O Teste Baseado em Modelos (TBM) emergiu como uma estratégia promissora para minimizar problemas relacionados à falta de tempo e recursos em teste de software e visa verificar se a implementação sob teste está em conformidade com sua especificação. Casos de teste são gerados automaticamente a partir de modelos comportamentais produzidos durante o ciclo de desenvolvimento de software. Entre as técnicas de modelagem existentes, Sistemas de Transição com Entrada/Saída (do inglês, Input/Output Transition Systems - IOTSs), são modelos amplamente utilizados no TBM por serem mais expressivos do que Máquinas de Estado Finito (MEFs). Apesar dos métodos existentes para geração de testes a partir de IOTSs, o problema da seleção de casos de testes é um tópico difícil e importante. Os métodos existentes para IOTS são não-determinísticos, ao contrário da teoria existente para MEFs, que fornece garantia de cobertura completa com base em um modelo de defeitos. Esta tese investiga a aplicação de modelos de defeitos em métodos determinísticos de geração de testes a partir de IOTSs. Foi proposto um método para geração de conjuntos de teste com base no método W para MEFs. O método gera conjuntos de teste de forma determinística além de satisfazer condições de suficiência de cobertura da especificação e de todos os defeitos do domínio de defeitos definido. Estudos empíricos avaliaram a aplicabilidade e eficácia do método proposto: resultados experimentais para analisar o custo de geração de conjuntos de teste utilizando IOTSs gerados aleatoriamente e um estudo de caso com especificações da indústria mostram a efetividade dos conjuntos gerados em relação ao método tradicional de Tretmans. / Model-Based Testing (MBT) has emerged as a promising strategy for the minimization of problems related to time and resource limitations in software testing and aims at checking whether the implementation under test is in compliance with its specification. Test cases are automatically generated from behavioral models produced during the software development life cycle. Among the existing modeling techniques, Input/Output Transition Systems (IOTSs) have been widely used in MBT because they are more expressive than Finite State Machines (FSMs). Despite the existence of test generation methods for IOTSs, the problem of selection of test cases is an important and difficult topic. The current methods for IOTSs are non-deterministic, in contrast to the existing theory for FSMs that provides complete fault coverage guarantee based on a fault model. This manuscript addresses the application of fault models to deterministic test generation methods from IOTSs. A method for the test suite generation based on W method for FSMs is proposed for IOTSs. It generates test suites in a deterministic way and also satisfies sufficient conditions of specification coverage and all faults in a given fault domain. Empirical studies evaluated its applicability and effectiveness. Experimental results for the analyses of the cost of test suite generation by random IOTSs and a case study with specifications from the industry show the effectiveness of the test suites generated in relation to the traditional method of Tretmans.

Métodos baseados em grafos consistem em uma poderosa forma de representação e abstração de dados que proporcionam, dentre outras vantagens, representar relações topológicas, visualizar estruturas, representar grupos de dados com formatos distintos, bem como, fornecer medidas alternativas para caracterizar os dados. Esse tipo de abordagem tem sido cada vez mais considerada para solucionar problemas de aprendizado de máquina, principalmente no aprendizado não supervisionado, como agrupamento de dados, e mais recentemente, no aprendizado semissupervisionado. No aprendizado supervisionado, por outro lado, o uso de algoritmos baseados em grafos ainda tem sido pouco explorado na literatura. Este trabalho apresenta um algoritmo não paramétrico baseado em grafos para problemas de classificação com distribuição estacionária, bem como sua extensão para problemas que apresentam distribuição não estacionária. O algoritmo desenvolvido baseia-se em dois conceitos, a saber, 1) em uma estrutura chamada grafo K-associado ótimo, que representa o conjunto de treinamento como um grafo esparso e dividido em componentes; e 2) na medida de pureza de cada componente, que utiliza a estrutura do grafo para determinar o nível de mistura local dos dados em relação às suas classes. O trabalho também considera problemas de classificação que apresentam alteração na distribuição de novos dados. Este problema caracteriza a mudança de conceito e degrada o desempenho do classificador. De modo que, para manter bom desempenho, é necessário que o classificador