nÃo hà / Esse trabalho propÃe um novo mÃtodo para sÃntese de supervisores em sistemas a eventos discretos, utilizando redes de Petri coloridas, baseado no contexto da teoria de controle supervisÃrio. Como aspecto principal, tem-se a formalizaÃÃo teÃrica e a prova matemÃtica do mÃtodo para sÃntese desses supervisores, denominado RestriÃÃes de Controle sobre Cores Decompostas (RCCD). AlÃmdisso, como consequÃncia, à apresentado ummÃtodo para reduÃÃo do nÃmero de lugares de controle denominado FusÃo de Controladores (FC). Os mÃtodos RCCD e FC sÃo uma extensÃo do trabalho de Moody e Antsaklis, que propÃem, originalmente, um Teorema comprovando a sÃntese de supervisores usando redes de Petri ordinÃrias e, dessa forma, sÃo propostas aqui as extensÃes desse Teorema, para o contexto das redes de Petri coloridas. Nesse caso, explora-se a decomposiÃÃo da matriz de incidÃncia de uma rede de Petri colorida para de…nir lugares de controle que nÃo sÃo con‡itantes em suas aÃÃes, usando o soft CPNTools como ferramenta. A seguir, à realizada a fusÃo desses lugares de controle, obtidos com o RCCD, com a aplicaÃÃo do mÃtodo FC, em que o lugar de controle encontrado, denominado supervisor resultante da fusÃo, atende as mesmas restriÃÃes e contribui com a mesma performance de controle do sistema. / This work proposes a newmethod for synthesis of supervisors in discrete event systems using coloured Petri nets, based in the theory of supervisory control. As a main aspect, there is the theoretical and formal mathematical proof of the method for synthesis of supervisors, called Control Constraints on Decomposed Colors (CCDC). In addition, as a consequence, it is presented a method for reducing the number of control places called Fusion of Controllers (FC). The CCDC and FC methods are an extension of the work of Moody and Antsaklis, they propose, originally a theorem proving the synthesis of supervisors using Petri nets thus are proposed here extensions of this theorem to the context of coloured Petri nets. In this case, it is explored the decomposition of the incidence matrix of a coloured Petri net to de…ne control places that are not con‡icting in their actions, using the soft CPNTools. The following is realized the fusion of these control places obtained with CCDC, with the aplication of the FC method. The obtained place is called the resulting fusion supervisor, where it is found the same constraints and contributes with the same control system performance.

Atualmente, sabe-se que grande parte dos acidentes graves ocorridos envolvendo uma diversidade de sistemas como plataformas de petróleo, aeronaves ou plantas de processos industriais, poderiam ser evitados caso possuíssem dispositivos de controle projetados especificamente para manter a segurança durante a ocorrência de falhas no funcionamento dos mesmos. Por outro lado, observam-se complicações em realizar o controle de sistemas remotos em que é possível não haver garantia de monitoração em tempo real, como o caso de sondas espaciais ou robôs de exploração. Neste contexto, podem-se encontrar ambas as dificuldades no controle do funcionamento de um Dispositivo de Assistência Ventricular (DAV) que desempenha a função de auxiliar o bombeamento de sangue para o sistema circulatório de um paciente com insuficiência cardíaca. Este tipo de dispositivo, quando usado para terapia de destino, deve apresentar um elevado nível de segurança, pois, caso haja falha, o risco de morte é eminente. Por sua vez, o sistema deve apresentar um elevado índice de autonomia, já que as características comportamentais e fisiológicas de um paciente estão em constante mudança e afetam diretamente o modo como deve ocorrer a interação entre o DAV e o sistema cardiovascular do paciente. Sendo assim, há uma necessidade premente de aprimoramento do projeto de sistemas de controle de DAVs autônomos e seguros. A proposta do presente trabalho consiste em aplicar conceitos mecatrônicos para o projeto de um sistema de controle de DAVs e, considerando a natureza dos sinais que indicam a ocorrência de falhas, considerar a teoria de Sistemas a Eventos Discretos (SED), ferramentas de análise de risco e técnicas de diagnóstico e tratamento de falhas para a obtenção de modelos de controle considerando-se uma arquitetura modular e distribuída. Desta forma, foi desenvolvida uma arquitetura de controle supervisório para DAVs considerando características de variações de comportamento do sistema circulatório do paciente e do próprio DAV. Esta arquitetura de controle contempla o diagnóstico e tratamento de falhas desenvolvendo um método para a classificação de falhas e, de acordo com a severidade de cada uma delas é proposto um sistema de controle que atua na regeneração ou degeneração do DAV para um estado seguro, v observando, também, o cumprimento de normas médicas e técnicas de segurança. Para atingir este objetivo, propõe-se uma