Otimização topológica de estruturas bidimensionais contínuas submetidas a restrições de flexibilidade e tensão

Neste trabalho é resolvido o problema da minimização do volume de estruturas bidimensionais contínuas submetidas a restrições sobre a flexibilidade (trabalho das forças externas) e sobre as tensões, utilizando a técnica chamada otimização topológica, que visa encontrar a melhor distribuição de material dentro de um domínio de projeto pré-estabelecido. As equações de equilíbrio são resolvidas através do método dos elementos finitos, discretizando a geometria e aproximando o campo de deslocamentos. Dessa forma, essas equações diferenciais são transformadas em um sistema de equações lineares, obtendo como resposta os deslocamentos nodais de cada elemento. A distribuição de material é discretizada como uma densidade fictícia constante por elemento finito. Esta densidade define um material isotrópico poroso de uma seqüência pré-estabelecida (SIMP). A otimização é feita através da Programação Linear Seqüencial. Para tal, a função objetivo e as restrições são sucessivamente linearizadas por expansão em Série de Taylor. A análise de sensibilidade para a restrição de flexibilidade é resolvida utilizando o cálculo da sensibilidade analítico adaptado para elementos finitos de elasticidade plana. Quando as restrições consideradas são as tensões, o problema torna-se mais complexo. Diferente da flexibilidade, que é uma restrição global, cada elemento finito deve ter sua tensão controlada. A tensão de Von Mises é o critério de falha considerado, cuja sensibilidade foi calculada de acordo com a metodologia empregada por Duysinx e Bendsøe [Duysinx e Bendsøe, 1998] Problemas como a instabilidade de tabuleiro e dependência da malha sempre aparecem na otimização topológica de estruturas contínuas. A fim de minimizar seus efeitos, um filtro de vizinhança foi implementado, restringindo a variação da densidade entre elementos adjacentes. Restrições sobre as tensões causam um problema adicional, conhecido como singularidade das tensões, fazendo com que os algoritmos não convirjam para o mínimo global. Para contornar essa situação, é empregada uma técnica matemática de perturbação visando modificar o espaço onde se encontra a solução, de forma que o mínimo global possa ser encontrado. Esse método desenvolvido por Cheng e Guo [Cheng e Guo, 1997] é conhecido por relaxação-ε e foi implementado nesse trabalho.

RPN-Toolbox : uma ferramenta para o desenvolvimento de estruturas de controle

A literatura disponível na área de controle de processos químicos tem dado pouca atenção para o problema da seleção de estruturas de controle, entretanto a correta escolha das variáveis controladas e manipuladas, assim como os seus pareamentos, é tão ou mesmo mais importante que o projeto do controlador propriamente dito, pois esta etapa define o desempenho alcançável para o sistema em malha fechada. Esta dissertação explora vários aspectos genéricos do controle de processos com o objetivo de introduzir os principais pontos da metodologia RPN, um método sistemático que, através de índices baseados em sólidos fundamentos matemáticos, permite avaliar o projeto de controle como um todo. O índice RPN (Número de Desempenho Robusto) indica quão potencialmente difícil é, para um dado sistema, alcançar o desempenho desejado. O produto final desse trabalho é o RPN-Toolbox, a implementação das rotinas da metodologia RPN em ambiente MATLAB® com o intuito de torná-la acessível a qualquer profissional da área de controle de processos. O RPN-Toolbox permite que todas as rotinas necessárias para proceder a análise RPN de controlabilidade sejam executadas através de comandos de linha ou utilizando uma interface gráfica. Além do desenvolvimento das rotinas para o toolbox, foi realizado um estudo do problema de controle denominado processo Tennessee-Eastman. Foi desenvolvida uma estrutura de controle para a unidade e esta foi comparada, de modo sistemático, através da metodologia RPN e de simulações dinâmicas, com outras soluções apresentadas na literatura. A partir do índice concluiu-se que a estrutura proposta é tão boa quanto a melhor das estruturas da literatura e a partir de simulações dinâmicas do processo frente a diversos distúrbios, a estrutura proposta foi a que apresentou melhores resultados.

