Este trabalho traz uma avaliação da influência das características de continuidade geométrica na composição de curvas que serão guias e seções na construção de superfícies, sobre a suavidade do processo de fresamento em 5 eixos simultâneos. Nesse processo a orientação da ferramenta é determinada pelo vetor normal local da superfície-guia (que normalmente é a usinada) e, por esse motivo, descontinuidades geométricas nas superfícies fazem com que a operação de usinagem transcorra de maneira não suave, ficando sujeita a solavancos, marcas na peça, e até trazendo o risco de colisão. O objetivo deste trabalho é saber até que ponto a preocupação com continuidade geométrica na composição de curvas que, posteriormente, comporão as superfícies a serem usinadas, influenciam na suavidade do processo de fresamento em 5 eixos simultâneos. Para tal são usinadas uma superfície complexa e uma pá de turbina, obtidas através dos dados originais de um software específico para o desenvolvimento de turbinas. Superfície e pá são compostas por curvas construídas a partir de segmentos de splines concatenados com continuidades: geométrica entre G0 e G2, e paramétricas entre C1 e C2.

Com base na afirmação de que melhores processos são processos mais eficientes e que estes aumentam a capacidade da empresa de se manter competitiva, este trabalho propõe um processo para analisar a compatibilidade de software e hardware no caso de alterações em sistemas computacionais embarcados, típicos da indústria aeronáutica. Como base para a elaboração do processo, é feita uma pesquisa que começa com a apresentação de definições de processos e compatibilidade, segue com a apresentação de tendências na área, resume o conceito de sistemas aeronáuticos e ferramentas de modelagem e otimização de processos, e finaliza com um resumo das normas aplicáveis a sistemas computacionais embarcados. As necessidades para se aplicar o processo são definidas e traduzidas por requisitos; e a definição do processo é executada com o detalhamento de fluxos de tarefas, perfis operacionais, documentos e treinamentos. Finalmente, o estudo de caso apresenta uma aplicação prática do processo desenvolvido.

A utilização de material composto nas estruturas primárias de aeronaves vem se destacando cada vez mais, devido, especialmente, às seguintes vantagens em relação ao uso de materiais metálicos: (a) redução de peso, (b) ganhos em rigidez e (c) resistência a fadigas. Em virtude deste diferencial, o material composto está se confirmando como tendência no mercado aeronáutico, devendo assim, receber uma atenção especial em seu processo produtivo. Nesse sentido, tornou-se necessário o mapeamento do processo de fabricação de Material Composto, e após identificar seus gargalos, tornou-se primordial a análise de métodos voltados para a robustez e flexibilidade, a fim de garantir a otimização desses recursos restritivos de capacidade, eliminando desperdícios e reduzindo em mais de 70% o tempo de ciclo do Cone de Cauda do Phenom 100, podendo assim, instituir a padronização de informações e disseminar seus conceitos a toda área de Montagem de Material Composto na Embraer.

Este trabalho apresenta a modelagem e identificação de um manipulador robótico com flexibilidade mecânica distribuída ao longo dos seus elos. O aparato experimental utilizado é um manipulador robótico com dois elos flexíveis que se move no plano horizontal. O manipulador é movido por dois motores elétricos DC sem escovas e monitorado por tacômetros, extensômetros e acelerômetros. Um modelo de dimensão finita é gerado usando o método dos modos assumidos. A mecânica Lagrangeana é utilizada para encontrar as equações de movimento. Atuadores e sensores também são modelados a fim de gerar o modelo dinâmico do sistema completo. A identificação não-paramétrica é feita usando dados experimentais, gerando funções de resposta em frequência experimentais. Os parâmetros do modelo teórico são ajustados através de uma identificação paramétrica, gerando funções de resposta em frequência teóricas. A identificação não paramétrica encontrada foi satisfatória, sem evidenciar ruídos ou saturações. As FRF teóricas geradas foram satisfatoriamente próximas das experimentais, evidenciando o sucesso da identificação paramétrica.

