Sustainability Improvement of a composite materials’ industry through recycling and re-engineering process approaches

Recent Advances in Mechanics and Materials in Design

Integração de um sistema de gestão de informação clínica hospitalar numa unidade de cuidados continuados

O crescimento da população idosa impõe o desenvolvimento de serviços de qualidade orientados para as necessidades comuns desta faixa etária. A área dos cuidados continuados corresponde a um segmento em crescimento com um forte potencial de desenvolvimento no que concerne ao domínio dos sistemas de informação (SI). O presente trabalho pressupõe o acompanhamento do processo de integração de um SI de uma Unidade Hospitalar (UH) numa Unidade de Cuidados Continuados (UCC) para idosos. A análise envolveu o recurso à Teoria Actor-network (ANT), enquanto posicionamento teórico de relevo para o desenvolvimento de SI. Esta teoria coloca, equitativamente, em destaque os factores humano e não humano como concorrentes para o sucesso no desenvolvimento de um SI. O processo em destaque neste trabalho envolveu a análise compreensiva dos SI das unidades de saúde envolvidas; monitorização e descrição do processo de integração do SI de inspiração hospitalar na UCC; avaliação do resultado final; estabelecimento de requisitos fundamentais para o desenho de um SI adaptado a uma organização prestadora de cuidados continuados a idosos. Estas etapas foram desenvolvidas tendo por base a concretização de 3 ciclos, integradores dos conceitos da ANT com o processo de Engenharia de Requisitos: Ciclo 1 - análise do sistema sócio-técnico; Ciclo 2 – desenho do novo sistema sócio-técnico; Ciclo 3 – transformação da rede sócio-técnica. A metodologia inerente ao processo envolveu a análise documental, realização de notas de campo, entrevista e questionário. Os requisitos são apresentados através da conceptualização de um SI denominado Gestão de Cuidados Residenciais (GCR). Conclui-se, que para que um SI resulte com eficácia, eficiência e efetividade para uma organização, deverá revelar-se adaptado ao propósito e missão da organização em causa, sob pena de induzir fragilidade ao ciclo operacional e ao modelo de gestão de informação.

Melhoria do processo produtivo na indústria do mobiliário

Com o aumento da concorrência, a crise económica que atravessamos e com a conquista de novos mercados no horizonte, surge a necessidade de responder a essas situações com uma melhor prestação do sistema produtivo no sentido de reduzir tempos de produção e de baixar os custos dos mesmos, podendo assim dar uma resposta mais rápida e competitiva às expectativas dos clientes. Esta dissertação tem como objectivo analisar todo o sistema produtivo da empresa, desenvolvendo um estudo adequado ao sistema actual de fabrico de mobiliário, propondo melhorias que proporcionem uma melhor organização e uma redução dos custos de fabrico. Fez-se também um levantamento do sistema de planeamento existente, detectando pontos de melhoria que, para além de um maior controlo e organização, permitem, em alguns aspectos, a melhoria do sistema produtivo. Foi apresentada uma proposta de um processo de reengenharia aplicado ao sistema produtivo, tendo em vista implementar as medidas de melhoria, indo ao encontro das situações identificadas, tornando assim o sistema produtivo mais eficiente.

Engineering real-time applications with WorldFIP: tools and analysis

WorldFIP is standardised as European Norm EN 50170 - General Purpose Field Communication System. Field communication systems (fieldbuses) started to be widely used as the communication support for distributed computer-controlled systems (DCCS), and are being used in all sorts of process control and manufacturing applications within different types of industries. There are several advantages in using fieldbuses as a replacement of for the traditional point-to-point links between sensors/actuators and computer-based control systems. Indeed they concern economical ones (cable savings) but, importantly, fieldbuses allow an increased decentralisation and distribution of the processing power over the field. Typically DCCS have real-time requirements that must be fulfilled. By this, we mean that process data must be transferred between network computing nodes within a maximum admissible time span. WorldFIP has very interesting mechanisms to schedule data transfers. It explicit distinguishes to types of traffic: periodic and aperiodic. In this paper we describe how WorldFIP handles these two types of traffic, and more importantly, we provide a comprehensive analysis for guaranteeing the real-time requirements of both types of traffic. A major contribution is made in the analysis of worst-case response time of aperiodic transfer requests.

