Real time manufacturing systems simulator

A área da simulação computacional teve um rápido crescimento desde o seu apareciment, sendo actualmente uma das ciências de gestão e de investigação operacional mais utilizadas. O seu princípio baseia-se na replicação da operação de processos ou sistemas ao longo de períodos de tempo, tornando-se assim uma metodologia indispensável para a resolução de variados problemas do mundo real, independentemente da sua complexidade. Das inúmeras áreas de aplicação, nos mais diversos campos, a que mais se destaca é a utilização em sistemas de produção, onde o leque de aplicações disponível é muito vasto. A sua aplicação tem vindo a ser utilizada para solucionar problemas em sistemas de produção, uma vez que permite às empresas ajustar e planear de uma maneira rápida, eficaz e ponderada as suas operações e os seus sistemas, permitindo assim uma rápida adaptação das mesmas às constantes mudanças das necessidades da economia global. As aplicações e packages de simulação têm seguindo as tendências tecnológicas pelo que é notório o recurso a tecnologias orientadas a objectos para o desenvolvimento das mesmas. Este estudo baseou-se, numa primeira fase, na recolha de informação de suporte aos conceitos de modelação e simulação, bem como a respectiva aplicação a sistemas de produção em tempo real. Posteriormente centralizou-se no desenvolvimento de um protótipo de uma aplicação de simulação de ambientes de fabrico em tempo real. O desenvolvimento desta ferramenta teve em vista eventuais fins pedagógicos e uma utilização a nível académico, sendo esta capaz de simular um modelo de um sistema de produção, estando também dotada de animação. Sem deixar de parte a possibilidade de integração de outros módulos ou, até mesmo, em outras plataformas, houve ainda a preocupação acrescida de que a sua implementação recorresse a metodologias de desenvolvimento orientadas a objectos.

Impacto da introdução de baterias num SEE isolado: o caso da ilha da Madeira

Com a crescente integração de energias renováveis variáveis nos sistemas elétricos de energia surgem novos desafios à maneira como se efetua a exploração dos mesmos, devido à dificuldade na previsão produção e na controlabilidade destas energias. Estes desafios são ainda maiores quando se analisa uma rede elétrica isolada de pequenas dimensões sem possibilidade de ser interligada a uma rede continental, por apresentar uma maior fragilidade e dai resultarem critérios de exploração muito mais apertados, de forma a garantir da melhor forma a segurança e estabilidade da rede. Consequentemente existe a necessidade de serem adotadas medidas que atenuem os impactos da variabilidade e tornem mais previsíveis as energias renováveis. É neste âmbito que surgem as tecnologias de armazenamento de energia elétrica. O presente documento apresenta um estudo aprofundado ao sistema eletroprodutor da ilha da Madeira e às suas especificidades, analisando a viabilidade técnica da introdução de baterias em larga escala no sistema. De forma a realizar esta análise, criou-se uma ferramenta de simulação em Matlab, que visou quantificar o impacto da introdução de baterias, quer ao nível da integração de energia eólica, quer ao nível da redução da produção térmica. Esta ferramenta permite ainda uma análise gráfica do diagrama de produção agregado diário, assim como a evolução de potência e energia na bateria.

A framework for fault tolerant real time systems based on reconfigurable FPGAs

To increase the amount of logic available to the users in SRAM-based FPGAs, manufacturers are using nanometric technologies to boost logic density and reduce costs, making its use more attractive. However, these technological improvements also make FPGAs particularly vulnerable to configuration memory bit-flips caused by power fluctuations, strong electromagnetic fields and radiation. This issue is particularly sensitive because of the increasing amount of configuration memory cells needed to define their functionality. A short survey of the most recent publications is presented to support the options assumed during the definition of a framework for implementing circuits immune to bit-flips induction mechanisms in memory cells, based on a customized redundant infrastructure and on a detection-and-fix controller.

A modified debugging infrastructure to assist real time fault injection campaigns

Fault injection is frequently used for the verification and validation of the fault tolerant features of microprocessors. This paper proposes the modification of a common on-chip debugging (OCD) infrastructure to add fault injection capabilities and improve performance. The proposed solution imposes a very low logic overhead and provides a flexible and efficient mechanism for the execution of fault injection campaigns, being applicable to different target system architectures.