sistemática para o projeto do sistema de controle para DAVs considerando o aspecto multidisciplinar pertinente a este contexto. A base dessa sistemática consiste em realizar uma efetiva análise de risco do sistema utilizando a ferramenta de estudo HAZOP (Hazard and Operability Studies). A partir do conhecimento obtido sobre o comportamento do sistema em situações críticas desenvolvem-se modelos formais utilizando rede Bayesiana e rede de Petri para o diagnóstico e tratamento das possíveis falhas. O comportamento do DAV controlado pode ser analisado de duas formas: (i) a partir de ensaios in vitro utilizando técnicas de análise por simulação e ferramentas computacionais adequadas, além de testes em simuladores cardiovasculares físicos que emulam interação com o sistema circulatório humano; (ii) a partir de ensaios in vivo em animais que poderão ser utilizados para simular modelos físicos de insuficiência cardíaca e permitir uma avaliação fidedigna dos efeitos do implante do DAV. O procedimento proposto foi aplicado para um caso real de desenvolvimento de um DAV envolvendo uma equipe de pesquisadores da Escola Politécnica da USP e do Instituto Dante Pazanesse de Cardiologia. Assim, é possível obter-se um sistema de controle autônomo e seguro que atenda normas técnicas aderentes a esse assunto e os rigorosos requisitos de projeto impostos a essa classe de sistema. / Nowadays, it is kwon that the several of severe disasters compromising a great variety of systems such as oil platforms, aircrafts or industrial plants, could have been avoided if these systems had controllers designed specifically to maintain the safety levels in case of fault. On the other side, many complications are observed on performing the control of remote systems, where there is no guarantee of real time monitoring of the system, as in space probes or reconnaissance robots. In this context, both obstacles can be found on the control of ventricular assist devices (VAD), which have the role of assisting to pump the blood into the patients circulatory system, in case of irregular heartbeat or heart failure. Devices such as the VAD must possess very high safety levels, as in case of fault, the consequences are severe and might result on the dead of the patient. Nevertheless, these systems must have high degree of autonomy, as the patients physiology and behavior are constantly changing, and these changes impact directly the interactions between the VAD and the patient´s cardiovascular system. Thus, there is a pressing need to improve the design of safe and autonomous control systems for VADs. The present work proposes applying mechatronic concepts to the development of control systems for VADs, considering the nature of the fault indicating signals, as well as the Discrete Event Systems (DES) theory and through the application of tools for risk analysis, and fault diagnostic and treatment techniques aiming the development of control models based on modular and distributed architectures. Thereby, a VAD supervisory control architecture was developed, where the behavior variations of the patient´s circulatory system as well as of the VAD were taken into consideration. This control architecture features the diagnostic and treatment of faults, where methods for faults classification where developed, and according to the severity each fault is proposed a control system that performs the regeneration or degeneration of the VAD to a secure state and is according to medical standards and safety techniques. To achieve this goal is proposed a systematic for the design of the VAD control system considering the multidisciplinary context of the device. The foundation of this systematic is the performance of an effective risk analysis through the use of the toolset known vii as HAZOP (Hazard and Operability Studies). From the knowledge acquired about the system behavior during critical conditions, formal models are developed employing Bayesian Networks and Petri Nets for the diagnostic and treatment of faults. The behavior of the controlled VAD can be analyzed in two possible ways: (i) from in vitro experiments, through the use of simulation analysis tools and proper computational tools, as well as tests on real cardiovascular simulators, where the interactions between the VAD and the human circulatory system can be emulated; (ii) from in vivo experiments, animals can be used to simulate physical models of irregular heartbeat or heart failure and allow reliable valuations of the VAD implant. The proposed procedure was applied on the VAD development, which was performed by a team of researchers from the Escola Politécnica da USP and from the Instituto Dante Pazanesse de Cardiologia. Thus, is possible to achieve an autonomous and safe control system that complies with the applicable technical standards, as well as the strict project requirements for this class of system.

