Maintenance models are critical for evaluation of the alternative maintenance policies for modern engineering systems. A poorly selected policy can result in excessive life-cycle costs as well as unnecessary risks for catastrophic failures of the system. Economic dependence refers to the difference between the cost of combining the maintenance of a number of components and the cost of performing the same maintenance actions individually. Maintenance that takes advantage of this difference is often called opportunistic. Large number of components and economic inter-dependence are two pervasive characteristics of modern engineering systems that make the modeling of their maintenance processes particularly challenging. Simulation is able to handle both of these characteristics computationally, but the complexity, especially from the model verification perspective, becomes overwhelming as the number of components increases. This research introduces a new procedure for maintenance models of multi-unit repairable systems with economic dependence among its components and under opportunistic maintenance policies. The procedure is based on the stochastic Petri net with aging tokens modeling framework and it makes use of a component-level model approach to overcome the state explosion of the model combined with a novel order-reduction scheme that effectively combines the impact of other components into a single distribution. The justification for the used scheme is provided, the accuracy is assessed, and applications for the systems of realistic complexity are considered.

This paper describes the analysis tool DSPNexpress which has been developed at the Technische Universität Berlin since 1991. The development of DSPNexpress has been motivated by the lack of a powerful software package for the numerical solution of deterministic and stochastic Petri nets (DSPNs) and the complexity requirements imposed by evaluating memory consistency models for multicomputer systems. The development of DSPNexpress has gained by the author's experience with the version 1.4 of the software package GreatSPN. However, opposed to GreatSPN, the software architecture of DSPNexpress is particularly tailored to the numerical evaluation of DSPNs. Furthermore, DSPNexpress contains a graphical interface running under the X11 window system. To the best of the author's knowledge, DSPNexpress is the first software package which contains an efficient numerical algorithm for computing steady-state solutions of DSPNs.

Policy based network management is a promising approach for provisioning and management of quality of service in mobile ad hoc networks. In this thesis, we focus on performance evaluation of this approach in context of the amount of service received by certain nodes called policy execution points (PEPs) or policy clients from certain specialized nodes called the policy decision points (PDPs) or policy servers. We develop analytical models for the study of the system behavior under two scenarios; a simple Markovian scenario where we assume that the random variables associated with system processes follow an exponential distribution and a more complex non-Markovian scenario where we model the system processes according to general distribution functions as observed through simulation. We illustrate that the simplified Markovian model provides a reasonable indication of the trend of the service availability seen by policy clients and highlight the need for an exact analysis of the system without relying on Poisson assumptions for system processes. In the case of the more exact non-Markovian analysis, we show that our model gives a close approximation to the values obtained via empirical methods. Stochastic Petri Nets are used as performance evaluation tools in development and analysis of these system models. / Master of Science

This paper presents a class of Stochastic Petri Nets with concurrent transition firings. It is assumed that transitions occur in steps and that for every step each enabled transition decides probabilistically whether it wants to participate in the step or not. Among the transitions which what to participate in a step, a maximal number is chosen to perform the firing step. The observable behavior is defined and equivalence relations are introduced. The equivalence relations extend the well-known trace and bisimulation equivalences for systems with step semantics to Stochastik Petri Nets with concurrent transition firing. It is shown that the equivalence notions form a lattice of interrelations.

This paper presents a class of Stochastic Petri Nets with concurrent transition firings. It is assumed that transitions occur in steps and that for every step each enabled transition decides probabilistically whether it wants to participate in the step or not. Among the transitions which what to participate in a step, a maximal number is chosen to perform the firing step. The observable behavior is defined and equivalence relations are introduced. The equivalence relations extend the well-known trace and bisimulation equivalences for systems with step semantics to Stochastik Petri Nets with concurrent transition firing. It is shown that the equivalence notions form a lattice of interrelations.