A self-healing real-time system based on run-time self-reconfiguration

The new generations of SRAM-based FPGA (field programmable gate array) devices are the preferred choice for the implementation of reconfigurable computing platforms intended to accelerate processing in real-time systems. However, FPGA's vulnerability to hard and soft errors is a major weakness to robust configurable system design. In this paper, a novel built-in self-healing (BISH) methodology, based on run-time self-reconfiguration, is proposed. A soft microprocessor core implemented in the FPGA is responsible for the management and execution of all the BISH procedures. Fault detection and diagnosis is followed by repairing actions, taking advantage of the dynamic reconfiguration features offered by new FPGA families. Meanwhile, modular redundancy assures that the system still works correctly

Avaliação do desempenho energético de um grande edifício de serviços existente

Nesta dissertação pretende-se caracterizar o desempenho energético de um grande edifício de serviços existente, da tipologia ensino, avaliar e identificar potenciais medidas que melhorem aquele desempenho, permitindo, em complemento, determinar a sua classificação energética no âmbito da legislação vigente. A pertinência do estudo prende-se com a avaliação do desempenho energético dos edifícios e com o estudo de medidas de melhoria que permitam incrementar a eficiência energética, por recurso a um programa de simulação energética dinâmica certificado – DesignBuilder e tendo em conta a regulamentação portuguesa em vigor. Inicialmente procedeu-se à modelação do edifício com recurso ao programa DesignBuilder, e, simultaneamente, realizou-se um levantamento de todas as suas características ao nível de geometria, pormenores construtivos, sistemas AVAC e de iluminação e fontes de energia utilizadas. Com vista à caracterização do modo de operação do edifício, foi realizado um levantamento dos perfis reais de utilização em termos de ocupação, iluminação e equipamentos para os vários espaços. Foram realizadas medições de caudais de ar novo e da temperatura do ar, em alguns equipamentos e alguns espaços específicos. Foram realizadas medições em tempo real e leituras de contagens da energia eléctrica utilizada, quer em período de aulas quer em período de férias, que permitiram a desagregação das facturas da energia eléctrica que se apresentam globais para o campus do ISEP. Foram realizadas leituras de contagens de gás natural. Em sequência, foi realizada a simulação energética dinâmica com o intuito de ajustar o modelo criado aos consumos reais e de analisar medidas de melhoria que lhe conferissem um melhor desempenho energético. Essas medidas são agrupadas em quatro tipos: - Medidas de natureza comportamental; - Medidas de melhoria da eficiência energética nos sistemas de iluminação; - Medidas de melhoria de eficiência energética nos sistemas AVAC;- Medidas que visam a introdução de energias de fonte renovável; Em sequência, foi elaborada a simulação nominal e calculados os indicadores de eficiência energética com vista à respectiva classificação energética do edifício, tendo o edifício apresentado uma Classe Energética D de acordo com a escala do SCE. Finalmente, foi avaliado o impacto das diferentes medidas de melhoria identificadas e com potencial de aplicação, isto é, que apresentaram um retorno simples do investimento inferior a oito anos, tanto ao nível do desempenho energético real do edifício, como ao nível da sua classificação energética. De onde se concluiu que existe um potencial de 7% de redução nos consumos energéticos actuais do edifício e de 18% se o funcionamento do edifício for em pleno, ou seja, se todos os seus sistemas estiverem efectivamente em funcionamento, e que terá impacto na classificação energética alcançado uma Classe Energética C.

Adaptação para a população Portuguesa da escala de avaliação Trunk Impairment Scale (TIS)