continue aprendendo durante a fase de aplicação, por exemplo, por meio de aprendizado incremental. Resultados experimentais sugerem que ambas as abordagens apresentam vantagens na classificação de dados em relação aos algoritmos testados / Graph-based methods consist in a powerful form for data representation and abstraction which provides, among others advantages, representing topological relations, visualizing structures, representing groups of data with distinct formats, as well as, supplying alternative measures to characterize data. Such approach has been each time more considered to solve machine learning related problems, mainly concerning unsupervised learning, like clustering, and recently, semi-supervised learning. However, graph-based solutions for supervised learning tasks still remain underexplored in literature. This work presents a non-parametric graph-based algorithm suitable for classification problems with stationary distribution, as well as its extension to cope with problems of non-stationary distributed data. The developed algorithm relies on the following concepts, 1) a graph structure called optimal K-associated graph, which represents the training set as a sparse graph separated into components; and 2) the purity measure for each component, which uses the graph structure to determine local data mixture level in relation to their classes. This work also considers classification problems that exhibit modification on distribution of data flow. This problem qualifies concept drift and worsens any static classifier performance. Hence, in order to maintain accuracy performance, it is necessary for the classifier to keep learning during application phase, for example, by implementing incremental learning. Experimental results, concerning both algorithms, suggest that they had presented advantages over the tested algorithms on data classification tasks

A Web 2.0 alterou o desenvolvimento de aplicações para internet. Contudo, os pesquisadores e desenvolvedores ainda replicam as ideias uns dos outros com pouco reuso. Esse cenário ilustra a necessidade de uma engenharia de domínio, na qual as similaridades e as variabilidades de uma família de aplicações são identificadas e documentadas, com a finalidade de obter o reuso dos componentes desenvolvidos. Neste trabalho, e feita uma engenharia de domínio para Redes Sociais na Web 2.0, com o foco nas funcionalidades colaborativas relativas ao compartilhamento de conteúdo. Como método, e utilizado o FODA (Feature Oriented Domain Analysis) adaptado com o modelo 3C de colaboração para classificar e padrões para interação mediada por computador para descrever as funcionalidades colaborativas. No modelo 3C, a colaboração e analisada a partir da comunicação, coordenação e cooperacao, e padroes descrevem e detalham o contexto de uso das funcionalidades levantadas. Para a implementação das funcionalidades colaborativas comuns nessas aplicações, são desenvolvidos componentes de software compatíveis com a plataforma Groupware Workbench. Um experimento foi realizado para avaliar os artefatos gerados na engenharia de domínio e um estudo de caso para avaliar a aplicabilidade e abrangência dos componentes desenvolvidos em um contexto real, a rede social para compartilhamento de imagens de arquitetura, chamada Arquigrafia Brasil. Os experimentos e o estudo de caso indicaram que os artefatos gerados são reusáveis, uteis e abrangem boa parte das funcionalidades presentes nas redes sociais atuais. / The Web 2.0 changed the development of internet applications. However, researchers and developers replicate each other ideas with low reuse. This scenario illustrates the necessity of a domain engineering, in which the communalities and variabilities of a family of applications are identified and documented. In this work, a domain engineering was applied on social networks in Web 2.0, focusing on collaborative features related to content sharing. We used, as a method, the FODA (Feature Oriented Domain Analysis) adapted with 3C collaboration model to classify and patterns for computer-mediated interaction to describe the collaborative features. To implement the commons features of these applications, a component kit compatible with an infrastructure named Groupware Workbench was defined and developed. An experiment was done to evaluate the artifacts generated by the domain engineering and a case study was done to evaluate coverage and applicability of the developed components in a real context, a social network for architectural images sharing named Arquigrafia Brasil. The experiment and the case study showed that the generated artifacts are reusable, useful and cover a representative part of the social networks collaborative features.

