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).

Os simuladores de treinamento têm se tornado cada vez mais populares, apresentando aplicações em diversas áreas, como na condução de veículos terrestres, aeronaves, procedimentos médicos, operações militares, entre outras. Estes simuladores podem ser classificados em diferentes grupos, de acordo com a finalidade do seu treinamento. Os simuladores que envolvem o treinamento de procedimentos têm a finalidade de capacitar o usuário na execução de atividades bem definidas, dando ênfase às ações que o usuário precisa efetuar e às relações de dependência existentes entre estas ações. As aplicações deste grupo de simuladores são o objeto deste trabalho e podem ser usadas em diversas situações, como na montagem, desmontagem, operação e manutenção de máquinas complexas, na execução de atividades que ofereçam risco ao usuário ou, possam causar dano ao equipamento utilizado. As vantagens associadas com o treinamento em Realidade Virtual têm aumentado a procura por este tipo de aplicação. Apesar disto, no cenário nacional, poucos trabalhos acadêmicos foram publicados nesta área de pesquisa. Com a finalidade de auxiliar o desenvolvimento de simuladores de procedimentos, este trabalho apresenta a proposta de um arcabouço de treinamento, que foi elaborado com base nos elementos obtidos na revisão da literatura e na investigação de outras arquiteturas e ferramentas. A revisão da literatura considerou diversas técnicas usadas na descrição dos cenários de treinamento, entre elas, podemos citar a Máquina de estados, Sistema baseado em regras, STORM, Grafos, Diagrama LORA e rede de Petri. O arcabouço proposto _e composto por uma arquitetura, que define os componentes e os conceitos envolvidos no treinamento de procedimentos, e uma biblioteca de software, planejada com base nesta arquitetura e elaborada com o propósito de facilitar o desenvolvimento de aplicações de treinamento. As características deste arcabouço foram verificadas e validadas através da implementação de dois casos de uso. O primeiro caso consiste em uma aplicação de simulação de troca de cruzeta em linha viva, onde o usuário realiza um procedimento de risco na manutenção de redes de distribuição, e o segundo caso, envolve a prática da montagem e desmontagem de uma Unidade Geradora Hidrelétrica. Em ambas as aplicações, o modelo de Máquina de estados foi utilizado de forma simplificada na representação dos objetos interativos, e o modelo de rede de Petri foi usado para representar os procedimentos de treinamento. / The simulators for training have become increasingly popular, with applications in several areas, such as in land vehicles, aircraft, medical procedures, military operations, among others. These simulators can be classified into different groups according to the purpose of their training. The simulators that involve the training of procedures are intended to empower the user to perform well defined activities, with an emphasis on the actions that the user needs to perform and on the existing dependencies between these actions. The applications of this group of simulators are the subject of this work, and can be used in various situations, such as in assembly, disassembly, operation and maintenance of complex machinery, in performing activities that poses any danger to the user, or may cause damage to the equipment. The advantages associated with virtual reality training have increased the demand for this type of application. Despite this, in Brazil, few papers have been published in this area of research. In order to assist the development of procedure simulators, this work proposes a framework for virtual training, which was based on evidences obtained in the literature review and while investigating other architectures and tools. The literature review found several techniques used in the description of the training scenarios, among them, we may mention the state machine, rule-based system, STORM, Graphs, LORA Diagram and Petri net. The proposed framework consists of an architecture, that defines the components and concepts involved in training procedures, and a software library, which was planned based on this architecture and elaborated with the purpose of facilitating the development of applications for training. The characteristics of this framework has been verified and validated through the implementation of two use cases. The first case is a application for simulating the exchange of a crosshead, where the user performs a risky procedure in the maintenance of distribution networks, and the second case, which involves assembling and disassembling of a Hydroelectric Generating Unit. In both applications, the model of simple state machine was used to represent the behavior of interactive objects, and the Petri net model was used to represent the training procedures.

