Thesis (MScEng (Industrial Engineering))--University of Stellenbosch, 2010 / ENGLISH ABSTRACT: Additive Manufacturing (AM) refers to the technologies that use Computer Aided Design (CAD) data to produce plastic, metal, ceramic, paper, wax or composite materials parts. Their ability to join thin layers of liquid, powder or sheet materials together permits the production of parts, which are difficult or even impossible to produce, using any other manufacturing method. Even though these technologies are still developing, they are considered a major breakthrough in industry. One of the main problems that is facing the improvement and the spread of AM technologies, and its benefits worldwide, is the lack of knowledge about them. Still a lot of countries, educational and industrial organizations do not even know about AM technologies. This lack of knowledge of such technologies is keeping their cost artificially high, which is limiting the access to more AM advanced technologies and materials. It also makes it difficult to market the technologies and those who do not use AM technologies yet become unable to compete against those who do. The numbers of AM systems are continually growing, their capabilities and applications are improving and their cost is decreasing. Today there are more than 40 companies that produce over 100 different systems in Canada, China, France, Germany, Israel, Italy, Japan, South Korea, Sweden and the United States. These systems vary in their strengths, defects, applications, functions and limitations. This growth has led to an increase in current and potential users of AM from both the manufacturing and educational sectors. These users are however facing increasing complex problems when it comes to selecting the most appropriate commercial system(s) to suit their needs. The aim of this study is to develop an AM system selection program. The program will serve both as an educational tool and a decision making support tool to assist any potential purchasers in both the educational and industrial sectors. The AM system selection program is divided into two sections: the learning section and the selecting section. The learning section introduces the AM technologies by imparting knowledge to the new users; moreover, it inspires them to start using these technologies to get their benefits. Having a background in AM technologies enables the new users to make educated decisions and to discuss technical issues about the systems with the providers. The selecting section offers a decision making support tool to help the users to decide which system best suits their needs. This study can contribute to the promotion of AM technologies and their benefits worldwide, especially for the countries and organizations that have not yet used such technologies. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Toevoegende vervaardiging verwys na al die tegnologie wat rekenaargesteunde ontwerp data gebruik om plastiek, metaal, keramiek, papier, saamgestelde materiale en waks parte te vervaardig. Die vermoë van die tegnologie om dun lae vloeistof, poeier of plaatmateriaal op mekaar te verbind laat die vervaardiging van parte wat moeilik of selfs onmoontlik is, deur die gebruik van ander vervaardigingsmetodes. Alhoewel hierdie tegnologieë nog in ‘n ontwikkelingsfase is, word dit as ‘n reuse deurbraak vir die bedryf beskou. Die verbetering, verspreiding en voordele van die tegnologie word hoofsaaklik belemmer deur ‘n tekort aan inligting daaroor. Baie lande, akademiese en industrieële organisasies is nog nie eens bewus dat sulke tegnologieë bestaan nie. Die tekort aan inligting veroorsaak dat kostes hoog bly en verhoed die vinnige uitbreiding van nog meer gevorderde tegnologieë en materiale. Verder bemoeilik dit ook die bemarking van die tegnologieë. Die aantal toevoegende vervaardigingsmasjiene groei jaarliks met beter vermoëns, laer kostes en ‘n groter verskeidenheid van toepassings. Tans is daar meer as 40 vervaardigers wat meer as 100 verskillende masjiene vervaardig in Kanada, China, Frankryk, Duitsland, Israel, Italië, Japan, Suid-Korea, Swede en Amerika. Al die masjiene verskil ten opsigte van hul funksies, beperkings en ook ten opsigte van sterkte, materiale en toepassings van parte. Die groei het gelei tot ‘n toename in gebruik van die tegnologie deur huidige en potensiële nuwe gebruikers van beide die vervaardigings en akademiese sektore. Die keuse van ‘n geskikte sisteem wat aan al ‘n gebruiker se vereistes voldoen, raak elke dag meer kompleks. Die doel van hierdie studie is die ontwikkeling van ‘n seleksie program vir toevoegende vervaardigingmasjiene. Die program sal dien as ‘n opleidingshulpmiddel en as ‘n basis vir masjienseleksie deur potensiële kopers. Die program bestaan uit twee dele: die opleidingsgedeelte en die selekteringsgedeelte. Die opleidingsgedeelte beskryf die verskeie toevoegende prosesse en motiveer gebruikers om die tegnologie aan te skaf weens die voordele. ‘n Agtergrond oor die verskeie tegnologieë stel die gebruiker in staat om ingeligte besluite te neem en tegniese vrae te kan stel aan verskaffers. Die selekteringsdeel het ‘n besluitnemingstruktuur wat help om die regte masjien te kies ten opsigte van verlangde vereistes. Hierdie studie kan help met die bevordering van toevoegende tegnologieë en hul voordele, veral vir lande en organisasies wat nog nooit voorheen sulke tegnologieë gebruik het nie.