Para uma melhor avaliação e definição do plano de intervenção do indivíduo, é cada vez mais importante a existência instrumentos de avaliação válidos e fiáveis para a população portuguesa. Objetivo: Traduzir e adaptar para a população Portuguesa a escala Trunk Impairment Scale (TIS) em pacientes pós-AVE, e avaliar as propriedades psicométricas da mesma. Metodologia: A TIS foi traduzida para o Português e adaptada culturalmente para a população portuguesa. As propriedades psicométricas da mesma, incluindo validade, fiabilidade, concordância inter-observadores, consistência interna, sensibilidade, especificidade, poder de resposta, foram avaliadas numa população diagnosticada com AVE e num grupo de controlo de participantes saudáveis. Participaram neste estudo 80 indivíduos, divididos em dois grupos, nomeadamente indivíduos pós-AVE (40) e um grupo sem patologia (40). Os participantes foram submetidos à aplicação das escalas de Berg, Medida de Independência Funcional e Escala de Desempenho Físico Fugl Meyer e a TIS de modo a avaliar as propriedades psicométricas desta. As avaliações foram realizadas por duas fisioterapeutas experientes e o re-teste foi realizado após 48 horas. Os dados foram registados e trabalhados com o programa informático SPSS 21.0. Resultados: Relativamente aos valores obtidos, verificou-se que, quanto à consistência interna da TIS estes apresentam-se de forma moderada a elevada (alfa Cronbach = 0,909). Quanto à fiabilidade inter-observadores, os itens com menor valor são os itens 1 e 4 (0,759 e 0,527, respetivamente) e os itens com valor de Kappa mais alto são os itens 5 e 6 (0,830 e 0,893, respetivamente). Relativamente à validade de critério, verificou-se que não houve correlação entre a escala de Desempenho Físico Fugl-Meyer, a escala de Equilibrio de Berg e a Medida de Independência Funcional, ou seja, os valores obtidos r=0,166; r=0,017; r= -0,002, respetivamente. Quanto à validade de construção, constatou-se que o valor da mediana é mais elevado nos itens 1 a 5, logo sugere que haja diferenças entre o grupo de indivíduos pós-AVE e o grupo de indivíduos saudáveis (p<0,001). Entre os outros dois itens (6 e 7) não foram encontradas diferenças nas respostas nos dois grupos, sendo o valor de p > 0,001. Conclusão: Os resultados obtidos neste estudo sugerem que a versão portuguesa da TIS apresenta bons níveis de fiabilidade, consistência interna e também apresenta bons resultados no que refere à concordância inter-observadores.

Real Time Internet DGPS Service

The accuracy of the Navigation Satellite Timing and Ranging (NAVSTAR) Global Positioning System (GPS) measurements is insufficient for many outdoor navigation tasks. As a result, in the late nineties, a new methodology – the Differential GPS (DGPS) – was developed. The differential approach is based on the calculation and dissemination of the range errors of the GPS satellites received. GPS/DGPS receivers correlate the broadcasted GPS data with the DGPS corrections, granting users increased accuracy. DGPS data can be disseminated using terrestrial radio beacons, satellites and, more recently, the Internet. Our goal is to provide mobile platforms within our campus with DGPS data for precise outdoor navigation. To achieve this objective, we designed and implemented a three-tier client/server distributed system that establishes Internet links with remote DGPS sources and performs campus-wide dissemination of the obtained data. The Internet links are established between data servers connected to remote DGPS sources and the client, which is the data input module of the campus-wide DGPS data provider. The campus DGPS data provider allows the establishment of both Intranet and wireless links within the campus. This distributed system is expected to provide adequate support for accurate (submetric) outdoor navigation tasks.

Beliefs and Conflicts in a Real World Multi-Agent System

In a real world multiagent system, where the agents are faced with partial, incomplete and intrinsically dynamic knowledge, conflicts are inevitable. Frequently, different agents have goals or beliefs that cannot hold simultaneously. Conflict resolution methodologies have to be adopted to overcome such undesirable occurrences. In this paper we investigate the application of distributed belief revision techniques as the support for conflict resolution in the analysis of the validity of the candidate beams to be produced in the CERN particle accelerators. This CERN multiagent system contains a higher hierarchy agent, the Specialist agent, which makes use of meta-knowledge (on how the con- flicting beliefs have been produced by the other agents) in order to detect which beliefs should be abandoned. Upon solving a conflict, the Specialist instructs the involved agents to revise their beliefs accordingly. Conflicts in the problem domain are mapped into conflicting beliefs of the distributed belief revision system, where they can be handled by proven formal methods. This technique builds on well established concepts and combines them in a new way to solve important problems. We find this approach generally applicable in several domains.

