Orpheo : uma estrutura de trabalho para integração dos paradigmas de aprendizado supervisionado e não-supervisionado

Esta tese apresenta contribuições ao processo de Descoberta de Conhecimento em Bases de Dados (DCBD). DCBD pode ser entendido como um conjunto de técnicas automatizadas – ou semi-automatizadas – otimizadas para extrair conhecimento a partir de grandes bases de dados. Assim, o já, de longa data, praticado processo de descoberta de conhecimento passa a contar com aprimoramentos que o tornam mais fácil de ser realizado. A partir dessa visão, bem conhecidos algoritmos de Estatística e de Aprendizado de Máquina passam a funcionar com desempenho aceitável sobre bases de dados cada vez maiores. Da mesma forma, tarefas como coleta, limpeza e transformação de dados e seleção de atributos, parâmetros e modelos recebem um suporte que facilita cada vez mais a sua execução. A contribuição principal desta tese consiste na aplicação dessa visão para a otimização da descoberta de conhecimento a partir de dados não-classificados. Adicionalmente, são apresentadas algumas contribuições sobre o Modelo Neural Combinatório (MNC), um sistema híbrido neurossimbólico para classificação que elegemos como foco de trabalho. Quanto à principal contribuição, percebeu-se que a descoberta de conhecimento a partir de dados não-classificados, em geral, é dividida em dois subprocessos: identificação de agrupamentos (aprendizado não-supervisionado) seguida de classificação (aprendizado supervisionado). Esses subprocessos correspondem às tarefas de rotulagem dos itens de dados e obtenção das correlações entre os atributos da entrada e os rótulos. Não encontramos outra razão para que haja essa separação que as limitações inerentes aos algoritmos específicos. Uma dessas limitações, por exemplo, é a necessidade de iteração de muitos deles buscando a convergência para um determinado modelo. Isto obriga a que o algoritmo realize várias leituras da base de dados, o que, para Mineração de Dados, é proibitivo. A partir dos avanços em DCBD, particularmente com o desenvolvimento de algoritmos de aprendizado que realizam sua tarefa em apenas uma leitura dos dados, fica evidente a possibilidade de se reduzir o número de acessos na realização do processo completo. Nossa contribuição, nesse caso, se materializa na proposta de uma estrutura de trabalho para integração dos dois paradigmas e a implementação de um protótipo dessa estrutura utilizando-se os algoritmos de aprendizado ART1, para identificação de agrupamentos, e MNC, para a tarefa de classificação. É também apresentada uma aplicação no mapeamento de áreas homogêneas de plantio de trigo no Brasil, de 1975 a 1999. Com relação às contribuições sobre o MNC são apresentados: (a) uma variante do algoritmo de treinamento que permite uma redução significativa do tamanho do modelo após o aprendizado; (b) um estudo sobre a redução da complexidade do modelo com o uso de máquinas de comitê; (c) uma técnica, usando o método do envoltório, para poda controlada do modelo final e (d) uma abordagem para tratamento de inconsistências e perda de conhecimento que podem ocorrer na construção do modelo.

Aprendizado relacional por um modelo neural

As técnicas que formam o campo da Descoberta de Conhecimento em Bases de Dados (DCBD) surgiram devido à necessidade de se tratar grandes volumes de dados. O processo completo de DCBD envolve um elevado grau de subjetividade e de trabalho não totalmente automatizado. Podemos dizer que a fase mais automatizada é a de Mineração de Dados (MD). Uma importante técnica para extração de conhecimentosa partir de dados é a Programação Lógica Indutiva (PLI), que se aplica a tarefas de classificação, induzindo conhecimento na forma da lógica de primeira ordem. A PLI tem demonstrado as vantagens de seu aparato de aprendizado em relação a outras abordagens, como por exemplo, aquelas baseadas em aprendizado proposicional Os seus algorítmos de aprendizado apresentam alta expressividade, porém sofrem com a grande complexidade de seus processos, principalmente o teste de corbertura das variáveis. Por outro lado, as Redes Neurais Artificiais (RNs) introduzem um ótimo desempenho devido à sua natureza paralela. às RNs é que geralmente são "caixas pretas", o que torna difícil a obtenção de um interpretação razoável da estrutura geral da rede na forma de construções lógicas de fácil compreensão Várias abordagens híbridas simbólico-conexionistas (por exemplo, o MNC MAC 890 , KBANN SHA 94 , TOW 94 e o sistema INSS OSO 98 têm sido apresentadas para lidar com este problema, permitindo o aprendizado de conhecimento simbólico através d euma RN. Entretanto, estas abordagens ainda lidam com representações atributo-valor. Neste trabalho é apresentado um modelo que combina a expressividade obtida pela PLI com o desempenho de uma rede neural: A FOLONET (First Order Neural Network).