Algumas superfícies de controle de aeronave possuem deformações indesejadas quando submetidas aos carregamentos de vôo. Este trabalho apresenta uma proposta de aplicação de atuadores piezoelétricos em superfícies de controle de tal forma que as deformações geradas pelos atuadores piezoelétricos atenuem as deformações ocasionadas pelos carregamentos aerodinâmicos. Para avaliação da efetividade da aplicação proposta, é apresentada uma metodologia de modelagem em elementos finitos da aplicação dos atuadores piezoelétricos em superfícies de controle. Resultados obtidos através desta metodologia de modelagem são comparados com resultados experimentais de referências bibliográficas como forma de validação da metodologia proposta. Uma proposta de lay-out estrutural de spoiler de aeronave com atuadores piezoelétricos é apresentada como exemplo da aplicação.

Neste trabalho, o modelo de composição integrada de especialistas locais (CIEL), proposto por Scarpel (2006) para geração de modelos de previsão, é explorado para a metamodelagem de três funções determinísticas bivariadas (funções Bohachevsky, Ackley e composição de senoides), visando auxiliar o processo de otimização. A ideia básica é construir uma superfície de resposta utilizando um metamodelo composto por especialistas simples (funções lineares). Na construção dos metamodelos CIEL, variou-se de 2 até 5 o número de agrupamentos da composição de especialistas e foram utilizados diferentes números de amostras (50 e 150). O desempenho dos metamodelos CIEL foi comparado com o de metamodelos gerados a partir de 21 amostras pelo Processo Estocástico Gaussiano (GaSP), técnica muito utilizada e recomendada na literatura sobre otimização baseada em metamodelagem. O metamodelo CIEL apresentou bom desempenho para indicar a região de ótimo das funções, exceto no caso da função composição de senoides com base em 50 amostras, em que se obteve desempenho apenas regular. Apesar disso, os metamodelos CIEL, de forma geral, não foram adequados à representação das funções. No caso da função Bohachevsky, o modelo GaSP se mostrou claramente superior, Quanto à função Ackley, os resultados obtidos com o GaSP e com o CIEL foram semelhantes. Em especial, ressalta-se o potencial do metamodelo CIEL em situações análogas à da função composição de senoides, que possui superfície bem ondulada, com diversos ótimos locais. Apesar de esta função possuir forma complexa e de difícil representação, o desempenho do metamodelo CIEL com 150 amostras foi nitidamente melhor que o GaSP, ao indicar o ótimo.

Esta tese trata da modelagem, simulação e controle de voo de aviões muito flexíveis. A metodologia de modelagem usada foi NFNS (Non Linear Flight Dynamics - Non Linear Structural Dynamics). A metodologia NFNS foi usada para implementar o modelo de um avião, que havia sido previamente implementado com a metodologia NFLS (Non Linear Flight Dynamics - Linear Structural Dynamics). Foi realizada uma comparação entre as metodologias NFLS e NFNS com base em resultados de simulações feitas, e com base nas próprias considerações tecidas durante a modelagem. Foram notadas diferenças entre as duas metodologias, particularmente com relação a modelagem aerodinâmica. As causas encontradas para estas diferenças indicam algumas melhorias necessárias na formulação aerodinâmica na metodologia NFNS. Os efeitos de uma grande flexibilidade estrutural na dinâmica de vôo foram verificados, analisados, e explicações físicas para estes efeitos são propostas. Por fim, leis de controle não linear com a técnica do regulador integrativo universal são implementadas. Os resultados obtidos demonstram a eficácia e robustez das leis de controle projetadas.