Modified Particle Swarm Optimization Applied to Integrated Demand Response and DG Resources Scheduling

The elastic behavior of the demand consumption jointly used with other available resources such as distributed generation (DG) can play a crucial role for the success of smart grids. The intensive use of Distributed Energy Resources (DER) and the technical and contractual constraints result in large-scale non linear optimization problems that require computational intelligence methods to be solved. This paper proposes a Particle Swarm Optimization (PSO) based methodology to support the minimization of the operation costs of a virtual power player that manages the resources in a distribution network and the network itself. Resources include the DER available in the considered time period and the energy that can be bought from external energy suppliers. Network constraints are considered. The proposed approach uses Gaussian mutation of the strategic parameters and contextual self-parameterization of the maximum and minimum particle velocities. The case study considers a real 937 bus distribution network, with 20310 consumers and 548 distributed generators. The obtained solutions are compared with a deterministic approach and with PSO without mutation and Evolutionary PSO, both using self-parameterization.

Real-time scheduling with resource sharing on heterogeneous multiprocessors

Consider the problem of scheduling a task set τ of implicit-deadline sporadic tasks to meet all deadlines on a t-type heterogeneous multiprocessor platform where tasks may access multiple shared resources. The multiprocessor platform has m k processors of type-k, where k∈{1,2,…,t}. The execution time of a task depends on the type of processor on which it executes. The set of shared resources is denoted by R. For each task τ i , there is a resource set R i ⊆R such that for each job of τ i , during one phase of its execution, the job requests to hold the resource set R i exclusively with the interpretation that (i) the job makes a single request to hold all the resources in the resource set R i and (ii) at all times, when a job of τ i holds R i , no other job holds any resource in R i . Each job of task τ i may request the resource set R i at most once during its execution. A job is allowed to migrate when it requests a resource set and when it releases the resource set but a job is not allowed to migrate at other times. Our goal is to design a scheduling algorithm for this problem and prove its performance. We propose an algorithm, LP-EE-vpr, which offers the guarantee that if an implicit-deadline sporadic task set is schedulable on a t-type heterogeneous multiprocessor platform by an optimal scheduling algorithm that allows a job to migrate only when it requests or releases a resource set, then our algorithm also meets the deadlines with the same restriction on job migration, if given processors 4×(1+MAXP×⌈|P|×MAXPmin{m1,m2,…,mt}⌉) times as fast. (Here MAXP and |P| are computed based on the resource sets that tasks request.) For the special case that each task requests at most one resource, the bound of LP-EE-vpr collapses to 4×(1+⌈|R|min{m1,m2,…,mt}⌉). To the best of our knowledge, LP-EE-vpr is the first algorithm with proven performance guarantee for real-time scheduling of sporadic tasks with resource sharing on t-type heterogeneous multiprocessors.

Efficient schedulability tests for real-time embedded systems with urgent routines

Task scheduling is one of the key mechanisms to ensure timeliness in embedded real-time systems. Such systems have often the need to execute not only application tasks but also some urgent routines (e.g. error-detection actions, consistency checkers, interrupt handlers) with minimum latency. Although fixed-priority schedulers such as Rate-Monotonic (RM) are in line with this need, they usually make a low processor utilization available to the system. Moreover, this availability usually decreases with the number of considered tasks. If dynamic-priority schedulers such as Earliest Deadline First (EDF) are applied instead, high system utilization can be guaranteed but the minimum latency for executing urgent routines may not be ensured. In this paper we describe a scheduling model according to which urgent routines are executed at the highest priority level and all other system tasks are scheduled by EDF. We show that the guaranteed processor utilization for the assumed scheduling model is at least as high as the one provided by RM for two tasks, namely 2(2√−1). Seven polynomial time tests for checking the system timeliness are derived and proved correct. The proposed tests are compared against each other and to an exact but exponential running time test.