Desenvolvimento de fornecedores : um estudo de caso no setor de máquinas agrícolas

Devido ao aumento da competitividade entre as empresas, torna-se cada vez mais importante obter vantagens, principalmente se os benefícios puderem ser estendidos aos diversos elementos da cadeia de fornecimento. O objetivo deste trabalho é abordar as etapas que foram realizadas durante um programa de desenvolvimento de fornecedores. Este programa partiu da necessidade de uma empresa montadora de máquinas agrícolas melhorar o desempenho de seus fornecedores, auxiliando-os a obter melhorias de processos e operações. As ações desenvolvidas em três fornecedores são descritas e discutidas, tomando como base a Troca Rápida de Ferramentas (TRF), com o objetivo de diminuir o tempo de preparação e melhorar a produtividade do setor gargalo. Os ganhos percentuais com o projeto, sobre o total de vendas de cada fornecedor (F1, F2 e F3), foram 0,93%, 0,91% e 8,13%, respectivamente. Os resultados alcançados após a intervenção foram positivos e reforçam a necessidade de programas de desenvolvimento de fornecedores, como os abordados na literatura. Ao final é apresentado o método utilizado para promover o desenvolvimento de fornecedores, o qual é composto de 10 etapas desenvolvidas junto a empresa e 12 etapas desenvolvidas junto aos fornecedores.

AAERO : ambiente de aprendizado para o ensino de redes de computadores orientado a problemas

Atualmente, a sociedade tem experimentado uma grande transformação devido à crescente incorporação da tecnologia em seu cotidiano. Estas mudanças demonstram o grande avanço tecnológico experimentado nas últimas décadas, principalmente na área de Redes e Telecomunicações. Este contexto tem gerado uma crescente procura por profissionais desta área, com um perfil que privilegie, além do conhecimento técnico, outras habilidades consideradas importantes, como o pensamento crítico, o auto-aprendizado e a habilidade para trabalhar em equipe, habilidades estas que não são normalmente focadas nos cursos atuais. Estas habilidades são estimuladas nas abordagens centradas nos alunos, com destaque ao Problem-Based Learning (PBL), uma abordagem na qual o aluno é exposto a problemas, sem nenhum conhecimento prévio, e que, para resolvê-los, precisa pesquisar e analisar novas informações, visando sua aplicação na solução dos mesmos. Apesar da grande utilização do PBL em diversas instituições no mundo, existem poucas ferramentas de software que dão apoio para sua total aplicação. Por outro lado, mesmo sendo bem estruturado, o PBL não sugere indicações de como assimilar melhor novas experiências, de como buscar o conhecimento em experiências anteriores e como desenvolver problemas atuais e interessantes com características reais. Estas dificuldades podem ser minimizadas com a utilização do CBR (Case-Based Reasoning). Entre as aplicações CBR desenvolvidas especificamente na área de Redes de Computadores, pode-se destacar o sistema DUMBO, um sistema CBR, desenvolvido na UFRGS, especificamente para o diagnóstico de problemas em Redes de Computadores. A integração com o DUMBO permite à abordagem PBL ser aplicada com maior eficiência, utilizando sua biblioteca de casos como ferramenta de pesquisa e para a sugestão de novos problemas a partir de casos reais e atuais. Com base nestas afirmações, este trabalho apresenta a proposta e o desenvolvimento de um protótipo de ambiente de aprendizado para o ensino de Redes de Computadores, utilizando a abordagem PBL em conjunto com a abordagem CBR através do sistema DUMBO.

