode tornar o treinamento demasiadamente lento. Já a estratégia indireta é mais recente, sendo capaz de agregar os benefícios do treinamento semi-supervisionado direto com tempos menores para o aprendizado de classificadores. Esta opção utiliza os dados não-rotulados para pré-processar a base de dados previamente à tarefa de aprendizagem do classificador, permitindo, por exemplo, a filtragem de eventuais ruídos e a reescrita da base em espaços de variáveis mais convenientes. Dentro do escopo da forma indireta, está a principal contribuição dessa dissertação: idealização, implementação e análise do algoritmo split learning. Foram obtidos ótimos resultados com esse algoritmo, que se mostrou eficiente em treinar SVMs de melhor desempenho e em períodos menores a partir de bases semi-rotuladas.

O design de sistemas automatizados inteligentes é fortemente dependente da etapa inicial de análise de requisitos, que além de suprimir possíveis incongruências - próprias desta fase inicial - provê um modelo inicial e funcional do sistema a ser implementado, capaz de orientar a definição dos parâmetros (design parameters) e em seguida a própria implementação. Um grande esforço tem sido empregado na área de Inteligência Artificial para definir planejadores automáticos confiáveis que possam ser usados na solução de problemas reais, que geralmente possuem um número elevado de parâmetros. Isto leva a uma situação onde métodos formais, geralmente aplicados em abordagens independentes de domínio, precisam ser aliados a métodos mais pragmáticos para produzir bons resultados. Seguindo esse princípio,o presente trabalho propõe um método de projeto no qual o usuário podem fazer a aquisição de conhecimento, modelar o domínio (tanto o domínio de aplicação quanto o domínio do problema de planejamento), fazer uma análise dinâmica do modelo e eventualmente verificá-lo usando linguagens conhecidas como UML, as Redes de Petri, e HTN, mantendo as características hierárquicas do problema. Esta abordagem demanda novos planejadores automáticos que consideram a abstração do sistema hierárquico, que é derivado de um modelo hierárquico de requisitos e de uma análise unificada feita também em redes de Petri hierárquicas.

Os equipamentos de imagens por ultrassom com varredura eletrônica usam transdutores que não se moldam à superfície a ser examinada, pois são rígidos. Há transdutores com curvaturas fixas para aplicações específicas. Em aplicações médicas, esse não é um problema na maioria dos casos, pois os tecidos do corpo humano tomam a forma da face do transdutor. Isso não ocorre quando há estruturas ósseas próximas às camadas externas de tecidos moles. Nas aplicações industriais as superfícies são sólidas e, portanto, não se ajustam à superfície do transdutor, sendo necessário uma camada variável de acoplamento acústico. A possibilidade de uso de um transdutor flexível exige que sua curvatura seja conhecida para o direcionamento correto do feixe acústico usado na formação de imagens. Assim sendo, um transdutor multielemento flexível apresentaria a vantagem de poder ser acoplado na superfície curva diretamente, tanto em aplicações médicas quanto industriais. Os transdutores flexíveis relatados na literatura científica não são compactos e dispõe de complicados sistemas de sensoriamento usados na determinação de curvaturas, além de demandar por sofisticados sistemas de aquisição e processamento dos sinais. Este trabalho propõe o desenvolvimento de transdutores multielementos flexíveis compactos para serem acoplados diretamente em superfícies curvas de peças mecânicas ou do corpo humano. Neste trabalho os sensores de curvatura responsáveis pela medição da curvatura foram desenvolvidos segundo os princípios básicos de extensômetria e resistência dos materiais para serem embebidos nas camadas do transdutor flexível de ultrassom. No desenvolvimento, foram fabricadas quatro versões de transdutores, com frequências de 1 e 2,25MHz. Todos os materiais usados na fabricação dos protótipos foram especificados segundo suas propriedades mecânicas e acústicas. Os protótipos fabricados foram caracterizados tendo sido medidas a largura de banda de cada elemento do transdutor, o comprimento e a duração dos pulsos, e uma medida da resolução axial. Para o protótipo de 2,25MHz, uma medida estimada da resolução lateral foi feita pela simulação do campo acústico, considerando o transdutor curvado em uma superfície cilíndrica. Para se testar o desempenho dos protótipos, foram realizados diferentes testes de formação de imagem. A versão de transdutor flexível de 1MHz e sem sensor de curvatura foi curvado sobre um cilindro e imerso em um tanque com água para a realização de testes de formação de imagem usado na detecção de objetos e obstáculos. Para as versões de transdutores médicos com sensor de curvatura, construiu-se duas versões de phantom simulando uma interface óssea cortical densa dentro de um tecido mole humano. O phantom usado para testar o protótipo de 2,25MHz foi concebido por uma amostra de tíbia bovina fraturada embebida dentro de um material com propriedades acústicas muito próximas a da água. Os testes de imagem foram realizados com o transdutor de 2,25MHz curvado sobre a superfície cilíndrica do phantom. As imagens de ultrassom das regiões fraturadas do osso foram detectadas, e uma comparação entre as técnicas de varredura setorial e STA usadas na obtenção das imagens foram feitas. Mostrou-se que é possível fabricar, de uma forma simples, transdutores multielementos flexíveis mais compactos e dotados de sensor de curvatura, e sem a necessidade de se usar tecnologias sofisticadas e caras ou de se valer de sistemas complexos de formação e processamento de sinais. As imagens obtidas pelos protótipos mostraram que os protótipos podem ser usados em diferentes aplicações NDT na indústria. Em especial, o protótipo de 2,25MHz mostrou ainda que tem potencial no uso médico para a obtenção de imagens de fraturas em contornos ósseos mais densos.