O crescente aumento na expectativa de vida da população vem exigindo melhorias e atualizações a diversas áreas da ciência. Em decorrência disso, verifica-se que as fronteiras entre as diferentes áreas do conhecimento estão cada vez mais tênues, permitindo a sinergia entre as áreas e ações cooperativas, proporcionando melhorias significativas na resposta dada à sociedade em geral. Tal fenômeno ocorre na área relacionada a implantes ortopédicos, onde equipes de médicos, programadores, designers e engenheiros vêm desenvolvendo conjuntamente técnicas auxiliares de planejamento e execução cirúrgica, seleção de materiais adequados para utilização como implantes, softwares de visualização gráfica médica, design e fabricação de implantes personalizados, bem como a otimização dos mesmos. Tais medidas, realizadas por grupos interdisciplinares, representam grande avanço para a ciência e para a qualidade de vida da população. Neste sentido, o objetivo geral do presente trabalho foi o estudo das metodologias atualmente utilizadas para a obtenção de implantes personalizados para a reconstrução de defeitos craniofaciais. Buscou-se utilizar ferramentas da engenharia, design e computação gráfica para fornecer soluções para tais situações da área médica. Foram utilizadas técnicas de prototipagem rápida, sistema CAD/CAE/CAM, seleção de materiais, digitalização tridimensional a laser e softwares de visualização tridimensional de imagens médicas para o design e fabricação de implantes adaptáveis às necessidades individuais de cada paciente. Este trabalho estudou como os sistemas CAD/CAE/CAM e especialmente a prototipagem rápida, técnicas tradicionalmente utilizadas para aplicações industriais, podem contribuir para o aprimoramento de implantes ortopédicos. Foram estudados casos de diferentes pacientes com necessidade de reconstrução óssea facial decorrente de fraturas ou tumores. Seguindo o método tradicional de fabricação de implantes personalizados, modelos do crânio dos pacientes foram produzidos por prototipagem rápida e permitiram que os implantes fossem manualmente moldados para se adaptarem à estrutura anatômica do paciente em questão. Verificou-se a possibilidade de fabricação de implantes com alta complexidade geométrica, ocasionando melhora no posicionamento dos mesmos quando implantados, bem como redução no tempo de cirurgia. O método virtual de fabricação de implantes personalizados, estado da arte na área, foi utilizado para o design e fabricação de uma prótese de mandíbula. Tal método dispensou a utilização de modelos físicos do crânio do paciente, permitindo que a prótese fosse projetada em ambiente virtual e diretamente produzida no material adequado para ser implantado. As técnicas estudadas para a fabricação de implantes foram usinagem CNC seguida de moldagem, e sinterização seletiva a laser da liga Ti- 6Al-4V. Ambas as técnicas obtiveram resultados positivos, sendo que a usinagem CNC possui a vantagem de ser uma técnica largamente difundida no mercado. Os modelos produzidos por sinterização seletiva a laser apresentaram propriedades físicas adequadas para a aplicação (como densidade de 97%, por exemplo), além de possuírem vantagens intrínsecas à técnica, como a possibilidade de fabricação de modelos de grande complexidade geométrica, baixo peso (por possuírem vazios em seu interior), além de permitirem a fabricação de modelos otimizados, simulados previamente em ambiente virtual. / The increase in life expectancy of the general population is constantly demanding improvements and updates in different fields of the science. In this way, it is possible to observe that the borders among the different areas of the knowledge are very thin, leading to synergy between the areas and cooperative actions, resulting in improvements and better solutions for the problems of general society. This phenomenon occurs in the area related to orthopedic implants, where medical teams, programmers, designers and engineers develop together techniques to help on surgical planning and execution, selection of materials suitable for implantations, softwares for medical images, design and manufacturing of customized implants, as well as their optimization. These actions represent great improvements to science and to the life quality of the society. The objective of this work is to use engineering, design and computer graphic tools to give solutions for challenges in the medical field. Techniques such as rapid prototyping, CAD/CAE/CAM systems, material`s selection, three-dimensional laser scanning and medical softwares are used in order to design and manufacture customized orthopedic implants, suitable with the individual needs of each patient. This work investigated how CAD/CAE/CAM systems and rapid prototyping, techniques traditionally used for industrial applications, can help to improve orthopedic implants. Different cases of patients that needed facial reconstruction due to fractures or tumors were studied. According to the traditional method for production of customized implants, models of the patient skulls were manufactured through rapid prototyping, allowing to mould the implant directly on the physical model, so the implant could fit exactly in the patient`s anatomic structure. The feasibility of the manufacture of implants with high geometry complexity was also proved, leading to best fit of the implants in the patient during the surgery, as well as reduction of the surgery time. The virtual method for the production of customized implants, state of the art in the area, was used for the design and manufacturing of mandible prostheses. This method has no need of a physical model of the skull, making the design completely feasible in virtual environment and the model could be produced directly in the suitable material. The manufacturing technologies investigated were CNC milling and direct laser sintering of Ti-6Al-4V alloy. Both techniques presented positive results, and CNC milling has the advantage to be a very widespread technology. The models produced through direct laser sintering presented suitable physical properties (such as 97% density) and have some advantages intrinsic to the method, such as the feasibility of geometric complex models, light weight (because of the holes and pores inside), as well as the production of optimized structures, previously simulated in virtual environment.