Um método para detectar falhas incipientes em máquinas rotativas baseado em análise de vibração e lógica Fuzzy

Este trabalho apresenta um método para detectar falhas no funcionamento de máquinas rotativas baseado em alterações no padrão de vibração do sistema e no diagnóstico da condição de operação, por Lógica Fuzzy. As modificações ocorridas são analisadas e servem como parâmetros para predizer falhas incipientes bem como a evolução destas na condição de operação, possibilitando tarefas de manutenção preditiva. Utiliza-se uma estrutura mecânica denominada de Sistema Rotativo (Figura 1), apropriada para as simulações das falhas. Faz-se a aquisição de dados de vibração da máquina usando-se um acelerômetro em chip biaxial de baixa potência. As saídas são lidas diretamente por um contador microprocessador não requerendo um conversor A/D. Um sistema de desenvolvimento para processamento digital de sinais, baseado no microprocessador TMS320C25, o Psi25, é empregado na aquisição dos sinais de vibração (*.dat), do Sistema Rotativo. Os arquivos *.dat são processados através da ferramenta matemática computacional Matlab 5 e do programa SPTOOL. Estabelece-se o padrão de vibração, denominado assinatura espectral do Sistema Rotativo (Figura 2) Os dados são analisados pelo sistema especialista Fuzzy, devidamente calibrado para o processo em questão. São considerados, como parâmetros para a diferenciação e tomada de decisão no diagnóstico do estado de funcionamento pelo sistema especialista, a freqüência de rotação do eixo-volante e as amplitudes de vibração inerentes a cada situação de avaria. As falhas inseridas neste trabalho são desbalanceamentos no eixovolante (Figura 1), através da inserção de elementos desbalanceadores. A relação de massa entre o volante e o menor elemento desbalanceador é de 1:10000. Tomando-se como alusão o conhecimento de especialistas no que se refere a situações normais de funcionamento e conseqüências danosas, utilizam-se elementos de diferentes massas para inserir falhas e diagnosticar o estado de funcionamento pelo sistema fuzzy, que apresenta o diagnóstico de formas qualitativa: normal; falha incipiente; manutenção e perigo e quantitativa, sendo desta maneira possível a detecção e o acompanhamento da evolução da falha.

Desenvolvimento de novos produtos através do gerenciamento simultâneo de projetos (GSP) : um estudo de caso na indústria de máquinas agrícolas

Esta pesquisa foi realizada com o objetivo de otimizar as atividades de gerenciamento no desenvolvimento de novos produtos na AGCO, empresa fabricante de máquinas agrícolas, e em sua cadeia de fornecedores. A engenharia simultânea ou, mais amplamente, o gerenciamento simultâneo de projetos é um sistema para administração de projetos que permite encurtar o tempo de lançamento de um produto e, ao mesmo tempo, reduzir os gastos no projeto, atendendo às necessidades dos clientes-alvo. Pesquisadores do Massachussets Institute of Technology (MIT) Womack, Jones e Roos apresentaram em 1990 um estudo de cinco anos visando identificar quais as características desse sistema que contribuíam efetivamente para seu sucesso. Este estudo foi detalhado por Daniel Schrage, do Georgia Institute of Technology, que expandiu as quatro características básicas identificadas (líder forte, trabalho em equipe, comunicação eficiente, desenvolvimento simultâneo com fornecedores). Recentes estudos indicam que, além das conclusões dos estudos acima, três fatores são hoje preponderantes para o sucesso do gerenciamento simultâneo de projetos: comunicação, coordenação e colaboração. Esta pesquisa identifica as técnicas atualmente empregadas na AGCO e seus fornecedores e seus métodos de gerenciamento dos processos e pessoas, propondo ao final uma série de melhorias que permitirão a otimização deste sistema de gerenciamento de novos produtos. A coleta de informações foi feita através de entrevistas e envio de questionários a mais de 80 fornecedores da AGCO. A análise dos resultados da pesquisa nos leva à conclusão de que a AGCO e seus fornecedores podem aperfeiçoar seu sistema de gerenciamento de projetos, principalmente no item coordenação dos grupos técnicos e nas técnicas empregadas para avaliação de performance dos produtos. A aplicação dos métodos de desenvolvimento, e o envolvimento das pessoas estão em um patamar superior de performance.

