O uso de técnicas e métodos formais contribui para o desenvolvimento de sistemas confiáveis. No entanto, apesar do rigor obtido, em geral, é necessário que essas técnicas sejam complementadas com atividades de teste e validação. Deve-se ressaltar que o custo para eliminar erros encontrados nas etapas iniciais de desenvolvimento é menor do que quando esses erros são encontrados nas fases posteriores. Dessa forma, é essencial a condução de atividades de VV&T - Verificação, Validação e Teste - desde as primeiras fases de desenvolvimento. Critérios de teste, como uma forma sistemática de avaliar e/ou gerar casos de teste de qualidade e, dessa forma, contribuir para aumentar a qualidade da atividade de teste, têm sido investigados para o teste de especificação de Sistemas Reativos. A técnica Redes de Petri Coloridas tem sido constantemente utilizada para a especificação do aspecto comportamental de Sistemas Reativos. Apesar de existirem diversas técnicas de análise, um aspecto não considerado é a cobertura alcançada, visto que, em geral, a aplicação exaustiva não é viável devido ao alto custo. Considerando a relevância do estabelecimento de métodos sistemáticos para o teste e validação dessas especificações, este trabalho propõe a aplicação do critério de teste Análise de Mutantes para o teste de Redes de Petri Coloridas. Neste trabalho foram almejados três objetivos principais, os quais podem ser divididos em estudos teóricos, estudos empíricos e automatização. No contexto de estudos teóricos, foi realizada a definição e embasamento teórico para possibilitar a aplicação da Análise de Mutantes no contexto de Redes de Petri Coloridas. Além disso, investigaram-se mecanismos genéricos para a descrição e geração de mutantes. Definiu-se um algoritmo para a geração de casos de teste baseado na Análise de Mutantes. No contexto de estudos empíricos, foram conduzidos estudos de caso para avaliar a aplicabilidade e eficácia dos resultados teóricos obtidos. Finalmente, no contexto de automatização, foram desenvolvidas ferramentas de apoio à aplicação da Análise de Mutantes. / The usage of formal methods and techniques contributes to the development of highly reliable system, but, in spite of the achieved rigour, these techniques must be complemented with testing and validation activities. It should be highlighted that the cost to eliminate errors found in the early phases of development is smaller than when those errors are found in the later phases. Therefore, the accomplishment of VV&T activities - Verification, Validation and Test - starting at the first development phases is essential. Testing criteria, as a systematic way to evaluate and/or generate test cases, contributing, therefore, to improve the quality of the test activity, have been proposed for testing reactive systems specifications. A technique that has been steadily employed for specifying the behavioural aspect of reactive systems is the coloured Petri nets. Although there are several analysis and validation techniques, a usually neglected aspect is the achieved coverage, given that, in general, the exhaustive application is not feasible due to its high cost. Considering the relevance of establishing systematic methods for the test and validation of coloured Petri nets based specification, this work proposes the investigation of the viability of applying Mutation Testing to test coloured Petri nets. In this work three main goals were pursued, which can be grouped in: theoretical studies, empirical studies and tool development. In the context of theoretical studies, it was accomplished the definition of theoretical concepts to enable the application of Mutant Analysis in the context of coloured Petri nets. Moreover, a mutation-based algorithm was defined to generate test sequences for Petri nets. In the context of empirical studies, case studies were carried out to evaluate the applicability and effectiveness of the achieved theoretical results. Finally, in the context of tool development, tools for supporting the application of Mutation Testing were developed.

Entre as principais dificuldades do desenvolvimento de software de qualidade está a especificação e o projeto conceitual. Neste contexto, a modelagem de sistemas tem um papel importante, pois torna possível a análise das características do projeto e sua validação antes da fase de implementação. Esta tese aborda o problema de modelagem e análise do software embarcado de piloto automático de um VANT utilizando UML e a ferramenta CASE Rational Rose RealTime. A partir do modelo obtido são utilizadas três abordagens para sua análise e avaliação: (1) aplicação de um conjunto de métricas no código gerado pela ferramenta CASE; (2) integração do modelo implementado na ferramenta CASE com um simulador da dinâmica do VANT, desenvolvido em MatLab, de forma a verificar o comportamento do sistema em malha fechada; e (3) conversão do modelo em UML para redes de Petri, um formalismo matemático que permite a verificação formal de propriedades do sistema.