[pt] Lógica Proposicional Dinâmica (PDL) é um sistema lógico multi-modal utilizada para especificar e verificar propriedades em programas sequenciais. Redes de Petri são um formalismo largamente utilizado na especificação de sistemas concorrentes e possuem uma interpretação gráfica bastante intuitiva. Neste trabalho apresentam-se extensões da Lógica Proposicional Dinâmica onde os programas são substituídos por Redes de Petri. Define-se uma codificação composicional para as Redes de Petri através de redes básicas, apresentando uma semântica composicional. Uma axiomatização é definida para a qual o sistema é provado ser correto, e completo em relação à semântica proposta. Três Lógicas Dinâmicas são apresentadas: uma para efetuar inferências sobre Redes de Petri Marcadas ordinárias e duas para inferências sobre Redes de Petri Estocásticas marcadas, possibilitando a modelagem de cenários mais complexos. Alguns sistemas dedutivos para essas lógicas são apresentados. A principal vantagem desta abordagem concerne em possibilitar efetuar inferências sobre Redes de Petri [Estocásticas] marcadas sem a necessidade de traduzí-las a outros formalismos. / [en] Propositional Dynamic Logic (PDL) is a multi-modal logic used for specifying and reasoning on sequential programs. Petri Net is a widely used formalism to specify and to analyze concurrent programs with a very intuitive graphical representation. In this work, we propose some extensions of Propositional Dynamic Logic for reasoning about Petri Nets. We define a compositional encoding of Petri Nets from basic nets as terms. Second, we use these terms as PDL programs and provide a compositional semantics to PDL Formulas. Then we present an axiomatization and prove completeness regarding our semantics. Three versions of Dynamic Logics to reasoning with Petri Nets are presented: one of them for ordinary Marked Petri Nets and two for Marked Stochastic Petri Nets yielding to the possibility of model more complex scenarios. Some deductive systems are presented. The main advantage of our approach is that we can reason about [Stochastic] Petri Nets using our Dynamic Logic and we do not need to translate it into other formalisms. Moreover our approach is compositional allowing for construction of complex nets using basic ones.

Numa unidade offshore de produção de petróleo, o gás produzido é tratado para atingir as especificações requeridas e permitir sua utilização em diferentes demandas como gás combustível, gas lift, exportação de gás ou injeção de gás. No Brasil, a Agência Nacional do Petróleo regula a produção de óleo e gás, limita a queima de gás e controla a movimentação e utilização de gás de acordo com as estimativas informadas pelo operador. Falhas no sistema de tratamento de gás levam à queima e podem causar parada de produção. A confiabilidade e disponibilidade do sistema de tratamento de gás é uma preocupação relevante. Entender as relações e influências dos vários subsistemas e equipamentos do sistema nessas medidas de desempenho pode levar a melhorias nas estratégias de manutenção que podem minimizar perdas na produção de óleo e de gás. Dentre os vários métodos de análise de confiabilidade, as redes de Petri estocásticas se destacam quando comparadas às ferramentas tradicionais como diagrama de blocos ou árvore de falhas devido a sua habilidade em modelar aspectos como dependências funcionais, lógicas e sequências. Nesse trabalho foram construídos quatro modelos utilizando redes de Petri estocásticas para analisar a disponibilidade do sistema de tratamento de gás. A facilidade de construção modelo A sugere sua utilização em etapas preliminares de projeto para validar o arranjo inicial, as quantidades de equipamentos e as configurações de redundância. O modelo B pode ser utilizado para identificar os subsistemas e equipamentos que mais contribuem para as falhas do sistema e para realizar previsões quanto aos modos de operação do sistema e índice de aproveitamento de gás. A análise de sensibilidade dos resultados de disponibilidade quanto aos dados de falha utilizados mostrou que a variação do tempo médio para reparo tem maior influência. Por meio do modelo C verificou-se que uma plataforma operando num conjunto e sujeita a restrições de importação e exportação de gás tem maior indisponibilidade e maior probabilidade de falha do que uma plataforma operando isolada. O modelo D permite concluir que a inclusão de um modo de falha ao modelo não implica em variação significativa dos resultados de confiabilidade e que nos resultados de disponibilidade a variação passa a ser significativa quando adotam-se pequenos valores de tempo médio entre falhas e grandes valores de tempo médio para reparo. A construção das redes de Petri estocásticas para o sistema completo exige uma compreensão detalhada do funcionamento do sistema em análise o que também pode ser destacado como uma vantagem das redes de Petri estocásticas, contribuindo para aquisição de conhecimento acerca do sistema e dando segurança quanto a fidelidade do modelo criado. / In an offshore oil production facility, produced gas is treated to meet the necessary specifications to allow its use in different demands, as gas fuel, as exportation gas and as injection gas. In Brazil, the National Petroleum Agency regulates oil and gas production, establishing and gas flaring limits, the utilization and distribution of gas according to the operator\'s estimations. Failures in the gas treatment system eventually can cause oil production interruptions to avoid attaining the gas flaring limits. Reliability and availability of the gas treatment system is a major concern. Understanding the relationships and influences of the various gas treatment subsystems and equipment on these performance measures may lead to design or maintenance strategies improvements that could ultimately minimize oil and gas losses in the facility. Among several modelling methods stochastic Petri nets stands out comparing to traditional reliability tools like reliability block diagrams or fault tree analysis due to its ability to model aspects such as functional dependencies, logics and sequences. In this work, four models were built using stochastic Petri nets to assess the availability of a gas treatment system. The model A is easy to build and may be used in preliminary design stages to validate the initial arrangement, equipment and redundancies. The model B may be used to identify subsystems and equipment that most contribute to system failures and to predict operation modes and efficiency in the gas utilization. The sensibility analysis of reliability data has shown a predominant influence of the mean time to repair. Using model C, it could be noticed that a platform operating in a group submitted to injection and exportation gas limits has a greater unavailability and probability of failure than an isolated operating platform. Model D allow one to conclude that including a failure mode in the model does not imply in significant variation in the reliability results and that the variation is only significant in availability when using small mean time to failure values and large mean time to repair values. The stochastic Petri nets construction for the complete system requires an accurate comprehension about the system operation what could also be mentioned as an advantage of the stochastic Petri nets.