A tecnologia de componentes de software é propícia para encapsular questões técnicas de implementação e favorecer o reúso entre aplicações, o que é particularmente relevante no desenvolvimento de aplicações colaborativas na Web. Este trabalho utiliza a plataforma Groupware Workbench nesse contexto. A aplicação social Arquigrafia foi a principal motivadora dessa evolução. O Arquigrafia é um ambiente colaborativo para o estudo de arquitetura e compartilhamento de imagens fortemente baseado em colaboração e inteligência coletiva. Como o conceito de inteligência coletiva é muito amplo e mal definido, foi realizada uma análise de domínio e uma classificação das técnicas e seus usos nos sistemas atuais. Também foi feito o mapeamento e a implementação das funcionalidades do Arquigrafia em componentes do Groupware Workbench e executada uma avaliação da plataforma em quatro vertentes, sendo elas: arquitetura de componentes; suporte à colaboração; arquitetura técnica; e percepção dos desenvolvedores. Limitações tecnológicas e conceituais foram identificadas, como por exemplo, o modelo de mapeamento objeto-relacional e questões ligadas à flexibilidade. Essas limitações e colocações foram tratadas e avaliadas na plataforma, resultando em melhorias na arquitetura dos componentes e na simplificação do código. O Groupware Workbench no geral mostrou-se viável para o desenvolvimento de uma aplicação colaborativa real na Web 2.0. / Software components technology is favorable to encapsulate implementation technical issues and encourage the reuse among applications. These characteristics are particularly relevant in the development of web-based collaborative applications. This work evaluates and evolves the Groupware Workbench platform in this context. The social application Arquigrafia was the main motivation for this evolution. Arquigrafia is a collaborative environment for the study of architecture and image sharing strongly based on collaboration and collective intelligence. Since the concept of collective intelligence is very broad, we performed a domain analysis and a classification of its use in current systems. We also implemented the Arquigrafia features using Groupware Workbench components and evaluated the platform in four areas: components architecture; collaboration support; technical architecture; and developers perspective. We identified technological and conceptual limitations, as for example, the adopted object-relational mapping model and issues related to the flexibility of the platform. These limitations were treated and evaluated. We noted improvements in the architecture of the components and code simplification. As a result, the Groupware Workbench was a feasible solution for developing the Arquigrafia application.

As questões ambientais são variáveis estratégicas para as organizações do século XXI, pois pressionadas pela legislação ambiental com nível de exigência crescente - exigindo responsabilidades cada vez maiores para as fases finais do ciclo de vida dos produtos - e a sociedade não mais aceitando os custos dos impactos ambientais causados pela ação industrial - as externalidades - impulsionam as empresas a melhorar o desempenho ambiental de seus produtos e processos. É neste ambiente de mudanças que se torna necessário aos gestores e àqueles que tomam decisões conhecer e evidenciar os gastos ambientais em todo o ciclo de vida dos produtos comercializados. Por estes motivos apresentados é que este trabalho trata da evidenciação dos gastos ambientais no ciclo de vida do produto através da aplicação do método de custeio baseado em atividades e subsidiada pela realização de uma pesquisa-ação em uma empresa do setor eletrônico. A escolha do setor eletrônico se deve ao fato de que ao longo dos últimos 5 anos a legislação ambiental internacional de forma impositiva obrigou as companhias a alterar a composição de produtos - pelo banimento de diversas substâncias tóxicas, e a mudar processos - instituição obrigatória de índices de reciclagem por exemplo. Toda esta revolução foi acompanhada de perto pelo pesquisador, por isso a escolha da pesquisa-ação como metodologia, pois propiciou a modelagem de uma proposta de um método para a evidenciação dos gastos ambientais em todo o ciclo de vida do produto. / The environmental questions are strategical variables for the organizations in this century, therefore pressured by the increasing requirement level of the environmental legislation - which demands more responsibilities from the final phases of the products lifecycle - and the society, which is no longer accepting the costs of environmental impacts caused by the industrial actions - the externalities -, stimulating the companies to improve their products and processes environmental performance. This changing situation is the place where managers and other decision makers are asked to know and to evidence the environmental costs in all their traded products. It is because of these reasons that this work deals with the discovery of evidences of environmental costs in products lifecycle, by means of an application of the activity-based cost method, carried out according to the action research methodology in a company of the electronic segment. The choice of the electronic segment is due to the fact that in the last five years the international environmental legislation compelled these companies to change their products composition - by means of banishment of diverse toxic substances, and also to change their processes - by means of the institution of higher recycling rates, for example. All this revolution was closely followed by the researcher. This fact can explain the choice of action research methodology, which provided the proposal of a method for the evidence discovery of environment costs in the product lifecycle.

