Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:57:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 326966.pdf: 4740775 bytes, checksum: 41dc84fd530c556c8de4fce3f62c6cb1 (MD5) Previous issue date: 2014 / A inserção de unidades de Geração Distribuída nos sistemas de distribuição de energia elétrica pode trazer diversas vantagens, mas também implica em dificuldades operacionais devido principalmente às mudanças no fluxo de potência. A proteção desses sistemas é um dos aspectos mais impactados, pois seus projetos desde o estudo, compra de equipamentos e ajustes são definidos de acordo com o fluxo de potência e valores de curto-circuito. A complexidade dos estudos envolvidos na coordenação dos relés devido ao grande número de novas situações a serem consideradas pode ser tão grande que tanto a rapidez quanto a seletividade da proteção podem ser prejudicadas. Este trabalho propõe uma abordagem utilizando Sistema Multiagentes para a coordenação de relés de sobrecorrente na proteção de sistemas radiais com a inserção de geração distribuída. A arquitetura proposta permite uma coordenação on-line dos relés de sobrecorrente utilizando a comunicação entre os agentes, eliminando a complexa tarefa do estudo de coordenação tradicional. Para a avaliação do sistema proposto foram realizadas simulações em um sistema-teste baseado em um sistema real com os ajustes disponibilizados pela empresa distribuidora de energia e seus resultados comparados ao tempo de atuação do sistema proposto. Os resultados mostram um menor tempo de operação dos relés no sistema multiagente, principalmente na proteção de retaguarda, além de possibilitar a aplicação da função anti-ilhamento sem a necessidade de equipamentos adicionais.<br> / Abstract : The insertion of Distributed Generation units in distribution systems has several advantages, but also might bring disadvantages mainly due to power ow changes. The protection of these systems is one of the most affected aspects, because their projects, from the study, equipment's purchase and settings are defined according to the power ow and short-circuit levels. The complexity of the studies involved in the coordination of the relays due to the large number of new situations to be considered may be so large that speed and selectivity of protection may be impaired. This dissertation proposes a Multi-agent System for coordination of overcurrent relays for protection of radial systems in the presence of distributed generation. The proposed architecture allows online coordination of overcurrent relays using the communication between agents, eliminating the complex task of traditional coordination study and improving protection eficacy. In order to evaluate the proposed system, simulations were performed on a real system and the data used to estimate the protection operation time of the real system with the settings provided by the utility company. The same data were applied in the proposed system and the results compared. Results show a lower operating time of the overcurrent relays, especially in backup protection, and enables the application of anti-islanding function without any additional equipment when using the proposed MAS.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:29:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 332297.pdf: 4578754 bytes, checksum: e5a353c3f031e2c0d13c173605e9975c (MD5) Previous issue date: 2014 / Esta tese investiga o uso da abordagem de sistemas multiagentes (SMA) buscando compartilhar e recuperar conhecimentos decorrentes da solução de problemas prévios de não-conformidades e da aplicação do método de análise de modos de falha e efeitos em processos de manufatura (PFMEA) e raciocínio baseado em casos. Neste sentido, propõe-se um modelo de multiagentes em apoio à solução de problemas de não-conformidades em processos de fabricação, com o intuito de superar não somente as dificuldades relacionadas à natureza do conhecimento, mas também quanto à sua distribuição. A distribuição adotada no modelo considera tanto o aspecto geográfico das fontes quanto à fragmentação relacionada aos processos existentes na cadeia produtiva. Nesta ótica, são considerados agentes computacionais cujo comportamento inclui o uso de raciocínio baseado em casos e métodos de recuperação baseado em ontologias. Por fim, um protótipo computacional foi desenvolvido para permitir a verificação e a validação do modelo proposto, sendo que as bases de conhecimento manipuladas pelo sistema são instanciadas com conhecimentos no domínio do processo de extrusão de alumínio obtidos a partir da literatura e de pesquisas de campo em uma empresa que fabrica peças por extrusão de alumínio, com ênfase na liga 60xx.