Este trabalho aborda o problema da concepção de sistemas supervisórios para células robóticas colaborativas flexíveis na indústria aeronáutica. Para esta finalidade, é proposta uma abordagem mista para modelagem e verificação de células robóticas baseada em simulação gráfica de robôs e rede de Petri colorida. Rede de Petri é utilizada para modelar o sistema supervisório que gerencia as atividades dos robôs, a interação com outros elementos e para representar a lógica de programação. Simulação gráfica de robôs é aplicada para ilustrar o comportamento dos robôs em um ambiente 3D indicando, por exemplo, a ocorrência de colisões. A flexibilidade da aplicação requer que os robôs trabalhem subordinados ao sistema supervisório, tendo suas trajetórias definidas durante a execução das tarefas e não previamente programadas em seus controladores. Como conseqüência, com o propósito de verificar a célula robótica colaborativa, ambas as ferramentas de simulação devem ser integradas. A motivação deste trabalho é a concepção de uma célula de trabalho para a indústria aeronáutica, automatizando os processos de furação e inserção de prendedores em partes da fuselagem. A célula é composta de dois robôs que devem trabalhar em cooperação e em colaboração na montagem estrutural de aeronaves.

Sistemas de controle de edifícios inteligentes têm evoluído consideravelmente e a sua confiabilidade também tem melhorado. Mesmo assim, falhas são inevitáveis em sistemas concebidos, construídos e operados pelo homem e uma abordagem alternativa envolve a minimização das conseqüências das falhas. Isto é possível através da reconfiguração do sistema que se faz realocando funções de controle e escolhendo outras formas de interação entre os processos. Apesar disso, na literatura ainda não existe muito material que trate da modelagem de processos em que desde a sua concepção as falhas são consideradas. Assim, propõe-se neste trabalho o desenvolvimento de um procedimento para a modelagem de sistemas de controle considerando além das especificações funcionais, em situação normal, a ocorrência de falhas. Em função da base teórica existente e ferramentas disponíveis a abordagem proposta adota o conceito de sistemas a eventos discretos, holon e a técnica de rede de Petri e suas extensões para descrever a estrutura e o funcionamento deste sistema de controle. Um exemplo de aplicação é aqui apresentado para ilustrar as principais características deste procedimento. / Control systems of intelligent buildings have evolved and its reliability has evidently improved. However, faults are inevitable in systems conceived, constructed and operated by humans and an alternative approach is the minimization of the faults consequences. This is possible through the reconfiguration of the system, i.e., re-allocating control functions and choosing other forms of interaction between the processes. Despite this, there are few publications that deal with the modeling of processes where since its conception the faults are considered. Thus, this work proposes the development of a procedure for the modeling of control systems considering beyond the functional specifications in normal situation, the occurrence of faults. Based on the existing theoretical base and available tools the proposal adopts the concept of discrete event system, holon and Petri net technique with its extensions to describe the structure and the operation of these control systems. An application example is here presented to illustrate the principal characteristics of this proceeding.

Made available in DSpace on 2015-04-14T14:48:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 400013.pdf: 1799901 bytes, checksum: 8f9035ff6f9f2bcba55f62be7f4e0d52 (MD5) Previous issue date: 2006-03-31 / Formalismos de modelagem s?o linguagens capazes de descrever sistemas de forma n?o amb?g?a, permitindo a sua avalia??o quantitativa. Os formalismos conhecidos como estruturados permitem a representa??o sistem?tica de modelos grandes e complexos. Entretanto, na pr?tica, a modelagem de sistemas de tal porte pode apresentar o problema de explos?o do espa?o de estados. Em geral, a modelagem de sistemas atrav?s de formalismos estruturados, com espa?o de estados discreto, resulta em um grande n?mero de estados inating?veis. A gera??o e armazenamento dos estados n?o ating?veis ? um ?nus n?o desejado ao processo de modelagem. Este trabalho apresenta um algoritmo capaz de gerar e armazenar somente o espa?o de estados ating?vel (RSS) para o formalismo de Redes de Aut?matos Estoc?sticos (SAN) utilizando Diagramas de Decis?o Multi-Valorada (MDD). A id?ia principal ? apresentar uma primeira vers?o desse algoritmo, a m de comprovar a sua viabilidade para o formalismo SAN.

