As empresas de manufatura, nos dias atuais, estão incessantemente em busca de redução de custos, motivadas pela concorrência e competição, que são características fortes da globalização. No Sistema Toyota de Produção (OHNO, 1988) é ressaltada a questão dos sete desperdícios que podem existir em um processo e que, consequentemente, geram custos no produto sem, contudo agregar valor ao mesmo. Um dos desperdícios mais comumente encontrados são os do fluxo do produto semiacabado (WIP), matéria-prima ou produto acabado. O estudo de Layout visa otimizar a disposição dos recursos dentro de um processo de modo a minimizar, entre outros, o fluxo de materiais. O presente estudo visa apresentar um caso real de uma grande empresa de autopeças na região de Curitiba, PR, que gasta milhões por ano em mudanças de Layout. O objeto de estudo é a linha de montagem de um determinado componente que esta empresa fabrica. Através do uso de Métodos Heurísticos propõe-se uma abordagem para a otimização do Layout desta linha de montagem. Esta abordagem foi dividida em duas etapas. Na primeira etapa, foi resolvido o problema de formação de células (visando melhorar os tempos computacionais, bem como a qualidade da solução), visando associar as máquinas disponíveis às peças a serem fabricadas. Na segunda etapa, resolve-se o problema de otimização do layout, considerando as associações de máquinas às peças feitas na primeira etapa. Nas duas etapas testou-se o uso de uma abordagem meta-heurística (busca tabu) híbrida, bem como o método exato denominado Branch-and-Bound (este na primeira etapa), para resolver o problema. Os resultados encontrados no arranjo físico das máquinas mostraram-se bastante promissores. / Nowadays, the manufacturing enterprises are constantly looking for costs reduction, driven by rivalry and competition, which are strong globalization characteristics. In the Toyota Production System (OHNO, 1988), are highlighted the seven wastes which can exist in a manufacturing process and that, consequently, generate costs to the product without, however, adding value to it. Some commonly found wastes are the work-in-process (WIP), raw material or finished products flow wastes. The layout study aims to optimize the layout of facilities inside a process to minimize, among others, the materials flow. This study aims to present a real case of a huge auto parts manufacturer enterprise located in Curitiba, PR, which spends millions a year on layout changes. The object of study is the assembly line of a specifical component that this company manufactures. Using Heuristic methods, it proposes an approach for the layout optimizing of this assembly line. This approach was divided in two stages: in the first one, the cell formation problem (in order to improve the computational time, as well as the solution quality) was solved in order to associate machines to parts. In the second stage, the layout optimizing problem is solved, considering the combination of machines to parts (made in first stage). In both stages the hybrid meta-heuristics approach (tabu search), as well as the Exact method so called Branch-and-Bound (this on first stage), were tested to solve this problem. The results found on layout of facilities were quite promising.

CAPES / Neste trabalho são apresentados os resultados numéricos e experimentais de refratômetros baseados em redes de Bragg produzidos em fibras óticas multimodo. O desempenho dessas redes é comparado com o desempenho de redes tradicionais gravadas em fibras óticas monomodo. Para que as redes apresentem sensibilidade ao índice de refração elas são submetidas à corrosão química e após esse processo a fibra ótica monomodo apresentou um diâmetro de (18,08 ± 0,01) m, enquanto que a fibra ótica multimodo apresentou um diâmetro de (17,10 ± 0,10) m. Os resultados deste estudo mostraram que as redes de Bragg gravadas em fibras óticas multimodo apresentaram maior sensibilidade ao índice de refração externo, bem como maior faixa dinâmica, em relação às redes gravadas em fibras óticas monomodo. Determinou-se experimentalmente uma sensibilidade de 41,9 nm/UIR para a rede gravada em fibra multimodo, contra uma sensibilidade de 1,3 nm/UIR para a rede gravada em fibra monomodo, sendo que tais sensibilidades foram obtidas para um índice de refração de 1,4656. O uso de fibras óticas multimodo conferiu maior sensibilidade ao sistema, além de ter proporcionado aumento da robustez mecânica em função dos maiores diâmetros empregados, quando comparados às fibras óticas monomodo com sensibilidade similares. Os dispositivos estudados foram aplicados na determinação da concentração de óleo vegetal na mistura óleo-biodiesel, que é um dos parâmetros de qualidade do processo de produção e distribuição do combustível. Os resultados obtidos mostram que utilizando o modo 1 é possível obter uma resolução de 2,11% v/v quando a concentração de óleo se aproxima de 0,00% e 0,28% v/v para 70% v/v de concentração de óleo. Caso a análise seja realizada utilizando o modo 2 a resolução obtida é de 1,37% v/v quando a concentração de óleo se aproxima de 0,00% e 0,13% v/v para 60,51% v/v de concentração de óleo. / In this work are reported the experimental and