[pt] Este trabalho analisa um mercado de eletricidade em que os geradores declaram funções de custo quadráticas para o operador da rede e também suas disponibilidades máximas de produção. O operador, então, determina as quantidades a serem produzidas por cada gerador de modo a atender a uma demanda inelástica, ao menor custo possível. Estabelecem-se alguns resultados que permitem computar os equilíbrios de Nash deste modelo e descrevem-se algumas de suas propriedades, tais como condições de existência. / [en] This work analyzes an electricity market in which generators declare quadratic cost functions for the grid operator and also the maximum capacity available. The operator then determines the quantities that each generator must produce to meet an inelastic demand at the lowest possible cost. Some results are established that allow computing the Nash equilibria of this model and some of their properties are described, such as existence conditions.

[pt] Aplicações em Internet das Coisas (IoT) baseadas em agentes têm surgido como aplicações que podem envolver sensores, dispositivos sem fio, máquinas e softwares que podem compartilhar dados e que podem ser acessados remotamente. Essas aplicações vêm sendo propostas em vários domínios de aplicação, incluindo cuidados em saúde, cidades inteligentes e agricultura. Uma terminologia comumente utilizada para representar agentes embarcados inteligentes é embodied agents, a qual é proposta esse trabalho para projetar agentes para o domínio de IoT. Embodied agents significa agentes que possuem corpo, o qual pode ser definido pelos tipos de sensores e atuadores, e controlador, normalmente representada por uma rede neural artificial. Apesar da capacidade de reconfiguração ser essencial para embodied agents inteligentes, existem poucas tecnologias para suportar sistemas reconfigurfuaveis. Além disso, é necessário novas abordagens para lidar com as variabilidades dos agentes e do ambiente, e novos procedimentos para investigar a relação o entre o corpo e o controlador de um embodied agent, assim como as interações entre as mudanças do agente e do ambiente. Além da variabilidade do corpo e do controlador desses agentes, a exemplo do número e tipos de sensores, assim como o número de camadas e tipos de função de ativação para a rede neural, também é preciso lidar com a variabilidade do ambiente em que esses agentes estão situados. A fifim de entender melhor e esclarecer os conceitos de embodied agents, este trabalho apresenta um modelo de referência para embodied agents autoconfifiguráveis de IoT. A partir desse modelo de referência, três abordagens foram criadas para projetar e testar agentes embarcados reconfifiguráeis: i) um software framework para o desenvolvimento de embodied agents no domínio de internet das coisas; ii) uma arquitetura para configurar o corpo e controlador dos agentes de acordo com as variantes do ambiente; e iii) uma ferramenta para testar embodied agents. As abordagens foram avaliadas através de estudos de caso e experimentos em diferentes domínios de aplicação. / [en] Agent-based Internet of Things (IoT) applications have recently emerged as applications that can involve sensors, wireless devices, machines and software that can exchange data and be accessed remotely. Such applications have been proposed in several domains including health care, smart cities and agriculture. Embodied Agents is a term used to denote intelligent embedded agents, which we use to design agents to the IoT domain. Each agent is provided with a body that has sensors to collect data from the environment and actuators to interact with the environment, and a controller that is usually represented by an artificial neural network. Because reconfigurable behavior is key for autonomous embodied agents, there is a spectrum of approaches to support system reconfigurations. However, there is a need for approaches to handle agents and environment variability, and for a broad spectrum of procedures to investigate the relationship between the body and the controller of an embodied agent, as the interaction between the agent and the environment changes. In addition to the body and controller variability of these agents, such as those variations related to the number and types of sensors as well as the number of layers and types of activation function for the neural network, it is also necessary to deal with the variability of the environment in which these agents are situated. A discussion of the embodied agents should have some formal basis in order to clarify these concepts. Notwithstanding, this thesis presents a reference model for selfcon figurable IoT embodied agents. Based on this reference model, we have created three approaches to design and test self-configurable IoT embodied agents: i) a software framework for the development of embodied agents to the Internet of Things (IoT) applications; ii) an architecture to configure the body and controller of the agents based on environment variants; and iii) a tool for testing embodied agents. To evaluate these approaches, we have conducted diffierent case studies and experiments in difierent application domains.