This dissertation focuses on how requirements for a new software development system are elicited and what pitfalls could cause a software development project to fail if the said requirements are not captured correctly. A number of existing requirements elicitation methods, namely: JAD (Joint Application Design), RAD (Rapid Application Development), a Formal Specifications Language (Z), Natural Language, UML (Unified Modelling Language) and Prototyping are covered. The aforementioned techniques are then integrated into existing software development life cycle models, such as the Waterfall model, Rapid Prototyping model, Build and Fix model, Spiral model, Incremental model and the V-Process model. Differences in the domains (knowledge and experience of an environment) of a client and that of the software development team are highlighted and this is done diagrammatically using the language of Venn diagrams. The dissertation also refers to a case study highlighting a number of problems during the requirements elicitation process, amongst other the problem of tacit knowledge not surfacing during elicitation. Two new requirements elicitation methodologies are proposed namely: the SRE (Solitary Requirements Elicitation) and the DDI (Developer Domain Interaction) methodology. These two methods could potentially be more time consuming than other existing requirements elicitation methods, but the benefits could outweigh the cost of their implementation, since the new proposed methods have the potential to further facilitate the successful completion of a software development project. Following the introduction of the new requirements elicitation methods, they are then applied to the aforementioned case study and highlight just how the hidden domain of the client may become more visible, because the software development team has gained a deeper understanding of the client’s working environment. They have therefore increased their understanding of how the final product needs to function in order to fulfil the set out requirements correctly. Towards the end of the dissertation a summary and a conclusion as well as future work that could be undertaken in this area are provided. / Computer Science / M. Sc. (Computer Science)

Orientador: Prof. Dr. Harki Tanaka / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica, 2015. / A displasia do desenvolvimento do quadril é uma doença caracterizada por uma deformidade anatômica do quadril e pode acometer o recém nascido. O tratamento, um processo demorado, requer um diagnóstico precoce e uma intervenção ortopédica adequada, pelo uso do colete de Pavilik ou gesso pelvipodálico. Essas formas de tratamento podem apresentar complicações como: dor, aumento de temperatura corporal e necessidade de cuidado extra com a pele, entre outras. No presente estudo foi proposta uma metodologia para o desenvolvimento de um protótipo de órtese ortopédica de quadril infantil baseado no uso de três técnicas, fotogrametria, otimização topológica e prototipagem rápida. A fotogrametria foi utilizada para a obtenção da geometria da superfície do quadril de um modelo anatômico, de tamanho aproximado de um bebê, por meio de reconstrução tridimensional do quadril a partir de fotograas digitais. Para a avaliação da ecácia da técnica, a superfície obtida por fotogrametria foi comparada com geometria obtida por meio de um scanner a laser comercial. A diferença entre as topologias foi de 10 mm. A otimização topológica foi usada para maximizar a rigidez da órtese usando uma quantidade mínima de material. Protótipos iniciais da órtese de quadril infantil foram produzidos por prototipagem rápida para identicação de falhas e ajuste da órtese no modelo do bebê. Os resultados mostram que é possível, usando as técnicas de baixo custo, criar um protótipo de órtese leve e anatômico que possa ser posteriormente investigado com uma alternativa no tratamento de displasia do desenvolvimento do quadril a m de melhorar a qualidade de vida do recém-nascido e familiares. / The developmental dysplasia of the hip is a childhood disease characterized by an abnormal deformity that aects the hip. The treatment is a slow process and requires an early diagnostic to make a proper orthopedic intervention. By using a Pavilik harness or a hip spica cast, the actual treatment can cause complications such as pain, high body temperature, skin care diculties and others. In this project an orthoses prototype for a child hip was developed by using three dierent techniques; photogrammetry, topology optimization and rapid prototyping. The photogrammetry with tridimensional reconstruction from digital photographs was used to reconstruct the surface of an anatomical model of a child hip, which had approximately the size of a new born child.To evaluate the technique, the geometry captured by the photogrammetry was compared with the same geometry captured by a commercial laser scanner and the dierence between the two topologies was only of 10 mm. The topology optimization has been used with the objective of maximizing maximize the rigidity using the minimum quantity of material. Initial prototypes of the orthoses for a child hip, without the optimization, was produced by rapid prototyping in a small size scale and in a real scale to identify possible failures in the model, and in the coupling between prototype and anatomical model and to plan the fastening system. The results show that is possible to use low cost techniques to create a light and anatomical prototype that can be used as an alternative treatment to the developmental dysplasia of the hip. It can eventually improve the life quality of the child and family.