Raciocínio baseado em caso : uma aplicação em manutenção de máquinas e equipamentos

o ambiente econômico atual tem imposto desafios em atividades como atendimento de pedidos de produção, com lotes e prazos de entrega cada vez menores e garantia de inexistência de erros de qualidade e entrega. Portanto, se faz imperativo um tratamento diferenciado da manutenção dos equipamentos, exigindo o uso de tecnologias que permitam, através da minimização dos tempos envolvidos em reparos, avanços contínuos na direção de "zero-quebra" e "zero-defeito". Embora a busca sempre deva ser de eliminar paradas por quebra, atacando suas causas na raiz, através de ações de melhoramento contínuo das condições das máquinas e instalações, estas ainda persistem. Seja por falta de recursos para a implantação das ações técnicas necessárias ou pela inviabilidade econômica desta implantação, as intervenções corretivas, que em quase sua totalidade estão estruturadas com base na experiência individual dos profissionais da área, continuam sendo requeridas. A empresa fica então na dependência da correta avaliação de profissionais especialistas, os quais são também suscetíveis a erros de diagnóstico, o que coloca em risco a continuidade das operações fabris. Este trabalho revisa o conceito de TPM (Total Productive Management ou Gestão Produtiva Total) aplicado a organizações, processos produtivos e resultados potenciais tangíveis e intangíveis de sua aplicação. A manutenção planejada, um dos pilares do TPM onde são focalizadas as intervenções por quebra-máquina, descreve as divisões de atividades em uma intervenção de conserto. Neste ponto são localizadas as etapas onde o CBR (Case-Based Reasoning) ou Raciocínio Baseado em Casos, pode ser utilizado a fim de minimizar o tempo total da intervenção. Um protótipo de CBR é criado para auxiliar especialistas de manutenção durante o processo de diagnóstico de causas de quebras de máquinas. Este protótipo utiliza CBR como método para armazenamento de casos pregressos de quebras de máquina. A base de casos do CBR fornece ferramentas para recuperação e reutilização destas experiências quando da recorrência da quebra de máquina, auxiliando profissionais da manutenção a executar seu trabalho O pacote de ferramentas CBR Content Navigator, Versão 3.2 desenvolvido pela Inference CorporationTM foi utilizado como: (i) repositório para modelagem e armazenamento do banco de casos, (ii) mecanismo de recuperação (ou busca) de casos na base do sistema e, (iii) ferramentas para apresentar a solução dos problemas de quebra de máquina.

O estudo, o aprendizado e a disseminação dos conceitos de ergonomia como meio de criação da cultura ergonômica dentro da ECT, visando reduzir o absenteísmo e a incidência de doenças ocupacionais

O objetivo dessa dissertação foi estudar o trabalho das unidades operacionais da Empresa Brasileira de Correios e Telégrafos(ECT), identificar os problemas de ordem ergonômica e propor recomendações que minimizem seus efeitos negativos sobre a saúde dos trabalhadores. Foram coletados, sintetizados e discutidos, com os empregados, os dados sobre o trabalho das unidades operacionais, possibilitando a disseminação dos conceitos de ergonomia dentro da organização e o lançamento dos meios para a criação de uma cultura ergonãmica dentro da ECT.