Em geral a avaliação de desempenho dos sistemas produtivos considera critério normalizado de uso eficiente de recursos de transformação tecnológica (como máquinas e matérias-primas), processamento de informações e operações de manuseio/transporte. No entanto, não existem critérios ou regras normalizadas para avaliar o desempenho de um sistema produtivo no contexto da sustentabilidade. Assim, este trabalho introduz uma abordagem para identificar e avaliar os indicadores de desempenho relacionados à sustentabilidade dos sistemas produtivos, especificamente para casos geograficamente dispersos, ou seja, Sistema Produtivo Disperso (SPD), no qual os processos ocorrem de forma distribuída e dispersa. A abordagem proposta baseia-se em um framework destinado a medir os indicadores-chave de desempenho de sustentabilidade (KPIs - Key Performance Indicators) que avaliam a sustentabilidade de um sistema. O framework considera a norma ANSI/ISA-95 e os processos produtivos modelados usando a rede de Petri. A metodologia de avaliação de sustentabilidade considera o equilíbrio dos indicadores de sustentabilidade, os quais dependem dos aspectos econômicos, ambientais, sociais e tecnológicos, além do comprometimento de todos os colaboradores envolvidos. / In general, the performance evaluation of productive systems considers normalized criteria of the efficient use of technological transformation resources (such as machines and raw materials), information processing and handling/transportation operations. However, there are no normalized criteria or rules to evaluate the performance of a productive system in the context of sustainability. Thus, this paper introduces an approach to identify and to evaluate the performance indicators related to the sustainability of productive systems, specifically for geographically disperse cases, i.e., disperse productive system (DPS), in which the processes are in a distributed and disperse architecture. The proposed approach is based on a framework aimed to measure sustainability key-performance-indicators (KPIs) that evaluate the sustainability of a system. The framework considers the ANSI/ISA-95 standard and productive processes modeled using Petri net. The sustainability assessment methodology considers the balance of sustainability indicators, which depend on economic, environmental, social, and technological aspects, besides the commitment of all the partners involved.

Orientador: Furio Damiani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T16:34:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dezani_Henrique_D.pdf: 4299449 bytes, checksum: 739b593ddd96b9124b1882d5510a0ce0 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O controle do tráfego urbano constitui um importante tópico de pesquisa nos dias atuais. De fato, a cada dia aumenta a quantidade de veículos trafegando nas vias urbanas, as quais nem sempre são modificadas para a melhoria do tráfego. A existência de transportes públicos também não resolve o problema, visto que estes disputam o espaço nas vias com os demais veículos. Na literatura, foram encontrados diversos trabalhos que tentam resolver este problema reajustando o tempo semafórico das interseções ou, de maneira isolada, definindo rotas para um veículo. Neste projeto é apresentada uma nova maneira de abordar o problema, por meio do desenvolvimento de um sistema que otimiza o fluxo do tráfego urbano, em tempo real, ao explorar as possíveis rotas para cada veículo trafegando em uma determinada área urbana, utilizando análises em rede de Petri, e, então, a partir de um Algoritmo Genético, definir as rotas que diminuam o tempo e/ou tamanho das filas formadas nestas vias. Ainda neste trabalho, diversos testes são efetuados sobre o sistema desenvolvido, comprovando sua eficiência em relação às técnicas existentes / Abstract: Urban traffic control is an important research topic in the present days. In fact, everyday, the amount of vehicles traveling on urban roads increases. Moreover, such roads are not always modified for traffic improvement. Also, the availability of public transportation does not solve the problem, since they compete for space on the roads with other vehicles. Several papers have been found in the literature that attempt to solve this problem by either readjusting the traffic light time in intersections or isolately defining routes for a vehicle . This thesis presents a new way to approach the problem through the development of a system that optimizes the urban traffic stream, in real time, exploring possible routes for each vehicle traveling on a given urban area using Petri net analysis, and then, with a Genetic Algorithm, defines routes which reduce the time and/or size of