<br> / Abstract: This thesis investigates the use of the multi-agent systems (MAS) approach seeking to share and retrieve knowledge from previous solutions of nonconformance problems and the application of the method of failure modes and effects analysis in manufacturing processes (PFMEA) and case-based reasoning (CBR). In this sense, it is proposed a MAS-based model to support the solution of nonconformance problems in manufacturing processes in order to overcome the difficulties related to both the nature of knowledge and on its distribution. The distribution adopted in the model considers both the geographical aspect of the sources and the fragmentation related to existing processes in the production chain. From this perspective, agents were developed whose behavior includes the use of case-based reasoning and retrieval methods based on ontologies. Finally, a software prototype was developed to allow the verification and validation of the proposed model, and the foundations of knowledge manipulated by the system are instantiated with knowledge in the field of the aluminum extrusion process obtained from the literature and from a company that manufactures parts via aluminum extrusion, with emphasis on the 60xx alloy.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:33:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328218.pdf: 1468123 bytes, checksum: d3fd465861070343779302a303b9297d (MD5) Previous issue date: 2014 / Devido à grande rotatividade de produtos, a garantia da qualidade é um dos maiores desafios enfrentados em uma linha de produção em pequenas séries. Para superar esse problema, deve-se investir em sistemas flexíveis que possam ser adaptados para novas variedades de produtos. Utilizando como estudo de caso uma linha de montagem de placas de circuito impresso em pequenas séries, foi constatado que o principal problema para a garantia da qualidade é a identificação correta da origem dos defeitos observados durante a etapa de inspeção na linha de produção, visto que a relação entre causa e defeito é muito complexa e possui um alto grau de incerteza. Essa dissertação utiliza como proposta de solução a integração das técnicas de redes bayesianas e sistema multiagente, apresentando como resultado um sistema que possibilita a melhoria na qualidade do diagnóstico de defeitos encontrados na linha de produção utilizada como estudo de caso, quando comparado às soluções apresentadas anteriormente.<br> / Abstract : Due to the large product variety, the quality assurance is one of the biggest challenges in small series production (SSP). In order to solve this problem, it is required to develop flexible inspection systems, able to adapt to each new product. Using a small series printed circuit board (PCB) assembly line as a case study, it was identified that one of the main problems for the quality assurance in SSP is the correct identification of the causes of the observed faults during product inspection, knowing that the relation between cause and fault is in most cases complex and has a high degree of uncertainty. This dissertation proposes the integration of Bayesian networks and multiagent system techniques to implement an adaptive PCB fault diagnosis system. The present work shows that the resulting system leads to a higher quality of failure diagnosis on the production line when compared to previous approaches.

Este trabalho aborda os sistemas de montagem auto-organizados baseados em agentes para o ambiente industrial. Para isso, traz uma visão ampla dos paradigmas atuais para a manufatura que usam o conceito de agente e que promovem auto-organização, mas é focado no paradigma de sistemas de montagem e de produção evolutivos. Além da autoorganização, aspectos de auto-otimização nestes sistemas também são considerados. Portanto, este trabalho aborda os aspectos teóricos e práticos de sistemas evolutivos e, em particular, propõe uma plataforma multiagente que usa o conceito de agente mecatrônico para permitir o desenvolvimento de sistemas auto-organizados e que também possuam a capacidade de otimizar autonomamente algum recurso interno ao sistema. Um agente mecatrônico é uma entidade capaz de ação autônoma num sistema de manufatura, devido a uma decisão própria ou à solicitação de ação por outros agentes, e tal é conseguido através da definição e execução de funcionalidades pelos agentes mecatrônicos. A plataforma multiagente proposta foi implementada e validada no âmbito de um projeto da União Europeia o qual possui parceiros acadêmicos e industriais e visa a criação de sistemas evolutivos auto-organizados em um cenário industrial real. / This work deals with agent-based self-organized assembly systems for manufac– turing. Although the text aims to provide a comprehensive overview on current paradigms to manufactiuring systems development and execution that use the concept of agent and promote self-organization, the thesis main focus lies in evolvable production and assembly systems paradigms. Beyond self-organization, self-optimization aspects of evolvable systems are also considered. Therefore, this thesis discusses theoretical and practical aspects of evolvable systems and, in particular, develops a multi-agent platform that uses the mechatronic agent concept to enable the development of self-organized systems and has the capacity of autonomously to optimize some internal resource of the system. A mechatronic agent is an entity that is capable of autonomous action on a manufacturing system due to this own reasoning or by reacting to a requested action from other agents. The proposed platform was implemented and validated within the scope of a research project funded by the European Union that has both academic and industrial partners and it goals the building of self-organized evolvable assembly systems for a real industrial scenario.