Made available in DSpace on 2015-04-14T14:50:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 388456.pdf: 5013053 bytes, checksum: 84575b0c4a9de44bcbed52209cdfc492 (MD5) Previous issue date: 2006-12-21 / Este trabalho apresenta uma metodologia para modelar e construir tarefas de intera??o 3D em ambientes virtuais usando Redes de Petri, uma taxonomia de decomposi??o de t?cnicas e conceitos de orienta??o a objetos. Para tanto, um conjunto de classes e uma biblioteca gr?fica s?o requisitos para constru??o de uma aplica??o e para controlar o fluxo de dados da rede. Opera??es podem ser desenvolvidas e representadas como nodos de uma Rede de Petri. Estes nodos, quando interligados, representam as etapas do processo interativo. A integra??o destas abordagens resulta em uma aplica??o modular, baseada no formalismo de Redes de Petri que permite especificar uma tarefa de intera??o, e tamb?m o reuso dos componentes existentes em novos projetos de ambientes virtuais

O objetivo deste trabalho é o estudo das tecnologias adaptativas aplicadas às redes neurais artificiais e às redes de Petri. Além disso, uma metodologia é proposta para estas aplicações a partir da definição de uma rede de Petri colorida adaptativa. Inicialmente, as redes neurais artificiais são estudadas do ponto de vista da extração de regras. Uma das críticas recorrentes às redes neurais artificiais é a característica de \"caixa preta\" das soluções, significando que as soluções escondem o mecanismo de funcionamento, deixando em dúvida a razão de seu funcionamento. A extração de regras a partir das redes neurais artificiais objetiva apresentar uma solução equivalente baseada em regras que para os especialistas em uma determinada área seja mais inteligível ou transparente. Outro ponto importante é a inserção de regras nas redes neurais artificiais. Esta inserção é possível a partir da versão baseada em regras das redes neurais artificiais. Um especialista humano em uma área muitas vezes cria um conjunto de regras que o auxiliam na compreensão do problema. Se estas regras forem inseridas ao conjunto de regras obtidas através dos dados, o novo conjunto de regras conterá ao mesmo tempo o conhecimento humano e o conhecimento extraído dos dados. As tecnologias adaptativas de extração e inserção de regras tornam as soluções mais flexíveis. As redes de Petri são, em certo sentido, complementares às redes neurais artificiais pois foram criadas para tratar os \"Sistemas a Eventos Discretos\" ou sistemas sequenciais, enquanto que as redes neurais artificiais possuem uma natureza combinatória. Muitas extensões foram propostas à redes de Petri ao longo dos anos e entre estas extensões aparecem associações de redes de Petri e redes neurais artificiais. Nestas associações, muitas técnicas desenvolvidas para as redes neurais artificiais foram incorporadas às redes de Petri como, por exemplo, as diversas formas de aprendizado. Utilizando a característica das redes de Petri de modelagem de sistemas sequenciais, a fase de treinamento das redes neurais artificiais pode ser controlada pela rede de Petri. Neste trabalho, a incorporação de regras à rede de Petri é examinada assim como a sua aplicação a sistemas de apoio à decisão e a sistemas de manufatura flexível. / The objective of this work is the study of adaptive technologies applied to artificial neural networks and Petri nets. In addition, a methodology is proposed for these applications from the definition of an adaptive color Petri net. Initially, artificial neural networks are studied from the point of view of rule extraction. One of the recurring criticisms of artificial neural networks is the \"black box\" feature of the solutions, meaning that the solutions hide the working mechanism, casting doubt on the reason for its operation. The extraction of rules from the artificial neural networks aims to present an equivalent solution based on rules that for the experts in a given area is more intelligible or transparent. Another important point is the insertion of rules in artificial neural networks. This insertion is possible from the rule-based version of artificial neural networks. A human expert in an area often creates a set of rules that aid in understanding the problem. If these rules are inserted into the set of rules obtained from the data, the new set of rules will contain at the same time the human knowledge and the knowledge extracted from the data. Adaptive rule extraction and insertion technologies make solutions more flexible. Petri nets are, in a sense, complementary to artificial neural networks as they were designed to treat \"Discrete Event Systems\" or sequential systems, while artificial neural networks have a combinatorial nature. Many extensions have been proposed to the Petri nets over the years and among these extensions appear associations of Petri nets and artificial neural networks. In these associations, many techniques developed for artificial neural networks were incorporated into Petri nets, such as the various forms of learning. Using the Petri nets feature of sequential modeling, the training phase of artificial neural networks can be controlled by the Petri net. In this work, the incorporation of rules into the Petri net is examined as well as its application to decision support systems and flexible manufacturing systems.

