Orientador: Fernando A. C. Gomide / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-07-18T15:26:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daltrini_AlexandreMoreira_M.pdf: 4304751 bytes, checksum: 40ce8b7b349c84d1c46e348802edecdf (MD5) Previous issue date: 1993 / Resumo: Atualmente, a Modelagem e Processamento de Conhecimento é um assunto muito explorado na área de pesquisa em Inteligência Artificial. A proposta deste trabalho é apresentar uma modificação das Redes de Petri, a Rede de Petri Nebulosa Estendida, baseada em conceitos da Lógica Nebulosa e das Redes de Petri. Esta nova metodologia é direcionada para a representação e processamento de conhecimento em sistemas com caracteristicas de incerteza ou aspectos vagos em sua modelagem. A Rede de Petri Nebulosa Estendida pretende fornecer uma ferramenta para representação de conhecimento que seja de amplo escopo de aplicação, adaptando-se à problemas nas mais diversas áreas de atuação, e que seja de fácil manipulação. Há ainda um exemplo de aplicação em simulação de sistemas de manufatura, onde se realiza a modelagem através de regras de produção nebulosas e, após o processamento sob o algoritmo proposto, apresentam-se os resultados e sua devida interpretação / Abstract: Nowadays, knowledge modelling and processing are topics of interest for Artificial Intelligence researchers. The proposal of this work is to develop a modification of classical Petri Nets, which one is based on principles of Fuzzy Logic and Petri Nets, called Extended Fuzzy Petri Nets. This new methodology is addressed to the Knowledge Representation and Processing of systems, in which there are some aspects of uncertainty and vagueness. The Extended Fuzzy Petri Nets intends to offer a Knowledge Representation tool, with several application areas and easy manipulation. There is an example of manufacturing systems simulation, with the cell modelling based on fuzzy production roles and, after the processing by the algorithm developed, the results and interpretation are presented. / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / The idea of emission control is not new. Different industries have been putting in a lot of effort to limit the harmful emissions and support the environment. Keeping our earth green and safe for upcoming generations is our responsibility. Many cement plants have been shut down in recent years on account of high emissions. Controlling SO2, NOx and CO emissions using the Petri net models is an effort towards the clean production of cement. Petri nets do not just give a pictorial representation of emission control, but also help in designing a controller. A controlled Petri net can be potentially implemented to control the process parameters. In Chapter 2, we discuss the Petri nets in detail. In Chapter 3, we explain the modeling of emissions using the Petri nets. A controlled emission model is given in Chapter 4. A general Petri net model is considered to design the controller, which can be easily modified depending on the specific requirements and type of kiln in consideration. The future work given at the end is the work in progress and a neural network model will likely be integrated with the Petri net model.

Cette thèse traite de l'identification des systèmes à événements discrets (SED) automatisés dans un contexte industriel. En particulier, le travail aborde les systèmes formés par un processus et un automate programmable (AP) fonctionnant en boucle fermée - l'identification a pour but d’obtenir un modèle approximatif exprimé en réseaux de Petri interprétés (RPI) à partir du comportement externe observé sous la forme d'une seule séquence de vecteurs d’entrée-sortie de l’AP. Tout d'abord, une analyse des méthodes d'identification est présentée, ainsi qu’une étude comparative des méthodes récentes pour l'identification des SED. Puis le problème abordé est décrit - des importantes caractéristiques technologiques dans les systèmes automatisés par l’AP sont détaillées. Ces caractéristiques doivent être prises en compte dans la résolution du problème, mais elles ne peuvent pas être traitées par les méthodes existantes d’identification. La contribution principale de cette thèse est la création de deux méthodes d’identification complémentaires. La première méthode permet de construire systématiquement un modèle RPI à partir d'une seule séquence entrée-sortie