Sistemas de transporte são sistemas complexos compostos de diferentes entidades que interagem entre si. A otimização do uso da infraestrutura de transporte existente, que é cada vez mais necessária dado o crescente aumento da demanda por mobilidade, passa pela simulação de novas tecnologias que podem vir a ser utilizadas no futuro, como a comunicação inter-veicular (IVC) e a tarifação viária adaptativa. Esta dissertação apresenta uma abordagem baseada em agentes para simulação de comunicação inter-veicular e tarifação viária adaptativa em sistemas de transporte. Motoristas são modelados como agentes minimizadores de custo, composto pelo tempo de viagem e pelas despesas com tarifas viárias. Os motoristas podem usar IVC para expandir seu conhecimento do estado da rede viária. Entre os motoristas que usam IVC, podem existir agentes maliciosos, que buscam afastar os demais de suas rotas, através da divulgação de informações falsas. Os agentes maliciosos podem ainda agir de maneira coordenada, de modo a divulgarem informações falsas sobre as rotas de todos os agentes do grupo. Pelo lado da infraestrutura, gerentes viários percebem o fluxo de veículos nas vias da rede viária e definem as tarifas a serem aplicadas através de um esquema de aprendizado por reforço. Nos experimentos realizados, empregamos um modelo microscópico de simulação de tráfego, o que permite observar o comportamento individual de cada entidade do sistema de transporte sob estudo. O cenário onde as simulações são executadas é uma rede viária com as principais vias arteriais da cidade de Porto Alegre, Brasil. Resultados experimentais indicam que um pequeno grupo coordenado de agentes maliciosos em cenários de IVC é capaz de causar prejuízos significativos aos demais motoristas. Embora na média o grupo não consiga reduzir seu tempo de viagem, alguns agentes maliciosos são beneficiados pela coordenação do grupo. Com relação à tarifação viária, os resultados experimentais indicam que o esquema de aprendizado por reforço não possui a mesma eficácia de um esquema de tarifação fixa quando se trata da maximização de fluxo de veículos na rede viária. Ambos os esquemas de tarifação são superados por um método de otimização de tráfego que assume conhecimento completo do estado da rede viária pelos motoristas. No aspecto individual, sob tarifação via aprendizado por reforço, os custos de deslocamento dos motoristas são superiores em comparação aos custos sob tarifação fixa. O modelo baseado em agentes apresentado nesta dissertação representa uma contribuição em direção à proposição de uma metodologia para integrar modelos comportamentais de usuários de sistemas de transporte que reagem aos padrões de tráfego e medidas de controle desses padrões, com foco em métodos descentralizados e distribuídos. / Transportation systems are complex systems composed of different interacting entities. The optimization of the existing transportation infrastructure usage, which becomes increasingly necessary given the increasing demand for mobility, requires simulation of new technologies that might be used in the future, such as inter-vehicular communication (IVC) and adaptive road pricing. This dissertation presents an agent-based approach for simulation of inter-vehicular communication and adaptive road pricing in transportation systems. Drivers are modeled as cost-minimizer agents, where the cost is composed by travel time and expenditure. Drivers can use IVC to expand their knowledge of the road network state. Among the IVC users, there might be malicious agents, which try to divert other drivers from their routes by spreading false information. The malicious agents can act in a coordinated way, by spreading false information about the routes of all the agents in the group. In the infrastructure side, link managers perceive the vehicular flow in the roads and define the prices to be applied by means of a reinforcement learning scheme. In the experiments, we employ a microscopic traffic simulation model, which allows us to observe