the queues formed in such lanes. Also in this work, several tests are performed on the developed system, proving its efficiency with respect to existing techniques / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientadores: Norian Marranghello / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T00:21:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_WagnerLuizAlvesde_D.pdf: 11239313 bytes, checksum: 6656f5270142e68410f7ed92ce02dc2d (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: O projeto de sistemas digitais alcançou um elevado grau de complexidade, inviabilizando sua consecução sem o uso de ferramentas de CAD. O ponto de partida de tais ferramentas consiste numa visão conceitual do sistema pretendido (dada por um ou mais modelos conceituais), a qual é capturada para tratamento computacional por uma ou mais linguagens de especificação. Várias dessas linguagens foram desenvolvidas visando capturar tantas características de hardware e de software quanto possível, de acordo com diferentes metodologias de projeto. Rede de Petri é uma classe de modelos conceituais utilizada na modelagem de diversos tipos de sistemas computacionais paralelos. Algumas extensões de rede de Petri foram propostas visando à descrição, de forma tão acurada quanto possível, de características de sistemas digitais. Entretanto, somente duas destas extensões possuem um número maior de características necessárias à descrição integral de tais sistemas. O presente trabalho apresenta uma extensão de rede de Petri desenvolvida para superar as limitações das demais extensões na representação de sistemas digitais. O trabalho apresenta, também, uma metodologia de coprojeto hardware/software na qual a extensão proposta pode ser usada como linguagem de modelagem interna. Tal plataforma visa a descrição, simulação, análise, validação e síntese em alto nível de sistemas digitais embutidos / Abstract: Digital system design has reached a high degree of complexity that prevents its realization without CAD tools. The starting point of such tools consists on a conceptual view of the intended system (given by one or more conceptual models), which is captured for computational handling by one or more specification languages. Several of such languages were developed aiming to capture as many hardware and software characteristics as possible, according to different design methodologies. Petri net is a class of conceptual models for parallel system modeling. Some Petri net extensions have been proposed aiming at describing digital systems characteristics as accurately as possible. However, only two of them have nearly all features needed to describe such systems in full. This work presents a Petri net extension developed to overcome the restrictions for digital system modeling through Petri net extensions. A hardware/software codesign methodology in which the proposed extension can be used as the internal modeling language is presented as well. Such a framework aims embedded digital system description, simulation, analysis, validation, and high-level synthesis / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica

Cette thèse traite de la vérification formelle de systèmes critiques où la correction du système dépend du respect des contraintes temporelles. La première partie étudie la modélisation et la vérification formelle par model-checking de systèmes temps réel dans le contexte de l’industrie aéronautique et spatiale. La deuxième partie décrit notre méthode d’exploitation des symétries pour les réseaux de Petri temporels. Nous définissons un opérateur de composition symétrique pour la construction de réseaux. Puis nous proposons des solutions pour la construction d’espaces d’états quotients par la relation d’équivalence induite par les symétries. Notre méthode s’applique aux réseaux de Petri, temporels ou non. A notre connaissance il s’agit de la première méthode applicable aux réseaux de Petri temporels. Des résultats expérimentaux encourageants sont présentés. / This thesis deals with formal verification of critical systems where the system’s correction depends on compliance with time constraints. The first part studies the formal modeling and verification by model-checking of realtime systems in the context of the aerospace industry. The second part describes our method for symmetry reduction of Time Petri Net. We define a symmetric composition operator for building Net. Then we present our solution for construction of quotients of the state spaces by the equivalence relation induced by symmetries. Our method applies to Petri nets, temporal or not, but to our knowledge this is the first methodology for Time Petri Nets. Encouraging experimental results are presented.