représentant le comportement observable du SED. Les modèles RPI décrivent en détail l’évolution des entrées et sorties pendant le fonctionnement du système. La seconde méthode considère des SED grands et complexes - elle est basée sur une approche statistique qui permettre la construction des modèles en RPI compactes et expressives. Elle est composée de deux étapes - la première calcule à partir de la séquence entrée-sortie, la partie réactive du modèle, constituée de places observables et de transitions. La deuxième étape fait la construction de la partie non-observable, en rajoutant des places pour permettre la reproduction de la séquence entrée-sortie. Les méthodes proposées, basées sur des algorithmes de complexité polynomiale, ont été implémentées en outils logiciels, lesquels ont été testés avec des séquences d’entrée-sortie obtenues à partir des systèmes réels en fonctionnement. Les outils sont décrits et leur application est illustrée à travers deux cas d’étude. / This thesis deals with the identification of automated discrete event systems (DES) operating in an industrial context. In particular the work focuses on the systems composed by a plant and a programmable logic controller (PLC) operating in a closed loop- the identification consists in obtaining an approximate model expressed in interpreted Petri nets (IPN) from the observed behaviour given under the form of a single sequence of input-output vectors of the PLC. First, an overview of previous works on identification of DES is presented as well as a comparative study of the main recent approaches on the matter. Then the addressed problem is stated- important technological characteristics of automated systems and PLC are detailed. Such characteristics must be considered in solving the identification problem, but they cannot be handled by previous identification techniques. The main contribution in this thesis is the creation of two complementary identification methods. The first method allows constructing systematically an IPN model from a single input-output sequence representing the observable behaviour of the DES. The obtained IPN models describe in detail the evolution of inputs and outputs during the system operation. The second method has been conceived for addressing large and complex industrial DES- it is based on a statistical approach yielding compact and expressive IPN models. It consists of two stages- the first one obtains, from the input-output sequence, the reactive part of the model composed by observable places and transitions. The second stage builds the non observable part of the model including places that ensure the reproduction of the observed input-output sequence. The proposed methods, based on polynomial-time algorithms, have been implemented in software tools, which have been tested with input-output sequences obtained from real systems in operation. The tools are described and their application is illustrated through two case studies.

O objetivo deste trabalho é o estudo dos processos informados de automação, isto é, onde o fluxo e armazenagem de informação são determinantes para o processo de negócio (PN), além de servir para verificação de qualidade, recuperação de erros, rastreabilidade de ocorrências anômalas, etc. Aborda-se em especial um tratamento onde a internacionalização do acesso aos dados (sistema EPCIS) passa por um elemento de captura e distribuição local, chamado SAVANT-2, que acaba por ser o elemento chave para controle do fluxo e para o desenvolvimento dos projetos (Dos Santos, 2005). As informações são capturadas por leitores de RFID, e não em código de barras como é feito convencionalmente. As etiquetas de código de barras geraram uma revolução nos sistemas de identificação há algumas décadas atrás, mas hoje se mostram inadequadas num número crescente de casos. O código de barras pode ser extremamente barato, mas tem baixa produtividade além de baixa capacidade de armazenamento de dados e uma dependência maior das operações manuais, quando comparado a outras tecnologias de suporte de dados. Um estudo de caso será feito na automação de acervos, onde a informação de base é a retirada e a devolução de obras por usuários, que é atualizada dinamicamente e está intimamente ligada à missão do próprio sistema de controle do acervo. Esse trabalho segue a mesma abordagem proposta por (Tavares, 2006) e (Dos Santos, 2005), ou