Estrutura a partir do Movimento em Sistemas Autónomos

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Ramo de Sistemas Autónomos

O efeito da aplicação da Estimulação Elétrica Funcional na reabilitação em adultos com lesão medular completa. Revisão Sistemática

Introdução: A Lesão Medular (LM) é um dos mais devastadores e traumáticos eventos que um Ser Humano pode vivenciar do ponto de vista clínico e emocional, demonstrando-se fundamental a disponibilização de recursos específicos para que o indivíduo possa enfrentar e gerir a sua nova realidade da melhor maneira possível. Alguns estudos têm vindo a demonstrar os benefícios de programas de reabilitação com estimulação elétrica funcional (EEF). Portanto, é de importante relevância perceber os reais efeitos da intervenção na recuperação de indivíduos com este diagnóstico. Objetivo: Analisar as evidências de abordagens de aplicação de correntes de estimulação elétrica funcional (EEF) para coadjuvar na reabilitação em adultos com lesão medular completa. Métodos: Foi conduzida uma pesquisa dos artigos preferencialmente estudos randomized controlled trials RCT´s e estudos quasi-experimentais com os mesmos participantes foram admitidos complementarmente aos experimentais compreendidos entre 2004 e 2013, bem como as citações e as referências bibliográficas de cada estudo nas principais bases de dados de ciências da saúde (Elsevier – Science Direct, Highwire Press, PEDro, PubMed, Scielo Portugal, Clinical Key, B-on, Biomed Central, LILACS- Literatura Latino-Americana e do Caribe em Ciências da Saúde) com as palavras-chave: “spinal cord injuries”, “rehabilitation, electric stimulation funtional”, “FES”, “therapy” em todas as combinações possíveis. Os estudos RCT’s foram analisados independentemente por dois revisores quanto aos critérios de inclusão e qualidade dos estudos. Resultados: Dos 857 estudos identificados apenas sete foram incluídos. Destes, dois apresentaram um score 3/10, um apresentou 4/10, um apresentou um score 5/10. O score total bem como o preenchimento ou não de cada critério encontram-se detalhados na tabela 1 e organizados por ordem alfabética de autores. Todos os estudos incluíram indivíduos com Lesão Medular Completa, idades entre 16 e 68 anos com diagnóstico de acordo com a American Spinal Injury Association (ASIA).Os programas de intervenção dividiram-se em programas de programas de força, densidade mineral óssea, cardiorrespiratório e de atividade física. Dos estudos incluídos, cinco apresentaram melhorias na reabilitação funcional para o grupo experimental, demonstrando assim uma influência positiva da estimulação elétrica funcional em lesões medulares completas. Apenas dois estudos não apresentaram diferenças estatisticamente significativas com relevância clínica. Conclusão: Há uma tendência notória do benefício dos programas com EEF em pacientes com lesões medulares completas parece melhorar a capacidade cardiorrespiratória, a densidade mineral óssea, a força e atividade física, dos indivíduos. Contudo, mais estudos com elevada qualidade metodológica serão essenciais para conceber o real efeito da sua aplicação. Palavras-chave: lesão medular completa; estimulação elétrica funcional, randomized controlled trials, revisão sistemática.

Combate à fraude em jogos de casino, assistida por computador

No decorrer dos últimos anos tem-se verificado um acréscimo do número de sistemas de videovigilância presentes nos mais diversos ambientes, sendo que estes se encontram cada vez mais sofisticados. Os casinos são um exemplo bastante popular da utilização destes sistemas sofisticados, sendo que vários casinos, hoje em dia, utilizam câmeras para controlo automático das suas operações de jogo. No entanto, atualmente existem vários tipos de jogos em que o controlo automático ainda não se encontra disponível, sendo um destes, o jogo Banca Francesa. A presente dissertação tem como objetivo propor um conjunto de algoritmos idealizados para um sistema de controlo e gestão do jogo de casino Banca Francesa através do auxílio de componentes pertencentes à área da computação visual, tendo em conta os contributos mais relevantes e existentes na área, elaborados por investigadores e entidades relacionadas. No decorrer desta dissertação são apresentados quatro módulos distintos, os quais têm como objetivo auxiliar os casinos a prevenir o acontecimento de fraudes durante o decorrer das suas operações, assim como auxiliar na recolha automática de resultados de jogo. Os quatro módulos apresentados são os seguintes: Dice Sample Generator – Módulo proposto para criação de casos de teste em grande escala; Dice Sample Analyzer – Módulo proposto para a deteção de resultados de jogo; Dice Calibration – Módulo proposto para calibração automática do sistema; Motion Detection – Módulo proposto para a deteção de fraude no jogo. Por fim, para cada um dos módulos, é apresentado um conjunto de testes e análises de modo a verificar se é possível provar o conceito para cada uma das propostas apresentadas.