A importância da geração de energia elétrica hidráulica, dentro dos requisitos de qualidade e fornecimento com índices de confiabilidade cada vez mais exigentes, tem se tornada acentuada, principalmente em atendimento às necessidades de consumo em todas as áreas de atividades produtivas. Têm-se notado que as tecnologias desenvolvidas aliadas às mudanças socioeconômicas trouxeram uma evolução e reestruturação, tanto no setor industrial produtivo como no setor elétrico (concessionárias de energia elétrica e fornecedores de sistemas e equipamentos para usinas hidrelétricas e subestações), com aumento significativo da especialização e da complexidade da automação dos processos envolvidos, onde falhas são consideradas inaceitáveis. Em consequência, têm-se exigido soluções técnicas eficazes e com investimentos reduzidos. Desta forma, a Automação Elétrica, que faz parte dos sistemas de Comando, Controle, Comunicação e Informação altamente integrados (C3I), têm demonstrado uma participação fundamental no atual cenário deste segmento. Então, de maneira a tratar adequadamente esta complexidade, tornar as soluções técnicas cada vez mais seguras e facilitar o estudo e projeto de novos sistemas de controle nesta área, este trabalho apresenta uma metodologia para modelagem e análise de Sistemas de Controle envolvidos na geração hidráulica de energia elétrica. Este trabalho tem como principais desenvolvimentos: uma metodologia que envolve a teoria de controle de SDED juntamente com conceitos e pesquisas na área de Engenharia de Software e um formalismo em Rede de Petri Interpretada por Sinais (RPIS) em conjunto com o paradigma de Orientação a Objetos (OO), representado pela proposta de uma nova RP, a RPIS_OO (Rede de Petri Interpretada por Sinais Orientada a Objetos). Destarte, espera-se que a metodologia e a nova RP propostas nesta tese contribuam na especificação e construção dos algoritmos de controle dos sistemas que participam na automação da geração de energia elétrica hidráulica, como também, no aprimoramento de novas abordagens para o desenvolvimento de sistemas de automação elétrica, representando atualmente o estado da arte nesta área. / The importance of hydroelectric power generation, considering the increasingly demanding supply and quality requirements, has become more pronounced especially seeing the great consumption needs on all productive areas. It\'s noticeable that technology developed with socioeconomic changes have brought evolution and a restructuring both in the industrial and electrical sector (electric companies and power plant equipment manufacturers), with a notable increase in specialization and complexity of the automation of these activities, where faults are considered unacceptable. A demand for more efficient technical solutions and reduced investments has therefore increased greatly. Electrical automation technology as part of highly integrated command, control, communication and information (C3I) systems has demonstrated a crucial involvement in the context of this segment. In order to handle this evolving complexity, creating more secure technical solutions and further research and development of new control systems for this sector, this work introduces a new methodology for modeling and analysis of power plant control systems. A methodology involving the theory of Discrete Event Dynamic Systems (DEDS) and concepts of Software Engineering is presented, as well as a new formalism based on Signal Interpreted Petri Nets (SIPN) together with Object-Oriented Paradigm (OOP) named Object-Oriented Signal Interpreted Petri Nets (OOSIPN). The intention is that methodology proposed in this thesis contributes to the correct specification and construction of control algorithms for power plant control systems, as well as the state of the art in this research area in the form of a new approach to development of such automation systems.

A importância da geração de energia elétrica hidráulica, dentro dos requisitos de qualidade e fornecimento com índices de confiabilidade cada vez mais exigentes, tem se tornada acentuada, principalmente em atendimento às necessidades de consumo em todas as áreas de atividades produtivas. Têm-se notado que as tecnologias desenvolvidas aliadas às mudanças socioeconômicas trouxeram uma evolução e reestruturação, tanto no setor industrial produtivo como no setor elétrico (concessionárias de energia elétrica e fornecedores de sistemas e equipamentos para usinas hidrelétricas e subestações), com aumento significativo da especialização e da complexidade da automação dos processos envolvidos, onde falhas são consideradas inaceitáveis. Em consequência, têm-se exigido soluções técnicas eficazes e com investimentos reduzidos. Desta forma, a Automação Elétrica, que faz parte dos sistemas de Comando, Controle, Comunicação e Informação altamente integrados (C3I), têm demonstrado uma participação fundamental no atual cenário deste segmento. Então, de maneira a tratar adequadamente esta complexidade, tornar as soluções técnicas cada vez mais seguras e facilitar o estudo e projeto de novos sistemas de controle nesta área, este trabalho apresenta uma metodologia para modelagem e análise de Sistemas de Controle envolvidos na geração hidráulica de energia elétrica. Este trabalho tem como principais desenvolvimentos: uma metodologia que envolve a teoria de controle de SDED juntamente com conceitos e pesquisas na área de Engenharia de Software e um formalismo em Rede de Petri Interpretada por Sinais (RPIS) em conjunto com o paradigma de Orientação a Objetos (OO), representado pela proposta de uma nova RP, a RPIS_OO (Rede de Petri Interpretada por Sinais Orientada a Objetos). Destarte, espera-se que a metodologia e a nova RP propostas nesta tese contribuam na especificação e construção dos algoritmos de controle dos sistemas que participam na automação da geração de energia elétrica hidráulica, como também, no aprimoramento de novas