O crescente aumento na expectativa de vida da população vem exigindo melhorias e atualizações a diversas áreas da ciência. Em decorrência disso, verifica-se que as fronteiras entre as diferentes áreas do conhecimento estão cada vez mais tênues, permitindo a sinergia entre as áreas e ações cooperativas, proporcionando melhorias significativas na resposta dada à sociedade em geral. Tal fenômeno ocorre na área relacionada a implantes ortopédicos, onde equipes de médicos, programadores, designers e engenheiros vêm desenvolvendo conjuntamente técnicas auxiliares de planejamento e execução cirúrgica, seleção de materiais adequados para utilização como implantes, softwares de visualização gráfica médica, design e fabricação de implantes personalizados, bem como a otimização dos mesmos. Tais medidas, realizadas por grupos interdisciplinares, representam grande avanço para a ciência e para a qualidade de vida da população. Neste sentido, o objetivo geral do presente trabalho foi o estudo das metodologias atualmente utilizadas para a obtenção de implantes personalizados para a reconstrução de defeitos craniofaciais. Buscou-se utilizar ferramentas da engenharia, design e computação gráfica para fornecer soluções para tais situações da área médica. Foram utilizadas técnicas de prototipagem rápida, sistema CAD/CAE/CAM, seleção de materiais, digitalização tridimensional a laser e softwares de visualização tridimensional de imagens médicas para o design e fabricação de implantes adaptáveis às necessidades individuais de cada paciente. Este trabalho estudou como os sistemas CAD/CAE/CAM e especialmente a prototipagem rápida, técnicas tradicionalmente utilizadas para aplicações industriais, podem contribuir para o aprimoramento de implantes ortopédicos. Foram estudados casos de diferentes pacientes com necessidade de reconstrução óssea facial decorrente de fraturas ou tumores. Seguindo o método tradicional de fabricação de implantes personalizados, modelos do crânio dos pacientes foram produzidos por prototipagem rápida e permitiram que os implantes fossem manualmente moldados para se adaptarem à estrutura anatômica do paciente em questão. Verificou-se a possibilidade de fabricação de implantes com alta complexidade geométrica, ocasionando melhora no posicionamento dos mesmos quando implantados, bem como redução no tempo de cirurgia. O método virtual de fabricação de implantes personalizados, estado da arte na área, foi utilizado para o design e fabricação de uma prótese de mandíbula. Tal método dispensou a utilização de modelos físicos do crânio do paciente, permitindo que a prótese fosse projetada em ambiente virtual e diretamente produzida no material adequado para ser implantado. As técnicas estudadas para a fabricação de implantes foram usinagem CNC seguida de moldagem, e sinterização seletiva a laser da liga Ti- 6Al-4V. Ambas as técnicas obtiveram resultados positivos, sendo que a usinagem CNC possui a vantagem de ser uma técnica largamente difundida no mercado. Os modelos produzidos por sinterização seletiva a laser apresentaram propriedades físicas adequadas para a aplicação (como densidade de 97%, por exemplo), além de possuírem vantagens intrínsecas à técnica, como a possibilidade de fabricação de modelos de grande complexidade geométrica, baixo peso (por possuírem vazios em seu interior), além de permitirem a fabricação de modelos otimizados, simulados previamente em ambiente virtual. / The increase in life expectancy of the general population is constantly demanding improvements and updates in different fields of the science. In this way, it is possible to observe that the borders among the different areas of the knowledge are very thin, leading to synergy between the areas and cooperative actions, resulting in improvements and better solutions for the problems of general society. This phenomenon occurs in the area related to orthopedic implants, where medical teams, programmers, designers and engineers develop together techniques to help on surgical planning and execution, selection of materials suitable for implantations, softwares for medical images, design and manufacturing of customized implants, as well as their optimization. These actions represent great improvements to science and to the life quality of the society. The objective of this work is to use engineering, design and computer graphic tools to give solutions for challenges in the medical field. Techniques such as rapid prototyping, CAD/CAE/CAM systems, material`s selection, three-dimensional laser scanning and medical softwares are used in order to design and manufacture customized orthopedic implants, suitable with the individual needs of each patient. This work investigated how CAD/CAE/CAM systems and rapid prototyping, techniques traditionally used for industrial applications, can help to improve orthopedic implants. Different cases of patients that needed facial reconstruction due to fractures or tumors were studied. According to the traditional method for production of customized implants, models of the patient skulls were manufactured through rapid prototyping, allowing to mould the implant directly on the physical model, so the implant could fit exactly in the patient`s anatomic structure. The feasibility of the manufacture of implants with high geometry complexity was also proved, leading to best fit of the implants in the patient during the