numerical results of a refractometer based on fiber Bragg gratings produced on multimode optical fibers. The performance of the gratings inscribed in multimode optical fibers is compared with the gratings inscribed in single mode optical fibers. In order to become sensitive to the external refractive index, the gratings were subdued to a chemical etching process, after which the single mode fiber presented a (18.08 ± 0.01) m diameter while the multimode fiber presented a (17.10 ± 0.10) m diameter. The results of this study showed that the gratings inscribed in multimode optical fibers presented a higher sensitivity to the external refractive index, and a broader dynamic range as well, when compared with the gratings inscribed in single mode optical fibers. Experimental results showed a 41.9 nm/RIU sensitivity for gratings inscribed in multimode optical fibers and a 1.3 nm/RIU sensitivity for gratings inscribed in single mode optical fibers, being both fibers exposed to a 1.4656 external refractive index. Multimode optical fibers provided an increase in the system sensitivity, and a mechanical robustness improvement as well, due to the higher optical fibers diameters employed when compared with single mode optical fibers with similar sensitivities. The devices were used to determine the vegetal oil concentration of oil-biodiesel blends, which stands as a quality parameter for the fuel production and distribution. The results showed that the mode 1 allowed a resolution of 2.11% v/v for 0.00 % of oil concentration and 0.28 % v/v when oil concentration was 70.00% v/v. Analysis performed with mode 2 showed a resolution of 1.37% v/v for 0.00 % of oil concentration and 0.13 % v/v when oil concentration was 60.51% v/v.

CAPES / This master thesis presents the further development of a galvanic vestibular stimulator for use in fMRI examinations developed in a previous thesis (MANCZAK, 2012). This thesis amends the GVS by circuits to measure feedback values and implements the stimulation circuit with digital components, such as a microcontroller and flyback integrated circuits. The microcontroller is used in order to control the current source and process the measured values. The communication between the PC, which allows user interaction through a graphical user interface, and the microcontroller is implemented through optical communication, which is defined by a communication protocol specification. The digital circuitry is designed to be placed within the MRI room, meeting the requirements imposed by strong magnetic fields and radio frequency pulses. The underlying hypothesis of the thesis is that the device can be placed within the MRI room without having a negative impact on the MRI image quality. Laboratory tests without the MRI confirmed the correct design of the galvanic vestibular stimulator.

Uma arquitetura distribuída é composta de diversos sistemas que trocam mensagens entre si. Falhas na integração destes sistemas podem ocorrer, exigindo uma investigação detalhada dos profissionais de suporte para encontrar a causa raiz do problema. O processo manual de identificação de falhas é difícil e demorado. Ganhos significativos podem ser obtidos através da automação do processo de classificação de falhas. Este trabalho tem por objetivo apresentar um método para auxílio no processo de diagnóstico de falhas, classificando automaticamente as falhas geradas em uma arquitetura orientada a serviços. Este método, denominado SOAFaultControl, se beneficia de arquiteturas distribuídas que adotam SOA e um Enterprise Service Bus (ESB). Utilizando-se de técnicas de aprendizado de máquina, foi possível estabelecer um modelo para classificação de falhas em categorias preestabelecidas. Para alcançar o objetivo deste trabalho foi necessário testar e avaliar os seguintes algoritmos de aprendizagem de máquina: Support Vector Machine, Naive Bayes e AdaBoost. Como resultado, o algoritmo Support Vector Machine obteve melhor desempenho nas métricas: acurácia, precisão, revocação e F1. / A distributed architecture is composed of many systems that exchange messages between each other. Faults in the integration of these systems may occur and they required a detailed investigation of support professionals to identifying the root cause of the problem. The manual process to identify causes of failure is difficult and time-consuming. Significant efficiency gains can be achieved by automating the faults classification process. This work presents a method to support the automated fault diagnostic process, automatically classifying faults generated in a Service Oriented Architecture (SOA). This method denominated SOAFaultControl, may be executed in a distributed architecture that adote SOA and an Enterprise Service Bus (ESB). Using machine learning techniques, was possible build a model to classify fault messages captured in a SOA environment, in pre-established classes. To achieve the objectives of this work it was necessary to test the following machine learning algorithms: Support Vector Machine, Naive Bayes, and AdaBoost. Results show that Support Vector Machine algorithm achieved better performance in the following metrics: precision, accuracy, recall, and F1.

