Exame de Qualificação de Doutoramento do Programa de Engenharia Industrial da Escola Politécnica da Universidade Federal da Bahia, 128 p. / Submitted by RI Repositorio (repositorio@ufba.br) on 2011-05-02T16:36:32Z No. of bitstreams: 1 Isabel Sartori.pdf: 2563821 bytes, checksum: 8589a911e5e0c2eb61efcc2694495556 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-05-02T16:36:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Isabel Sartori.pdf: 2563821 bytes, checksum: 8589a911e5e0c2eb61efcc2694495556 (MD5) / O gás natural é um componente vital para o suprimento mundial de energia.Tratando-se do Brasil, a indústria de gás tem uma grande importância estratégica e econômica para o desenvolvimento do país. O processamento de gás natural tem como principal objetivo garantir a especificação do gás para os consumidores finais do produto. Na maioria das indústrias do cenário atual, existe uma necessidade de produzir com alta qualidade, de reduzir as taxas de rejeição do produto e de satisfazer leis que regulamentam questões ambientais e de segurança do trabalho. O gerenciamento de eventos anormais (Abnormal Event Management, AEM), que é composto das tarefas de detecção, diagnóstico (isolamento e análise) e correção de falhas - Fault Detection, diagnosis (Isolation and Analysis) and Correction, FDIAC - é aplicado a processos a fim de se conseguir uma operação eficiente e segura, garantindo as necessidades anteriormente descritas. O objetivo geral da tese é desenvolver um sistema de detecção, diagnóstico e correção (FDIAC) de falhas, que será aplicado a uma Unidade de Recuperação de Gás Natural (URGN), utilizando técnicas de inteligência artificial e focando nas falhas do sistema de compressão do gás de venda. Na tese também será desenvolvida e aplicada uma nova metodologia que utiliza os fundamentos de confiabilidade, disponibilidade e mantenabilidade (Reliability, Availability and Maintainability, RAM) como instrumento facilitador da FDIAC de plantas industriais. A metodologia será aplicada a uma URGN da Petrobras localizada no município de Pojuca na Bahia (URGN-3-Bahia), e o sistema de FDIAC será desenvolvido para o problema prioritário apontado: as falhas do sistema de compressão do gás de venda. O presente texto faz parte de um exame de qualificação ao doutorado que pretende mostrar, com clareza e objetividade, os objetivos, a relevância e a contribuição original do tema da tese, o estado da arte, a viabilidade e a aderência dos métodos aos objetivos propostos. / Salvador

Predictive control algorithms have found growing acceptance in academic and industrial applications. However, as every control methodology, it has drawbacks, which is the need for an appropriate process model to be available. Therefore, the controller may become limited in applications with nonlinear and time-varying dynamics. When the predictions are not satisfactory due to an inappropriate model, it would be convenient to have an adaptive mechanism to match the process model and the process dynamics. In this work, SISO and MIMO formulations of indirect adaptive predictive control are implemented online to control an industrial tank level plant where process and heating tanks are operated. The experiments were carried out in conditions that are typical of an industrial situation, where the plant is nonlinear, multivariable and time varying. Results from the simulations and from the online implementation showed that the predictive control algorithm is limited when its predictive model is not representative and by implementing an adaptive mechanism these limitations have been overcome. Therefore, results show that the adaptive predictive controller outperforms the predictive controller when operating the industrial tank level plant, highlighting its potential as a solution for industrial control problems.

Este trabalho trata do controle robusto de uma planta-piloto industrial multivariável utilizando a técnica LQG/LTR. Essa planta, que se encontra devidamente instalada em laboratório, foi fabricada pela empresa Yokogawa, e seu modelo matemático utilizado no projeto do controlador foi obtido através da técnica de identi_cação de sistema do tipo caixa cinza, que é explanada de forma pragmática neste trabalho. O modelo representa a planta com duas variáveis de entrada e duas variáveis de saída, sendo, assim, um sistema quadrado. Busca-se fazer o controle de nível em dois tanques simultaneamente, adotando-se como requisitos de projeto barreiras de estabilidade e desempenho robustos tratáveis com a técnica LQG/LTR, não deixando de observar as limitações físicas do aparato. Após a fase de projeto, implementa-se o controlador discretizado em um PC que está interligado através de rede Ethernet/protocolo OPC com o PLC da planta. Em tempo real, o sistema controlado deve conduzir as variáveis controladas às trajetórias de referência, bem como satisfazer os requisitos de estabilidade e desempenho robusto na presença de distúrbios paramétricos.