The verification of temporal KBS: SPARSE - a case study in power systems

In this paper we present VERITAS, a tool that focus time maintenance, that is one of the most important processes in the engineering of the time during the development of KBS. The verification and validation (V&V) process is part of a wider process denominated knowledge maintenance, in which an enterprise systematically gathers, organizes, shares, and analyzes knowledge to accomplish its goals and mission. The V&V process states if the software requirements specifications have been correctly and completely fulfilled. The methodologies proposed in software engineering have showed to be inadequate for Knowledge Based Systems (KBS) validation and verification, since KBS present some particular characteristics. VERITAS is an automatic tool developed for KBS verification which is able to detect a large number of knowledge anomalies. It addresses many relevant aspects considered in real applications, like the usage of rule triggering selection mechanisms and temporal reasoning.

Gestão e monitorização de uma rede departamental: um caso de estudo

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Sistema de controlo de um veículo autónomo terrestre

A crescente necessidade imposta pela gama de aplicações existentes, torna o estudo dos veículos autónomos terrestres um objecto de grande interesse na investigação. A utilização de robots móveis autónomos originou quer um incremento de eficiência e eficácia em inúmeras aplicações como permite a intervenção humana em contextos de elevado risco ou inacessibilidade. Aplicações de monitorização e segurança constituem um foco de utilização deste tipo de sistemas quer pela automatização de procedimentos quer pelos ganhos de eficiência (desde a eficiência de soluções multi-veículo à recolha e detecção de informação). Neste contexto, esta dissertação endereça o problema de concepção, o desenvolvimento e a implementação de um veículo autónomo terrestre, com ênfase na perspectiva de controlo. Este projecto surge pois no âmbito do desenvolvimento de um novo veículo terrestre no Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA) do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). É efectuado um levantamento de requisitos do sistema tendo por base a caracterização de aplicações de monitorização, transporte e vigilância em cenários exteriores pouco estruturados. Um estado da arte em veículos autónomos terrestres é apresentado bem como conceitos e tecnologias relevantes para o controlo deste tipo de sistemas. O problema de controlo de locomoção é abordado tendo em particular atenção o controlo de motores DC brushless. Apresenta-se o projecto do sistema de controlo do veículo, desde o controlo de tracção e direcção, ao sistema computacional de bordo responsável pelo controlo e supervisão da missão. A solução adoptada para a implementação mecânica da estrutura do veículo consiste numa plataforma de veículo todo terreno (motociclo 4X4) disponível comercialmente. O projecto e implementação do sistema de controlo de direcção para o mesmo é apresentado quer sob o ponto de vista da solução electromecânica, quer pelo subsistema de hardware de controlo embebido e respectivo software. Tendo em vista o controlo de tracção são apresentadas duas soluções. Uma passando pelo estudo e desenvolvimento de um sistema de raiz capaz de controlar motores BLDC de elevada potência, a segunda passando pela utilização de uma solução através de um controlador externo. A gestão energética do sistema é abordada através do projecto e implementação de um sistema de controlo e distribuição de energia específico. A implementação do veículo foi alcançada nas suas vertentes mecânica, de hardware e software, envolvendo a integração dos subsistemas projectados especialmente bem como a implementação do sistema computacional de bordo. São apresentados resultados de validação do controlo de locomoção básico quer em simulação quer descritos os testes e validações efectuados no veículo real. No presente trabalho, são também tiradas algumas conclusões sobre o desenvolvimento do sistema e sua implementação bem como perspectivada a sua evolução futura no contexto de missões coordenadas de múltiplos veículos robóticos.