Investiga-se a eficiência energética e o throughput seguros em sistemas de comunicações sem fio cooperativos, em que um par de usuários legítimos (Alice e Bob) são auxiliados por um nó relay e em que a comunicação ocorre na presença de um espião passivo (Eve). Diversos protocolos cooperativos são comparados em relação a estas medidas e se utiliza um algoritmo iterativo e distribuído, baseado no algoritmo Dinkelbach, para alocação de potência entre Alice e o relay. A alocação de potência é utilizada visando maximizar a eficiência energética segura, medida em bits seguros/J/Hz, ou o throughput seguro, medido em bits seguros/s/Hz. Em relação aos protocolos, consideramos o caso onde Alice tem conhecimento perfeito do estado instantâneo do canal apenas em relação aos usuários legítimos. Desta forma, empregamos o protocolo Decode-and-Forward Seletivo (SDF), que realiza a escolha entre o melhor tipo de comunicação entre Alice e Bob (comunicação direta ou cooperativa) de forma a aumentar a segurança do sistema. Para comparação, consideramos outros esquemas clássicos de cooperação como o Amplify-and-Forward (AF), Decode-and-Forward Fixo (DF) e o Cooperative Jamming (CJ). Nossos resultados demostram que o SDF supera o AF, o DF e o CJ em grande parte das situações. Contudo, quando a taxa de transmissão aumenta ou quando Eve está muito próxima aos nós legítimos, o CJ apresenta um melhor desempenho. / We investigate the secure energy efficiency and throughput in cooperative wireless communications systems, in which a pair of legitimate users (Alice and Bob) are assisted by a relay node and the communication occurs in the presence of a passive eavesdropper (Eve). Several cooperative protocols are compared with respect to these measures and we use of an iterative and distributed algorithm, based on Dinkelbach algorithm, to allocate power between Alice and the relay. The power allocation is performed in order to increase the secure energy efficiency, measured in secure bits/J/Hz, or secure throughput, measured in secure bits/s/Hz. About the protocols, we consider the case where Alice has perfect knowledge only about the instantaneous channel state of the legitimate channel. So, we employ a Selective Decode-and-Forward (SDF) protocol, which chooses the best type of communication between Alice and Bob (direct or cooperative communication) in order to improve security. For comparison, we consider other classical cooperative schemes such as the Amplify-and-Forward (AF), the Fixed Decode-and-Forward (DF) and the Cooperative Jamming (CJ). Our results show that SDF outperforms AF, DF and CJ in most situations. However, when the transmit rate increases or when Eve is close to the legitimate nodes, CJ has a better performance.