Esquemas baseados em grafos, em diferentes níveis de formalismo, são um forte apelo para a constituição de representações de sistemas complexos e de grande porte aplicados em várias áreas do conhecimento. Este fato responde pelo crescimento acentuado de métodos e representações formais baseadas em grafos e aplicadas em diferentes áreas, especialmente na Engenharia. As Redes de Petri (RdP) constituem um destes métodos, que apareceu em 1962 e desde então tem contribuído para o avanço dos métodos formais para o tratamento de sistemas de controle, sistemas discretos, logística, workflow, cadeia de fornecedores, redes de computadores, e uma variada classe de outros sistemas. Da mesma forma que outras representações formais, as primeiras tentativas de uso prático destas redes estiveram sempre ligadas ao domínio de aplicação, o que levou à criação de várias extensões. Por outro lado, a necessidade de se aplicar a representação em redes para sistemas de grande porte suscitou a discussão sobre as limitações do formalismo e sobre a necessidade de se inserir redes de alto nível. No entanto, todo este desenvolvimento, apesar de sua difusão em diferentes domínios, levantou a discussão sobre a unificação das redes. Desde 1992 a unificação do formalismo das RdPs é discutida pela comunidade acadêmica e, finalmente, no início deste século um padrão ISO/IEC foi proposto. Esta proposta conduz a dois desafios: i) mostrar que um formalismo de redes que seja candidato a ser usado na prática pertença de fato à classe de redes prescrita pelo padrão; ii) participar da discussão sobre a semântica das extensões propondo ambientes computacionais para o uso prático na modelagem e design de sistemas de grande porte. A rede GHENeSys, concebida e desenvolvida no Design Lab da Universidade de São Paulo, é uma rede estendida com conceitos de orientação a objetos, um mecanismo de hierarquia e, até o momento, parece ser uma das primeiras tentativas de prover um ambiente de modelagem e design com as propriedades de uma rede unificada, com capacidade para cobrir as diferentes variantes das RdP e suas extensões. Neste trabalho é apresentada uma proposta de ambiente integrado de modelagem para a representação de sistemas a eventos discretos (SEDs) em RdP, baseada em um formalismo enquadrado dentro da norma ISO/IEC 15909 recentemente proposta. Este formalismo é a rede GHENeSys, que terá sua definição estendida utilizando como base a definição das RdPs Coloridas (CPN) com o objetivo de permitir a representação de tipos nas marcas. Um protótipo para testes, resultado da integração de diversos trabalhos desenvolvidos separadamente por membros do D-Lab que nunca foram implementados nem integrados em formalismo único, é apresentado. Este protótipo é utilizado em um estudo de caso com a finalidade de validar de forma prática os novos elementos acrescentados à definição da rede GHENeSys para permitir a modelagem de sistemas utilizando os elementos das RdPs de alto nível. / Graph schemas are a strong approach to the representation (in dierent degrees of formality) of large and complex systems in several areas of knowledge. This fact has provided a continuous growth of methods and new formal schemas, specially in Engineering. Petri Nets(PN) are one of these methods, which appears in 1962 and since then has improved the representation of discrete control, discrete systems, logistics, workflow, supply chain, computer networks, and a variety of other systems. As any other representation, the first attempts to use it in practice were always made in a close relation between the representation and the domain of discourse, openning opportunity for several extensions. Also the need to use it in large systems brought a discussion about the formalism and the need for high level systems. However, all this development, besides the broad use in different domains, rose the need for an unified approach. Since 1992 such unification has been addressed by the scientific community and finally, in the beginning of this century, a ISO/IEC standard was proposed. That proposal also brings two new challenges: i) to show that any proposed net that belongs to Petri Net class proved itself as satisfying the requirements of the standard; ii) to enter the discussions of the semantics of extensions and also provide practical and unified system environments that can really support the design of large and complex systems. In this work, we present a proposal for the developing of an integrated modeling environment for the representation of discrete event systems using Petri Nets. This environment will use an underlying formalism framed within the rules defined recently by the ISO/IEC, in the standard 15909. The formalism to be used will be the GHENeSys net, which will have its definition extended using the definition of the Coloured PN (CPN) as a starting point in order to allow the representation of types within the net tokens. A testing prototype for this integrated modeling environment, result of the integration of several previous works of D-Lab members that were never implemented or integrated in a unique formalism, is presented. This prototype will be used in a case study in order to validate in practical way the new elements added to the definition of GHENeSys, to allow the modeling of systems using the elements of HLPNs.

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).