Les MSG (pour « Message Sequence Graphs ») sont un formalisme bien connu et souvent utilisé pour décrire des ensembles de scénarios de manière visuelle dans le domaine des protocoles de communication. Nous nous intéressons dans la première partie de la thèse à la détection de la divergence, la vérification de la coopération globale ainsi que la vérification de propriétés d’accessibilité et de couverture. Notre première contribution consiste à utiliser des solveurs SAT afin de résoudre ces problèmes efficacement. Afin de munir le formalisme des MSG de compteurs, de timers et d’autres aspects, nous introduisons le modèle des PNS (pour « réseaux de Petri avec états ») et une sémantique de processus non-branchants. Ce modèle est non seulement plus expressif que les MSG, mais il permet également des spécifications plus concises. Nous nous intéressons à trois problèmes de vérification classiques sur l’ensemble des marquages accessibles par les préfixes des processus : le caractère borné, la couverture et l’accessibilité. Afin de considérer des systèmes paramétrés, nous introduisons également la notion de borne semi-structurelle. Cela consiste à fixer le marquage initial d’un sous-ensemble approprié de places, puis à vérifier que le système est borné, quelles que soient les valeurs des paramètres. Nous montrons comment un dépliage conduit à un problème plus simple à vérifier. Une caractéristique particulièrement attrayante des MSG et des PNS réside dans leur représentation graphique similaire à un automate. Il est donc intéressant de décrire les bugs de manière visuelle. Nous montrons comment calculer en temps polynomial une représentation simple et concise d’un bug. / Message Sequence Charts (MSCs) are a popular model often used for the docu- mentation of telecommunication protocols. In the first part of the thesis, we focus on detecting process divergence, checking global-cooperation and checking reachability properties. Our first contribution is to use SAT solvers to solve these problems effectively. In order to study MSC specifications with counters, timers and other features, we introduce the model of Petri nets with states together with a non-branching non-sequential process seman- tics. We obtain a framework that is more expressive and more concise than MSGs. We consider then three classical verification problems for the set of markings reached by prefixes of processes : boundedness, covering and reachability. We consider also the notion of semi-structural property in order to study parametrized sys- tems. In this way, only part of the places are provided with an initial marking. Unfolding such a system leads to a simpler problem in the form of a linear programme. A particularly attractive feature of MSG and PNS lies in their graphical representation similar to an automaton. So, it is interesting to describe the bugs visually. We show how to compute in polynomial time a simple and concise representation of a bug.

Orientador: Rafael Santos Mendes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-07T23:46:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Portugal_DeniseSoderoVinhas_D.pdf: 1731980 bytes, checksum: 98f3bdce8b6d0d6e00e2c6c96ba968f7 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Uma metodologia para obter um escalonamento cíclico em Sistemas a Eventos Discretos é proposta neste trabalho. Esta metodologia parte de uma rede de Petri que modela minimamente um sistema a eventos discretos funcionando em regime periódico. O método identifica quais são as redes que podem ser tratadas por ele. As redes de Petri tratáveis serão decompostas em subredes identificadas por processos, que são classificados de acordo com suas topologias, o que permite a modelagemdo escalonamento cíclico do sistema através de uma modelagem em programação linear inteira mista. Este modelo em MILP será implementado no software GAMS. Alguns exemplos tirados da literatura serão usados para mostrar e testar a aplicação desta metodologia / Abstract: A methodology to obtain a cyclic scheduling in Discrete Events Systems is proposed in this work. This methodology initializes with a Petri netmodeling a discrete events system functioning with periodic processing. The method identifieswhich are the nets that can be treaties by him. The ¿tractable¿ Petri nets will be decomposed in subnets identified by process, which are classified according to its topologies, that permits us tomodel the cyclic scheduling of the systemby amixed integer linear programming model. This model in MILP will be implemented using software GAMS. Some examples from the literature will be used to show and to test the application of this methodology / Doutorado / Automação Industrial / Doutor em Engenharia Elétrica