The exploration of oil and natural gas in offshore fields has motivated advanced researches about the environmental forces in the oceans. The waves, in particular, have been measured using different techniques, as meteorological buoys, with recent works proposing motion-based estimations procedures using the vessel, or a floating facility, in analogy with the buoys, as a wave sensor. Even though this approach has a number of benefits, the vessels, as dynamic systems, have a cut-off frequency that degrades the estimation of high-frequency waves, which are important for non-linear drift effects predictions. In order to solve this problem, it is proposed the incorporation of wave-probes - gauges used to measure the wave elevation in a point - installed on the hull of the vessel, based on literature suggestions and simple analytical arguments, using the Bayesian statistics as the standing point of a more complete estimation algorithm. In order to incorporate the measurements of the wave-probes, an extended linear model is proposed, showing that only corrections for the vertical motions of the vessel are necessary. The ideal installation positions of the wave-probes are defined using as base the utility Bayesian optimal design of experiments, which is shown to guarantee an upper bound for other optimal criteria, with the \'Elbow Criterion\" defining the optimal number of sensors to be employed. Based on the previous solutions, other proposals are made: a heuristic to solve the optimal sensor placement problem and an optimal prior exploring the probabilistic nature of the algorithm. Finally, all the proposals are tested numerically and experimentally, with a vessel model in a towing tank, concluding that the addition of the wave-probes is able to improve not only the estimation of high-frequency waves, but also the estimation over a large range of frequencies. For unimodal seas with intermediate draft, the addition of just one wave-probe reaches approximately a 37%-55% improvement in the energy parameter estimations - HS and TP; the addition of two or more probes reaches approximately a 62%-65% improvement in the same parameters estimations; the addition of four probes achieved the best cost benefit for mean direction estimation; and the addition of six probes is shown to be the recommendation for the best high-order directional estimation in the entire range of the spectrum.

Do ponto de vista da hidrodinâmica clássica, o problema de impacto hidrodinâmico configura-se como um problema de contorno com fronteiras móveis cuja posição deve ser determinada simultaneamente à solução da equação de campo. Essa característica traz dificuldades para obtenção de soluções analíticas e numéricas. Nesse sentido, o presente trabalho propõe o desenvolvimento de um método numérico específico para analisar o problema de impacto hidrodinâmico de corpos sólidos rígidos contra a superfície livre da água. A solução da equação dinâmica não linear do problema de impacto depende da determinação do tensor de massa adicional a cada instante de tempo, o qual depende da posição e atitude do corpo no instante considerado. Um método variacional específico é empregado, através do qual os coeficientes de massa adicional são determinados com erro de segunda ordem, na posição considerada. Tal método é exemplo de técnicas numéricas dessingularizadas, através das quais o potencial de velocidade é aproximado em um espaço finito-dimensional formado por funções-teste derivadas de soluções potenciais elementares, tais como pólos, dipolos, anéis de dipolos, de vórtices, etc. O problema potencial de impacto hidrodinâmico, que se caracteriza pela dominância das forças de inércia, é formulado admitindo-se a superfície líquida como equipotencial, o que permite a analogia com o limite assintótico de frequência infinita do problema de radiação de ondas causada pelo movimento de corpos flutuantes. O método desenvolvido é então aplicado ao caso de impacto vertical de corpos axissimétricos, formulando o problema sob o chamado modelo de von Kármán generalizado (GvKM). Nesse modelo as condições de contorno na geometria exata do corpo são satisfeitas, porém os efeitos do empilhamento de água junto às raízes do jato, que se forma ao longo da intersecção com a superfície livre, não são considerados no caso geral. Resultados numéricos do coeficiente de massa adicional para uma família de esferoides são apresentados e tabulados para o pronto uso em análise e projeto. Além disso, considerações acerca da inclusão do efeito de empilhamento de água junto às raízes do jato, ou seja, da elevação da superfície livre são também feitas para o caso de esferas, fazendo uso de abordagens analíticas encontradas na literatura especializada.

