With load growth of distribution systems, it becomes very complicated for dispatchers to obtain restoration plan for unfaulted but out-of-service areas. In this thesis, a rule-based expert system with a colored Petri net (CPN) inference model is developed. The CPN models of distribution components such as four-way line switches are proposed to derive the proper switching operation plan for service restoration by applying reasoning in the CPN. After main transformer contingency has been identified and isolated, it is highly possible that the out of service customers can not be restored completely because of the shortage of capacity reserve. The feeders which serve more key customers with higher service priority will have better chance to be selected for restoration. With the system reconfiguration to cover the load change of service zones over a longer period, during the process of switching operation, the maximum load demand of out-of-service area over the restoration time is considered in the CPN. To prevent the over-unbalance tripping of distribution feeders during switching operation process, the maximum tolerable current unbalance between any two phases is also considered in the CPN model. To assure the restoration plan complying with the operation regulation, heuristic rules based on the standard operation procedures of Taipower distribution system are included in the best first search of the CPN. A Taipower distribution system with 67 feeders is selected for computer simulation in this thesis to demonstrate the effectiveness of the proposed methodology. It is found that the service restoration of distribution systems can be obtained very efficiently by applying the proposed CPN model.

This thesis proposes an approach for automatic code generation from a Colored Petri net specification. Two tools were developed for the aforementioned purpose, a Colored Petri net editor to create and modify Colored Petri nets, and an automatic code generator to generate code from a Colored Petri net specification. Through the use of the editor four models were created, these models were used as input to the automatic code generator. The automatic code generator successfully generated code from the Colored Petri net specification, code in the form of component scripts for the Unity3D game engine. However, the approach used by the code generator had flaws such as introducing overhead in the generated code, failing to deal with concurrency, and restricting the types of Colored Petri nets which could be used as input. The aforementioned tools could be used in the future to research the benefits and disadvantages of modeling game systems with Colored Petri nets, and automatically generating code from Colored Petri nets.

Controle de acesso é um tópico de pesquisa importante tanto para a academia quanto para a indústria. Controle de Acesso Baseado em Papéis (CABP) foi desenvolvido no início dos anos 1990, tornando-se um padrão generalizado para controle de acesso em vários produtos e soluções computacionais. Embora modelos CABP sejam largamente aceitos e adotados, ainda existem questões para responder. Um dos principais desafios de pesquisa em segurança baseada em papéis é determinar se uma política de controle de acesso é consistente em um ambiente altamente dinâmico. Nossa pesquisa visa preencher essa lacuna fornecendo um método para analisar políticas CABP com respeito a dois aspectos significativos: segurança e dinamismo envolvendo papéis e objetos. Para este propósito, desenvolvemos um modelo de descrição e simulação de política usando rede de Petri colorida e CPN Tools. O modelo descreve e é capaz de simular vários estados CABP em um contexto de educação a distância típico. Usando este modelo, foi possível analisar o espaço de estados produzido pela rede de Petri colorida em um cenário dinâmico envolvendo a criação de novos papéis e objetos. O resultado da análise de alcançabilidade da rede de Petri da política demonstrou que é possível verificar a consistência de políticas de controle de acesso considerando a dinamicidade de papéis e objetos, e apontou vantagens de aplicabilidade da modelagem de políticas de segurança em ambientes distribuídos utilizando rede de Petri colorida. / Access control is an important research topic both for academia and industry. Role Based Access Control (RBAC) was developed in the early 1990s, becoming a generalized standard of access control for many products and computing solutions. Although RBAC models have been widely accepted and adopted, there are issues to answer. One of the key challenges for role-based security research is to characterize whether an access control policy is consistent in a highly dynamic environment. Our research aims filling this gap providing a method to analyze RBAC policies with respect to two significant aspects: security and dynamics involving roles and objects. For this purpose, we developed a policy description and simulation model using colored Petri net and the CPN Tools. The model describes and is capable to simulate many RBAC states in a typical distance education context. Using this model it was possible to analyze the state space provided by colored Petri net that simulates a dynamic environment and the creation of new roles and objects. The result of the reachability analysis of Petri net policy showed that it is possible to check the consistency of access control policies considering dynamic of roles and objects, and point out the advantages and applicability of modeling security policies in distributed environments using colored Petri net.