Os simuladores de treinamento têm se tornado cada vez mais populares, apresentando aplicações em diversas áreas, como na condução de veículos terrestres, aeronaves, procedimentos médicos, operações militares, entre outras. Estes simuladores podem ser classificados em diferentes grupos, de acordo com a finalidade do seu treinamento. Os simuladores que envolvem o treinamento de procedimentos têm a finalidade de capacitar o usuário na execução de atividades bem definidas, dando ênfase às ações que o usuário precisa efetuar e às relações de dependência existentes entre estas ações. As aplicações deste grupo de simuladores são o objeto deste trabalho e podem ser usadas em diversas situações, como na montagem, desmontagem, operação e manutenção de máquinas complexas, na execução de atividades que ofereçam risco ao usuário ou, possam causar dano ao equipamento utilizado. As vantagens associadas com o treinamento em Realidade Virtual têm aumentado a procura por este tipo de aplicação. Apesar disto, no cenário nacional, poucos trabalhos acadêmicos foram publicados nesta área de pesquisa. Com a finalidade de auxiliar o desenvolvimento de simuladores de procedimentos, este trabalho apresenta a proposta de um arcabouço de treinamento, que foi elaborado com base nos elementos obtidos na revisão da literatura e na investigação de outras arquiteturas e ferramentas. A revisão da literatura considerou diversas técnicas usadas na descrição dos cenários de treinamento, entre elas, podemos citar a Máquina de estados, Sistema baseado em regras, STORM, Grafos, Diagrama LORA e rede de Petri. O arcabouço proposto _e composto por uma arquitetura, que define os componentes e os conceitos envolvidos no treinamento de procedimentos, e uma biblioteca de software, planejada com base nesta arquitetura e elaborada com o propósito de facilitar o desenvolvimento de aplicações de treinamento. As características deste arcabouço foram verificadas e validadas através da implementação de dois casos de uso. O primeiro caso consiste em uma aplicação de simulação de troca de cruzeta em linha viva, onde o usuário realiza um procedimento de risco na manutenção de redes de distribuição, e o segundo caso, envolve a prática da montagem e desmontagem de uma Unidade Geradora Hidrelétrica. Em ambas as aplicações, o modelo de Máquina de estados foi utilizado de forma simplificada na representação dos objetos interativos, e o modelo de rede de Petri foi usado para representar os procedimentos de treinamento. / The simulators for training have become increasingly popular, with applications in several areas, such as in land vehicles, aircraft, medical procedures, military operations, among others. These simulators can be classified into different groups according to the purpose of their training. The simulators that involve the training of procedures are intended to empower the user to perform well defined activities, with an emphasis on the actions that the user needs to perform and on the existing dependencies between these actions. The applications of this group of simulators are the subject of this work, and can be used in various situations, such as in assembly, disassembly, operation and maintenance of complex machinery, in performing activities that poses any danger to the user, or may cause damage to the equipment. The advantages associated with virtual reality training have increased the demand for this type of application. Despite this, in Brazil, few papers have been published in this area of research. In order to assist the development of procedure simulators, this work proposes a framework for virtual training, which was based on evidences obtained in the literature review and while investigating other architectures and tools. The literature review found several techniques used in the description of the training scenarios, among them, we may mention the state machine, rule-based system, STORM, Graphs, LORA Diagram and Petri net. The proposed framework consists of an architecture, that defines the components and concepts involved in training procedures, and a software library, which was planned based on this architecture and elaborated with the purpose of facilitating the development of applications for training. The characteristics of this framework has been verified and validated through the implementation of two use cases. The first case is a application for simulating the exchange of a crosshead, where the user performs a risky procedure in the maintenance of distribution networks, and the second case, which involves assembling and disassembling of a Hydroelectric Generating Unit. In both applications, the model of simple state machine was used to represent the behavior of interactive objects, and the Petri net model was used to represent the training procedures.

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.

The purpose of this thesis is to develop a software application based on previous studies by 1997 Oak Ridge Design Studio Team that matches students' progress with major requirements in their college career. This study addresses the problems of previous studies and suggests a solution. A powerful new technique, XML, is used to model, store and process the data of major requirements and student records. This application produces an HTML file that provides detailed information of a student's academic progress towards graduation.

<p>Nowadays, embedded systems are becoming more and more complex. For this reason, designers focus more and more to adopt component-based methods for their designs. Consequently, there is an increasing interest on modeling and verification issues of component-based embedded systems. </p><p>In this thesis, a tool, which integrates modeling, simulation and verification of component-based embedded systems, is designed and implemented. This tool uses the PRES+, Petri Net based Representation for Embedded Systems, to model component-based embedded systems. Both simulation and verification of systems are based on the PRES+ models. </p><p>This tool consists of three integrated sub-tools, each of them with a graphical interface, the PRES+ Modeling tool, the PRES+ Simulation tool and the PRES+ Verification tool. The PRES+ Modeling tool is a graphical editor, with which system designers can model component-based embedded systems easily. The PRES+ Simulation tool, which is used to validate systems, visualizes the execution of a model in an intuitive manner. The PRES+ Verification tool provides a convenient access to a model checker, in which models can be formally verified with respect to temporal logic formulas.</p>