surgery, as well as reduction of the surgery time. The virtual method for the production of customized implants, state of the art in the area, was used for the design and manufacturing of mandible prostheses. This method has no need of a physical model of the skull, making the design completely feasible in virtual environment and the model could be produced directly in the suitable material. The manufacturing technologies investigated were CNC milling and direct laser sintering of Ti-6Al-4V alloy. Both techniques presented positive results, and CNC milling has the advantage to be a very widespread technology. The models produced through direct laser sintering presented suitable physical properties (such as 97% density) and have some advantages intrinsic to the method, such as the feasibility of geometric complex models, light weight (because of the holes and pores inside), as well as the production of optimized structures, previously simulated in virtual environment.

Nos processos usuais de prototipagem rapida, a transformacao do material para a construcao do prototipo, de maneira geral, e realizada por fusao ou polimerizacao oriunda do aquecimento via laser ou resistencia eletrica. Isso, necessariamente, envolve equipamento especial para o processo de fusao e deposicao do material para a construcao das superficies camada por camada, o controle de temperatura para assegurar a qualidade e o tratamento de gases exalados pela transformacao entre outros. Essa forma de transformacao nos processos de prototipagem rapida tem assim custos relativamente altos do prototipo e do equipamento. Uma alternativa para o processo de transformacao inclui evidentemente outros materiais para construcao do prototipo. Entretanto, no levantamento bibliografico realizado observou-se que nao existem trabalhos que explorem materiais e processos alternativos. Assim varios materiais foram analisados com base nas seguintes propriedades: processamento sob temperatura ambiente, capacidade de aderencia entre as camadas, tempo de consistencia e de cura do material, custo e disponibilidade no mercado nacional. Com base nesse estudo foi selecionado o seguinte material: composito a base de complexo de carboidrato, o qual transforma-se, de estado fisico, sob temperatura ambiente. Inicialmente analisaram-se os aspectos de aderencia e tempo de cura. Posteriormente estudaram-se as caracteristicas dos dispositivos e dos processos Fused Layer Modeling (FLM). Baseado nesse estudo foi fabricado um dispositivo para se extrudar material em forma de filamentos. Em seguida modelou-se o cinematismo da velocidade de deposicao do dispositivo extrusor e assim delinear o projeto de experimentos para se obter, do processo proposto, os aspectos qualitativo (operacao, preparacao, custos, utilizacao dos prototipos, entre outros) e quantitativo (velocidade de deslocamento dos eixos X e Y, alturas entre camadas, rugosidade e forma geometrica). Desse estudo resulta que a proposta demonstra potencial para aplicacao na fabricacao de mostruarios, pecas de brinquedos, utilizacao em cursos de formacao profissional, prototipos para moldagem a temperatura ambiente, moldes para fundicao em areia. / In usual processes of rapid prototyping the transformation of the material into the prototype construction is usually made by fusion or polymerization by means of heating by laser or electrical resistance. It necessarily requires special equipment for the fusion process and deposition of material for the surface construction, layer on top of layer, the temperature control to certify quality, the treatment of exhalation during the transformation process, among others. This kind of transformation in the rapid prototyping process is relatively expensive compared with the conventional process of prototyping. An alternative for the transformation process includes, obviously, other kinds of material for the prototype construction. However, bibliographic research has show, that there are no such works which explore alternative materials and processes especially in the national context. Therefore, several kinds of material have been analyzed based on the following properties: required temperature for the work, adherence capacity between the layers, consistence time or cure time of the prototype, cost and availability on the national market. The following material was chosen, based on this study: a compound, based on a carbohydrate complex, because it transforms itself from the physical form at room temperature. First of all, adherence aspects and curing time were analyzed,. Then characteristics of the apparatuses and devices of the Fused Layer Modeling process (FLM). Based on these characteristics the project of the extrusion device was developed, to extrude the carbohydrate composite in form of filaments and its kinematics was modeled to determine the depositing speed and design of experiments to obtain, out of the proposed process, the qualitative aspects (operation, preparation, costs, utilization of the prototype, among others) and quantitative (speed of the dislocation of the table at x-y axis, height between the layers, roughness and geometric form, among others). At that rate the developed proposal shows potentiality to be used in production of showcases, toy pieces, utilization in course for professional training, prototypes for molding at room temperature, forms for sand castings.