Controle de acesso é um tópico de pesquisa importante tanto para a academia quanto para a indústria. Controle de Acesso Baseado em Papéis (CABP) foi desenvolvido no início dos anos 1990, tornando-se um padrão generalizado para controle de acesso em vários produtos e soluções computacionais. Embora modelos CABP sejam largamente aceitos e adotados, ainda existem questões para responder. Um dos principais desafios de pesquisa em segurança baseada em papéis é determinar se uma política de controle de acesso é consistente em um ambiente altamente dinâmico. Nossa pesquisa visa preencher essa lacuna fornecendo um método para analisar políticas CABP com respeito a dois aspectos significativos: segurança e dinamismo envolvendo papéis e objetos. Para este propósito, desenvolvemos um modelo de descrição e simulação de política usando rede de Petri colorida e CPN Tools. O modelo descreve e é capaz de simular vários estados CABP em um contexto de educação a distância típico. Usando este modelo, foi possível analisar o espaço de estados produzido pela rede de Petri colorida em um cenário dinâmico envolvendo a criação de novos papéis e objetos. O resultado da análise de alcançabilidade da rede de Petri da política demonstrou que é possível verificar a consistência de políticas de controle de acesso considerando a dinamicidade de papéis e objetos, e apontou vantagens de aplicabilidade da modelagem de políticas de segurança em ambientes distribuídos utilizando rede de Petri colorida. / Access control is an important research topic both for academia and industry. Role Based Access Control (RBAC) was developed in the early 1990s, becoming a generalized standard of access control for many products and computing solutions. Although RBAC models have been widely accepted and adopted, there are issues to answer. One of the key challenges for role-based security research is to characterize whether an access control policy is consistent in a highly dynamic environment. Our research aims filling this gap providing a method to analyze RBAC policies with respect to two significant aspects: security and dynamics involving roles and objects. For this purpose, we developed a policy description and simulation model using colored Petri net and the CPN Tools. The model describes and is capable to simulate many RBAC states in a typical distance education context. Using this model it was possible to analyze the state space provided by colored Petri net that simulates a dynamic environment and the creation of new roles and objects. The result of the reachability analysis of Petri net policy showed that it is possible to check the consistency of access control policies considering dynamic of roles and objects, and point out the advantages and applicability of modeling security policies in distributed environments using colored Petri net.

The advance of medicine and Information Technology (IT) has allowed the emergence of new techniques and medical device to provide direct or indirect improvements to the people's health, such as the minimally invasive surgical techniques and new devices for diagnosis and patient monitoring (HOLSBACH; NETO; HOLSBACH, 2013). The use of such devices provides a better diagnosis procedure and better diseases treatment, shorter hospital stay, convenience and privacy, as well as the possibility of the patient to proceed with home treatment. However, the growth of the number of devices is not always based on quality. The poor quality of such device is a problem that may compromise people's health. Therefore, in order to mitigate the risks of failures during the development of these medical devices, the manufacturers must follow safety standards specifications, such as the International Organization for Standardization (ISO) 14971 (ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2009) and the technique Failure Mode, Effects and Criticality Analysis (FMECA). The ISO 14971 was specified to guide the controls and basic care to be observed by the manufacturer throughout the development of all stages during the medical device's life cycle. According to this standard, security is freedom from unacceptable risk, and the discovery and verification if the risk is unacceptable or not happen during the risk management process. However the ISO 14971 was described in natural language, which is an error-prone description, ambiguous and is susceptible to problems such as misunderstanding of the stages of the risk management process, creating too complex process which will be difficult to be applied or too simplistic that does not address all risk management. Within this context, we use the ISO 14971 standard with the FMECA technique to provide a case study that performs the security specification of the Electrogastrography (EGG) device. This case study was performed at the Federal University of Alagoas Hospital, with the support of an expert in the development of biomedical signal acquisition systems. This case study was the basis to develop a Colored Petri Net that describes the risk management process, reducing the problems on natural language descriptions. In addition, this model helps in the verification and the validation steps of medical devices manufacturing and allows the use of modeling as a tool for teaching and training the risk management process. / O avanço da medicina e da tecnologia da informação (TI) tem propiciado o surgimento de novas técnicas e equipamentos que, gradativamente, oferecem melhorias diretas ou indiretas à saúde dos pacientes como, por exemplo, as técnicas cirúrgicas minimamente invasivas e os novos equipamentos para diagnóstico e monitoramento de pacientes (HOLSBACH; NETO; HOLSBACH, 2013). É com a utilização destes equipamentos que se torna possível ter melhores condições de diagnóstico e tratamento de doenças, menor tempo de internação, maior praticidade e privacidade, permitindo inclusive ao paciente proceder com o tratamento domiciliar, contudo, o crescimento