seja, controlar a informação corporativa localmente e selecionar, além do código de identificação, as informações que podem e devem ser estrategicamente compartilhadas com o restante do mundo. Em outras palavras utilizaremos a modelagem do fluxo de informação em Redes de Petri e os sistemas denominados de SAVANT-2 e EPCIS-2.Para isso, foram desenvolvidos novos módulos EPCIS-2 e SAVANT-2 adaptados dos já desenvolvidos, só que acoplados a leitores e sensores, que compõe um piloto simplificado de um sistema de controle para biblioteca. Este protótipo instalado no Design Lab da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo gerencia o acervo de livros e mídias do laboratório. Este é não somente o 1º acervo da América Latina automatizado com sistema utilizando a tecnologia RFID, mas também o primeiro automatizado com base na Rede EPC e com a análise de eventos atípicos de seus processos no mundo. / The objective of this work is to study the informed automation processes, in which the information flow and storage are essential to the business process, providing quality control, error recovering, traceability and the track of anomalous occurrences. In such processes the capture of the proper pieces of information is a key point to the automation process, observing the mission assigned to the system. We focus on a case-study of a heap library service, treating the information with RFID (Radio Frequency Identification), reusing the intermediary system SAVANT-2 (Dos Santos, 2005) and a database to the target storage. Barcode labels caused a revolution in the identification systems a few decades ago, but have become inadequate in an increasing number of cases. Barcodes can be extremely inexpensive, but it has low productivity and low data storage capacity. Moreover, it depends more on manual operation, when compared to other technologies. This work follows the line so study of informed automation concepts explored in the work of (Tavares, 2006) and (Dos Santos, 2005) in a manufacturing application. In other words, the control of the corporate information, besides the identification code, is done locally and afterwards, strategic information is selected to be shared with the rest of the world. We use the dataflow modeling in Petri Nets and systems named SAVANT-2 and EPCIS-2. In order to support this work, new modules EPCIS-2 and SAVANT-2, proposed by (Tavares, 2006) and (Dos Santos, 2005) are expanded e implemented, adapting the existing ones to readers and sensors. A simplified project will be implemented in the Design Lab of the Escola Politécnica, Universidade de São Paulo (USP). This is not only the first catalog in the Latin America automated with an RFID system, but also the first in the world with automation based on EPC Networks and with atypical events analysis of its processes.

Este trabalho introduz a formalização algébrica do F-MFG (Functional Mark Flow Graph) para a análise e simulação computacional de modelos de sistemas antropocêntricos de produção, onde são enfocadas a interação e a interface do elemento humano com o sistema produtivo. Abordando os sistemas antropocêntricos como uma classe de sistemas a eventos discretos, o F-MFG, que é uma técnica baseada nas redes de Petri, comprova ter potencial para descrever detalhadamente as ações e estados do sistema. O F-MFG, em conjunto com a Metodologia PFS/MFG (Production Flow Schema/ Mark Flow Graph), estabelece um procedimento eficiente para o projeto de sistemas antropocêntricos, tornando concisa a modelagem e a posterior avaliação estrutural e comportamental do sistema. / This work introduces an algebraic formalization of F-MFG (Functional-Mark Flow Graph). This formalization is effective for analysis and simulation of anthropocentric production systems, which is focused on the interaction and interface between human elements and production systems. When approaching anthropocentric systems as Discrete Event Dynamic Systems, the F-MFG, which is a Petri Net based technique, has been demonstrated its potential capabilities in describing detailed models of system actions and states. The PFS/MFG Methodology (Production Flow Schema/Mark Flow Graph Methodology) combined with F-MFG establishes an efficient procedure for the design of anthropocentric systems. This procedure results in concise modeling and analysis (system structural and behavioral evaluation) processes.