the individual behavior of each entity in the studied transportation system. The scenario where the simulations are run is a road network with the main arterial roads of the city of Porto Alegre, Brazil. Experimental results indicate that a small group of coordinated malicious agents in IVC scenarios is able to cause significant losses to the other drivers. Although in average the group does not succeed in reducing their travel times, some agents are benefited by the coordination of the group. Regarding road pricing, experimental results indicate that the reinforcement learning scheme does not achieve the same effectiveness of a fixed pricing approach regarding the maximization of vehicular flow in the road network. Both pricing schemes are outperformed by an optimization method that assumes full knowledge of the road network state by the drivers. In the individual aspect, under pricing via reinforcement learning, drivers’ costs are higher compared to their costs under fixed pricing. The agent-based model presented in this dissertation is a contribution towards a methodology to integrate behavioral models of human travelers reacting to traffic patterns and control measures of these traffic patterns, focusing on distributed and decentralized methods.

A indústria carece de sistemas produtivos que atendam a diversidade de demanda do mercado, com eficiência e capacidade de adaptação rápida. As novas soluções para estas necessidades remetem ao uso de novas tecnologias de automação. Porém, a maioria dos sistemas integrados de manufatura implantados em indústria possui seu gerenciamento por controladores lógicos programáveis, assim como suas interligações elétricas e lógicas de controle. A tese proposta faz uso de Sistemas Multiagentes em controladores lógicos programáveis, para que estes possam controlar seus sistemas de manufatura, propiciando-lhes os requisitos de diversidade, agilidade e auto-organização no meio produtivo. A comprovação desta tese se dá pelo método desenvolvido para que tal implementação aconteça, bem como pela análise de abrangência deste método, a fim de verificar em quais cenários ele é eficaz. O método proposto analisa o controlador lógico programável e descreve uma rotina de ações a serem seguidas para que ele se insira em Sistemas Multiagentes, valendo-se das funcionalidades que um agente pode oferecer. Sua análise de aplicação ocorreu em três cenários distintos, onde a abordagem por sistemas auto-organizáveis apresentou melhores resultados para atingir os requisitos de diversidade, agilidade e auto-organização, a partir de sistemas multiagentes interagindo com os controladores lógicos programáveis e suas lógicas locais. / The industry needs production systems that attend the diversity of market demand, with efficiency and fast adaptability. The new solutions to these needs refer to the use of new automation technologies. However, most integrated manufacturing systems deployed in industry have its management by programmable logic controllers as well as their electrical interconnections and logics of control. The thesis proposal indicates the use of multi-agent systems on programmable logic controllers, so that they are able to control their manufacturing systems, addressing the requirements of diversity, self-organizing and agility to the productive environment. The proof of this thesis is given by the method developed for such implementation to happen, as well as analysis of the scope of this method in order to verify in what scenarios it is effective. The proposed method analyzes the programmable logic controller and describes a routine of actions to follow so that it may enter into a multi-agent system, using the features that an agent can offer. Its application analysis took place in three different scenarios where the approach by self-organizing systems showed better results for achieving the requirements of diversity, agility and self-organization from multi-agent systems interacting with programmable logic controllers and their local logic.