Companies strive to improve their business processes in order to remain competitive. Process mining aims to infer meaningful insights from process-related data and attracted the attention of practitioners, tool-vendors, and researchers in recent years. Traditionally, event logs are assumed to describe the as-is situation. But this is not necessarily the case in environments where logging may be compromised due to manual logging. For example, hospital staff may need to manually enter information regarding the patient’s treatment. As a result, events or timestamps may be missing or incorrect. In this paper, we make use of process knowledge captured in process models, and provide a method to repair missing events in the logs. This way, we facilitate analysis of incomplete logs. We realize the repair by combining stochastic Petri nets, alignments, and Bayesian networks. We evaluate the results using both synthetic data and real event data from a Dutch hospital. / Unternehmen optimieren ihre Geschäftsprozesse laufend um im kompetitiven Umfeld zu bestehen. Das Ziel von Process Mining ist es, bedeutende Erkenntnisse aus prozessrelevanten Daten zu extrahieren. In den letzten Jahren sorgte Process Mining bei Experten, Werkzeugherstellern und Forschern zunehmend für Aufsehen. Traditionell wird dabei angenommen, dass Ereignisprotokolle die tatsächliche Ist-Situation widerspiegeln. Dies ist jedoch nicht unbedingt der Fall, wenn prozessrelevante Ereignisse manuell erfasst werden. Ein Beispiel hierfür findet sich im Krankenhaus, in dem das Personal Behandlungen meist manuell dokumentiert. Vergessene oder fehlerhafte Einträge in Ereignisprotokollen sind in solchen Fällen nicht auszuschließen. In diesem technischen Bericht wird eine Methode vorgestellt, die das Wissen aus Prozessmodellen und historischen Daten nutzt um fehlende Einträge in Ereignisprotokollen zu reparieren. Somit wird die Analyse unvollständiger Ereignisprotokolle erleichtert. Die Reparatur erfolgt mit einer Kombination aus stochastischen Petri Netzen, Alignments und Bayes'schen Netzen. Die Ergebnisse werden mit synthetischen Daten und echten Daten eines holländischen Krankenhauses evaluiert.