As importantes transformações das organizações nos últimos anos mostram que diferentes princípios de qualidade, competitividade e inovação devem ser conjugados para o projeto de sistemas de controle de sistemas produtivos. Esta abordagem, que traz benefícios às organizações, é viável em virtude da evolução das estratégias de integração e da tecnologia da informação. A partir da norma em elaboração ANSI/ISA S95, esta dissertação desenvolve procedimentos para definição do escopo funcional, requisitos e modelagem para o projeto de sistemas de controle de sistemas produtivos integrados à organização, atuando de forma estruturada, em conformidade com padrões técnicos de automação e engenharia de requisitos. Como resultados, estabelece procedimentos para o início do projeto que definem o escopo funcional do sistema de controle de sistemas produtivos integrado à gestão da organização. A seguir, estes procedimentos estabelecem os domínios semânticos dos subsistemas necessários para o desempenho de suas funções, acompanhados das respectivas linguagens de modelagem. A dissertação completa-se com a modelagem dos subsistemas através do E-MFG com comunicadores, modelagem esta que suporta os padrões existentes de programação da automação. Neste contexto, parte-se dos requisitos de cada subsistema coletados por uma versão modificada do caso de uso da UML, convertidos finalmente para o E-MFG com comunicadores. / The important changes that are happening inside organizations show that different principles of quality, innovation and competition should be combined during the design of control system of production systems. This approach is possible thanks to the evolution of integration strategy and information technology, generating benefits to organizations. Procedures are established to define system’s functional scope, requirements and models, based on the integrated approach of ANSI/ISA S95 standard. The procedures are developed by a structured process and according to automation standards and requirements engineering. The work’s first result is a procedure that defines a functional scope for control system design of production systems integrated with organization. As a second result, procedures help to define semantic domains of all subsystems needed to develop control system functions, as well as the modeling techniques for each domain. The result is complemented by modeling subsystems using an extended version of Mark Flow Graph (E-MFG with communicators). This task has the assistance of a modified use case version from “Unified Modeling Language" to collect requirements before modeling.

Devido às necessidades do mundo moderno, os sistemas de automação têm aumentado sua complexidade, fazendo com que sejam desenvolvidas ferramentas de engenharia cada vez mais poderosas para modelá-los e analisá-los. Em sistemas de automação industrial, os Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) têm sido amplamente empregados. Os CLPs são geralmente programados por meio da linguagem de programação Ladder, uma das cinco linguagens definidas pela IEC 61131-3. Entretanto, apesar da linguagem de programação Ladder ser flexível e de fácil aprendizado por parte dos usuários, ela apresenta limitações quanto à: detecção de erros no algoritmo de controle do sistema de automação; torna as modificações muito trabalhosas e não possibilita a simulação, análise de performance e análise operacional do sistema. Este trabalho de pesquisa apresenta o desenvolvimento e os testes da metodologia denominada MARPASI - Metodologia de Aplicação das Redes de Petri em Automação de Sistemas Industriais. Como o desenvolvimento da MARPASI foi efetuado baseado na teoria de Redes de Petri, este trabalho também apresenta uma revisão bibliográfica sobre o tema de aplicação de Redes de Petri para a programação de CLP. A MARPASI possibilita analisar um sistema de automação por meio das Redes de Petri e na geração da linguagem de programação Ladder. Portanto, o emprego da MARPASI contribui para a otimização do processo de engenharia de automação e também para a programação mais eficiente de CLPs. / Due to the needs of the modern world, the systems of automation have increased their complexity, forcing the development of ever more powerful engineering tolls to shape and analyse them. In systems of industrial automation, the Programmable Logic Controllers (PLCs), have been widely applies. The PLCs are generally programmed through the use of the Ladder programming language, one of the five languages defined by the IEC 61131-3. Unfortunately, while the Ladder programming language is flexible, and easily learned by its users, it evinces limitations concerning: error detection in the control algorithm of the automation system: makes modifications very laborious and does not allow any simulation, performance analysis and operational systems analysis. This study presents the development and tests of the methodology denominated as MARPASI - Methodology of the application of Petri Net in the automation of industrial systems. Since the development of MARPASI was made based on Petri Net Theory, this study also presents a bibliographic review about the theme of the application of Petri Net for the programming of PLC. MARPASI makes it possible to analyse a system of automation through Petri Net and in the generation of the Ladder programming language. Because of these, the utilization of MARPASI contributes for capacities, the optimization of automation engineering processes, and also for a more efficient programming of the PLCs.