ANAC : uma ferramenta para a automatização da análise da complexidade de algoritmos

A análise de um algoritmo tem por finalidade melhorar, quando possível, seu desempenho e dar condições de poder optar pelo melhor, dentre os algoritmos existentes, para resolver o mesmo problema. O cálculo da complexidade de algoritmos é muito dependente da classe dos algoritmos analisados. O cálculo depende da função tamanho e das operações fundamentais. Alguns aspectos do cálculo da complexidade, entretanto, não dependem do tipo de problema que o algoritmo resolve, mas somente das estruturas que o compõem, podendo, desta maneira, ser generalizados. Com base neste princípio, surgiu um método para o cálculo da complexidade de algoritmos no pior caso. Neste método foi definido que cada estrutura algorítmica possui uma equação de complexidade associada. Esse método propiciou a análise automática da complexidade de algoritmos. A análise automática de algoritmos tem como principal objetivo tornar o processo de cálculo da complexidade mais acessível. A união da metodologia para o pior caso, associada com a idéia da análise automática de programas, serviu de motivação para o desenvolvimento do protótipo de sistema ANAC, que é uma ferramenta para análise automática da complexidade de algoritmos não recursivos. O objetivo deste trabalho é implementar esta metodologia de cálculo de complexidade de algoritmos no pior caso, com a utilização de técnicas de construção de compiladores para que este sistema possa analisar algoritmos gerando como resultado final a complexidade do algoritmo dada em ordens assintóticas.

ProTool : uma ferramenta de prototipação de software para o ambiente PROSOFT

Dentre as principais áreas que constituem a Ciência da Computação, uma das que mais influenciam o mundo atual é a Engenharia de Software, envolvida nos aspectos científicos e tecnológicos do desenvolvimento de software. No desenvolvimento de software, a fase de especificação dos requisitos é uma das mais importantes, visto que erros não detectados nesta são propagados para as fases posteriores. Quanto mais avançado estiver o desenvolvimento, mais caro custa reparar um erro introduzido nas fases iniciais, pois isto envolve reconsiderar vários estágios do desenvolvimento. A prototipação permite que os requisitos do software sejam validados logo no início do desenvolvimento, evitando assim a propagação de erros. Paralelamente, a utilização de métodos formais visa revelar inconsistências, ambigüidades e falhas na especificação do software, que podem caso contrário, não serem detectadas. Usar a prototipação de software juntamente com uma notação formal enfatiza a especificação do problema e expõe o usuário a um sistema “operante” o mais rápido possível, de modo que usuários e desenvolvedores possam executar e validar as especificações dos requisitos funcionais. O objetivo principal deste trabalho é instanciar uma técnica da área de Prototipação de Software que capacite o engenheiro de software gerar automaticamente protótipos executáveis a partir de especificações formais de tipos abstratos de dados, na notação PROSOFT-algébrico, visando a validação dos requisitos funcionais logo no início do desenvolvimento do software. Para tanto foi proposto um mapeamento da linguagem PROSOFT-algébrico para OBJ. Como OBJ possui um eficiente sistema de reescrita de termos implementado, a utilização deste propicia a prototipação de tipos abstratos de dados, especificados em PROSOFT-algébrico. Os componentes envolvidos na definição deste trabalho, assim como o mapeamento entre as linguagens, foram especificados algebricamente e implementados no ambiente de desenvolvimento de software PROSOFT. A implementação serviu para validar o mapeamento proposto através de dois estudos de caso. Por fim, são apresentadas as conclusões alcançadas e as atividades adicionais vislumbradas a partir do trabalho proposto.