Esta Tese desenvolveu um instrumento para avaliação de desempenho ambiental no gerenciamento de resíduos sólidos industriais. A verificação das práticas considera o transcurso do ciclo de vida do produto por meio de indicadores e índices tendo como parâmetros alicerçadores a Política Nacional de Resíduos Sólidos e conceitos afins, como a logística reversa, a Produção mais Limpa e o Ecodesign, além de normas da série ISO 14000 tais como Sistemas de Gestão Ambiental, Integração de aspectos ambientais no projeto e desenvolvimento de produtos, Rotulagem ambiental e Avaliação de Desempenho Ambiental. O objetivo central da Tese, que foi desenvolver um modelo para avaliação de desempenho ambiental, esta contido neste panorama, o qual recorreu aos recursos da modelagem fuzzy a fim de assessorar as organizações na tomada de decisões. A metodologia, de natureza qualitativa e quantitativa, embasou a construção do instrumento denominado Índice de Desempenho Ambiental da Gestão de Resíduos Sólidos Industriais (IDEA PNRS+L). Este se constitui de 26 indicadores e 23 índices, concebido na forma top-down soft decision tree. O cálculo dos índices, compostos de regras fuzzy, variáveis e suas inferências, incluiu a visão de um grupo de especialistas, em pesquisa de opinião, para ajustar os graus de influência das variáveis de cada índice. Nas simulações, testes e aplicação do instrumento em uma indústria para avaliar as suas potencialidades, o IDEA PNRS+L mostrou-se sensível, mesmo para pequenas variações dos dados de entrada, plausível e confiável, ao reproduzir o comportamento estabelecido em sua concepção. Os parâmetros alicerçadores que constituíram o corpo teórico, concluindo, foram assaz abrangentes e permitiram a construção do instrumento de avaliação de desempenho ambiental IDEA PNRS+L, considerado adequado para a arbitragem das organizações. Concomitantemente, foram recuperadas as normas, concepções de iniciativas governamentais e atitudes profissionais ambientalmente corretas apoiadas em conceitos vanguardistas de produtos e serviços. / This Thesis develops an instrument for evaluating environmental performance in management of industrial solid waste. The practices verification consider the industrial product life-cycle through indicators and indices based on the National Policy on Solid Waste parameters and related concepts such as reverse logistics, Cleaner Production and Ecodesign, and standards like ISO 14000 series such as environmental management systems, integrating environmental aspects in product design and development, environmental labels and Environmental Performance Evaluation. The central Thesis’ aim, that was to develop an environmental evaluating model, contains this panorama, which calls on a fuzzy modeling tool to assist organizations in making decisions. Two methodological research groups covered the dicussions and the instrument construction called Environmental Performance Index of Industrial Solid Waste Management (IDEA PNRS+L): qualitative and quantitative. This fuzzy modeling is composed of 26 indicators and 23 index, conceived in top- down soft decision tree form. The index calculation - composed of fuzzy rules, variables and their inferences - included a group of specialists respondents view, through a survey, to adjust the variables influence degrees of each index. In the simulations, testing and application of the created instrument in an industry to assess their potential, IDEA PNRS+L was sensitive even to small variations of the input data, plausible and reliable, to reproduce the behavior established in the initial configuration. Concluding, the fundamental parameters that formed the theoretical framework were quite comprehensive and allowed the construction of Environmental Performance Evaluation called IDEA PNRS+L, appropriated for industrial arbitration. Simultaneously, the rules, government initiatives concepts and accurated environmentally professional attitudes supported by avant-garde products and services concepts were recuperated.

Test Driven Development (TDD) é uma prática ágil que ganhou popularidade ao ser definida como parte fundamental na eXtreme Programming (XP). Essa prática determina que os testes devem ser escritos antes da implementação do código. TDD e seus efeitos têm sido amplamente estudados e comparados com a prática Test Last Development (TLD) em diversos trabalhos. Entretanto, poucos estudos abordam TDD no desenvolvimento de Web Services (WS), devido à complexidade em testar as dependências entre os componentes distribuídos e as particularidades da Service Oriented Architecture (SOA). Este trabalho tem por objetivo definir e validar uma abordagem para o desenvolvimento de WS baseada na prática de TDD, denominada WS-TDD. Essa abordagem guia os desenvolvedores no uso de TDD durante o desenvolvimento de WS, sugerindo ferramentas e técnicas para lidar com as dependências e as particularidades de SOA, com foco na criação dos testes unitários e integrados automatizados na linguagem Java. No intuito de definir e validar a abordagem proposta, quatro métodos de pesquisa foram executados: (i) questionário presencial; (ii) experimento; (iii) entrevista presencial com cada participante do experimento e (iv) triangulação dos resultados com as pessoas que participaram nos três métodos anteriores. De acordo com os resultados obtidos, a WS-TDD mostrou-se mais eficiente quando comparada a TLD, aumentando a qualidade interna do software e a produtividade dos desenvolvedores. No entanto, a qualidade externa do software diminuiu, apresentando um maior número de defeitos quando comparada a TLD. Por fim, é importante destacar que a abordagem proposta surge como uma alternativa simples e prática para a adoção de TDD no desenvolvimento de WS, trazendo benefícios a qualidade interna e contribuindo para aumentar a produtividade dos desenvolvedores. Porém, a qualidade externa do software diminuiu ao utilizar a WS-TDD. / Test Driven Development (TDD) is an agile practice that gained popularity when defined as a fundamental part in eXtreme Programming (XP). This practice determines that the