Numa unidade offshore de produção de petróleo, o gás produzido é tratado para atingir as especificações requeridas e permitir sua utilização em diferentes demandas como gás combustível, gas lift, exportação de gás ou injeção de gás. No Brasil, a Agência Nacional do Petróleo regula a produção de óleo e gás, limita a queima de gás e controla a movimentação e utilização de gás de acordo com as estimativas informadas pelo operador. Falhas no sistema de tratamento de gás levam à queima e podem causar parada de produção. A confiabilidade e disponibilidade do sistema de tratamento de gás é uma preocupação relevante. Entender as relações e influências dos vários subsistemas e equipamentos do sistema nessas medidas de desempenho pode levar a melhorias nas estratégias de manutenção que podem minimizar perdas na produção de óleo e de gás. Dentre os vários métodos de análise de confiabilidade, as redes de Petri estocásticas se destacam quando comparadas às ferramentas tradicionais como diagrama de blocos ou árvore de falhas devido a sua habilidade em modelar aspectos como dependências funcionais, lógicas e sequências. Nesse trabalho foram construídos quatro modelos utilizando redes de Petri estocásticas para analisar a disponibilidade do sistema de tratamento de gás. A facilidade de construção modelo A sugere sua utilização em etapas preliminares de projeto para validar o arranjo inicial, as quantidades de equipamentos e as configurações de redundância. O modelo B pode ser utilizado para identificar os subsistemas e equipamentos que mais contribuem para as falhas do sistema e para realizar previsões quanto aos modos de operação do sistema e índice de aproveitamento de gás. A análise de sensibilidade dos resultados de disponibilidade quanto aos dados de falha utilizados mostrou que a variação do tempo médio para reparo tem maior influência. Por meio do modelo C verificou-se que uma plataforma operando num conjunto e sujeita a restrições de importação e exportação de gás tem maior indisponibilidade e maior probabilidade de falha do que uma plataforma operando isolada. O modelo D permite concluir que a inclusão de um modo de falha ao modelo não implica em variação significativa dos resultados de confiabilidade e que nos resultados de disponibilidade a variação passa a ser significativa quando adotam-se pequenos valores de tempo médio entre falhas e grandes valores de tempo médio para reparo. A construção das redes de Petri estocásticas para o sistema completo exige uma compreensão detalhada do funcionamento do sistema em análise o que também pode ser destacado como uma vantagem das redes de Petri estocásticas, contribuindo para aquisição de conhecimento acerca do sistema e dando segurança quanto a fidelidade do modelo criado. / In an offshore oil production facility, produced gas is treated to meet the necessary specifications to allow its use in different demands, as gas fuel, as exportation gas and as injection gas. In Brazil, the National Petroleum Agency regulates oil and gas production, establishing and gas flaring limits, the utilization and distribution of gas according to the operator\'s estimations. Failures in the gas treatment system eventually can cause oil production interruptions to avoid attaining the gas flaring limits. Reliability and availability of the gas treatment system is a major concern. Understanding the relationships and influences of the various gas treatment subsystems and equipment on these performance measures may lead to design or maintenance strategies improvements that could ultimately minimize oil and gas losses in the facility. Among several modelling methods stochastic Petri nets stands out comparing to traditional reliability tools like reliability block diagrams or fault tree analysis due to its ability to model aspects such as functional dependencies, logics and sequences. In this work, four models were built using stochastic Petri nets to assess the availability of a gas treatment system. The model A is easy to build and may be used in preliminary design stages to validate the initial arrangement, equipment and redundancies. The model B may be used to identify subsystems and equipment that most contribute to system failures and to predict operation modes and efficiency in the gas utilization. The sensibility analysis of reliability data has shown a predominant influence of the mean time to repair. Using model C, it could be noticed that a platform operating in a group submitted to injection and exportation gas limits has a greater unavailability and probability of failure than an isolated operating platform. Model D allow one to conclude that including a failure mode in the model does not imply in significant variation in the reliability results and that the variation is only significant in availability when using small mean time to failure values and large mean time to repair values. The stochastic Petri nets construction for the complete system requires an accurate comprehension about the system operation what could also be mentioned as an advantage of the stochastic Petri nets.