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Aline Carvalho da Costa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-10T02:13:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rezende_MyleneCristinaAlvesFerreira_D.pdf: 4972485 bytes, checksum: 6a64c852764397b98d114f024604a728 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Algoritmos de controle e otimização podem ser empregados separadamente ou podem ser integrados segundo uma estratégia hierárquica de Integração em Tempo Real para resolver problemas de otimização e controle. A abordagem da Integração do Controle e da Otimização em Tempo Real pode ser feita basicamente através de estratégias conhecidas como otimização em uma camada ou otimização em duas camadas. Na estratégia em duas camadas, a camada superior é a da otimização, que tem a função de determinar os set-points ótimos das variáveis para o estado estacionário e os enviar para a camada inferior, responsável pelo controle dinâmico. Na estratégia em uma camada, a otimização e o controle são resolvidos simultaneamente em um mesma função objetivo. Neste trabalho as duas abordagens são consideradas no que se refere ao desenvolvimento das ferramentas para suas implementações. O caso de estudo principal considerado é o reator de lama tubular trifásico, no qual ocorre a reação de hidrogenação de o-cresol formando como produto o 2-metil- ciclohexanol na presença de catalisador à base de níquel (Ni/SO2). O modelo determinístico que representa o reator, bem como o estudo do comportamento dinâmico do reator, mostrando a influência das variáveis de entrada sobre as variáveis de saída, são apresentados. Também é mostrado o estado estacionário não-otimizado do reator em termos da produtividade do produto formado e da conversão do reagente. O presente trabalho também apresenta uma aproximação de modelos Fuzzy Takagi Sugeno para representar o sistema a partir do modelo determinístico do reator ...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Control and optimization algorithms can be used separately or may be altematively integrated arranged in a hierarchical strategy, leading to a Real Time Integration in order to solve on-line optimization and cçmtrol problems. Integration of Control and Optimization in Real Time can be carried out basically through two main strategies, usually named one-Iayer approach and two-layer approach. In the case of two-Iayer approach, the upper level is the optimization one, which determines the optimal set-points of the variables at the steady-state which are then used in the control of the system. In the one-layer approach, the economical optimization problem and the problem of control are solved simultaneously. The main case study employed in this work is a three phase catalytic reactor in which the hydrogenation of o-cresol cresol producing 2-methyl-cyclohexanol occurs. The deterministic model that represents the reactor, as well as the dynamic behavior of the reactor, showing the influence of input variables on output variables, is presented. The non optimized steady-state of the reactor in terms of productivity and reagent conversion is also showed. This reactor is characterized by a high dimensionality and non-linearity mo deI, which is difficult to be optimized by conventional methods, since not always convergence is achieved. This justifies the use of an evolutionary method, based on the Genetic Algorithms, to deal with this process. In this way, in order to optimize the process, the Genetic Algorithm code is coupled with the rigorous model of the reactor. The aim of the optimization through Genetic Algorithms is the searching of the process inputs that maximizes the productivity of 2-methyl-cyclohexanol subject to maximal conversion of o-cresol. The Genetic Algorithms are used in binary and real encoding forms. For both, a study of the Genetic Algorithm input parameters through factorial design is proposed in order to determine the significant parameters that have influence on the performance of GA to optimize the reactor. The variables optimized by Genetic Algorithms are used as possible manipulated variables and as set-points in the control of the reactor with the aim of to maintain the reactor on the optimized steady state. For this, Dynamic Matrix Control is employed. The present work presents an approximation of Takagi-Sugeno Fuzzy models to the deterministic models...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

O crescente aumento na expectativa de vida da população vem exigindo melhorias e atualizações a diversas áreas da ciência. Em decorrência disso, verifica-se que as fronteiras entre as diferentes áreas do conhecimento estão cada vez mais tênues, permitindo a sinergia entre as áreas e ações cooperativas, proporcionando melhorias significativas na resposta dada à sociedade em geral. Tal fenômeno ocorre na área relacionada a implantes ortopédicos, onde equipes de médicos, programadores, designers e engenheiros vêm desenvolvendo conjuntamente técnicas auxiliares de planejamento e execução cirúrgica, seleção de materiais adequados para utilização como implantes, softwares de visualização gráfica médica, design e fabricação de implantes personalizados, bem como a otimização dos mesmos. Tais medidas, realizadas por grupos interdisciplinares, representam grande avanço para a ciência e para a qualidade de vida da população. Neste sentido, o objetivo geral