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema de controle com compensação de tempo morto aplicado a um ventilador para simular os efeitos do vento em modelos de embarcações. O sistema é instalado no tanque de provas do Departamento de Engenharia Naval da Escola Politécnica da USP. Um sistema de controle baseado em computador é elaborado para a realização dos testes e validação, procedendo-se inicialmente a identificação do sistema a ser controlado. Na malha de controle, o sinal de referência é a velocidade do vento desejada em uma distância pré-definida do ventilador e pode ser tanto um valor constante (representando um vento constante) ou um valor variante no tempo (representando uma rajada de vento). O sistema atuador consiste de um inversor de frequência que aciona o ventilador e a velocidade do vento é medida por um anemômetro, cujo sinal é usado como realimentação para o controlador. A sintonia da malha é realizada pelo método do modelo interno (IMC) e o efeito do tempo morto é observado nos testes, aplicando-se o compensador baseado no Preditor de Smith para minimizá-lo. Pelos resultados dos ensaios, conclui-se que o Preditor de Smith melhora o desempenho do sistema de geração de vento.

A competição no mercado globalizado, do ponto de vista do consumidor, aumentou consideravelmente a oferta de produtos e serviços, permitindo a escolha pela qualidade, preço, prazos e/ou disponibilidade. Entretanto, do ponto de vista das empresas, o desafio de atuar em um mercado saturado, dinâmico, competitivo e com aumento da demanda de produção orientado ao consumidor altera consideravelmente toda a estrutura da empresa. Desta forma, a flexibilidade torna-se um pré-requisito fundamental para que as empresas possam atuar neste mercado. Considerando-se o contexto apresentado, o objeto de estudo do presente trabalho são os Sistemas Produtivos Flexíveis (SPFs). Os SPFs são sistemas concebidos para atender às necessidades de um mercado dinâmico e competitivo. Isto causa complexidade no comportamento global desses sistemas exigindo diferentes propostas para o projeto de Sistemas de Controle de SPFs. A complexidade advém do fato de se perder a informação quanto ao pré-determinismo da seqüência de eventos que ocorrem no sistema global, além do fato de não existir previamente a definição de todos os processos de transporte com a designação prévia de todas as ordens de transporte que os transportadores presentes na planta devem executar. Neste contexto, o objetivo deste trabalho é apresentar como resultado uma proposta de sistema de controle modular para SPFs que atenda os requisitos de fluxo de informações envolvendo hierarquia e colaboração simultânea entre os módulos, respeitando a diversidade semântica presente na arquitetura. Apresenta-se então uma sistematização de projeto dos diversos módulos de controle e uma proposta de implementação de um algoritmo de designação dos transportadores para ser utilizado em tempo real permitindo a realização eficiente das atividades de transporte.

Nesta dissertação, desenvolveram-se modelos numéricos do escoamento bifásico sólido-gás ao longo de um trecho de uma linha de transporte pneumático constituída por um segmento de duto ligado a um bocal venturi. Esses componentes são elementos essenciais de equipamentos utilizados em aplicações de shot peening e de peen forming, a primeira delas voltada ao aumento da resistência à fadiga de peças metálicas e a segunda à conformação de placas e painéis metálicos. Ambos esses processos, bastante utilizados na indústria aeronáutica, baseiam-se na aplicação de um jato de particulado sólido à peça alvo do processo. Os impactos das partículas induzem a formação de uma fina camada plástica que gera um campo de tensões compressivas capazes de reduzir as tensões de tração e também de encurvar a placa ou painel. Os modelos numéricos do escoamento de granalhas desenvolvidos nesta dissertação tiveram como propósito estimar, para diferentes condições operacionais do equipamento, o campo de velocidades na seção de saída do bocal e, assim, contribuir para o desenvolvimento de um método científico de planejamento de processos de shot peening e peen forming. Durante a análise e desenvolvimento dos modelos, adotou-se uma abordagem Euler - Lagrange associada a acoplamentos de fases de uma e de duas vias. Esses modelos foram devidamente validados contra resultados experimentais publicados na literatura. Dentre os dois tipos de acoplamento implementados, o acoplamento de uma via foi o que apresentou maior adesão aos resultados experimentais. É importante destacar que os modelos propostos nesta dissertação poderão ser utilizados para gerar campos de velocidade de particulado sólido sob distintas condições operacionais do equipamento de shot peening desde que estas correspondam a adimensionais relevantes do escoamento compatíveis com as hipóteses adotadas nos modelos.