Esta dissertação de mestrado apresenta um estudo sobre os efeitos de diferentes funções de recompensa, aplicadas em aprendizado por reforço multiagente, para o problema de roteamento de veículos, em redes de tráfego. São abordadas duas funções de recompensas que diferem no alinhamento do sinal numérico enviado do ambiente ao agente. A primeira função, chamada função individual, é alinhada à utilidade individual do agente (veículo ou motorista) e busca minimizar seu tempo de viagem. Já a segunda função, por sua vez, é a chamada difference rewards, essa é alinhada à utilidade global do sistema e tem por objetivo minimizar o tempo médio de viagem na rede (tempo médio de viagem de todos os motoristas). Ambas as abordagens são aplicadas em dois cenários de roteamento de veículos que diferem em: quantidade de motoristas aprendendo, topologia e, consequentemente, nível de complexidade. As abordagens são comparadas com três técnicas de alocação de tráfego presentes na literatura. Resultados apontam que os métodos baseados em aprendizado por reforço apresentam desempenho superior aos métodos de alocação de rotas. Além disso, o alinhamento da função de recompensa à utilidade global proporciona uma melhora significativa nos resultados quando comparados com a função individual. Porém, para o cenário com maior quantidade de agentes aprendendo simultaneamente, ambas as abordagens apresentam soluções equivalentes. / This dissertation presents a study on the effects of different reward functions applyed to multiagent reinforcement learning, for the vehicles routing problem, in traffic networks. Two reward functions that differ in the alignment of the numerical signal sent from the environment to the agent are addressed. The first function, called individual function is aligned with the agent’s (vehicle or driver) utility and seeks to minimize their travel time. The second function, is called difference rewards and is aligned to the system’s utility and aims to minimize the average travel time on the network (average travel time of all drivers). Both approaches are applied to two routing vehicles’ problems, which differ in the number of learning drivers, network topology and therefore, level of complexity. These approaches are compared with three traffic assignment techniques from the literature. Results show that reinforcement learning-based methods yield superior results than traffic assignment methods. Furthermore, the reward function alignment to the global utility, provides a significant improvement in results when compared with the individual function. However, for scenarios with many agents learning simultaneously, both approaches yield equivalent solutions.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Sistemas Multiagentes estão recebendo cada vez mais a atenção de pesquisadores e desenvolvedores de jogos virtuais. O uso de agentes permite controlar o desempenho do usuário, adaptando a interface e alterando automaticamente o nível de dificuldade das tarefas. Este trabalho descreve uma estratégia de integração de sistemas multiagentes e ambientes virtuais tridimensionais e exemplifica a viabilidade dessa integração através do desenvolvimento de um jogo com características de Serious game. Este jogo visa estimular as funções cognitivas, tais como atenção e memória e é voltado para pessoas portadoras de diferentes distúrbios neuropsiquiátricos. A construção do jogo foi apoiada em um processo de desenvolvimento composto por várias etapas: estudos teóricos sobre as áreas envolvidas, estudo de tecnologias capazes de apoiar essa integração, levantamento de requisitos com especialistas, implementação e avaliação com especialistas. O produto final foi avaliado por especialistas da área médica, que consideraram os resultados como positivos. / Multi-agent systems are receiving increasing attention from researchers and developers of virtual games. The use of agents can control the performance of the user, adapting the interface and automatically changing the difficulty level of the task. This paper describes a strategy for integration of multi-agent systems and three-dimensional virtual environments and demonstrates the feasibility of this integration through the development of a game featuring the Serious game. This game aims to stimulate cognitive functions such as attention and memory and is designed for people with different neuropsychiatric disorders. The game construction was supported in a development process that consists of several stages: theoretical studies of the involved areas, the study of technologies that support this integration, requirements gathering with experts, implementation and evaluation specialists. The final product was evaluated by medical experts, who considered the results as positive.