tests should be written before implementing the code. TDD and its effects have been widely studied and compared with the Test Last Development (TLD) in several studies. However, few studies address TDD practice in the development of Web Services (WS), due to the complexity of testing the dependencies among distributed components and the specific characteristics of Service Oriented Architecture (SOA). This study aims to define and validate an approach to develop WS based on the practice of TDD, called WS-TDD. This approach guides developers to use TDD to develop WS, suggesting tools and techniques to deal with SOA particularities and dependencies, focusing on the creation of the unitary and integrated automated tests in Java. In order to define and validate the proposed approach, four research methods have been carried out: (i) questionnaire; (ii) practical experiment; (iii) personal interview with each participant in the experiment and (iv) triangulation of the results with the people who participated in the three previous methods. According to the obtained results, WS-TDD was more efficient compared to TLD, increasing internal software quality and developer productivity. However, the external software quality has decreased due to a greater number of defects compared to the TLD approach. Finally, it is important to highlight that the proposed approach is a simple and practical alternative for the adoption of TDD in the development of WS, bringing benefits to internal quality and contributing to increase the developers’ productivity. However, the external software quality has decreased when using WS-TDD.

O Instituto de Biologia Molecular do Paraná (IBMP) atua na produção de insumos para detecção de doenças. Em parceria com Bio-Manguinhos (Fiocruz) é atualmente responsável pelo fornecimento do módulo de amplificação do KIT NAT Brasileiro para o diagnóstico molecular de HIV (AIDS), HCV (Hepatite C) e HBV (Hepatite B), entre outros produtos para diagnóstico in vitro. O teste molecular consiste basicamente, na amplificação do material genético do vírus (DNA ou RNA) através da técnica de PCR (reação em cadeia pela polimerase) em tempo real, que possibilita a detecção do agente patógeno a partir de pequenas quantidades de ácido nucleico presente na amostra. A reação de PCR ocorre pela atividade da Taq DNA Polimerase, uma enzima termostável amplamente utilizada para replicação seletiva de fragmentos de DNA. Esta enzima foi isolada a partir de uma bactéria termofílica, denominada Thermus aquaticus e é produzida pelo IBMP, sendo considerada um insumo de alta criticidade. Uma das etapas de controle do processo produtivo dessa enzima é a avaliação do extrato bruto enzimático e a determinação da atividade da enzima purificada. O método de quantificação consiste em avaliar a atividade enzimática através da metodologia de PCR convencional, seguida por uma análise do perfil eletroforético das amostras em gel de agarose. No entanto, a metodologia empregada atualmente apresenta uma grande subjetividade, visto que a interpretação dos resultados pode sofrer variações quando analisados por diferentes operadores. O objetivo do presente trabalho é avaliar a implementação de uma análise automatizada dos resultados através do processamento digital de imagens, que além de facilitar sobremaneira as rotinas laboratoriais, pode ser a chave para resultados com maior grau de precisão e repetibilidade, eliminando assim o viés subjetivo do analista. A nova metodologia de análise implica em menor interferência do analista na interpretação dos resultados. O método proposto foi testado em um conjunto de imagens e os resultados obtidos foram comparados com os valores da análise manual atualmente utilizada. Os resultados foram considerados promissores, pois a análise automatizada, além de reduzir significativamente o tempo de análise, possibilita uma padronização dos resultados. / The Molecular Biology Institute of Paraná (IBMP) acts in the production of inputs for detection of diseases. In partnership with Bio-Manguinhos (Fiocruz), it is currently responsible for manufacturing the amplification module of the Brazilian NAT KIT for HIV (AIDS), HCV (Hepatitis C) and HBV (Hepatitis B), besides other products for molecular diagnostics. The molecular test basically consists of amplifying the genetic material of the virus (DNA or RNA) through the real-time PCR (polymerase chain reaction) technique, which enables detection of the pathogen from small amounts of nucleic acid present in the sample. The PCR reaction occurs by the activity of Taq DNA Polymerase, a thermostable enzyme widely used for selective replication of DNA fragments. This enzyme was isolated from a thermophilic bacterium, called Thermus aquaticus and is produced by the IBMP, being considered an input of high criticality. One of the steps in controlling the production process of this enzyme is the evaluation of the enzymatic extract and the determination of the activity of the purified enzyme. The quantification method consists in evaluating the enzymatic activity through the conventional PCR methodology, followed by an analysis of the electrophoretic profile of the agarose gel samples. However, the methodology currently used presents a great subjectivity, since the interpretation of results can suffer variations when analyzed by different operators. The objective of the present work is to evaluate the implementation of an automated analysis of the results through digital image processing, which in addition to facilitating the laboratory routines, can be the key to results with a greater degree of precision and repeatability, thus eliminating the subjective bias of the analyst. The new methodology of analysis implies less interference of the analyst in the interpretation of the results. The proposed method was tested in a set of images and the obtained results were compared with the values of the manual analysis currently used. The results were considered promising because the automated analysis, besides significantly reducing the analysis time, allows a standardization of the results.