No mercado global e digital, as empresas são desafiadas a encontrar caminhos inovadores para atender o aumento da pressão -competitiva. A competição é uma das formas de interação das organizações, além da colaboração e da cooperação. A cooperação e a colaboração apresentam formas de produzir conjuntamente aumentando o potencial de atendimento das empresas. Os desafios mais encontrados no mercado são: reduzir os custos, sempre assegurar qualidade e personalizar os produtos e serviços. Um fenômeno de negócios comum hoje é a terceirização da manufatura e da logística para fornecedores domésticos e estrangeiros e provedores de serviços. Essa terceirização provoca, intrinsecamente, um espalhamento geográfico da produção em novos centros que oferecem vantagens nos recursos energéticos, matérias primas e centros de produção de conhecimento. Essa terceirização pode ser realizada também nas formas de colaboração e cooperação. Para isso, as empresas necessitam estabelecer uma forma de confiança entre si. No conceito de empresa virtual, a confiança é amplamente discutida para atingir uma colaboração e/ou cooperação entre empresas. O objetivo deste trabalho é propor e modelar uma ferramenta que atenda as necessidades das empresas para colaboração e/ou cooperação entre elas, considerando suas necessidades de confiança. As empresas aqui são vistas como sistemas produtivos, com suas camadas de gerenciamento de negócios, de acordo com o padrão ANSI/ISA 95. Além disso, um tipo de interpretação da rede de Petri, chamada de rede de Petri produtiva é introduzida como ferramenta para descrever o processo produtivo realizado pelas empresas na forma de workflow. A modelagem dessa arquitetura do sistema produtivo utiliza técnicas de sistemas distribuídos, como a arquitetura orientada a serviços. Além disso, um dos enfoques é das necessidades para o desenvolvimento de novos produtos, que envolve o desafio de personalização. Testes foram realizados para avaliar a proposta de workflow com pessoas de diferentes níveis de conhecimento sobre os processos, sejam de manufatura, sejam de outras áreas. Já a arquitetura proposta foi submetida a um estudo analítico das hipóteses levantadas no ambiente colaborativo. / In global and digital market, companies are challenged tof ind innovative ways to meet the increased competitive pressure. Competition is one way of interacting for organizations, as well as collaboration and cooperation. Cooperation and collaboration have ways to produce together increasing the potential of companies of meeting demands. Challenges most commonly found on the market are reducing costs, always ensuring quality and customizing products and services. A common business phenomenon today is the outsourcing of manufacturing and logistics for domestic and foreign suppliers and service providers. This outsourcing causes, intrinsically, a geographical spread of production in new centers which offer advantages in energy resources, raw materials and knowledge production centers. This outsourcing can be done also in the ways of collaboration and cooperation. For this, companies need to establish a trust between them. In the concept of virtual enterprise, trust is widely discussed to achieve the collaboration and/or cooperation between companies. The goal of this work is proposing and modeling a tool that meets the needs of companies for collaboration among them, considering their trust needs. Companies are understand as productive systems, in here, with their business process management layers, according to the standard ANSI/ISA 95. In addition, a kind of interpretation of Petri net, called productive Petri net is introduced as a tool to describe the production process performed by companies as workow. The modeling of this architecture of productive system uses techniques of distributed systems, such as service-oriented architecture. Furthermore, one of the approaches is the need for developing new products, which involves the customization challenge. Tests were conducted to evaluate the proposal of workflow with people from different levels of knowledge about the processes, both manufacturing and other areas. And the proposed architecture was studied analytically with the hypotheses elaborated from the collaborative environment.