A estratégia conhecida como Controle Preditivo (MPC) se tornou uma opção bem disseminada em aplicações em sistemas multivariáveis complexos que contém restrições. Nessa estratégia, a cada instante de amostragem, um problema de otimização deve ser solucionado no intuito de se obter o valor ótimo de controle a ser aplicado na planta. Dependendo da complexidade do sistema a ser controlado, da dinâmica da planta e do tempo de amostragem escolhido, esse problema de otimização adjacente pode demandar elevado esforço computacional e aumento de custo no projeto do sistema de controle. Por esse motivo, o desenvolvimento de algoritmos de otimização mais eficientes ou reformulações do problema de controle que reduzam o esforço computacional associado são relevantes. Este trabalho tem como objetivo o estudo e a implementação da estratégia MPC utilizando programação multiparamétrica, mediante a reformulação do problema de controle de forma que a solução do problema de controle seje obtida a priori. Além disso, inclui-se uma abordagem com múltiplos modelos, permitindo ao sistema de controle acomodar falhas e manter a estabilidade do sistema mesmo na ocorrência de falhas. Ao final, a proposta é ilustrada por meio de implementação em tempo real em um helicóptero 3DOF de laboratório produzido pela empresa Quanser Consulting.

Nas últimas décadas constatou-se o uso cada vez mais massivo de sistemas computadorizados principalmente em setores da indústria aeronáutica. Na busca pelo aumento de eficiência no desenvolvimento, recomenda-se o uso do Desenvolvimento Baseado em Modelos (MBD). Este trabalho de pesquisa propõe um Método para Modelagem de Sistemas, denominado M2S, como forma de se bene?ciar da modelagem do sistema desde os estágios iniciais de concepção do sistema. Esta abordagem visa diminuir o ciclo de vida de desenvolvimento e aumentar a qualidade das especi?cações. Nesse sentido, o método proposto se baseia na Linguagem de Modelagem de Sistemas (SysML), no Processo Uni?cado (RUP), no uso de Ambientes Integrados de Engenharia de Software Auxiliada por Computador (I-CASE-E) e na geração automática de código. Após combinar estes elementos num conjunto de passos que compõe o método proposto, realizou-se por meio de um estudo de caso a veri?cação da aplicação do método. O estudo de caso envolveu o desenvolvimento de um protótipo do Sistema de Dados Anemométricos (Air Data System - ADS), com dois experimentos. Foi possível constatar a facilidade em segregar as fases de desenvolvimento, realizar a evolução gradual das especi?cações e modelos, para ?nalmente se chegar a transformação dos modelos independentes de plataforma em código fonte e se constituir o protótipo. Aplicou-se testes e métricas de Halstead, de Linhas de Código e de Complexidade Ciclomática como forma de comparar os dois experimentos.

O conceito de projeto modular não é novo e tem sido usado no contexto do processo de desenvolvimento integrado de produto como uma diretriz DFM (Design for Manufacturing). Por meio dele, podem-se racionalizar recursos, evitar a obsolescência precoce do produto e apresentar, para o mercado, uma aparente variedade do produto, mantendo-se um estrito controle sobre a variedade de seus processos de manufatura. Não obstante, definir a fronteira de um módulo na estrutura de um produto não é uma tarefa trivial. Acerca de tal cenário, este trabalho propõe um método de análise do grau de modularidade de produtos mecatrônicos. Por meio da compilação dos requisitos de projeto, em matrizes, avaliação das interações entre os componentes e a determinação dos pesos dessas interações, a modularidade do produto é avaliada e o resultado pode ser usado na definição da estrutura do produto. Uma célula robótica - desenvolvida no ITA/CCM - foi escolhida como bancada de testes para aplicação e análise do método, particularmente um efetuador (end effector) robótico. O método é constituído por atividades as quais facilitam sua implementação e entendimento, assim, a cada atividade executada, os resultados preliminares indicam as melhores opções de projeto do ponto de vista de modularidade. A aplicação do método proposto resultou em um projeto modular adequado, traduzido por um efetuador robótico inovador e reconfigurável. A estrutura modular também foi indutora de um processo de fabricação do efetuador mais ágil e com uma quantidade irrelevante de retrabalho.