A Indústria 4.0, ou quarta revolução industrial, é o atual cenário industrial que estabelece um novo paradigma para os sistemas de produção. A indústria 4.0 é compreendida como a implementação da fábrica inteligente que opera de forma mais autônoma e com menor intervenção humana, cujo propósito é prover serviços e produtos inteligentes que atendam às necessidades individuais dos consumidores. A Indústria 4.0 está amparada nos sistemas ciber-físicos (CPS) e na Internet das Coisas (IoT). Neste cenário máquinas e produtos se comunicam entre si visando automatizar os processos industriais por meio de informações individuais obtidas em tempo real durante os processos de manufatura. No entanto, a Indústria 4.0 e as pesquisas em torno desse assunto ainda são muito recentes e requerem mais investigações no que diz respeito às arquiteturas que suportem a sua implementação, entre elas a comunicação entre produtos e máquinas. Neste quesito, recentemente foi proposto o modelo de arquitetura de referência para a Indústria 4.0 (RAMI 4.0) com o objetivo de nortear a implementação deste tipo de sistema. Contudo, o RAMI 4.0 ainda requer esforços no campo da pesquisa sob diferentes aspectos, entre eles a integração vertical de recursos do sistema de produção. Neste sentido, este trabalho objetiva apresentar uma arquitetura para a descoberta de equipamentos para processar operações conforme as necessidades dos produtos. A arquitetura foi projetada em camadas baseadas no RAMI 4.0 para prover componentes que permitam a comunicação entre equipamentos e produtos, e um mecanismo similar ao sistema de nomes de domínios (DNS - Domain Name System) para realizar a descoberta de equipamentos para processar uma determinada operação. Nessa arquitetura as informações dos equipamentos são armazenadas em uma estrutura organizada hierarquicamente para auxiliar o serviço de descoberta, e os produtos possuem informações das operações necessárias para o processo de manufatura. Para garantir a eficácia do funcionamento dos componentes e suas interações, é necessário a verificação e validação por meio de métodos formais. Neste trabalho a verificação e validação é realizada por meio da técnica PFS (Production Flow Schema)/RdP (Rede de Petri). Por fim, a arquitetura é aplicada em um sistema de produção modular para demonstrar a sistemática de implementação e a sua efetividade. / The Industry 4.0, also known as fourth industrial revolution, is the current industrial scenario that sets a new paradigm for production systems. The Industry 4.0 can be understood as the implementation of the smart factory that operates more autonomously and with less human intervention. The purposes of it is to provide smart products and services that meet the consumer individual needs. The Industry 4.0 is supported by cyber-physical systems (CPS) and Internet of Things (IoT). In this scenario machines and products communicate with each other to automate industrial processes through individual information that are obtained in real time during manufacturing processes. However, the researches around this issue are still very recent and require further investigations with regard of to the architectures that support its implementation, including communication between products and equipment. Taking into account this problem, a Reference Architectural Model for Industry 4.0 (RAMI 4.0) was recently proposed with the purpose to guide the implementation of this system type. However, the RAMI 4.0 still requires efforts in different aspects, including the vertical integration of resources of the production systems. In this sense, this work aims to present an architecture for the discovery of equipment to process operations according to the product needs. The architecture was designed based on layers of the RAMI 4.0 to provide components that allow communication between equipment and products and a Web Service that offer a mechanism similar to the Domain Name System (DNS) to locate equipment to process a required operation. In this architecture the capable operations supported by the equipment are stored in a structure organized hierarchically to aid the discovery service, and the products have information of the operation required for the manufacturing process. In order to guarantee the effectiveness of the component functionalities and their interactions it is necessary to verify and validate them by formal methods. In this work the Production Flow Schema (PFS)/Petri Net (PN) technique is used to develop the conceptual and functional modeling of the architecture. Finally the architecture is applied in a modular production system to demonstrate its implementation systematics and its effectiveness.