Submitted by Fabio Sobreira Campos da Costa (fabio.sobreira@ufpe.br) on 2016-07-08T15:39:05Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DissertacaoMestrado-LubnniaMorais.pdf: 1068810 bytes, checksum: 0fb0e8db76865a85052555adeb36a048 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-08T15:39:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DissertacaoMestrado-LubnniaMorais.pdf: 1068810 bytes, checksum: 0fb0e8db76865a85052555adeb36a048 (MD5) Previous issue date: 2015-03-13 / A globalização e os avanços tecnológicos têm forçado as empresas a aumentar a produtividade e reduzir custos. Ao mesmo tempo, os clientes estão cada vez mais exigindo melhores produtos considerando atributos tangíveis (ex.: aroma, cor, sabor, textura, entre outros) e intangíveis (ex.: marca, comércio justo e responsabilidade ambiental). O café é um dos produtos agrícolas mais importantes do mercado mundial, considerado a força propulsora do desenvolvimento sócio-econômico para muitas regiões, além de ser produzido em todos os continentes. Vale ser ressaltado que o café é uma das bebidas mais consumidas no mundo, sendo a segunda maior commodity 1 negociada depois do petróleo. Para a economia brasileira, o café é uma atividade tradicional e de grande inserção no mercado internacional. É responsável pela geração de um grande número de empregos em todos os setores da economia, indo desde os setores de máquinas, equipamentos e insumos, passando pela produção no campo e pela indústria, até o setor de serviços, como logística e comércio. Atualmente o Brasil consolida a posição de maior produtor e exportador mundial de café, sendo responsável por 30% do mercado internacional de café. Logo é necessário analisar cada vez mais o processo de produção do café, a fim de aumentar a capacidade de produção do sistema, bem como reduzir simultâneamente os custos, sejam devidos à operação, manutenção, pontualidade na execução das tarefas ou ociosidade do equipamento. Tal análise quando corretamente aplicada, é capaz de evidenciar os principais pontos de gargalo, sobre os quais os gerentes de produção devem manter o foco e otimizá-los a fim de aumentar a vantagem competitiva de empresa. A avaliação do desempenho do processo de manufatura é de grande importância para detectar problemas no processo de produção (ex.: gargalos), bem como elementos para reduzir os custos, uma vez que as falhas geram custos durante o desenvolvimento, durante a produção e em serviço (B., 2008). A análise de desempenho puro de processos de fabricação assume que os processos não falham. Esta hipótese não é verdadeira, pois a maioria dos processos de fabricação podem continuar as suas operações, mesmo na presença de falhas. Logo, a realização da análise combinada de desempenho e disponibilidade, chamada performabilidade, é essencial. Este trabalho apresenta um modelo estocástico para avaliação de performabilidade e planejamento de processo do fabricação de café com o objetivo de reduzir o custo e o tempo do ciclo de produção. Um estudo de caso industrial mostra a utilidade prática dos modelos e metodologia proposta. Além disso, as estimativas obtidas a partir do modelo mostram que a abordagem proposta é de fato uma boa aproximação para as respectivas medidas obtidas a partir do processo real de fabricação do café. / Globalization and advanced manufacturing technologies have forced manufacturing firms to increase productivity while reducing costs. At the same time, customers are increasingly demanding better products considering tangible (e.g., smell, color, taste, texture, etc.) and intangible (e.g., mark, fair treading environmental responsability) attributes. Coffee is one of the most important agricultural products in the world market, considered the driving force of socio-economic development for many regions, besides being produced on every continent. Is worth be emphasized that coffee is one of the most consumed beverages in the world and is the second largest commodity traded after oil. For the Brazilian economy, the coffee is a traditional activity and of large insertion in the international market. It is responsible for generating a large number of jobs in all sectors of the economy, ranging from the sectors of machinery, equipment and supplies, through production in the field and industry to the service sector, such as logistics and trade. Currently, Brazil consolidates a position as the largest producer and exporter of coffee, accounting for 30% of the international coffee market. Therefore we analyze the coffee production process in order to increase the system’s production capacity and reduce costs simultaneously, are due to the operation, maintenance, on-time execution of tasks or idle equipment. Such analysis when properly applied, is able to show the main points of bottleneck, on which production managers must stay focused and optimize them in order to increase the competitive advantage of the company. The evaluation of the performance of the manufacturing process is very important to detect problems in the production process (ex .: bottlenecks), as well as elements to reduce costs, since faults generate costs in development, production and during service (B., 2008). The pure performance analysis of manufacturing processes assumes that the processes do not fail. This hypothesis is not true, since most manufacturing processes can continue to operate even in the presence of faults. Therefore, the performance of the combined analysis of performance and availability, call performability, is essential. This work presents a stochastic model for performability evaluation and planning of coffee manufacturing process aiming to reduce the cost and time of the production cycle. An industrial case study shows the practical usability of the proposed models and techniques. Besides, the estimates obtained from the model show that the proposed approach is indeed a good approximation to the respective measures obtained from the real coffee manufacturing process.