Engenharia de domínio (do inglês: DE - Domain Engineering) é uma proposta surgida no âmbito da Engenharia de Software e que visa o aumento do reuso no desenvolvimento de sistemas, buscando uma redução dos custos e do tempo de desenvolvimento. A aplicação desta técnica em sistemas de automação industrial (produtos e plantas industriais) – os quais incluem múltiplas disciplinas (sistemas mecânicos, elétricos, pneumáticos, entre outros), diferentemente da engenharia de Software que trata basicamente do reuso de artefatos de Software – vem despertando o interesse de algumas instituições de pesquisa, como o IAS (Instituto de Automação Industrial e Engenharia de Software da Universidade de Stuttgart), e será abordada neste trabalho. A engenharia de plantas industriais é crescentemente realizada nas chamadas ferramentas de gerenciamento de ciclo de vida de plantas PLM (Plant ou "Production Lifecycle Management"), que se originou do conceito de "Product Lifecycle Management", cuja sigla também é PLM. A idéia destas ferramentas é o gerenciamento de ativos não somente durante o processo de engenharia, mas também durante a operação e manutenção até o descomissionamento das plantas. Muitas destas ferramentas PLM englobam o paradigma de orientação a objetos da Engenharia de Software, e baseadas neste paradigma, abordam a integração de dados entre os artefatos das várias disciplinas. Este trabalho apresenta o conceito de um artefato técnico reutilizável multidisciplinar, que foi a base para a elaboração de uma metodologia de engenharia de Domínio adaptada a ferramentas PLM, que se baseiam no paradigma de orientação a objetos. A metodologia proposta foi validada experimentalmente em um estudo de caso de uma Planta Modular de Produção (MPS – Modular Production System) em conjunto com a ferramenta PLM Comos da Siemens. Os resultados obtidos indicam a viabilidade da implementação da metodologia proposta em projetos na indústria, visando a redução de custo e tempo de desenvolvimento através do reuso de artefatos técnicos multidisciplinares em domínios com aplicações semelhantes. / Domain Engineering comes from the Software field and aims the increase of reuse to allow reduction of cost and time in the development of systems. The deployment of this methodology in automation systems (products and industrial plants) – in which more disciplines (mechanical, electrical, pneumatic, among others) are present and therefore differs from the Software engineering, that deals basically with the reuse of Software artifacts – has awakened the interest of some research institutes, like the IAS (Institute of Industrial Automation and Software Engineering of the University of Stuttgart), and will be analyzed during this work. The engineering of industrial plants is increasingly executed using the so called PLM Tools ("Plant or Production Lifecycle Management"), whose concept was originated from "Product Lifecycle Management", also abbreviated as PLM. The idea of these tools is to manage the assets not only in the engineering process, but also through operation and maintenance until the decommissioning of the industrial plants. Many of these PLM Tools support the object orientation principle from the Software engineering, and based upon this principle they address the integration of data from artifacts of the various disciplines. This work presents a concept for a multidisciplinary reusable technical artifact that was the base for the elaboration of an adapted DE Methodology for PLM Tools, in which the object oriented principle, is present. The presented ideas have been experimentally validated using as a case study a Modular Production System (MPS) together with the PLM Tool Comos from the company Siemens. The obtained results indicate a feasible implementation of the proposed methodology in the industry, aiming cost and time reduction through the reuse of multidisciplinary technical artifacts in domains with similar applications.

Engenharia de domínio (do inglês: DE - Domain Engineering) é uma proposta surgida no âmbito da Engenharia de Software e que visa o aumento do reuso no desenvolvimento de sistemas, buscando uma redução dos custos e do tempo de desenvolvimento. A aplicação desta técnica em sistemas de automação industrial (produtos e plantas industriais) – os quais incluem múltiplas disciplinas (sistemas mecânicos, elétricos, pneumáticos, entre outros), diferentemente da engenharia de Software que trata basicamente do reuso de artefatos de Software – vem despertando o interesse de algumas instituições de pesquisa, como o IAS (Instituto de Automação Industrial e Engenharia de Software da Universidade de Stuttgart), e será abordada neste trabalho. A engenharia de plantas industriais é crescentemente realizada nas chamadas ferramentas de gerenciamento de ciclo de vida de plantas PLM (Plant ou "Production Lifecycle Management"), que se originou do conceito de "Product Lifecycle Management", cuja sigla também é PLM. A idéia destas ferramentas é o gerenciamento de ativos não somente durante o processo de engenharia, mas também durante a operação e manutenção até o descomissionamento das plantas. Muitas destas ferramentas PLM englobam o paradigma de orientação a objetos da Engenharia de Software, e baseadas neste paradigma, abordam a integração de dados entre os artefatos das várias disciplinas. Este trabalho apresenta o conceito de um artefato técnico reutilizável multidisciplinar, que foi a base para a elaboração de uma metodologia de engenharia de Domínio adaptada a ferramentas PLM, que se baseiam no paradigma de orientação a objetos. A metodologia proposta foi validada experimentalmente em um estudo de caso de uma Planta Modular de Produção (MPS – Modular Production System) em conjunto com a ferramenta PLM Comos da Siemens. Os resultados obtidos indicam a viabilidade da implementação da metodologia proposta em projetos na indústria, visando a redução de custo e tempo de desenvolvimento através do reuso de artefatos técnicos multidisciplinares em domínios com aplicações semelhantes. / Domain Engineering comes from the Software field and aims the increase of reuse to allow reduction of cost and time in the development of systems. The deployment of this methodology in automation systems (products and industrial plants) – in which more disciplines (mechanical, electrical, pneumatic, among others) are present and therefore differs from the Software engineering, that deals basically with the reuse of Software artifacts – has awakened the interest of some research institutes, like the IAS (Institute of Industrial Automation and Software Engineering of the University of Stuttgart), and will be analyzed during this work. The engineering of industrial plants is increasingly executed using the so called PLM Tools ("Plant or Production Lifecycle Management"), whose concept was originated from "Product Lifecycle Management", also abbreviated as PLM. The idea of these tools is to manage the assets not only in the engineering process, but also through operation and maintenance until the decommissioning of the industrial plants. Many of these PLM Tools support the object orientation principle from the Software engineering, and based upon this principle they address the integration of data from artifacts of the various disciplines. This work presents a concept for a multidisciplinary reusable technical artifact that was the base for the elaboration of an adapted DE Methodology for PLM Tools, in which the object oriented principle, is present. The presented ideas have been experimentally validated using as a case study a Modular Production System (MPS) together with the PLM Tool Comos from the company Siemens. The obtained results indicate a feasible implementation of the proposed methodology in the industry, aiming cost and time reduction through the reuse of multidisciplinary technical artifacts in domains with similar applications.

Engenharia de domínio (do inglês: DE - Domain Engineering) é uma proposta surgida no âmbito da Engenharia de Software e que visa o aumento do reuso no desenvolvimento de sistemas, buscando uma redução dos custos e do tempo de desenvolvimento. A aplicação desta técnica em sistemas de automação industrial (produtos e plantas industriais) – os quais incluem múltiplas disciplinas (sistemas mecânicos, elétricos, pneumáticos, entre outros), diferentemente da engenharia de Software que trata basicamente do reuso de artefatos de Software – vem despertando o interesse de algumas instituições de pesquisa, como o IAS (Instituto de Automação Industrial e Engenharia de Software da Universidade de Stuttgart), e será abordada neste trabalho. A engenharia de plantas industriais é crescentemente realizada nas chamadas ferramentas de gerenciamento de ciclo de vida de plantas PLM (Plant ou "Production Lifecycle Management"), que se originou do conceito de "Product Lifecycle Management", cuja sigla também é PLM. A idéia destas ferramentas é o gerenciamento de ativos não somente durante o processo de engenharia, mas também durante a operação e manutenção até o descomissionamento das plantas. Muitas destas ferramentas PLM englobam o paradigma de