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-06-26T01:34:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 316408.pdf: 1073367 bytes, checksum: 34b08ba0a6498e893498dcd4cc512271 (MD5) / A educação assistida por computador é cada vez mais explorada, assim como o uso de ambientes virtuais de aprendizagem. Ambientes virtuais de aprendizagem (AVA) são utilizados tanto no ensino a distância quanto no presencial como ferramenta de apoio aos professores e alunos no processo de ensino-aprendizagem. Os professores conseguem disponibilizar o material, fazer atividades e criar avaliações para os alunos. Porém, esse processo é feito da mesma forma para todos os alunos, sem levar em conta as diferenças entre eles, tanto em desempenho quanto em comportamento no ambiente. A proposta deste trabalho é elaborar um modelo de ambiente inteligente de aprendizagem, inspirado no funcionamento de tutores inteligentes, baseado em agentes, para dar adaptabilidade a ambientes virtuais de aprendizagem distribuídos. Utilizando o AVA Moodle como estudo de caso, levando em conta o desempenho do aluno nas tarefas e atividades propostas pelo professor e acompanhando o acesso dele ao material de estudo. Foi feito um estudo da base de dados do AVA utilizado no estudo de caso, realizada a extensão dessa base de dados, através da criação de novas tabelas e foi também modificado o código da instalação do AVA utilizado a fim de permitir a configuração dos agentes pelos professores, utilizando a interface do AVA. E foram, por fim, implementados os agentes para, através do envio de mensagens aos alunos e da configuração dos recursos e atividades a serem disponibilizados na disciplina, procederem as ações pedagógicas definidas pelo professor, de forma individualizada e adaptativa a cada aluno, em cada disciplina.<br> / Abstract : The computer-assisted education is increasingly exploited, as well as the use of Learning Management Systems. Learning Management Systems (LMS) are used in distance learning and classroom teaching as teachers and students support tools in the teaching#learning process. Teachers can provide material, do activities and create assessments for students. However, this process is done in the same way for all the students, regardless of their differences in performance and behavior in the environment. The purpose of this work is to develop an agent-based intelligent learning environment model inspired by intelligent tutoring to provide adaptability to distributed LMS, using Moodle as a case study and taking into account students# performance on tasks and activities proposed by the teacher, as well as monitoring his/her study material access. It was made a study of the LMS database used for the case study, was made an extension of this database creating new tables, and was modified the source code of the LMS installation in order to allow the agents configuration by the teachers, using the LMS interface. Finally were implemented the agents for, through the send of the messages to the students and the configuration of resources and activities to be made available in the discipline, respectively, proceed with the pedagogical actions defined by the teacher, in an individualized and adaptive way for each student in each discipline.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T05:52:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 192223.pdf: 8367413 bytes, checksum: 3ff215ca456e0807fe8ada486223a632 (MD5) / A complexidade dos sistemas industriais computadorizados tem aumentado muito devido a sua heterogeneidade, natureza distribuída e a necessidade de trabalhar com diferentes protocolos de comunicação. Esta tarefa faz a troca de informações - a chave para uma ampla integração - uma tarefa difícil. Esta tarefa se torna ainda mais complexa quando informações providas do chão de fábrica devem ser levadas em consideração, como também quando se pretende introduzir alguns níveis de inteligência e autonomia. Este trabalho propõe uma abordagem para facilitar a integração na comunicação entre os sistemas industriais - desenvolvidos usando a tecnologia Multiagente - e dispositivos do chão de fábrica por meio de um ambiente global integrado. Este ambiente é aberto, faz uso de um número de padrões, e provê uma maneira transparente de integrar os padrões CORBA, KQML, MMS e XML em todos os níveis requeridos. Um sistema multiagente industrial - sendo legado ou não - usualmente requer o envolvimento de um grande número de atores. Esta proposta foca em como a comunicação de sistemas multiagente industriais podem ser harmonizada e encapsulada, incluindo todos os atores necessários e, ao mesmo tempo, mantendo as propriedades essenciais de cada protocolo dentro dos limites para os quais fora desenvolvido. Portanto, isso significa permitir a uma aplicação externa, que necessita acessar dados do chão de fábrica, não conhecer toda sintaxe e detalhes de todos os protocolos (dos vários tipos e níveis envolvidos) e as particularidades de cada controlador de máquina que se queira comunicar. Com esta "camada de comunicação" a ser integrada numa aplicação industrial - e mais especificamente em sistemas multiagente industriais - pretende-se contribuir no suporte a interoperação entre sistemas - industriais e legados - e, assim, propiciar melhores condições de agilidade e competitividade às empresas.