Mineração de regras de associação no problema da cesta de compras aplicada ao comércio varejista de confecção

A maioria das empresas interage com seus clientes através de computadores. Com o passar do tempo está armazenado nos computadores um histórico da atividade da empresa que pode ser explorado para a melhoria do processo de tomada de decisões. Ferramentas de descoberta de conhecimento em bancos de dados exploram este histórico a fim de extrair vários tipos de informação. Um dos tipos de informação que pode ser extraída destes tipos de bancos de dados são as regras de associação que consistem em relacionamentos ou dependências importantes entre itens tal que a presença de alguns itens em uma transação irá implicar a presença de outros itens na mesma transação. Neste trabalho são aplicadas técnicas de descoberta de conhecimento na área do comércio varejista de confecção. Foram detectadas algumas peculiaridades dos bancos de dados desta área sendo proposto um novo algoritmo para melhorar o desempenho da tarefa de extração de regras de associação. Para a validação dos resultados apresentados pelo algoritmo foi desenvolvido o protótipo de uma ferramenta para extração de regras de associação. Foram realizados experimentos com bancos de dados reais de uma empresa da área de comércio varejista de confecção para análise de desempenho do algoritmo.

GURU : uma ferramenta para administrar banco de dados através da web

Antigamente as informações que as organizações utilizavam durante a sua gestão eram suficientemente armazenadas em arquivos. A própria aplicação era responsável pela manipulação dos dados e pela função de guardá-los de maneira segura. No entanto, a sociedade evoluiu com tamanha rapidez que as organizações começaram a gerar uma quantidade cada vez maior de informação e, também, a rapidez de acesso às informações armazenadas tornou-se cada vez mais importante. Os antigos sistemas de arquivos tornaram-se complexos sistemas de armazenamento de informações responsáveis por gerir grandes volumes de dados, chamados Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados - SGBD’s. Devido à complexidade dos bancos de dados e à necessidade de sua operação ininterrupta surge a tarefa do Administrador, cuja função é assegurar que os bancos de dados permaneçam operantes, íntegros e rápidos. Para realizar suas tarefas o Administrador precisa contar com boas ferramentas de modo a tornar as intervenções no banco de dados rápidas e seguras. Existem no mercado, boas ferramentas para administração de banco de dados. No entanto, são todas proprietárias, possuem custo elevado e apresentam deficiências quando o DBA e o BD estão localizados logicamente em redes de dados distintas. Para tentar resolver este problema, este trabalho se propõe a desenvolver uma ferramenta de administração de banco de dados que o DBA possa utilizar para gerenciar os bancos de dados, utilizando a Web como instrumento.

Estudo da utilização de uma ferramenta para construção de programas em português em disciplinas básicas de ensino de programação

Este trabalho tem por objetivo apresentar e estudar a aplicação de uma ferramenta chamada PCP – Pseudo-Compilador Portugol, criada para auxiliar estudantes de programação a aprimorar o raciocínio lógico e a criar programas estruturados, sem que precisem se preocupar com comandos e instruções em Inglês ou tenham conhecimento de uma linguagem de programação específica. Por ser uma ferramenta que usa somente palavras do nosso idioma, os alunos podem direcionar todo o seu raciocínio no entendimento e resolução do problema em forma de algoritmo. O estudo experimental realizado neste trabalho pretende analisar e comparar o aprendizado entre grupos de alunos de disciplinas de programação utilizando e não utilizando esta ferramenta. Além de acompanhar o desempenho dos alunos, pretende também coletar informações durante as baterias de testes e obter as opiniões dos mesmos em relação ao PCP, no que se refere às facilidades, dificuldades, pontos positivos e falhas apresentadas. Este estudo é apresentado em duas etapas, com oito baterias de teste em cada uma. Na primeira etapa foram selecionados alunos do Curso de Ciência da Computação da UNIGRAN, em Dourados-MS; na segunda etapa foram selecionados alunos da Escola Anglo Decisivo. Estas duas etapas possibilitam a análise do aprendizado proporcionado pela ferramenta com alunos que já têm alguma noção de programação e com alunos que não tiveram nenhum contato com o desenvolvimento de programas.