orientação a objetos da Engenharia de Software, e baseadas neste paradigma, abordam a integração de dados entre os artefatos das várias disciplinas. Este trabalho apresenta o conceito de um artefato técnico reutilizável multidisciplinar, que foi a base para a elaboração de uma metodologia de engenharia de Domínio adaptada a ferramentas PLM, que se baseiam no paradigma de orientação a objetos. A metodologia proposta foi validada experimentalmente em um estudo de caso de uma Planta Modular de Produção (MPS – Modular Production System) em conjunto com a ferramenta PLM Comos da Siemens. Os resultados obtidos indicam a viabilidade da implementação da metodologia proposta em projetos na indústria, visando a redução de custo e tempo de desenvolvimento através do reuso de artefatos técnicos multidisciplinares em domínios com aplicações semelhantes. / Domain Engineering comes from the Software field and aims the increase of reuse to allow reduction of cost and time in the development of systems. The deployment of this methodology in automation systems (products and industrial plants) – in which more disciplines (mechanical, electrical, pneumatic, among others) are present and therefore differs from the Software engineering, that deals basically with the reuse of Software artifacts – has awakened the interest of some research institutes, like the IAS (Institute of Industrial Automation and Software Engineering of the University of Stuttgart), and will be analyzed during this work. The engineering of industrial plants is increasingly executed using the so called PLM Tools ("Plant or Production Lifecycle Management"), whose concept was originated from "Product Lifecycle Management", also abbreviated as PLM. The idea of these tools is to manage the assets not only in the engineering process, but also through operation and maintenance until the decommissioning of the industrial plants. Many of these PLM Tools support the object orientation principle from the Software engineering, and based upon this principle they address the integration of data from artifacts of the various disciplines. This work presents a concept for a multidisciplinary reusable technical artifact that was the base for the elaboration of an adapted DE Methodology for PLM Tools, in which the object oriented principle, is present. The presented ideas have been experimentally validated using as a case study a Modular Production System (MPS) together with the PLM Tool Comos from the company Siemens. The obtained results indicate a feasible implementation of the proposed methodology in the industry, aiming cost and time reduction through the reuse of multidisciplinary technical artifacts in domains with similar applications.

[pt] Os modelos CAD de plantas industriais desempenham um papel importante no gerenciamento de projetos de engenharia. Apesar dos avanços do poder computacional nas últimas décadas, a renderização destes modelos continua sendo um desafio devido à sua complexidade e ao grande volume de dados. Diferentes áreas da computação obtiveram êxito ao adotar serviços na nuvem para processar dados massivos. Contudo, quando se trata de rendering na nuvem, ainda há uma deficiência destes serviços para modelos CAD. Neste trabalho, propomos uma arquitetura de rendering híbrido na nuvem para modelos CAD, dividindo a tarefa de renderização entre o cliente e servidor. Além da diminuição da sobrecarga do servidor, esta abordagem garante ao sistema maior resiliência a variações de latência da rede. Neste trabalho também é introduzido um algoritmo de seleção de carga de trabalho baseada em metaheurística para determinar o conjunto de objetos a ser desenhado no lado do cliente. Nossos resultados demonstram que a metodologia proposta permite a visualização eficiente de modelos CAD massivos mesmo em condições adversas, como clientes com dispositivos limitados e latência alta na conexão. Por fim, discutimos as oportunidades de pesquisa restantes para renderização em nuvem, abrindo caminhos para melhorias futuras. / [en] Industrial-plant CAD models play an important role in engineering project management. Despite the advances in computing power in past decades, rendering these models remains challenging due to their complexity and large data volume. Different areas of computing have succeeded in adopting cloud services to process massive data. However, when it comes to cloud rendering, there is still a lack of cloud rendering services for CAD models. In this paper, we propose a hybrid cloud rendering architecture for CAD models, dividing the rendering task between client and server. In addition to reducing server overhead, this approach affords greater resilience to the system against variations of network latency. Finally, this work also introduces a metaheuristic-based workload selection algorithm to determine the set of objects to be drawn on the client side. Our results demonstrate that the proposed methodology allows efficient visualization of massive CAD models even under adverse conditions such as clients with limited devices and high connection latency. Lastly, we discuss remaining research opportunities for cloud rendering, opening avenues for future improvements.