Racionalidade comunicativa e educação : um estudo sobre o pensamento de Jürgen Habermas enfatizando a formação da competência interativa como aprendizado da razão comunicacional

A presente dissertação tem como propósito, a partir do estudo e apropriação reflexiva da Teoria do Agir Comunicativo de Jürgen Habermas, identificar espaços alternativos no ambiente escolar através dos quais possamos implementar ações didático-pedagógicas e administrativas que oportunizem o aprendizado da razão comunicativa, bem como favoreçam o desenvolvimento de competências alicerçadas na interatividade. Para tanto, partimos de uma abordagem sobre a modernidade, enquanto contextualização geral, enfatizando os movimentos filosóficos através dos quais se criaram as condições que permitiram a formulação do paradigma da subjetividade. Visando desocultar a gênese da alienação nossa reflexão esteve atenta aos elementos que oportunizaram a transformação da razão emancipatória em razão instrumental, ou seja, os motivos circunstanciais que tornaram possível a geração de patologias e a obstrução dos canais da comunicação na sociedade capitalista ocidental. A racionalidade comunicativa, como resultado da reviravolta lingüística, representa uma formulação reflexiva e crítica da razão capaz de oferecer alternativas de ação que possibilitem o resgate, a renovação e a promoção da racionalidade na sua multiplicidade de formas e vozes. Constitui-se num novo paradigma através do qual torna-se viável a análise crítica das patologias sociais e escolares oriundas do processo de racionalização das relações sociais e produtivas, assim como das imagens religiosas e metafísicas do mundo. A racionalidade comunicativa, pelo fato de privilegiar a dialogicidade intersubjetivo-argumentativa, fecunda o mundo escolar com múltiplas possibilidades de ação calcadas no desenvolvimento de competências interativas via aprendizado da racionalidade.

Mineração de dados utilizando aprendizado não-supervisionado: um estudo de caso para bancos de dados da saúde

A mineração de dados constitui o processo de descoberta de conhecimento interessante, com a utilização de métodos e técnicas que permitem analisar grandes conjuntos de dados para a extração de informação previamente desconhecida, válida e que gera ações úteis, de grande ajuda para a tomada de decisões estratégicas. Dentre as tarefas de mineração de dados, existem aquelas que realizam aprendizado não-supervisionado, o qual é aplicado em bases de dados não-classificados, em que o algoritmo extrai as características dos dados fornecidos e os agrupa em classes. Geralmente, o aprendizado não-supervisionado é aplicado em tarefas de agrupamento, que consistem em agrupar os dados de bancos de dados volumosos, com diferentes tipos de dados em classes ou grupos de objetos que são similares dentro de um mesmo grupo e dissimilares em diferentes grupos desses bancos de dados, de acordo com alguma medida de similaridade. Os agrupamentos são usados como ponto de partida para futuras investigações. Este trabalho explora, mediante a realização de um estudo de caso, o uso de agrupamento como tarefa de mineração de dados que realiza aprendizado nãosupervisionado, para avaliar a adequação desta tecnologia em uma base de dados real da área de saúde. Agrupamento é um tema ativo em pesquisas da área pelo seu potencial de aplicação em problemas práticos. O cenário da aplicação é o Sistema de Informações Hospitalares do SUS, sob a gestão da Secretaria Estadual de Saúde do Rio Grande do Sul. Mensalmente, o pagamento de um certo número de internações é bloqueado, uma vez que a cobrança de internações hospitalares é submetida a normas do SUS e a critérios técnicos de bloqueio estabelecidos pela Auditoria Médica da SES para verificar a ocorrência de algum tipo de impropriedade na cobrança dos procedimentos realizados nessas internações hospitalares. A análise de agrupamento foi utilizada para identificar perfis de comportamentos ou tendências nas internações hospitalares e avaliar desvios ou outliers em relação a essas tendências e, com isso, descobrir padrões interessantes que auxiliassem na otimização do trabalho dos auditores médicos da SES. Buscou-se ainda compreender as diferentes configurações de parâmetros oferecidos pela ferramenta escolhida para a mineração de dados, o IBM Intelligent Miner, e o mapeamento de uma metodologia de mineração de dados, o CRISP-DM, para o contexto específico deste estudo de caso. Os resultados deste estudo demonstram possibilidades de criação e melhora dos critérios técnicos de bloqueio das internações hospitalares que permitem a otimização do trabalho de auditores médicos da SES. Houve ainda ganhos na compreensão da tecnologia de mineração de dados com a utilização de agrupamento no que se refere ao uso de uma ferramenta e de uma metodologia de mineração de dados, em que erros e acertos evidenciam os cuidados que devem ser tomados em aplicações dessa tecnologia, além de contribuírem para o seu aperfeiçoamento.