Agar extraction from integrated multitrophic aquacultured Gracilaria vermiculophylla: Evaluation of a microwave-assisted process using response surface methodology

Microwave-assisted extraction (MAE) of agar from Gracilaria vermiculophylla, produced in an integrated multitrophic aquaculture (IMTA) system, from Ria de Aveiro (northwestern Portugal), was tested and optimized using response surface methodology. The influence of the MAE operational parameters (extraction time, temperature, solvent volume and stirring speed) on the physical and chemical properties of agar (yield, gel strength, gelling and melting temperatures, as well as, sulphate and 3,6-anhydro-Lgalactose contents) was evaluated in a 2^4 orthogonal composite design. The quality of the extracted agar compared favorably with the attained using traditional extraction (2 h at 85ºC) while reducing drastically extraction time, solvent consumption and waste disposal requirements. Agar MAE optimum results were: an yield of 14.4 ± 0.4%, a gel strength of 1331 ± 51 g/cm2, 40.7 ± 0.2 _C gelling temperature, 93.1 ± 0.5ºC melting temperature, 1.73 ± 0.13% sulfate content and 39.4 ± 0.3% 3,6-anhydro-L-galactose content. Furthermore, this study suggests the feasibility of the exploitation of G. vermiculophylla grew in IMTA systems for agar production.

Economic, environmental and mixed objective functions in non-linear process optimization using simulated annealing and tabu search

Screening of topologies developed by hierarchical heuristic procedures can be carried out by comparing their optimal performance. In this work we will be exploiting mono-objective process optimization using two algorithms, simulated annealing and tabu search, and four different objective functions: two of the net present value type, one of them including environmental costs and two of the global potential impact type. The hydrodealkylation of toluene to produce benzene was used as case study, considering five topologies with different complexities mainly obtained by including or not liquid recycling and heat integration. The performance of the algorithms together with the objective functions was observed, analyzed and discussed from various perspectives: average deviation of results for each algorithm, capacity for producing high purity product, screening of topologies, objective functions robustness in screening of topologies, trade-offs between economic and environmental type objective functions and variability of optimum solutions.

Simulation and life cycle assessment of process design alternatives for biodiesel production from waste vegetable oils

This study uses the process simulator ASPEN Plus and Life Cycle Assessment (LCA) to compare three process design alternatives for biodiesel production from waste vegetable oils that are: the conventional alkali-catalyzed process including a free fatty acids (FFAs) pre-treatment, the acid-catalyzed process, and the supercritical methanol process using propane as co-solvent. Results show that the supercritical methanol process using propane as co-solvent is the most environmentally favorable alternative. Its smaller steam consumption in comparison with the other process design alternatives leads to a lower contribution to the potential environmental impacts (PEI’s). The acid-catalyzed process generally shows the highest PEI’s, in particular due to the high energy requirements associated with methanol recovery operations.

Desenvolvimento de uma ferramenta para cálculo de estruturas em material compósito

Os desafios à engenharia moderna são cada vez maiores, pretendendo-se quase sempre obter estruturas mais leves, com propriedades mecânicas atrativas e muitas vezes com geometrias complexas. Com tais requisitos, um dos materiais que tem vindo a ter uma crescente aplicação é o material compósito. Contudo, no que toca ao cálculo estrutural destes materiais, tudo se torna mais complexo, já que são materiais que geralmente são formados por empilhamento de várias camadas de material heterogéneo, podendo estas encontrarem-se dispostas segundo diferentes orientações. Assim, a utilização de um software que permita a previsão das propriedades mecânicas de uma estrutura em material compósito através da micromecânica, a aplicação da Teoria Clássica dos Laminados e de um critério de rotura, como por exemplo o de Tsai-Hill, é fundamental para agilizar o processo de estudo da estrutura a fabricar. Para dar uma resposta a tal necessidade foi desenvolvida uma aplicação, em MATLAB® GUI, denominada CAFE – Composite Analysis For Engineers, com ambiente gráfico apelativo, que permite determinar todas as variáveis importantes no estudo de estruturas em material compósito. Esta aplicação visa suportar e agilizar a aprendizagem desta área do conhecimento, permitindo também o acesso ao código de cálculo por parte do utilizador, de modo a conhecerem-se as equações utilizadas e, eventualmente, ser alvo de futuros desenvolvimentos. O programa desenvolvido foi alvo de validação, recorrendo-se para tal, a uma comparação dos resultados obtidos entre o respetivo programa e por um outro programa de grande fiabilidade. Assim sendo, concluiu-se que o software CAFE apresenta resultados válidos, encontrando-se apto a ser utilizado.