da quantidade de dispositivos nem sempre está aliada à qualidade. A má qualidade destes equipamentos é um problema que pode comprometer a saúde do paciente e do operador e, por isso, se faz necessária a utilização de técnicas e padrões que permitam a fabricação de equipamentos médicos mais seguros, tais como a técnica Análise dos Modos de Falha Efeitos e Criticidade (FMECA) e o padrão International Organization for Standardization (ISO) 14971 (ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2009). A ISO 14971 foi desenvolvida com o propósito de indicar os controles e os cuidados básicos que devem ser observados pelo fabricante em todo o ciclo de vida de um equipamento médico. De acordo com esta ISO, segurança é a ausência de riscos não aceitáveis e a verificação se os riscos encontrados são aceitáveis ou não acontece durante o processo de gerenciamento de risco, porém, os fabricantes ao adotar o gerenciamento de risco descrito em linguagem natural, que é ambígua, estão suscetíveis a problemas tais como, falta de compreensão das etapas do processo de gerenciamento de risco, criação de processo demasiadamente complexo ao qual terão dificuldade de aplicar ou simplista demais que não contempla todo o gerenciamento de risco. Com a finalidade de solucionar o supracitado problema é apresentado neste trabalho um estudo de caso explorando o processo de gerenciamento de risco baseado na ISO 14971 com a técnica FMECA, com o objetivo de realizar a especificação de segurança de um equipamento médico de Eletrogastrografia (EGG). Esse estudo de caso foi realizado no Hospital Universitário da Universidade Federal de Alagoas e contou com o auxílio de um especialista em desenvolvimento de sistemas de aquisição de sinais biomédicos. Esse estudo é a base para a construção do modelo formal em Redes de Petri Coloridas do processo de gerenciamento de risco. O modelo em Redes de Petri Coloridas auxilia no entendimento da ISO, ao reduzir a subjetividade inerente a descrição em linguagem natural. Além disto, este modelo auxilia nas etapas de verificação e validação do equipamento médico e possibilita uso do modelo como uma ferramenta didática para o ensino e treinamento do processo de gerenciamento de risco.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:06:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6393.pdf: 3853954 bytes, checksum: aebabdd8a86520900d7239023c798d02 (MD5) Previous issue date: 2012-09-28 / Financiadora de Estudos e Projetos / The flexible manufacturing systems (FMS) are automated production systems capable of producing a wide variety of product types. They are composed by machines, robots and automated transport systems. Make the control of an FMS is a complex task due to the various subsystems and elements that compose it, and also by the necessity of respond to strategic issues that vary according to market demands. Much has been made in relation to the control of FMS. Several studies in the literature cover issues of control of FMS. Despite the high number of papers that address these issues, technological advances and market demands cause introduction of new challenges and new studies are conducted. This work based itself on other studies about the control of FMS to evolve into some issues of modeling and control of FMS. The purpose of this paper is to indicate a modeling strategy, based on Petri nets, that is easy to understand, requiring low efforts to adapt to different production plans, and allowing that the control of the FMS model takes into account information of the current state of the system in decision making for conflict resolution. The work ends with the application of the modeling method proposed in a hypothetical FMS. It was built a control system to make the reading of variables from the model of the FMS and decide how conflicts should be resolved on the Petri net model. To support the decision making of the control system, it was built a Fuzzy system. Simulations were conducted for a variety of production plans in which the control system achieved real-time responses to conflict resolution, preventing the system of reach deadlock conditions. / Os sistemas flexíveis de manufatura (FMS) são sistemas de produção automatizados capazes de produzir uma grande variedade de tipos de produto. Eles são compostos por máquinas, robôs e sistemas de transporte automático. Realizar o controle de um FMS é uma tarefa complexa devido aos vários subsistemas e elementos que o compõe, e também pela necessidade de responder a questões estratégicas que variam de acordo com as demandas do mercado. Muito tem sido feito em relação ao controle de FMSs. Vários trabalhos na literatura abrangem as questões de controle de FMSs. Apesar do alto número de trabalhos que abordam estas questões, os avanços tecnológicos e as exigências de mercado fazem com que novos desafios sejam lançados e novos estudos sejam realizados. Este trabalho se baseia em outros trabalhos sobre o controle de FMS para evoluir em algumas questões de modelagem e controle de FMSs. A proposta deste trabalho é indicar uma estratégia de modelagem baseada em redes de Petri que seja de fácil compreensão, que exija baixos esforços de adaptação para planos de produção diferentes, e que permita que o controle do modelo de FMS leve em consideração informações do estado corrente do sistema, nas tomadas de decisão para a resolução de conflitos. O trabalho é finalizado com a aplicação do método de modelagem proposto em um FMS hipotético. Foi construído um sistema de controle para fazer a leitura de variáveis do modelo de FMS e decidir como os conflitos do modelo em redes de Petri devem ser resolvidos. Para apoiar as tomadas de decisão do sistema de controle foi construído um sistema Fuzzy. Foram realizadas simulações para uma variedade de planos de produção nos quais o sistema de controle obteve respostas em tempo real para a resolução dos conflitos impedindo que o sistema atingisse condições de deadlock.