Desenvolvimento de programa de gestão voltado à manutenção das máquinas e equipamentos e ao melhoramento dos processos de manufatura fundamentado nos princípios básicos do Total Productive Maintenance (TPM)

Esta dissertação de mestrado trata do tema Total Productive Maintenance (TPM) ou Manutenção Produtiva Total (MPT). O principal objetivo é avaliar sua contribuição no gerenciamento das atividades de manutenção industrial e como uma ferramenta da engenharia de processos para otimização dos processos de manufatura. A avaliação foi realizada com base em estudo de caso onde o TPM foi implementado em uma empresa do ramo eletro - eletrônico localizada na cidade de Caxias do Sul - RS. O plano de implementação foi elaborado baseado em revisão bibliográfica, a qual considerou o pensamento de autores nacionais e internacionais bem como a adequação do TPM levando em consideração a cultura e a realidade do sistema produtivo da empresa. A parte prática do programa envolveu a aplicação dos conceitos e filosofias fundamentais do TPM no sistema produtivo da empresa. Os principais resultados mensuráveis obtidos com a implementação, foram: (1) a elevação do Índice de Rendimento Operacional Global (IROG) de 0,552 para 0,634, observado nas máquinas consideradas restrição do sistema produtivo do setor (gargalos), (2) a redução nas quebras de máquinas em aproximadamente 45 %, (3) a criação de um ambiente que incentiva a participação dos funcionários com sugestões de melhorias, atingindo 3,2 sugestões de melhorias por funcionário por ano e, (4) reduções de 12,6 % de energia elétrica, 40 % no consumo de água e 797 litros de óleo lubrificante por ano. Entre os beneficios não mensuráveis destacam-se a criação de um ambiente de trabalho limpo, organizado e seguro, a formação de operadores multifuncionais e a eliminação de atmosfera de confronto que existia entre a operação e a manutenção. O estudo de caso também mostrou que o comprometimento da alta direção é fator fundamental para o sucesso do TPM.

Desenvolvimento e avaliação de uma ferramenta computacional multimeios utilizada no auxílio ao aprendizado de projetos de experimentos básicos

Esta dissertação trata do desenvolvimento e avaliação de uma ferramenta computacional multimeios utilizada no auxílio ao aprendizado de projetos de experimentos básicos. A busca da sociedade por novos produtos e processos, cada vez melhores e de forma mais rápida, determina a necessidade da aplicação de técnicas mais objetivas e eficientes para se alcançar estes desafios. O trabalho de execução visando contemplar o mencionado anteriormente, procedeu-se da seguinte forma: (i) revisão e descrição dos conceitos relativos à Engenharia da Qualidade e ao Planejamento, Projeto e Análise de Experimentos (PPAE); (ii) identificação e descrição de métodos ou regras de planejamento experimental; (iii) investigação e identificação dos projetos e análises de experimentos considerados básicos; (iv) desenvolvimento de uma ferramenta multimeios para o auxílio ao aprendizado de PPAE; (v) avaliação da ferramenta desenvolvida, através de um estudo de caso; (vi) conclusões relacionadas ao trabalho desenvolvido. A abordagem adotada para apresentar a técnica experimental, destacou o planejamento, do projeto e análise, detalhando separadamente os mesmos. Este passo almejou, de forma objetiva, identificar aqueles projetos e análises básicos, iniciais ao aprendizado. A elaboração e posterior avaliação da ferramenta multimeios permitiu perceber a potencialidade da mesma, como um meio instrucional para o tema específico de projetos de experimentos, sendo sua aplicação de relativa facilidade. A avaliação mostrou ainda que existe muito a se avançar nos meios físicos de apresentação/execução deste tipo de ferramenta multimeios.