A utilização de etiquetas RFID UHF passivas para localização indoor vem sendo amplamente estudada devido ao seu baixo custo. Porém ainda existe uma grande dificuldade em obter bons resultados, principalmente devido à variação de rádio frequência em ambientes que possuem materiais reflexivos, como por exemplo, metais e vidros. Esta pesquisa propõe uma arquitetura de localização para ambientes indoor utilizando etiquetas RFID UHF passivas e técnicas de mineração de dados. Com a aplicação da arquitetura em ambiente real foi possível identificar a posição exata de objetos com a precisão de aproximadamente cinco centímetros e em tempo real. A arquitetura se demonstrou uma eficiente alternativa para implantação de sistemas de localização indoor, além de apresentar uma técnica de derivação de atributos diretos que contribui efetivamente para os resultados finais. / The use of passive UHF RFID tags for indoor location has been widely studied due to its low cost. However, there is still a great difficulty to reach good results, mainly due the radio frequency variation in environments that have materials with reflective surfaces, such as metal and glass. This research proposes a localization architecture for indoor environments using passive UHF RFID tags and data mining techniques. With the application of the architecture in real environment, it was possible to identify the exact position of objects with the precision of approximately five centimeters and in real time. The architecture has demonstrated an efficient alternative for the implantation of indoor localization systems, besides presenting a derivation technique of direct attributes that contributes effectively to the final results.

A comunicação em redes veiculares ad hoc (VANETs) é comumente dividida em dois cenários, chamados veículo-a-veículo (V2V) e veículo-a-infraestrutura (V2I). Objetivando estabelecer uma comunicação segura contra espiões, trabalhos recentes tem proposto a troca de chaves secretas baseado na variação da força do sinal recebido (RSS). Entretanto, o bom desempenho de tal método depende da taxa de variação do canal, sendo mais apropriado a cenários em que o canal varia rapidamente, como geralmente é o caso da comunicação V2V. Já na comunicação V2I, o canal normalmente possui desvanecimento lento. Neste trabalho, é proposta a utilização de múltiplas antenas com o intuito de gerar artificialmente um canal de desvanecimento rápido, permitindo assim a extração de chaves secretas através da RSS em um cenário V2I. Análises numéricas mostram que o modelo proposto pode obter desempenho superior, em termos de taxa de extração de bits secretos, do que o modelo de salto em frequência proposto na literatura. / The communication in vehicular ad hoc networks (VANETs) is commonly divided in two scenarios, namely vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-infrastructure (V2I). Aiming at establishing secure communication against eavesdroppers, recent works have proposed the exchange of secret keys based on the variation in received signal strength (RSS). However, the performance of such scheme depends on the channel variation rate, being more appropriate for scenarios where the channel varies rapidly, as is usually the case with V2V communication. In the communication V2I, the channel commonly undergoes slow fading. In this work we propose the use of multiple antennas in order to artificially generate a fast fading channel so that the extraction of secret keys out of the RSS becomes feasible in a V2I scenario. Numerical analysis shows that the proposed model can outperform, in terms of secret bit extraction rate, a frequency hopping-based method proposed in the literature.