Dentre as várias abordagens consagradas para análise de desempenho de algoritmos em termos de tempo de execução, destacam-se, por exemplo, a análise assintótica, as técnicas de recorrências e a análise probabilística. Entretanto, há algoritmos que apresentam certas peculiaridades que tornam o uso dessas técnicas puramente matemáticas de avaliação de desempenho inadequadas ou excessivamente árduas. É o caso, por exemplo, de algoritmos cujo tempo de execução pode variar significativamente para um mesmo dado de entrada em função da dinâmica de execução. O mesmo acontece no caso de algoritmos distribuídos em que, dependendo da complexidade da política de distribuição utilizada, a avaliação por meio de métodos analíticos do efeito de um gradual incremento de processadores no seu tempo de execução pode tornar-se impraticável. Em situações como essas, a fim de evitar a alta complexidade matemática envolvida na análise de desempenho desses algoritmos, algumas alternativas baseadas em métodos empíricos ou em modelagem visual vêm sendo adotada pelos pesquisadores. Contudo, ambas alternativas apresentam inconvenientes: no caso dos métodos empíricos, eles requerem a implementação dos algoritmos analisados, o que tem um efeito perverso particularmente no caso dos algoritmos distribuídos, uma vez que eles demandam a aquisição prévia de recursos de hardware dispendiosos de multi-processamento antes mesmo de saber se a proposta de distribuição investigada, de fato, vale a pena. Já as abordagens baseadas em modelos visuais atualmente utilizadas (baseadas em grafos, autômatos e Unified Modeling Language - UML) não contam com os recursos dinâmicos necessários para lidar com a avaliação do tempo de execução dos algoritmos. Neste cenário, o presente trabalho propõe uma abordagem visual formal para avaliar o tempo de execução de algoritmos baseada em simulações automáticas de modelos de Redes de Petri Coloridas Hierárquicas (RdPCH) no ambiente gráfico CPN Tools. A abordagem proposta é validada por meio de cálculo dos seguintes parâmetros associados aos algoritmos usados como estudo de caso: a função de complexidade, o tempo de execução real e, no caso dos algoritmos distribuídos, o speedup e a eficiência. Foram usados como estudos de caso os seguintes três relevantes algoritmos de busca usados nos agentes da Inteligência Artificial com a finalidade de definir as ações mais apropriadas que tais agentes devem executar de modo a cumprir seu objetivo, com êxito, em um ambiente em que um oponente tenta minimizar suas chances de sucesso: os algoritmos seriais Minimax e Alpha-Beta; e o algoritmo distribuído PVS. Os resultados obtidos confirmam a correção da abordagem proposta. / Among the various approaches established for analyzing the performance of algorithms in terms of runtime, one can highlight as examples, the asymptotic analysis, recurrence techniques, and probabilistic analysis. However, there are algorithms that present certain peculiarities, which make the use of these purely mathematical performance evaluation techniques inadequate or excessively difficult. This is the case of algorithms for which the runtime varies significantly for the same input data, due to its execution dynamics. The same happens in the case of distributed algorithms, where depending on the complexity of the distribution policy being used, the evaluation by means of analytical methods concerning the effect of a gradual increase in processors on runtime can become impractical. In situations such as these, in order to avoid the high mathematical complexity involved in the performance analysis, researchers have adopted alternatives based on empirical methods or visual modeling. However, both alternatives have drawbacks: in the case of empirical methods, they require the implementation of analyzed algorithms, which has a perverse effect especially in the case of distributed algorithms. This occurs, as they demand the acquisition beforehand of expensive multiprocessing hardware resources before knowing if the distribution proposal under investigation is in fact viable. On the other hand, those approaches based on visual models currently under use (based on graphs, automata and Unified Modeling Language) one notes that does not contain the necessary dynamic resources for dealing with the runtime evaluation of algorithms. In this scenario, the present study proposes a formal visual approach, in order to evaluate the algorithm runtime based on automatic simulations of Hierarchical Colored Petri Net models in the CPN Tools graphic environment. The proposed approach is validated through the calculation of the following parameters associated with the algorithms being used as a case study: the complexity function, real runtime, and in the case of distributed algorithms, speedup and efficiency. The cases studies were based on three relevant search algorithms used in the agents of the Artificial Intelligence, with the aim of defining the most appropriate actions that these agents need to execute in order to fulfil their objective, in an environment where the opponent tries to minimize their chances of success. The algorithms under consideration were the serial algorithms Minimax and Alpha-Beta; and the PVS distributed algorithm. The obtained results confirm the correction of the proposed approach. / Tese (Doutorado)