Os sistemas de manufatura há muito vêm sendo objeto de interesse por profissionais e pesquisadores devido à busca de melhores técnicas visando o aumento da produtividade bem como pelo aumento da competitividade empresarial ao longo dos anos. Dentre seus componentes, o sistema de movimentação de materiais merece atenção especial pois, apesar de não aumentar o valor do produto, é responsável por manter o fluxo de materiais entre máquinas, células de manufatura, centros de custos ou mesmo entre empresas, que é imprescindível para qualquer sistema produtivo. Neste contexto, o presente trabalho propõe uma metodologia para a modelagem de sistemas flexíveis de movimentação de materiais e partes em ambiente fabril, focando-se em sistemas cuja movimentação possa ser realizada por VATs (Veículos Autônomos de Transporte). Considerando-se o sistema de movimentação de materiais como sendo um sistema a eventos discretos (SEDs), pode-se empregar técnicas derivadas das Redes de Petri como o PFS (Production Flow Schema) e o E-MFG (Enhanced Mark Flow Graph) na modelagem de tais sistemas. Para tanto, foram introduzidos conceitos de orientação a objetos ao E-MFG de forma a ampliar sua capacidade de modelagem, possibilitando a migração de um paradigma de modelagem orientada a processos para um de modelagem híbrida orientada a processos e a objetos. Como estudo de caso, apresenta-se a modelagem de uma simplificação do sistema de movimentação de materiais da Mercedes Benz do Brasil, situada em São Bernardo do Campo, São Paulo, para a qual se aplica a metodologia proposta. / Manufacturing systems have been object of interest of many professionals and researchers through the years due to the search of better methods for raising goods productivity and managerial competitiveness. Among its components, the material movement system deserves special attention because even not increasing the product value, it is responsible for keeping the flow of materials between machines, manufacturing cells, cost centers and also between companies, which is indispensable for any productive system. In this context, this work proposes a methodology for modeling flexible systems for materials and parts movement in the industrial environment, focusing on systems whose movement can be performed by AGVs (Autonomous Guided Vehicles). Considering the materials movement system as a Discrete Event System (DES), techniques derived from Petri Nets as PFS (Production Flow Schema) and E-MFG (Enhanced Mark Flow Graph) can be used for modeling those systems. To this purpose, concepts of object orientation are introduced to E-MFG in order to increase its modeling capacity, allowing the migration from the process oriented modeling paradigm to an hybrid object and process oriented modeling. A simplification of the materials movement system of the plant of "Mercedes Benz do Brasil", which is located in São Bernado do Campo, São Paulo, was used as a study case to illustrate the methodology presented.

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Quando o sistema elÃtrico experimenta qualquer distÃrbio uma avalanche de alarmes à reportada ao Centro de OperaÃÃo do Sistema (COS) dificultando ao operador na identificaÃÃo da causa do distÃrbio. O grande volume de informaÃÃes disponibilizado pelos sistemas supervisÃrios em condiÃÃo de falta no sistema elÃtrico à de pouco valor se nÃo possibilitar um rÃpido diagnÃstico, para uma pronta e correta tomada de decisÃo e restabelecimento à condiÃÃo normal de operaÃÃo. Usando como entrada os dados informados pelo SCADA foi desenvolvido um Sistema de DiagnÃstico de Faltas (SDF), baseado em Redes de Petri Coloridas (RPC), que filtra as informaÃÃes do SCADA e à capaz de fornecer em tempo real aos operadores o diagnÃstico para as faltas no sistema. O diagnÃstico à obtido a partir da simulaÃÃo off-line de um expressivo nÃmero de possÃveis faltas no sistema em que a marcaÃÃo final da RPC para cada falta à convertida em diagnÃstico. Um Programa Especialista foi desenvolvido para a interpretaÃÃo da marcaÃÃo final fornecida pela RPC para geraÃÃo automÃtica do diagnÃstico de falta. O Programa Especialista interpreta os resultados do modelo RPC independente do sistema elÃtrico monitorado, diagnosticando os eventos que ocorrem tanto em uma subestaÃÃo quanto nas linhas de transmissÃo que ligam as subestaÃÃes, fornecendo um diagnÃstico rÃpido, sucinto, e com formato e linguagem comuns ao operador. / When a fault occurs in an electrical system often an avalanche of information is made available to the System Operation Center making it difficult to the operator to identify the cause of the fault. The great deal of information provided by the supervisory system is of any value if it does not make easy to the operator, to take a right and prompt decision to bring the system back to normal operation. Based on the SCADA information a Fault Diagnosis System (SDF) was developed, which uses the Colored Petri Nets (CPN) method to filter out the large amount of information made available by the SCADA system and then to give the fault diagnosis. The drawback of the SDF is that the fault diagnosis is developed off line from the CPN final markings for all the likely fault conditions on the power system. In this work an Expert Program is developed to automatically convert the CPN final markings into the system fault diagnosis. The Expert Program interprets the results of the CPN model independent of the monitored electrical system, it diagnosis events that occur in substations as much as the transmission lines that connect the substations, providing a fast and concise diagnosis with common format and language to the operator.