do presente trabalho foi o estudo das metodologias atualmente utilizadas para a obtenção de implantes personalizados para a reconstrução de defeitos craniofaciais. Buscou-se utilizar ferramentas da engenharia, design e computação gráfica para fornecer soluções para tais situações da área médica. Foram utilizadas técnicas de prototipagem rápida, sistema CAD/CAE/CAM, seleção de materiais, digitalização tridimensional a laser e softwares de visualização tridimensional de imagens médicas para o design e fabricação de implantes adaptáveis às necessidades individuais de cada paciente. Este trabalho estudou como os sistemas CAD/CAE/CAM e especialmente a prototipagem rápida, técnicas tradicionalmente utilizadas para aplicações industriais, podem contribuir para o aprimoramento de implantes ortopédicos. Foram estudados casos de diferentes pacientes com necessidade de reconstrução óssea facial decorrente de fraturas ou tumores. Seguindo o método tradicional de fabricação de implantes personalizados, modelos do crânio dos pacientes foram produzidos por prototipagem rápida e permitiram que os implantes fossem manualmente moldados para se adaptarem à estrutura anatômica do paciente em questão. Verificou-se a possibilidade de fabricação de implantes com alta complexidade geométrica, ocasionando melhora no posicionamento dos mesmos quando implantados, bem como redução no tempo de cirurgia. O método virtual de fabricação de implantes personalizados, estado da arte na área, foi utilizado para o design e fabricação de uma prótese de mandíbula. Tal método dispensou a utilização de modelos físicos do crânio do paciente, permitindo que a prótese fosse projetada em ambiente virtual e diretamente produzida no material adequado para ser implantado. As técnicas estudadas para a fabricação de implantes foram usinagem CNC seguida de moldagem, e sinterização seletiva a laser da liga Ti- 6Al-4V. Ambas as técnicas obtiveram resultados positivos, sendo que a usinagem CNC possui a vantagem de ser uma técnica largamente difundida no mercado. Os modelos produzidos por sinterização seletiva a laser apresentaram propriedades físicas adequadas para a aplicação (como densidade de 97%, por exemplo), além de possuírem vantagens intrínsecas à técnica, como a possibilidade de fabricação de modelos de grande complexidade geométrica, baixo peso (por possuírem vazios em seu interior), além de permitirem a fabricação de modelos otimizados, simulados previamente em ambiente virtual. / The increase in life expectancy of the general population is constantly demanding improvements and updates in different fields of the science. In this way, it is possible to observe that the borders among the different areas of the knowledge are very thin, leading to synergy between the areas and cooperative actions, resulting in improvements and better solutions for the problems of general society. This phenomenon occurs in the area related to orthopedic implants, where medical teams, programmers, designers and engineers develop together techniques to help on surgical planning and execution, selection of materials suitable for implantations, softwares for medical images, design and manufacturing of customized implants, as well as their optimization. These actions represent great improvements to science and to the life quality of the society. The objective of this work is to use engineering, design and computer graphic tools to give solutions for challenges in the medical field. Techniques such as rapid prototyping, CAD/CAE/CAM systems, material`s selection, three-dimensional laser scanning and medical softwares are used in order to design and manufacture customized orthopedic implants, suitable with the individual needs of each patient. This work investigated how CAD/CAE/CAM systems and rapid prototyping, techniques traditionally used for industrial applications, can help to improve orthopedic implants. Different cases of patients that needed facial reconstruction due to fractures or tumors were studied. According to the traditional method for production of customized implants, models of the patient skulls were manufactured through rapid prototyping, allowing to mould the implant directly on the physical model, so the implant could fit exactly in the patient`s anatomic structure. The feasibility of the manufacture of implants with high geometry complexity was also proved, leading to best fit of the implants in the patient during the surgery, as well as reduction of the surgery time. The virtual method for the production of customized implants, state of the art in the area, was used for the design and manufacturing of mandible prostheses. This method has no need of a physical model of the skull, making the design completely feasible in virtual environment and the model could be produced directly in the suitable material. The manufacturing technologies investigated were CNC milling and direct laser sintering of Ti-6Al-4V alloy. Both techniques presented positive results, and CNC milling has the advantage to be a very widespread technology. The models produced through direct laser sintering presented suitable physical properties (such as 97% density) and have some advantages intrinsic to the method, such as the feasibility of geometric complex models, light weight (because of the holes and pores inside), as well as the production of optimized structures, previously simulated in virtual environment.