Este trabalho apresenta o estudo e a implementação de um sistema de navegação em tempo-real utilizado para estimar a posição, a velocidade e a atitude de um veículo submarino autônomo. O algoritmo investigado é o do Filtro de Kalman Estendido. Este filtro é freqüentemente usado para realizar a fusão de dados obtidos de diferentes sensores, em uma estimativa estatisticamente ótima, quando se respeita algumas condições. Neste trabalho, fez se a fusão entre os seguintes sensores: unidade de navegação inercial do tipo strapdown, sensor acústico de posicionamento, profundímetro, sensor de velocidade de efeito Doppler e uma bússola. Para a aplicação embarcada do Filtro de Kalman, faz-se necessário o seu desenvolvimento em tempo real. Conseqüentemente, este trabalho apresenta o estudo das principais características de um sistema de tempo real. Para desenvolver o código em C utilizou-se de algumas funções do Matlab com a finalidade de se tentar minimizar os erros de implementação do filtro. Além disto, para facilitar a implementação e respeitar os critérios de sistemas de tempo real utilizou-se de um sistema operacional, C/OS-II que possibilita aplicar sistemas com multiprocessos e utilizar semáforos para o gerenciamento do EKF, além disto, foram utilizadas normas de programação, MISRAC, para padronizar o código e aumentar a sua confiabilidade. São apresentadas também a modelagem cinemática, a metodologia e as ferramentas computacionais utilizadas para o filtro. Com base nas simulações e nos ensaios de campo executados on-line, observou-se que os filtros projetados para se estimar a atitude e a posição do veículo obtiveram bons desempenhos, além disto, foi possível verificar a convergência dos EKFs. Para estas simulações e ensaios, foram também estudados casos de situações adversas como, por exemplo, uma falha no sensor de referência de posição, sendo que para esta situação, o EKF de posição e velocidade obteve resultados satisfatórios.

Neste trabalho, procuramos resolver o problema direto da equação da viga de Euler- Bernoulli bi-engastada com condições iniciais nulas. Estudamos o problema inverso da viga, que consiste em identificar a fonte de vibração, modelada como um elemento em L2, usando como dado a velocidade de um ponto arbitrário da viga, durante um intervalo de tempo arbitrariamente pequeno. A relevância deste trabalho na Engenharia encontra-se, por exemplo, na identificação de danos estruturais em vigas.

Este trabalho apresenta uma arquitetura de controle de movimento entre duas posturas distintas para um robô móvel sob rodas com acionamento diferencial em um ambiente estruturado e livre de obstáculos. O conceito clássico de eficiência foi utilizado para a definição das estratégias de controle: um robô se movimenta de forma eficiente quando realiza a tarefa determinada no menor tempo e utilizando menor quantidade energética. A arquitetura proposta é um recorte do modelo de Controle Hierárquico Aninhado (NHC), composto por três níveis de abstração: (i) Planejamento de Caminho, (ii) Planejamento de Trajetória e (iii) Rastreamento de Trajetória. O Planejamento de Caminho proposto suaviza uma geodésica Dubins - o caminho mais eficiente - por uma Spline Grampeada para que este caminho seja definido por uma curva duplamente diferenciável. Uma transformação do espaço de configuração do robô é realizada. O Planejamento de Trajetória é um problema de otimização convexa na forma de Programação Cônica de Segunda Ordem, cujo objetivo é uma função ponderada entre tempo e energia. Como o tempo de percurso e a energia total consumida pelo robô possui uma relação hiperbólica, um algoritmo de sintonia do coeficiente de ponderação entre estas grandezas é proposta. Por fim, um Rastreador de Trajetória de dupla malha baseado em linearização entrada-saída e controle PID é proposto, e obteve resultados satisfatórios no rastreamento do caminho pelo robô.

Em geral a avaliação de desempenho dos sistemas produtivos considera critério normalizado de uso eficiente de recursos de transformação tecnológica (como máquinas e matérias-primas), processamento de informações e operações de manuseio/transporte. No entanto, não existem critérios ou regras normalizadas para avaliar o desempenho de um sistema produtivo no contexto da sustentabilidade. Assim, este trabalho introduz uma abordagem para identificar e avaliar os indicadores de desempenho relacionados à sustentabilidade dos sistemas produtivos, especificamente para casos geograficamente dispersos, ou seja, Sistema Produtivo Disperso (SPD), no qual os processos ocorrem de forma distribuída e dispersa. A abordagem proposta baseia-se em um framework destinado a medir os indicadores-chave de desempenho de sustentabilidade (KPIs - Key Performance Indicators) que avaliam a sustentabilidade de um sistema. O framework considera a norma ANSI/ISA-95 e os processos produtivos modelados usando a rede de Petri. A metodologia de avaliação de sustentabilidade considera o equilíbrio dos indicadores de sustentabilidade, os quais dependem dos aspectos econômicos, ambientais, sociais e tecnológicos, além do comprometimento de todos os colaboradores envolvidos.