abordagens para o desenvolvimento de sistemas de automação elétrica, representando atualmente o estado da arte nesta área. / The importance of hydroelectric power generation, considering the increasingly demanding supply and quality requirements, has become more pronounced especially seeing the great consumption needs on all productive areas. It\'s noticeable that technology developed with socioeconomic changes have brought evolution and a restructuring both in the industrial and electrical sector (electric companies and power plant equipment manufacturers), with a notable increase in specialization and complexity of the automation of these activities, where faults are considered unacceptable. A demand for more efficient technical solutions and reduced investments has therefore increased greatly. Electrical automation technology as part of highly integrated command, control, communication and information (C3I) systems has demonstrated a crucial involvement in the context of this segment. In order to handle this evolving complexity, creating more secure technical solutions and further research and development of new control systems for this sector, this work introduces a new methodology for modeling and analysis of power plant control systems. A methodology involving the theory of Discrete Event Dynamic Systems (DEDS) and concepts of Software Engineering is presented, as well as a new formalism based on Signal Interpreted Petri Nets (SIPN) together with Object-Oriented Paradigm (OOP) named Object-Oriented Signal Interpreted Petri Nets (OOSIPN). The intention is that methodology proposed in this thesis contributes to the correct specification and construction of control algorithms for power plant control systems, as well as the state of the art in this research area in the form of a new approach to development of such automation systems.

Este trabalho foi motivado pela necessidade de considerar comportamento estocástico durante o planejamento da produção de sistemas de manufatura, ou seja, o que produzir e em que ordem. Estes sistemas possuem um comportamento estocástico geralmente não considerado no planejamento da produção. O principal objetivo deste trabalho foi obter um método que modelasse sistemas de manufatura e representasse seu comportamento estocástico durante o planejamento de produção destes sistemas. Como os métodos que eram ideais para planejamento não forneciam a modelagem adequada dos sistemas, e os com modelagem adequada não forneciam a capacidade de planejamento necessária, decidiu-se combinar dois métodos para atingir o objetivo desejado. Decidiu-se modelar os sistemas em rede de Petri e convertê-los em processos de decisão markovianos, e então realizar o planejamento com o ultimo. Para que fosse possível modelar as probabilidades envolvidas nos processos, foi proposto um tipo especial de rede de Petri, nomeada rede de Petri fatorada. Utilizando este tipo de rede de Petri, foi desenvolvido o método de conversão em processos de decisão markovianos. A conversão ocorreu com sucesso, conforme testes que mostraram que planos podem ser produzidos utilizando-se algoritmos de ponta para processos de decisão markovianos. / The present work was motivated by the need to consider stochastic behavior when planning the production mix in a manufacturing system. These systems are exposed to stochastic behavior that is usually not considered during production planning. The main goal of this work was to obtain a method to model manufacturing systems and to represent their stochastic behavior when planning the production for these systems. Because the methods that were suitable for planning were not adequate for modeling the systems and vice-versa, two methods were combined to achieve the main goal. It was decided to model the systems in Petri nets and to convert them into Markov decision processes, to do the planning with the latter. In order to represent probabilities in the process, a special type of Petri nets, named Factored Petri nets, were proposed. Using this kind of Petri nets, a conversion method into Markov decision processes was developed. The conversion is successful as tests showed that plans can be produced within seconds using state-of-art algorithms for Markov decision processes.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work formalizes four methods based on Linear Logic for the verification of interorganizational workflow processes modelled by Interorganizational Workflow nets, which are Petri nets that model such processes. The first method is related to the verification of the Soundness criteria for interorganizational workflow processes. The method is based on the construction and analysis of Linear Logic proof trees, which represent the local processes as much as they do the global processes. The second and third methods are related, respectively to Soundness criteria verification, Relaxed Soundness and Weak Soundness for the interorganizational workflow processes. These are obtained through the analysis of reutilized Linear Logic proof trees that have been constructed for the verification of the Soundness criteria. However, the fourth method has the objective of detecting the deadlock free scenarios in interorganizational workflow and is based on the construction and analysis of Linear Logic proof trees, which initially takes into consideration the local processes and communication between such, and thereafter the candidate scenarios. A case study is carried out in the context of a Web services composition check, since there is a close correlation between the modelling of the interorganizational workflow process and a Web services composition. Therefore, the four methods proposed in the interorganizational workflow process context, are applied to a Web services composition. The evaluation of the obtained results shows that the reutilization of Linear Logic proof trees initially constructed for verifying the Soundness