Empresas e instituições de pesquisa nacionais e internacionais tem concentrado esforços no sentido de desenvolver e promover a implementação do padrão internacional ISO 11783, baseado no protocolo de comunicação digital CAN (Contoller Network Area), para integração de dispositivos em máquinas e implementos agrícolas. Nesse contexto, é apresentado o desenvolvimento e a aplicação de um modelo baseado no formalismo das redes de Petri como uma ferramenta de suporte para a análise e implantação de uma rede CAN em aplicações com tempos-críticos. O modelo foi elaborado no ambiente para edição e simulação DesignCPN, sendo que a simulação é utilizada para a análise do desempenho e do comportamento de uma rede CAN com diferentes configurações que será embarcada em um veículo autônomo agrícola (VAA). / Intemational and national research institutions and companies have focused efforts to develop and promote the implementation of the international standard ISO 11783, based upon the digital communication protocol CAN (Controller Area Network), in order to integrate devices in machines and agricultural implements. Therefore, it is presented the development and the application of a model based on Petri nets\' formalism as a tool for the support, analysis and accomplishment of a CAN bus in time-critical applications. The model was constructed in an environrnent for edition and sirnulation of colored Petri nets, the software DesignCPN. The sirnulation was used for the analysis of the behavior and the performance the CAN bus for several configurations, which will be embedded in an Autonomous Agricultural Vehicle (VAA).

Dans ce mémoire, la conception de systèmes numériques complexes, et notamment de systèmes embarqués critiques, est abordée au travers d'une méthodologie allant de la modélisation formelle à l'implantation sur FPGA : la méthodologie HILECOP. Celle-ci offre au concepteur la possibilité de représenter dans un modèle formel d'une part l'architecture du système selon un assemblage de composants, et d'autre part le comportement de ces composants et leur composition par réseaux de Petri temporels. Le modèle décrit est ensuite transformé automatiquement en un modèle implémentable (en langage VHDL) pour son exécution sur la cible matérielle, mais également en un modèle analysable pour permettre l'analyse formelle des propriétés du système. Les deux objectifs principaux des travaux présentés sont l'étude de la conformité d'un point de vue comportemental entre les différents modèles utilisés dans la méthodologie (modèle conçu, modèle implémentable et modèle analysable), ainsi que l'intégration d'un mécanisme de gestion efficace des exceptions. Ces travaux ont permis de fiabiliser l'implémentation du modèle et d'obtenir un modèle analysable plus pertinent par rapport au modèle conçu, dans le sens où il garantit l'inclusion du comportement du modèle conçu dans celui du modèle analysé et réduit, dans une certaine mesure, le risque d'explosion combinatoire. Les limites de la pertinence des résultats obtenus par analyse formelle sont de plus désormais connues. En ce qui concerne la gestion des exceptions, principalement étudiée au niveau comportemental, le mécanisme de la macro-place a été retenu et adapté aux contraintes fonctionnelles et non-fonctionnelles des systèmes embarqués critiques. L'apport de la macro-place et la conservation de la conformité ont pu être validés sur des modèles industriels relatifs à l'architecture numérique de neuroprothèses. / In this thesis, the conception of digital complex systems, and notably of critical embedded systems, is discussed through a methodology which goes from formal modeling to the implementation on a FPGA: the HILECOP methodology. This methodology offers, to a designer, the possibility of representing in a formal model from one hand the digital architecture thanks to some components' assembly, and on the other hand the behavior of these components and their composition, thanks to time Petri nets. The described model is then automatically transformed in an implementable model (in the VHDL language) for its execution on a hardware target, but also in an analyzable model to allow some formal analysis on system properties to be performed. The two main goals of the presented work are the study of the behavioral conformity between the different models used in the methodology (designed model, implementable model and analyzable model) and the integration of an efficient mechanism for handling exception. These works allow to have a more reliable implementation of the model and to obtain a more relevant analyzable model. It is now possible to guarantee that the behavior of the designed model is included in the analyzed one. The risk of combinatorial explosion has also been reduced to some extent. The limits of the relevance of the obtained results thanks to the formal analysis are henceforth known. As for exception handling, it has been mostly studied on the behavioral level. The mechanism of the macroplace has been chosen and adapted to meet the functional and non-functional constraints of critical embedded systems. The benefits given by the use of the macroplace and the preservation of the conformity between the models have been validated on industrial models relative to the digital architecture of neuroprosthetics.