Tomada de decisão e otimização de alternativas no planejamento com múltiplos objetivos em unidades de gerenciamento : bacia do rio dos Sinos (Rio Grande do Sul)

A tomada de decisões é um procedimento complexo e que envolve muitas variáveis. A análise multiobjeto estabelece relações para que, em projetos e planejamento de unidades de gerenciamento, sejam analisados os diversos condicionantes envolvidos. Como nos recursos hìdricos a tomada de decisão envolve cada vez mais a resolução de conflitos e um aumento da diversidade de objetivos, a análise multiobjetivo vem sendo cada vez mais utilizada..O objetivo deste trabalho é desenvolver ferramenta e metodologias que busquem formas de quantificar, avaliar e analisar múltiplos objetivos envolvidos na tomada de decisão em projetos, planejamento e gerenciamento de bacias hidrográficas. Para a elaboração dos estudos foi escolhida a bacia do rio dos Sinos. A bacia do rio dos Sinos abrange parte da Região Metropolitana de Porto Alegre, e é importante pólo econômico do Estado do Rio Grande do Sul Foram identificados condicionantes para a bacia, quais sejam: eficiência econômica, melhoria da qualidade da água, comprometimento social e minimização do impacto ambiental. Cada condicionante foi modelado por metodologias já consagradas para tal. A novidade é o casamento delas o que tornou o problema mais complexo de ser resolvido. Foi elaborada função de compromisso para a bacia do rio dos Sinos.Por fim, baseado em preferências estabelecidas pelo Comitê da Bacia Hidrográfica, foram elaborados tabela e gráficos que auxiliam na tomada de decisão para intervenções no rio, definindo assim, o que deve ser feito primeiro com os recursos disponíveis em um plano de despoluição para a bacia.

Recuperação de águas de processos : desenvolvimento de um problema padrão

Atualmente, a consciência de que os recursos naturais são esgotáveis e que a geração de poluentes deve ser evitada para impedir um sério problema ambiental, são aspectos que já estão sendo considerados na indústria química. Isto se reflete em uma das principais preocupações enfrentadas por este setor: a minimização de efluentes. O presente trabalho tem por objetivo desenvolver um problema padrão na área de integração mássica para recuperação de água de processos, sugerindo uma metodologia que ajude a solucionar esta grande preocupação. O problema padrão proposto é suficientemente simples para sua rápida compreensão, e complexo o suficiente para representar uma típica situação industrial. Na metodologia empregada, técnicas de integração mássica como: reuso, reciclo e regeneração são utilizadas, alternativamente ao tratamento de final de tubulação, a fim de reduzir a demanda de água consumida e minimizar a quantidade de efluente líquido tratado e descartado. A síntese da rede de integração mássica foi feita através da construção de uma superestrutura, contendo todas as possíveis configurações em potencial para o sistema proposto. A solução do problema foi obtida via programação não linear mista inteira (MINLP). Um estudo comparativo entre as diversas configurações obtidas foi realizado. Uma análise da operabilidade das principais configurações da rede de integração mássica foi feita para garantir que a rede sintetizada seja operável.

Desenvolvimento de uma ferramenta para obtenção de modelos empíricos

O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de uma ferramenta de regressão multivariável apropriada para abordar o problema da modelagem de propriedades relacionadas à qualidade final de produtos em processos industriais. No caso geral, dados provenientes de sistemas físicos e químicos típicos do meio industrial são caracterizados pela presença de relação não linear entre as variáveis, podendo, ainda, apresentar outros problemas que dificultam o processo de modelagem empírica, como baixa disponibilidade de observações experimentais, presença de ruído excessivo nas medidas e a presença de colinearidade entre os termos explicativos. Foi feita uma revisão de diferentes métodos de regressão multivariável tais como regressão linear múltipla (MLR), regressão não linear baseada em transformações das variáveis explicativas e métodos de redução de dimensionalidade (PCA, PLS, QPLS e BTPLS). Também foram propostas novas metodologias para a abordagem das questões da seleção de variáveis e estimação das incertezas dos modelos. Posteriormente, utilizando as metodologias revisadas e propostas, foi sugerida uma sistemática para o tratamento da questão da modelagem empírica de dados industriais, que constitui a base para a implementação da ferramenta desejada. A aplicabilidade da ferramenta desenvolvida foi ilustrada através de alguns estudos de caso retirados da literatura, onde modelos para a predição de propriedades relativas à qualidade de produtos produzidos em quatro tipos de processos industriais diferentes são obtidos.