[pt] A crescente demanda por sistemas de transporte autônomos e inteligentes exige o desenvolvimento de técnicas avançadas de controle e estimativa, visando garantir operações seguras e eficientes. Devido à natureza não linear da dinâmica veicular e seus fenômenos característicos, os métodos clássicos de estimativa e controle podem não alcançar resultados adequados, o que incentiva a pesquisa de novos algoritmos. Por algumas contribuições, a primeira parte deste trabalho trata de algoritmos de estimação, tanto para identificação de parâmetros invariantes no tempo, quanto para estimação de estados e parâmetros variantes no tempo. Especial destaque é dados aos algoritmos de Estimação de Estados por Horizonte Móvel (MHSE), que se apresenta como robusto e preciso, devido ao problema de otimização com restrição em que se baseia. Este algoritmo é avaliado em dinâmica longitudinal de veículos, para estimativa de deslizamento longitudinal e coeficiente de atrito pneu-estrada. Apesar de sua eficiência, o alto custo computacional torna necessária a busca por alternativas sub-ótimas, e o emprego de Redes Neurais que mapeiam os resultados da otimização é uma solução promissora, que é tratada como Estimação por Horizonte Móvel com Redes Neurais (NNMHE). O NNMHE é avaliado em uma estimativa do estado de carga (SOC) de baterias para veículos elétricos, demonstrando, através de dados experimentais, que o NNMHE emula com precisão o problema de otimização e a literatura indica sua aplicação efetiva em hardwares embarcados. Por fim, é apresentada uma contribuição sobre o controle preditivo baseado em modelo não linear (NMPC). É proposto e avaliado seu uso compondo uma nova estrutura de controle hierárquica para veículos elétricos com motores independentes nas rodas, através do qual é possível controlar adequadamente o veículo em tarefas de rastreamento de velocidade e trajetória, com reduzido esforço computacional. O controle é avaliado usando dados experimentais de pneus obtidos, que aproximam a simulação de situações reais. / [en] The rising demand of autonomous and intelligent transportation systems requires the development of advanced control and estimation techniques, aiming to ensure safety and efficient operations. Due to the nonlinear nature of vehicle dynamics and its characteristic phenomena, classical estimation and control methods may not achieve adequate results, which encourages the research of novel algorithms. By some contributions, the first part of this work deals with estimation algorithms, both for identification of time invariant parameters and for estimation of states and time varying parameters. Special emphasis is given to Moving-Horizon State Estimation (MHSE), which is presented to be robust and accurate, due to the constrained optimization problem on which it is based. This algorithm is evaluated in vehicle longitudinal dynamics, for slip and tire-road friction estimation. Despite its efficiency, the high computational cost makes it necessary to search for suboptimal alternatives, and the employ of a Neural Networks that maps the optimization results is a promising solution, which is treated as Neural Networks Moving-Horizon Estimation (NNMHE). The NNMHE is evaluated on a state-of-charge (SOC) estimation of batteries for electric vehicles, demonstrating, through experimental data, that the NNMHE emulates accurately the optimization problem, and the literature indicates its effectively application on embedded hardware. Finally, a contribution about Nonlinear Model-based Predictive Control (NMPC) is presented. It is proposed and evaluated its use compounding a novel hierarchical control framework for electric vehicles with independent in-wheel motors, through which it is possible to adequately control the vehicle on velocity and path tracking tasks, with reduced computational effort. The control is evaluated using experimental obtained tire data, which approaches the simulation to real situations.