Supporting real-time distributed computer-controlled systems with multi-hop P-NET networks

Fieldbus communication networks aim to interconnect sensors, actuators and controllers within process control applications. Therefore, they constitute the foundation upon which real-time distributed computer-controlled systems can be implemented. P-NET is a fieldbus communication standard, which uses a virtual token-passing medium-access-control mechanism. In this paper pre-run-time schedulability conditions for supporting real-time traffic with P-NET networks are established. Essentially, formulae to evaluate the upper bound of the end-to-end communication delay in P-NET messages are provided. Using this upper bound, a feasibility test is then provided to check the timing requirements for accessing remote process variables. This paper also shows how P-NET network segmentation can significantly reduce the end-to-end communication delays for messages with stringent timing requirements.

The dark side of DEMMON: what is behind the scene in engineering large-scale wireless sensor networks

Most research work on WSNs has focused on protocols or on specific applications. There is a clear lack of easy/ready-to-use WSN technologies and tools for planning, implementing, testing and commissioning WSN systems in an integrated fashion. While there exists a plethora of papers about network planning and deployment methodologies, to the best of our knowledge none of them helps the designer to match coverage requirements with network performance evaluation. In this paper we aim at filling this gap by presenting an unified toolset, i.e., a framework able to provide a global picture of the system, from the network deployment planning to system test and validation. This toolset has been designed to back up the EMMON WSN system architecture for large-scale, dense, real-time embedded monitoring. It includes network deployment planning, worst-case analysis and dimensioning, protocol simulation and automatic remote programming and hardware testing tools. This toolset has been paramount to validate the system architecture through DEMMON1, the first EMMON demonstrator, i.e., a 300+ node test-bed, which is, to the best of our knowledge, the largest single-site WSN test-bed in Europe to date.

Engineering a search and rescue application with a wireless sensor network - based localization mechanism

The advent of Wireless Sensor Network (WSN) technologies is paving the way for a panoply of new ubiquitous computing applications, some of them with critical requirements. In the ART-WiSe framework, we are designing a two-tiered communication architecture for supporting real-time and reliable communications in WSNs. Within this context, we have been developing a test-bed application, for testing, validating and demonstrating our theoretical findings - a search&rescue/pursuit-evasion application. Basically, a WSN deployment is used to detect, localize and track a target robot and a station controls a rescuer/pursuer robot until it gets close enough to the target robot. This paper describes how this application was engineered, particularly focusing on the implementation of the localization mechanism.

Engineering PROFIBUS networks with heterogeneous transmission media

A significant number of process control and factory automation systems use PROFIBUS as the underlying fieldbus communication network. The process of properly setting up a PROFIBUS network is not a straightforward task. In fact, a number of network parameters must be set for guaranteeing the required levels of timeliness and dependability. Engineering PROFIBUS networks is even more subtle when the network includes various physical segments exhibiting heterogeneous specifications, such as bus speed or frame formats, just to mention a few. In this paper we provide underlying theory and a methodology to guarantee the proper operation of such type of heterogeneous PROFIBUS networks. We additionally show how the methodology can be applied to the practical case of PROFIBUS networks containing simultaneously DP (Decentralised Periphery) and PA (Process Automation) segments, two of the most used commercial-off-the-shelf (COTS) PROFIBUS solutions. The importance of the findings is however not limited to this case. The proposed methodology can be generalised to cover other heterogeneous infrastructures. Hybrid wired/wireless solutions are just an example for which an enormous eagerness exists.