[EN] This work presents a fault diagnosis method for stochastic discrete event systems without previous model. To achieve this goal, the method identifies the normal behavior from to online input/output system signals. Each signal is discretized through an event generator, so the system is modelled from the language theory. Besides the pure event generation, the method also identifies the time between events, so the normal behaviour language can be modeled with a stochastic, timed, interpreted Petri net which represents only the observed language and avoids the non-determinism. Once the normal behavior has been identified, the diagnostic method compares the identified language with on-line observed language. If there is any deviation, then a fault has been detected. This work presents a diagnoser that is able to use that information to detect the fault and to learn the faulty behavior. The system is modular and it includes tools to locate the fault. The collected information is a good base for an expert to fully diagnose the fault. / [ES] Este trabajo presenta un método de diagnóstico de fallos para sistemas de eventos discretos estocásticos, sin modelo previo. Para lograr el objetivo, el método identifica el comportamiento normal a partir de las señales de entrada / salida (E/S) del sistema obtenidas on-line. Cada señal es discretizada mediante un generador de eventos, así el sistema es modelado bajo la teoría de lenguajes. Además de la generación de eventos, el método también identifica el tiempo entre eventos, de esta manera el lenguaje del comportamiento normal puede ser modelado como una red de Petri, interpretada, temporizada, estocástica; la cual solo representa el lenguaje observado y evita el no-determinismo. Una vez se ha identificado el comportamiento normal, el método de diagnóstico propuesto compara el lenguaje identificado con el lenguaje observado on-line; si hay desviación entre los lenguajes, se ha detectado un fallo. Este trabajo presenta un diagnosticador que es capaz de usar esa información para detectar el fallo y aprender el comportamiento fallido. El sistema es modular y esto incluye herramientas para localizar el fallo. La información recolectada es una buena base para que un experto diagnostique totalmente el fallo. / [CAT] Aquest treball presenta un mètode de diagnosi de fallades per a sistemes de esdeveniments discrets estocàstics sense model anterior. Per aconseguir aquest objectiu, el mètode identifica el comportament normal observant les senyals de eixida/entrada en línias. Cada senyal és discretiza amb un generador d'esdeveniment, així doncs, el sistema es modela amb la teoria de llenguatges. A més de la generació d'esdeveniment pura, el mètode també identifica el temps entre esdeveniments, així que el comportament normal es pot modelar amb una Xarxa de Petri estocàstica, temporitzada e intrepretada que representa només el llenguatge observat i evita el no-determinisme. Una vegada que el comportament normal ha estat identificat, el mètode de diagnòstic compara el llenguatge identificat amb el observat en línia. Si hi ha qualsevol desviació llavors una fallada ha estat detectada. El diagnosticador és capaç d'utilitzar aquesta informació per detectar la fallada i per aprendre el seu comportament. El sistema és modular i inclou eines per localitzar la fallada. La informació recollida és una bona base per a que un expert puga plenament diagnosticar la fallada. / Muñoz Añasco, DM. (2015). Identificación y Diagnóstico de Fallos en Sistemas de Eventos Discretos Estocásticos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/53915 / TESIS

This thesis deals with the concept of the formalism of Petri nets, which allows to investigate the dynamic behavior of parallel and nondeterministic systems. Furthermore, this deals with its variant of Object-Oriented Petri Nets (OOPN), which aims to facilitate the process of modeling systems with an object-oriented approach. The aim of this master thesis is to design an internal representation of OOPN models, which is suitable for efficient interpretation and implement compiler from PNtalk language into the internal representation. Subsequently, design and implement an OOPN model interpreter using this internal representation of models, which in addition to Petri net objects, must also be able to work with a selected subset of objects from the Java language.