[pt] Nas últimas décadas, grandes investimentos foram feitos no desenvolvimento de modelos e métodos numéricos para prever e analisar os diferentes aspectos do processo de recuperação de óleo e gás. Neste contexto, os simuladores modernos devem ser capazes de incorporar uma grande variedade de opções para responder questões relacionadas ao gerenciamento de reservatórios de forma rápida e precisa. Neste trabalho, nós apresentamos um simulador de reservatórios baseado em uma arquitetura de plugins, onde diferentes formulações, solvers e modelos podem ser desenvolvidos, estendidos e aprimorados. A partir desta abordagem, utilizamos o modelo black-oil para implementar técnicas tradicionais e do estado da arte, como os métodos totalmente e adaptativamente implícito, os métodos de Newton-Raphson e Newton Inexato, controladores heurístico e PID para passo de tempo adaptativo e aproximações de fluxo de um ponto baseados no potencial de fase tradicional e C1-contínuo. Diversas configurações de plugins foram testadas e validadas com simuladores comerciais e seus desempenhos foram utilizados para determinar quais as mais adequadas para resolver problemas de escoamento multifásico. / [en] During the last decades, large investments were made towards the development of numerical models and methods to forecast and analyze the different aspects of oil and gas recovery. In this context, modern simulators must be able to incorporate a wide variety of options to answer questions related to reservoir management accurately and effectively. In this work, we present a reservoir simulator based on a plugin architecture, where different formulations, solvers, and models can be developed, extended, and enhanced. With this approach, we use the black-oil model to implement traditional and state-of-the-art techniques, including fully- and adaptiveimplicit methods, heuristic and PID time-step controllers, Newton-Raphson and Inexact Newton, and C1-continuous and conventional phase-potential single-point upstream weighting. Several plugin configurations were tested and validated with commercial simulators, and their performances were used to determine which are the most suitable to solve multiphase flow problems.

[pt] Os avanços da Robótica nas últimas décadas permitem um aumento nas gamas de aplicações de manipuladores robóticos em diversos setores da indústria. Isto, impacta diretamente a interação Homem-Robô (HRI), resultando em um aumento de tarefas que requerem compartilhamento de ambiente de trabalho, desempenho de segurança e a habilidade de detecção de contato do manipulador robótico. Consequentemente, métodos de controle capazes de prever contato, controlar força ou trajetória para evitar danos durante colisões se tornam cada vez mais necessários seja por questões de segurança ou de desempenho. Separando a dinâmica de um manipulador de um único elo em dois modos, sendo eles modo de controle de posição (modo livre) e modo de controle de torque (modo de contato), a primeira parte desta dissertação, lida com o problema de estimação de estados para detecção do modo ativo através da implementação do método de Estimação de Estados de Horizonte móvel com Redes Neurais (NNMHSE). A efetividade do método de estimação proposto é avaliada através da comparação dos estados e modos gerados pelo MHSE e dos estimados pela Rede Neural. Este método apresentou baixos valores de RMSE, altos valores de R(2), e uma redução do tempo de processamento do algoritmo de estimação. A segunda parte desta dissertação lida com o problema de controle de posição e força chaveado para um manipulador robótico não linear, aplicando Controle Preditivo Baseado em Modelo (MPC). O algoritmo MPC chaveado implementado mostrou-se capaz de controlar efetivamente ambos os modos do sistema apresentando baixo erro na predição, aproximadamente 2 por cento no modo de controle de posição e 0.5 por cento no modo de controle de torque, mesmo considerando alterações cíclicas nos modos. Ambos os métodos provam ser adequados para controle de manipuladores robóticos colocalizados com seres humanos ou em ambientes desestruturados por meio da detecção do modo de operação e do controle chaveado posição-torque. / [en] The advances in Robotics in recent decades allow a growing range of robotic manipulator applications in various industry sectors. This directly impacts Human-Robot Interaction (HRI), increasing tasks that require a shared work environment, safety performance, and the contact detection ability of the robotic manipulator. Consequently, control methods capable of predicting contact, and controlling force or trajectory to avoid damage during collisions become increasingly necessary either for safety or performance reasons. Separating the dynamics of a single-link manipulator into two modes, namely position control mode (free mode) and torque control mode (contact mode), the first part of this dissertation deals with the estimation problem of states for active mode detection through the implementation of the Moving Horizon State Estimation with Neural Networks (NNMHSE) method. The effectiveness of the proposed estimation method is evaluated by comparing the states and modes generated by the MHSE and those estimated by the Neural Network. This method showed low RMSE values, high values of R(2), and a reduction in the processing time of the estimation algorithm. The second part of this dissertation deals with the position and force switching problem for a non-linear robotic manipulator, applying Model-Based Predictive Control (MPC). The implemented switched MPC algorithm effectively controlled both modes of the system, presenting low prediction error, approximately 2 percent in position control mode and 0.5 percent in torque control mode, even considering cyclical changes in the modes. Both methods prove to be suitable for controlling co-located robotic manipulators with humans or in unstructured environments through operation mode detection and position-torque switching control.