criteria, in fact occurs in the context of verifying the Relaxed Soundness andWeak Soundness criteria. In addition, the evaluation shows how the Linear Logic sequents and their proof trees explicitly show the possibilities for existing collaborations in a Web service composition. An evaluation that takes into account the number of constructed linear logic proof trees shows that this number can be significantly reduced in the deadlock-freeness scenarios detection method. An approach for resource planning based on the symbolic date calculation, which considers data extracted from Linear Logic proof trees is presented and validated through simulations performed on the CPN tools simulator. Two approaches for the monitoring of deadlockfreeness scenarios are introduced and show how data obtained from the Linear Logic proof trees can be used to guide the execution of such scenarios. / Este trabalho formaliza quatro métodos baseados na Lógica Linear para verificação de processos de workflow interorganizacionais modelados por WorkFlow nets interorganizacionais, que são redes de Petri que modelam tais processos. O primeiro método está relacionado com a verificação do critério de correção Soundness para processos de workflow interorganizacionais. O método é baseado na construção e análise de árvores de prova da Lógica Linear que representam tanto os processos locais quanto o processo global. O segundo e terceiro métodos estão relacionados, respectivamente, com a verificação dos critérios de correção Relaxed Soundness e Weak Soundness para processos de workflow interorganizacionais, e são obtidos através da análise de árvores de prova da Lógica Linear reutilizadas, construídas para a prova do critério de correção Soundness. Já o quarto método tem por objetivo a detecção dos cenários livres de deadlock em processos de workflow interorganizacionais e é baseado na construção e análise de árvores de prova da Lógica Linear que consideram, inicialmente, os processos locais e as comunicações entre estes e, posteriormente, os cenários candidatos. Um estudo de caso é realizado no contexto da verificação de composições de serviços Web, uma vez que há uma relação estreita entre a modelagem de um processo de workflow interorganizacional e uma composição de serviços Web. Assim, os quatro métodos propostos no contexto dos processos de workflow interorganizacionais são aplicados a uma composição de serviços Web. A avaliação dos resultados mostra que o reuso de árvores de prova da Lógica Linear construídas inicialmente para a prova do critério de correção Soundness de fato ocorre no contexto da verificação dos critérios de correção Relaxed Soundness e Weak Soundness. Além disso, a avaliação mostra como os sequentes da Lógica Linear e suas árvores de prova explicitam as possibilidades de colaboração existentes em uma composição de serviços Web. Uma avaliação que leva em conta o número de árvores de prova da Lógica Linear construídas mostra que este número pode ser significativamente reduzido no método para detecção de cenários livres de deadlock. Uma abordagem para planejamento de recursos, baseada no cálculo de datas simbólicas, que considera dados extraídos de árvores de prova da Lógica Linear, é apresentada e validada através de simulações realizadas no simulador CPN Tools. Duas abordagens para a monitoração dos cenários livres de deadlock são introduzidas e mostram como dados obtidos nas árvores de prova da Lógica Linear podem ser utilizados para guiar a execução de tais cenários. / Doutor em Ciência da Computação

Este trabalho foi motivado pela necessidade de considerar comportamento estocástico durante o planejamento da produção de sistemas de manufatura, ou seja, o que produzir e em que ordem. Estes sistemas possuem um comportamento estocástico geralmente não considerado no planejamento da produção. O principal objetivo deste trabalho foi obter um método que modelasse sistemas de manufatura e representasse seu comportamento estocástico durante o planejamento de produção destes sistemas. Como os métodos que eram ideais para planejamento não forneciam a modelagem adequada dos sistemas, e os com modelagem adequada não forneciam a capacidade de planejamento necessária, decidiu-se combinar dois métodos para atingir o objetivo desejado. Decidiu-se modelar os sistemas em rede de Petri e convertê-los em processos de decisão markovianos, e então realizar o planejamento com o ultimo. Para que fosse possível modelar as probabilidades envolvidas nos processos, foi proposto um tipo especial de rede de Petri, nomeada rede de Petri fatorada. Utilizando este tipo de rede de Petri, foi desenvolvido o método de conversão em processos de decisão markovianos. A conversão ocorreu com sucesso, conforme testes que mostraram que planos podem ser produzidos utilizando-se algoritmos de ponta para processos de decisão markovianos. / The present work was motivated by the need to consider stochastic behavior when planning the production mix in a manufacturing system. These systems are exposed to stochastic behavior that is usually not considered during production planning. The main goal of this work was to obtain a method to model manufacturing systems and to represent their stochastic behavior when planning the production for these systems. Because the methods that were suitable for planning were not adequate for modeling the systems and vice-versa, two methods were combined to achieve the main goal. It was decided to model the systems in Petri nets and to convert them into Markov decision processes, to do the planning with the latter. In order to represent probabilities in the process, a special type of Petri nets, named Factored Petri nets, were proposed. Using this kind of Petri nets, a conversion method into Markov decision processes was developed. The conversion is successful as tests showed that plans can be produced within seconds using state-of-art algorithms for Markov decision processes.