Os mercados estão se tornando independentes de barreiras geográficas e as indústrias têm procurado novas configurações de sistemas produtivos (SPs), passando de estruturas centralizadas para estruturas distribuídas, deslocando suas plantas produtivas para países com reservas de energia e baixos custos operacionais. Para permitir a coordenação e gerenciamento deste tipo de SP disperso, aproveita-se dos avanços das tecnologias mecatrônicas e de informação, as quais permitem uma maior cooperação entre as partes do sistema e entre os atores (clientes, operadores, administradores, etc.) envolvidos. Cada parte do SP disperso que também é um SP tem seu grau de autonomia operacional. Esse tipo de sistema apresenta novos problemas de integração e coordenação de componentes, que têm que ser superados para se chegar a uma efetiva implementação. A falta de dados de testes já realizados com estruturas distribuídas dificulta o desenvolvimento prático de SPs dispersos. Este trabalho inicialmente adota uma arquitetura de controle para a negociação entre usuários de um SP disperso. Para a implementação da arquitetura foram desenvolvidos modelos computacionais explorando o potencial da rede de Petri e do PFS (production flow schema) para sistematizar a construção dos modelos. Pela análise dos modelos com base nas propriedades da rede de Petri avaliou-se a arquitetura de controle e estabeleceu-se as especificações que foram adotadas para sua implementação prática. A implementação e os testes foram realizados considerando os subsistemas autônomos de um sistema flexível de montagem que emula um SP disperso. Os estudos, análises e testes realizados foram fundamentais para adquirir maior experiência prática relacionado a concepção, projeto, implementação e operação de arquiteturas de controle distribuído aplicadas a SPs dispersos. / The markets are becoming independent of geographic and industry have sought new configurations of productive systems, from centralized structures to distributed structures, shifting their production plants to countries with energy reserves and low operating costs. To allow the coordination and management of this type of dispersed productive system, takes advantage of advances in mechatronics and information technologies, which allow greater cooperation between parts of the system and among stakeholders (customers, operators, administrators, etc.) involved. Each part of disperse productive system, that is also a productive system, has its own level of operational autonomy. This type of system presents new problems of integration and coordination of components that must be overcome to achieve effective implementation. The lack of data from tests already carried out with distributed structures hinders the practical development of disperse productive systems. This work initially adopts a control architecture for negotiation between users of a disperse productive system. For the implementation of the architecture were developed computational models exploring the potential of Petri networks (PN) and the production flow schema (PFS) to systematize the construction of models. For the analysis of models based on the PN properties we evaluated the control architecture and established the specifications that were used for its practical implementation. The implementation and the tests were performed considering the autonomous subsystems of a flexible mounting system that emulates a disperse productive system. The studies, analysis and tests were essential to acquire more practical experience related to conception, design, implementation and operation of distributed control architectures applied to disperse productive systems.

Processamento distribuído tem sido utilizado amplamente para melhorar o desempenho de aplicações com alta demanda computacional. Diferentes arquiteturas e topologias distribuídas têm sido pesquisadas e utilizadas para prover o alto desempenho, proporcionando assim o recurso necessário para a exploração do paralelismo presente nas aplicações. A facilidade para construir sistemas computacionais de alto desempenho a partir de estações de trabalho interligadas através de redes de alta velocidade, aliada ao custo relativamente baixo e ao crescente avanço da tecnologia de circuitos integrados, possibilita a montagem de redes de computadores de baixo custo para a execução de aplicações paralelas. Devido a este fato, diversos sistemas de software para redes de estações têm sido desenvolvidos, visando a integração dos componentes distribuídos para a agregação das suas capacidades de processamento. No entanto, o processo de desenvolvimento de aplicações é complexo e difícil, dado que são necessários identificar o paralelismo existente nestas aplicações, e providenciar as comunicações necessárias. Neste trabalho, é apresentada uma proposta de metodologia de análise e predição de desempenho de programas paralelos, implementados com interface de passagem de mensagem (MPI), em ambientes de redes de estações de trabalho. É definida neste trabalho uma extensão da classe de grafos de tempo T-graph, denominado T-graph*, que representa, em alto nível, os programas paralelos instrumentados com MPI no nível de grafos. Com a construção de um grafo nesta classe, é possível conhecer o fluxo da execução do programa, do ponto de vista algorítmico. Ainda, é definida uma outra classe de grafos, denominada DP*Graph, que representa os programas paralelos com alto grau de detalhes, como mostrar de forma clara pontos de ocorrência de comunicação entre os nós de processamento do sistema computacional. Em paralelo com recursos e técnicas de modelagem analítica, são definidas estratégias para a avaliação de desempenho dos sistemas computacionais envolvidos. Uma vez obtidas as representações em grafos do programa paralelo e junto com as modelagens já refinadas e definidas, é possível efetuar avaliações necessárias e obter assim predições de desempenho, baseadas em dados experimentais obtidos previamente. Finalmente, os resultados experimentais obtidos mostram a viabilidade da metodologia definida nesta proposta, tanto a sua utilização e quanto à coerência das estratégias aplicadas neste trabalho. / Distributed processing has been widely used to improve the performance of applications that highly demand computational power. Different distributed architectures and topologies have been used in a search for high performance, providing further the necessary resource for the parallelism exploitation present in the applications. The ease to build high performance computer systems, by interconnecting workstations using a high speed network, together with relatively low cost and IC technology advances, it\'s possible to assembly a low cost computer network for the execution of parallel applications. Due to this fact, several applications and software systems for network of workstations have been developed, aiming the integration of distributed components for the aggregation of their processing power. Unfortunately, the process of application developing is complex and difficult, given that it is necessary identify the existing parallelism in these applications, and provide the communication needed. The control of multiple processes and their interactions are the main reasons for such complexity. It is shown, in this work, a methodology proposal for the performance analysis and prediction of parallel programs, implemented with message passing interface (MPI) in a network of workstations environment. We define, still in this work, an extension for T-graph (timing graphs), named T-graph*, a newer class of graphs from which we can represent parallel programs with MPI functions by using timing graphs. Together with resources and analytical modeling techniques, strategies are defined for the performance evaluation of computer systems involved. Once obtained the graph representation of a parallel program, in parallel with defined and refined models designed, it is possible to proceed with necessary evaluations and from this, performance prediction data, based on the experimental data obtained previously. Finally, experimental results obtained show the viability of the methodology proposed in this research, coherent strategies applied in this work and also, correct utilization of the techniques.

Nesta tese explora-se um conjunto de requisitos especiais de concepção e desenvolvimento de software que asseguram um alto grau de flexibilidade e eficiência para o controle de sistemas produtivos. Desenvolve-se assim, um método que inclui a técnica de degeneração (redução gradual do nível de serviços de um sistema) no projeto do software de controle de sistemas produtivos. Apresentam-se inicialmente os conceitos fundamentais considerados no projeto do software de sistemas de controle como: sistemas produtivos, sistemas de controle, sistemas distribuídos, arquitetura em n-camadas (“middleware") e sistemas multi-agentes. A seguir, introduz-se a aplicação de requisitos padrões para o desenvolvimento do software de controle com qualidade e com a característica de orientação a objetos. O trabalho apresenta também exemplos específicos relacionados com o controle em Edifícios Inteligentes adotados como estudo de casos, que ilustram a aplicação do método desenvolvido. Os respectivos artefatos resultantes da aplicação de cada etapa do método também são descritos e comprovam o potencial desta abordagem. / This thesis explores a set of special requirements for software development that assure high degree of flexibility and efficiency for control of productive systems. Thus, it investigates a method that includes the degeneration technique (i.e., a gradual reduction of the service level of a system) in the development of control software for productive systems. The text presents initially the basic concepts considered in the development of control software such as productive systems, distributed control systems, middleware architecture and multi-agent systems. Following, it introduces the application of standard requests for the development of control software with quality and object orientation features. The work also presents specific examples related with the control in Intelligent Buildings which have been adopted as case study and that illustrate the application of the proposed method. The artifacts generated from the application of each step of the method are also described and confirm the potential of the proposed approach.

Nesta tese explora-se um conjunto de requisitos especiais de concepção e desenvolvimento de software que asseguram um alto grau de flexibilidade e eficiência para o controle de sistemas produtivos. Desenvolve-se assim, um método que inclui a técnica de degeneração (redução gradual do nível de serviços de um sistema) no projeto do software de controle de sistemas produtivos. Apresentam-se inicialmente os conceitos fundamentais considerados no projeto do software de sistemas de controle como: sistemas produtivos, sistemas de controle, sistemas distribuídos, arquitetura em n-camadas (“middleware”) e sistemas multi-agentes. A seguir, introduz-se a aplicação de requisitos padrões para o desenvolvimento do software de controle com qualidade e com a característica de orientação a objetos. O trabalho apresenta também exemplos específicos relacionados com o controle em Edifícios Inteligentes adotados como estudo de casos, que ilustram a aplicação do método desenvolvido. Os respectivos artefatos resultantes da aplicação de cada etapa do método também são descritos e comprovam o potencial desta abordagem. / This thesis explores a set of special requirements for software development that assure high degree of flexibility and efficiency for control of productive systems. Thus, it investigates a method that includes the degeneration technique (i.e., a gradual reduction of the service level of a system) in the development of control software for productive systems. The text presents initially the basic concepts considered in the development of control software such as productive systems, distributed control systems, middleware architecture and multi-agent systems. Following, it introduces the application of standard requests for the development of control software with quality and object orientation features. The work also presents specific examples related with the control in Intelligent Buildings which have been adopted as case study and that illustrate the application of the proposed method. The artifacts generated from the application of each step of the method are also described and confirm the potential of the proposed approach.

Processamento distribuído tem sido utilizado amplamente para melhorar o desempenho de aplicações com alta demanda computacional. Diferentes arquiteturas e topologias distribuídas têm sido pesquisadas e utilizadas para prover o alto desempenho, proporcionando assim o recurso necessário para a exploração do paralelismo presente nas aplicações. A facilidade para construir sistemas computacionais de alto desempenho a partir de estações de trabalho interligadas através de redes de alta velocidade, aliada ao custo relativamente baixo e ao crescente avanço da tecnologia de circuitos integrados, possibilita a montagem de redes de computadores de baixo custo para a execução de aplicações paralelas. Devido a este fato, diversos sistemas de software para redes de estações têm sido desenvolvidos, visando a integração dos componentes distribuídos para a agregação das suas capacidades de processamento. No entanto, o processo de desenvolvimento de aplicações é complexo e difícil, dado que são necessários identificar o paralelismo existente nestas aplicações, e providenciar as comunicações necessárias. Neste trabalho, é apresentada uma proposta de metodologia de análise e predição de desempenho de programas paralelos, implementados com interface de passagem de mensagem (MPI), em ambientes de redes de estações de trabalho. É definida neste trabalho uma extensão da classe de grafos de tempo T-graph, denominado T-graph*, que representa, em alto nível, os programas paralelos instrumentados com MPI no nível de grafos. Com a construção de um grafo nesta classe, é possível conhecer o fluxo da execução do programa, do ponto de vista algorítmico. Ainda, é definida uma outra classe de grafos, denominada DP*Graph, que representa os programas paralelos com alto grau de detalhes, como mostrar de forma clara pontos de ocorrência de comunicação entre os nós de processamento do sistema computacional. Em paralelo com recursos e técnicas de modelagem analítica, são definidas estratégias para a avaliação de desempenho dos sistemas computacionais envolvidos. Uma vez obtidas as representações em grafos do programa paralelo e junto com as modelagens já refinadas e definidas, é possível efetuar avaliações necessárias e obter assim predições de desempenho, baseadas em dados experimentais obtidos previamente. Finalmente, os resultados experimentais obtidos mostram a viabilidade da metodologia definida nesta proposta, tanto a sua utilização e quanto à coerência das estratégias aplicadas neste trabalho. / Distributed processing has been widely used to improve the performance of applications that highly demand computational power. Different distributed architectures and topologies have been used in a search for high performance, providing further the necessary resource for the parallelism exploitation present in the applications. The ease to build high performance computer systems, by interconnecting workstations using a high speed network, together with relatively low cost and IC technology advances, it\'s possible to assembly a low cost computer network for the execution of parallel applications. Due to this fact, several applications and software systems for network of workstations have been developed, aiming the integration of distributed components for the aggregation of their processing power. Unfortunately, the process of application developing is complex and difficult, given that it is necessary identify the existing parallelism in these applications, and provide the communication needed. The control of multiple processes and their interactions are the main reasons for such complexity. It is shown, in this work, a methodology proposal for the performance analysis and prediction of parallel programs, implemented with message passing interface (MPI) in a network of workstations environment. We define, still in this work, an extension for T-graph (timing graphs), named T-graph*, a newer class of graphs from which we can represent parallel programs with MPI functions by using timing graphs. Together with resources and analytical modeling techniques, strategies are defined for the performance evaluation of computer systems involved. Once obtained the graph representation of a parallel program, in parallel with defined and refined models designed, it is possible to proceed with necessary evaluations and from this, performance prediction data, based on the experimental data obtained previously. Finally, experimental results obtained show the viability of the methodology proposed in this research, coherent strategies applied in this work and also, correct utilization of the techniques.

Os mercados estão se tornando independentes de barreiras geográficas e as indústrias têm procurado novas configurações de sistemas produtivos (SPs), passando de estruturas centralizadas para estruturas distribuídas, deslocando suas plantas produtivas para países com reservas de energia e baixos custos operacionais. Para permitir a coordenação e gerenciamento deste tipo de SP disperso, aproveita-se dos avanços das tecnologias mecatrônicas e de informação, as quais permitem uma maior cooperação entre as partes do sistema e entre os atores (clientes, operadores, administradores, etc.) envolvidos. Cada parte do SP disperso que também é um SP tem seu grau de autonomia operacional. Esse tipo de sistema apresenta novos problemas de integração e coordenação de componentes, que têm que ser superados para se chegar a uma efetiva implementação. A falta de dados de testes já realizados com estruturas distribuídas dificulta o desenvolvimento prático de SPs dispersos. Este trabalho inicialmente adota uma arquitetura de controle para a negociação entre usuários de um SP disperso. Para a implementação da arquitetura foram desenvolvidos modelos computacionais explorando o potencial da rede de Petri e do PFS (production flow schema) para sistematizar a construção dos modelos. Pela análise dos modelos com base nas propriedades da rede de Petri avaliou-se a arquitetura de controle e estabeleceu-se as especificações que foram adotadas para sua implementação prática. A implementação e os testes foram realizados considerando os subsistemas autônomos de um sistema flexível de montagem que emula um SP disperso. Os estudos, análises e testes realizados foram fundamentais para adquirir maior experiência prática relacionado a concepção, projeto, implementação e operação de arquiteturas de controle distribuído aplicadas a SPs dispersos. / The markets are becoming independent of geographic and industry have sought new configurations of productive systems, from centralized structures to distributed structures, shifting their production plants to countries with energy reserves and low operating costs. To allow the coordination and management of this type of dispersed productive system, takes advantage of advances in mechatronics and information technologies, which allow greater cooperation between parts of the system and among stakeholders (customers, operators, administrators, etc.) involved. Each part of disperse productive system, that is also a productive system, has its own level of operational autonomy. This type of system presents new problems of integration and coordination of components that must be overcome to achieve effective implementation. The lack of data from tests already carried out with distributed structures hinders the practical development of disperse productive systems. This work initially adopts a control architecture for negotiation between users of a disperse productive system. For the implementation of the architecture were developed computational models exploring the potential of Petri networks (PN) and the production flow schema (PFS) to systematize the construction of models. For the analysis of models based on the PN properties we evaluated the control architecture and established the specifications that were used for its practical implementation. The implementation and the tests were performed considering the autonomous subsystems of a flexible mounting system that emulates a disperse productive system. The studies, analysis and tests were essential to acquire more practical experience related to conception, design, implementation and operation of distributed control architectures applied to disperse productive systems.

O avanço na tecnologia de hardware está permitindo que máquinas SMP de 2 a 8 processadores estejam disponíveis a um custo cada vez menor, possibilitando que a incorporação de tais máquinas em aglomerados de PC's ou até mesmo a composição de um aglomerado de SMP's sejam alternativas cada vez mais viáveis para computação de alto desempenho. O grande desafio é extrair o potencial que tal conjunto de máquinas oferece. Uma alternativa é usar um paradigma híbrido de programação para aproveitar a arquitetura de memória compartilhada através de multihreadeing e utilizar o modelo de troca de mensagens para comunicação entre os nós. Contudo, essa estratégia impõe uma tarefa árdua e pouco produtiva para o programador da aplicação. Este trabalho apresenta o sistema CPAR- Cluster que oferece uma abstração de memória compartilhada no topo de um aglomerado formado por nós mono e multiprocessadores. O sistema é implementado no nível de biblioteca e não faz uso de recursos especiais tais como hardware especializado ou alteração na camada de sistema operacional. Serão apresentados os modelos, estratégias, questões de implementação e os resultados obtidos através de testes realizados com a ferramenta e que apresentaram comportamento esperado. / The advance in hardware technologies is making small configuration SMP machines (from 2 to 8 processors) available at a low cost. For this reason, the inclusion of an SMP node into a cluster of PCs or even clusters of SMPs are becoming viable alternatives for high performance computing. The challenge is the exploitation of the computational resources that these platforms provide. A Hybrid programming paradigm which uses shared memory architecture through multihreading and also message passing model for inter node communication is an alternative. However, programming in such paradigm is very hard. This thesis presents CPAR- Cluster, a runtime system, that provides shared memory abstraction on top of a cluster composed by mono and multiprocessor nodes. Its implementation is at the library level and doesn't require special resources such as particular hardware or operating system moditfications. Models, strategies, implementation aspects and results will be presented.

O avanço na tecnologia de hardware está permitindo que máquinas SMP de 2 a 8 processadores estejam disponíveis a um custo cada vez menor, possibilitando que a incorporação de tais máquinas em aglomerados de PC's ou até mesmo a composição de um aglomerado de SMP's sejam alternativas cada vez mais viáveis para computação de alto desempenho. O grande desafio é extrair o potencial que tal conjunto de máquinas oferece. Uma alternativa é usar um paradigma híbrido de programação para aproveitar a arquitetura de memória compartilhada através de multihreadeing e utilizar o modelo de troca de mensagens para comunicação entre os nós. Contudo, essa estratégia impõe uma tarefa árdua e pouco produtiva para o programador da aplicação. Este trabalho apresenta o sistema CPAR- Cluster que oferece uma abstração de memória compartilhada no topo de um aglomerado formado por nós mono e multiprocessadores. O sistema é implementado no nível de biblioteca e não faz uso de recursos especiais tais como hardware especializado ou alteração na camada de sistema operacional. Serão apresentados os modelos, estratégias, questões de implementação e os resultados obtidos através de testes realizados com a ferramenta e que apresentaram comportamento esperado. / The advance in hardware technologies is making small configuration SMP machines (from 2 to 8 processors) available at a low cost. For this reason, the inclusion of an SMP node into a cluster of PCs or even clusters of SMPs are becoming viable alternatives for high performance computing. The challenge is the exploitation of the computational resources that these platforms provide. A Hybrid programming paradigm which uses shared memory architecture through multihreading and also message passing model for inter node communication is an alternative. However, programming in such paradigm is very hard. This thesis presents CPAR- Cluster, a runtime system, that provides shared memory abstraction on top of a cluster composed by mono and multiprocessor nodes. Its implementation is at the library level and doesn't require special resources such as particular hardware or operating system moditfications. Models, strategies, implementation aspects and results will be presented.