Orientador: Marco Antonio Alves do Valle / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Artes / Made available in DSpace on 2018-08-16T05:43:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coser_ThiagoJose_M.pdf: 5818410 bytes, checksum: 0f24a09de35a58913936bf66980dd539 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Este trabalho apresenta uma pesquisa prática sobre o uso de tecnologias CAD/CAM com foco no uso de prototipagem rápida em Arte. O trabalho está organizado de modo a explicar a tecnologia empregada, apresentando uma seleção de principais artistas que se utilizam de PR para desenvolver suas obras. Por fim há uma produção poética pessoal, com a intenção de situar a relevância deste discurso na história da Arte / Abstract: This work presents a practical research on the use of CAD / CAM technologies focusing on rapid prototyping use in Art. The work is organized to explain the technology used, presenting a selection of main artists who use PR to develop their works. Finally there is a personal poetic production, with the intention to place the relevance of this discourse in the history of Art / Mestrado / Artes / Mestre em Artes

Orientador: João Mauricio Rosario / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-07T09:49:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cassemiro_EdnaRodrigues_D.pdf: 10193444 bytes, checksum: 5654d77b37fab6dc993387fd82e17270 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A necessidade de aumentar as especificações na área de controle de juntas robóticas contribui para que novas leis de controle avançado sejam estudadas. Mas, antes da implementação dessas novas estratégias de controle no sistema reaL a suas validações podem ser feitas dentro de um ambiente virtual realístico, através de simulação e prototipagem rápida. Assim, o objetivo deste trabalho é primeiramente a criação de tal ambiente virtual utilizando Matlab/Simulink@, onde são inseridos a cinemática dinâmica, parte geométrica, atuadores, controladores e IHM (interface homeme-máquina). Em seguida, o projeto e a validação de leIs de controle preditivo robusto aplicado a juntas robóticas é implementado dentro desse ambiente, com uma aplicação particular de uma mesa de posicionamento com 3 graus de liberdade. As leis de controle seguem um original conceito com a combinação de estruturas de controle preditivo sob a forma RST e as características de robustificação de encontro às incertezas não-estruturadas através da parametrízação de Youla. A sintonia dos parâmetros também é considerada como parte do ambiente virtual. O simulador desenvolvido permite finalmente avaliar o desempenho obtido com a lei de controle avançada, mostrando o bom desempenho com relação às perturbações e à rejeição de ruídos. / Abstract: Satisfying more and more severe specifications in the field of robotic joints control requires now implementation of advanced control laws. But, before applying these new strategies on the system, their validation within a realistic virtual environment, used for simulation and rapid prototyping purposes, is necessary. The aim of this work is first the elaboration of such of virtual environment in the Matlab/Simulink@ ffamework, including kinematics, dynamics, geometric part, actuators, controllers and appropriate HMI interfaces. Further, the design and validation of robust predictive control laws for robotic joints control is developed, within this environment, with a particular application to a positioning table with 3 degree-of-freedom The axis control law follows an original concept mixing predictive control structures under an RST form and robustification features against unstructured uncertainties through the Youla parameterization. Tuning of control law parameters is also considered as part of the virtual environment. The developed simulator finally enables to assess the performances obtained with the advanced control law, showing the good performance in relation to disturbances and measurement noise rejection. / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica