Desenvolvimento de arquitetura para sistemas de reconhecimento automático de voz baseados em modelos ocultos de Markov

Este trabalho foi realizado dentro da área de reconhecimento automático de voz (RAV). Atualmente, a maioria dos sistemas de RAV é baseada nos modelos ocultos de Markov (HMMs) [GOM 99] [GOM 99b], quer utilizando-os exclusivamente, quer utilizando-os em conjunto com outras técnicas e constituindo sistemas híbridos. A abordagem estatística dos HMMs tem mostrado ser uma das mais poderosas ferramentas disponíveis para a modelagem acústica e temporal do sinal de voz. A melhora da taxa de reconhecimento exige algoritmos mais complexos [RAV 96]. O aumento do tamanho do vocabulário ou do número de locutores exige um processamento computacional adicional. Certas aplicações, como a verificação de locutor ou o reconhecimento de diálogo podem exigir processamento em tempo real [DOD 85] [MAM 96]. Outras aplicações tais como brinquedos ou máquinas portáveis ainda podem agregar o requisito de portabilidade, e de baixo consumo, além de um sistema fisicamente compacto. Tais necessidades exigem uma solução em hardware. O presente trabalho propõe a implementação de um sistema de RAV utilizando hardware baseado em FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) e otimizando os algoritmos que se utilizam no RAV. Foi feito um estudo dos sistemas de RAV e das técnicas que a maioria dos sistemas utiliza em cada etapa que os conforma. Deu-se especial ênfase aos Modelos Ocultos de Markov, seus algoritmos de cálculo de probabilidades, de treinamento e de decodificação de estados, e sua aplicação nos sistemas de RAV. Foi realizado um estudo comparativo dos sistemas em hardware, produzidos por outros centros de pesquisa, identificando algumas das suas características mais relevantes. Foi implementado um modelo de software, descrito neste trabalho, utilizado para validar os algoritmos de RAV e auxiliar na especificação em hardware. Um conjunto de funções digitais implementadas em FPGA, necessárias para o desenvolvimento de sistemas de RAV é descrito. Foram realizadas algumas modificações nos algoritmos de RAV para facilitar a implementação digital dos mesmos. A conexão, entre as funções digitais projetadas, para a implementação de um sistema de reconhecimento de palavras isoladas é aqui apresentado. A implementação em FPGA da etapa de pré-processamento, que inclui a pré-ênfase, janelamento e extração de características, e a implementação da etapa de reconhecimento são apresentadas finalmente neste trabalho.

A BDI-based approach for the assessment of driver's decision-making in commuter scenarios

The rapid growth of urban areas has a significant impact on traffic and transportation systems. New management policies and planning strategies are clearly necessary to cope with the more than ever limited capacity of existing road networks. The concept of Intelligent Transportation System (ITS) arises in this scenario; rather than attempting to increase road capacity by means of physical modifications to the infrastructure, the premise of ITS relies on the use of advanced communication and computer technologies to handle today’s traffic and transportation facilities. Influencing users’ behaviour patterns is a challenge that has stimulated much research in the ITS field, where human factors start gaining great importance to modelling, simulating, and assessing such an innovative approach. This work is aimed at using Multi-agent Systems (MAS) to represent the traffic and transportation systems in the light of the new performance measures brought about by ITS technologies. Agent features have good potentialities to represent those components of a system that are geographically and functionally distributed, such as most components in traffic and transportation. A BDI (beliefs, desires, and intentions) architecture is presented as an alternative to traditional models used to represent the driver behaviour within microscopic simulation allowing for an explicit representation of users’ mental states. Basic concepts of ITS and MAS are presented, as well as some application examples related to the subject. This has motivated the extension of an existing microscopic simulation framework to incorporate MAS features to enhance the representation of drivers. This way demand is generated from a population of agents as the result of their decisions on route and departure time, on a daily basis. The extended simulation model that now supports the interaction of BDI driver agents was effectively implemented, and different experiments were performed to test this approach in commuter scenarios. MAS provides a process-driven approach that fosters the easy construction of modular, robust, and scalable models, characteristics that lack in former result-driven approaches. Its abstraction premises allow for a closer association between the model and its practical implementation. Uncertainty and variability are addressed in a straightforward manner, as an easier representation of humanlike behaviours within the driver structure is provided by cognitive architectures, such as the BDI approach used in this work. This way MAS extends microscopic simulation of traffic to better address the complexity inherent in ITS technologies.

Avaliação da compressão de dados e da qualidade de imagem em modelos de animação gráfica para web : uma nova abordagem baseada em complexidade de Kolmogorov

Este trabalho versa sobre a avaliação da compressão de dados e da qualidade de imagens e animações usando-se complexidade de Kolmogorov, simulação de máquinas e distância de informação. Complexidade de Kolmogorov é uma teoria da informação e da aleatoriedade baseada na máquina de Turing. No trabalho é proposto um método para avaliar a compressão de dados de modelos de animação gráfica usando-se simulação de máquinas. Também definimos formalmente compressão de dados com perdas e propomos a aplicação da distância de informação como uma métrica de qualidade de imagem. O desenvolvimento de uma metodologia para avaliar a compressão de dados de modelos de animação gráfica para web é útil, a medida que as páginas na web estão sendo cada vez mais enriquecidas com animações, som e vídeo, e a economia de banda de canal tornase importante, pois os arquivos envolvidos são geralmente grandes. Boa parte do apelo e das vantagens da web em aplicações como, por exemplo, educação à distância ou publicidade, reside exatamente na existência de elementos multimídia, que apoiam a idéia que está sendo apresentada na página. Como estudo de caso, o método de comparação e avaliação de modelos de animação gráfica foi aplicado na comparação de dois modelos: GIF (Graphics Interchange Format) e AGA (Animação Gráfica baseada em Autômatos finitos), provando formalmente que AGA é melhor que GIF (“melhor” significa que AGA comprime mais as animações que GIF). Foi desenvolvida também uma definição formal de compressão de dados com perdas com o objetivo de estender a metodologia de avalição apresentada Distância de informação é proposta como uma nova métrica de qualidade de imagem, e tem como grande vantagem ser uma medida universal, ou seja, capaz de incorporar toda e qualquer medida computável concebível. A métrica proposta foi testada em uma série de experimentos e comparada com a distância euclidiana (medida tradicionalmente usada nestes casos). Os resultados dos testes são uma evidência prática que a distância proposta é efetiva neste novo contexto de aplicação, e que apresenta, em alguns casos, resultados superiores ao da distância euclidiana. Isto também é uma evidência que a distância de informação é uma métrica mais fina que a distância euclidiana. Também mostramos que há casos em que podemos aplicar a distância de informação, mas não podemos aplicar a distância euclidiana. A métrica proposta foi aplicada também na avaliação de animações gráficas baseadas em frames, onde apresentou resultados melhores que os obtidos com imagens puras. Este tipo de avaliação de animações é inédita na literatura, segundo revisão bibliográfica feita. Finalmente, neste trabalho é apresentado um refinamento à medida proposta que apresentou resultados melhores que a aplicação simples e direta da distância de informação.

Análise ergonômica de postos de trabalho de Caixa de Banco : comparação de dois modelos do Banrisul S.A.

Este trabalho aborda uma intervenção ergonômica baseada em princípios da macroergonomia, de caráter participativo, realizada nos postos de trabalho dos caixas do Banco do Estado do Rio Grande do Sul S. A. - Banrisul. A demanda deveu-se à alta incidência de patologias ocupacionais, LERlDORT (Lesões por Esforços Repetitivos /Doenças Osteomusculares relacionadas ao Trabalho), em escriturários do banco (caixas). Utilizando os mesmos instrumentos de pesquisa, foi avaliado o grau de satisfação dos empregados em relação à organização do trabalho, saúde, ambiente laboral e mobiliário, antes e após a intervenção realizada nos setores de caixa. Os resultados demonstraram que a metodologia Análise Macroergonômica do Trabalho (AMT) utilizada foi adequada, pois inova ao identificar e quantificar também fatores subjetivos que, muitas vezes, permanecem restritos aos próprios trabalhadores, pois provêm de suas vivências e experiências pessoais ou de grupo.

Modelagem de articulações para humanos virtuais baseada em anatomia

Técnicas de Processamento de Imagens e de Computação Gráfica vêm sendo empregadas há bastante tempo para o diagnóstico por imagens em Medicina. Mais recentemente, aplicações baseadas em modelos anatômicos, tanto extraídos de volumes de imagens como criados com base em estudos de anatomia, despontam com força. Tais modelos visam suportar simulação de movimento e de fisiologia. Porém, para que isso se torne realidade, modelos anatômicos do corpo humano precisam ser construídos e aperfeiçoados. Entre outras funcionalidades, esses modelos devem ser capazes de representar o movimento articulado do corpo humano. O problema de modelagem das articulações já foi considerado em diversos trabalhos, principalmente em Robótica e Animação. Entretanto, esses trabalhos não levaram em conta fidelidade anatômica com profundidade suficiente para que pudessem ser utilizados em aplicações de Medicina. O principal objetivo deste trabalho, portanto, é a criação de uma estratégia de representação de articulações embasada em características anatômicas para modelagem de esqueletos humanos virtuais. Um estudo da anatomia do esqueleto humano é apresentado, destacando os tipos de articulações humanas e aspectos do seu movimento. Também é apresentado um estudo dos modelos de articulações encontrados na literatura de Computação Gráfica, e são comentados alguns sistemas de software comercial que implementam corpos articulados. Com base nesses dois estudos, procurou-se identificar as deficiências dos modelos existentes em termos de fidelidade anatômica e, a partir disso, propor uma estratégia de representação para articulações humanas que permitisse a construção de corpos humanos virtuais anatomicamente realísticos. O modelo de articulações proposto foi projetado com o auxílio de técnicas de projeto orientado a objetos e implementado no âmbito do projeto Virtual Patients. Usando as classes do modelo, foi construído um simulador de movimentos, que recebe a descrição de um corpo articulado através de um arquivo em formato XML e apresenta uma animação desse corpo. A descrição do movimento também é especificada no mesmo arquivo. Esse simulador foi utilizado para gerar resultados para verificar a correção e fidelidade do modelo articular. Para isso, um joelho virtual foi construído, seus movimentos foram simulados e comparados com outros joelhos: o modelo de outro simulador, um modelo plástico anatômico e o joelho real.

Centralidade espacial : uma nova operacionalização do modelo baseada em um Sistema de Informações Geográficas

Neste trabalho realizou-se a vinculação entre o Modelo de Centralidade e um Sistema de Informações Geográficas. A motivação para a realização dessa tarefa surgiu do reconhecimento de que as principais ferramentas utilizadas atualmente em análises espaciais urbanas – Modelos Urbanos e SIGs – apresentam sérias limitações, e que sua união em uma nova ferramenta pode superar muitas dessas limitações. Propôs-se então uma estrutura básica de Sistemas de Suporte ao Planejamento (PSS) que fosse capaz de oferecer suporte efetivo às diversas etapas do processo de planejamento. Essa estrutura serve como base de apoio para a construção da nova ferramenta, cujo objetivo foi testar duas hipóteses: a) A união de Sistemas de Informação Geográficas e o Modelo de Centralidade pode aumentar a qualidade de análises espaciais urbanas, através de aspectos como visualização e precisão dos resultados, e rapidez, facilidade e flexibilidade na realização das análises. b) Sistemas de Informações Geográficas podem contribuir para operacionalizar novos aportes teóricos no Modelo de Centralidade, principalmente através das capacidades de manipulação de elementos espaciais A ferramenta foi construída através de rotinas de personalização do ArcView (scripts), em conjunto com módulos analíticos externos, em forma de DLL, construídos em Delphi. Os scripts se encarregam de compilar os dados necessários à análise de Centralidade, referentes ao traçado e à quantidade e qualidade das formas edificadas, e alimenta o módulo analítico com as informações necessárias. Este as processa e retorna os resultados aos scripts, que então preenchem as tabelas de atributos referentes às unidades espaciais, deixando-as prontas para serem submetidas aos procedimentos de geração de mapas e cruzamentos de dados usualmente realizadas pelos SIGs “comuns”. Para testar a hipótese “a”, realizou-se um estudo de caso na cidade de Pato Branco (PR) para avaliar o desempenho da ferramenta quando aplicada a uma situação próxima da realidade. O desempenho da ferramenta mostrou-se bastante satisfatório, quando comparado com o método tradicional de análise da Centralidade. A organização dos dados foi beneficiada, assim como o tempo de realização das análises, aumentando a flexibilidade para a realização de testes com diferentes configurações. Para testar a hipótese “b”, propôs-se uma pequena alteração no Modelo de Centralidade, que atribuiu pesos diferenciados às conexões entre elementos espaciais, como forma de tentar superar algumas das limitações das representações utilizadas até o momento. Dessa forma, os ângulos entre os trechos de logradouros passaram a definir custos diferenciados entre trechos, que por sua vez influenciavam na determinação dos caminhos mínimos entre trechos, dado essencial para o conceito de Centralidade Ficou provado então que é possível operacionalizar novos aportes teóricos ao modelo de Centralidade utilizando as capacidades de manipulação de dados espaciais oferecidas pelos SIGs, ainda que a validade do aporte utilizado neste trabalho não tenha sido testada. Outras conclusões do estudo são a adequação da estrutura modular da ferramenta, a necessidade de bases de dados completas e adequadas desde o ponto de vista do modelo de dados, e o reconhecimento de um vasto campo de experimentações a serem feitas como evolução natural das idéias apresentadas aqui.

Análise da confiabilidade de produtos baseada em dados de utilização da garantia

Empresas de manufatura alocam uma grande quantidade de recursos no projeto de produtos confiáveis. Quando adequadamente projetados, tais produtos apresentam um número mínimo de falhas operacionais durante seu período de garantia e, de forma geral, durante sua vida útil. Falhas incorridas durante o período de garantia do produto implicam em custos indesejáveis. Assim, a incidência dessas falhas, bem como sua natureza, são normalmente registradas pelas empresas, na busca de informações que permitam aprimorar o projeto de produtos. Modelos de confiabilidade apropriados para estudos de engenharia são freqüentemente desenvolvidos a partir da análise de informações de desempenho em campo dos produtos de interesse. Esta dissertação propõe e exemplifica uma metodologia de análise de confiabilidade de produtos manufaturados, utilizando as informações disponíveis de volume produzido em um período de tempo e dados de tempos-até-falha obtidos da utilização da garantia do produto analisado. Como aplicação, foi realizada a modelagem da distribuição de confiabilidade de um modelo de aparelho condicionador de ar individual. Além da definição do modelo de distribuição da confiabilidade do produto e seus parâmetros, foram identificados os componentes críticos do sistema, os quais apresentam maior impacto sobre a confiabilidade do produto, quando ocorre melhoria de suas distribuições individuais de confiabilidade O trabalho apresenta, também, uma introdução sobre a teoria e princípio de funcionamento de unidades condicionadoras de ar, bem como uma revisão sobre os conceitos teóricos de confiabilidade, estimativas de parâmetros de modelos de distribuições, métodos de modelagens de distribuições e avaliação de confiabilidade utilizados na metodologia proposta.

Abordagem baseada em objetivos para construção de casos de uso e cenários

Para o desenvolvimento de sistemas interativos que respeitem critérios de usabilidade em adição aos critérios de qualidade convencionais, é necessário que, desde suas primeiras etapas, as áreas de Engenharia de Software (ES) e de Interação Humano- Computador (IHC) sejam consideradas, simultaneamente e de maneira integrada. Essas duas áreas investigam modelos, conceitos, técnicas e práticas que refletem diferentes perspectivas sobre a atividade de desenvolvimento, uma orientada mais ao sistema (ES) e outra, mais ao usuário (IHC). Para conciliar estas perspectivas, é necessário o estabelecimento de um entendimento mútuo e a utilização conjunta e integrada de conceitos, técnicas e práticas de desenvolvimento de ambas as áreas. Este trabalho visa mostrar as possibilidades desta integração, através da combinação dos conceitos de Casos de Uso (Use Cases) e Cenários (Scenarios), importantes técnicas de modelagem amplamente utilizadas respectivamente nas áreas de ES e IHC, em diferentes contextos, com diferentes visões; mas apresentando similaridades valiosas para propiciarem o uso complementar de ambas as técnicas. Para sistematizar esta integração, é proposta uma abordagem teleológica – baseada em objetivos – de construção sistemática de casos de uso com quatro diferentes níveis de abstração, desde os mais abstratos casos de uso essenciais até os cenários, aqui utilizados como instâncias concretas de casos de uso. Com esta abordagem, pretende-se construir um modelo de casos de uso que permita especificar requisitos funcionais, conjuntamente com requisitos de interação, de maneira compreensível e praticável e que sirva como ponto de partida à continuidade do desenvolvimento orientado a objetos de software. Com o intuito de exemplificar a proposta, é descrita e discutida a aplicação passo a passo desta abordagem a um exemplo.

Efeitos de superfície na dinâmica de gases rarefeitos : uma análise baseada no núcleo de espalhamento de Cercignani-Lampis

Neste trabalho, uma versão analítica do método de ordenadas discretas (ADO) é usada para resolver problemas da dinâmica de gases rarefeitos, enfocando a interação do gás com a superfície, que é modulada pela lei de Cercignani-Lampis, a qual inclui a consideração de dois coeficientes de acomodação. Os problemas para uma espécie (Fluxo de Poiseuille, problema Creep Térmico, Fluxo de Couette, problema de Deslizamento Térmico, problema de Deslizamento Viscoso e problema de Salto de Temperatura) são formulados a partir dos modelos BGK e S da equação linearizada de Boltzmann. Para o caso de problemas de mistura binária de gases (problema de Salto de Temperatura, problema de Deslizamento Térmico e problema de Deslizamento Viscoso) é usado o modelo de McCormack. A solução em ordenadas discretas analítica se mostra eficiente e precisa e uma série de resultados é apresentada no sentido de estabelecer uma análise detalhada da influência dos efeitos de superfície para todos os problemas.

Curvas de aprendizado como balizadoras da alocação de modelos de produtos a equipes de trabalhadores

Em cenários de produção baseados na flexibilidade de catálogo, uma grande variedade de modelos de produtos é demandada pelos consumidores. Essa condição exige uma rápida adequação dos meios produtivos às especificações do próximo modelo a ser produzido. Tal situação, contudo, pode acarretar perdas consideráveis em relação aos níveis de produção e qualidade, em decorrência da pouca habilidade dos trabalhadores nos ciclos iniciais de produção de um novo modelo. Assim, a modelagem do processo de aprendizado de trabalhadores atuando sobre cada modelo de produto pode auxiliar a gerência na alocação de modelos de produtos a equipes de trabalhadores, minimizando as perdas verificadas nos primeiros ciclos de produção. Esta dissertação propõe uma metodologia baseada na utilização de curvas de aprendizado como balizadoras da alocação de modelos de produtos a equipes de trabalhadores. Os diversos modelos de produtos são agrupados em famílias de acordo com suas características similares, permitindo uma redução na coleta de dados. A alocação das famílias às equipes é realizada através da análise das curvas de aprendizado. Duas formas de alocação são apresentadas, de acordo com a duração da corrida de produção. A metodologia proposta é ilustrada através de um estudo de caso em uma indústria do setor calçadista.

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.

Formalização da comunicação de conhecimentos probabilísticos em sistemas multiagentes : uma abordagem baseada em lógica probabilística

Durante os últimos anos as áreas de pesquisa sobre Agentes Inteligentes, Sistemas Multiagentes e Comunicação entre Agentes têm contribuído com uma revolução na forma como sistemas inteligentes podem ser concebidos, fundamentados e construídos. Sendo assim, parece razoável supor que sistemas inteligentes que trabalhem com domínios probabilísticos de conhecimento possam compartilhar do mesmo tipo de benefícios que os sistemas mais tradicionais da Inteligência Artificial receberam quando adotaram as concepções de agência, de sistemas compostos de múltiplos agentes e de linguagens de comunicação entre estes agentes. Porém, existem dúvidas não só sobre como se poderia escalar efetivamente um sistema probabilístico para uma arquitetura multiagente, mas como se poderia lidar com as questões relativas à comunicação e à representação de conhecimentos probabilísticos neste tipo de sistema, principalmente tendo em vista as limitações das linguagens de comunicação entre agentes atuais, que não permitem comunicar ou representar este tipo de conhecimento. Este trabalho parte destas considerações e propõe uma generalização do modelo teórico puramente lógico que atualmente fundamenta a comunicação nos sistemas multiagentes, que será capaz de representar conhecimentos probabilísticos. Também é proposta neste trabalho uma extensão das linguagens de comunicação atuais, que será capaz de suportar as necessidades de comunicação de conhecimentos de natureza probabilísticas. São demonstradas as propriedades de compatibilidade do novo modelo lógico-probabilístico com o modelo puramente lógico atual, sendo demonstrado que teoremas válidos no modelo atual continuam válidos no novo modelo. O novo modelo é definido como uma lógica probabilística que estende a lógica modal dos modelos atuais. Para esta lógica probabilística é definido um sistema axiomático e são demonstradas sua correção e completude. A completude é demonstrada de forma relativa: se o sistema axiomático da lógica modal original for completo, então o sistema axiomático da lógica probabilística proposta como extensão também será completo. A linguagem de comunicação proposta neste trabalho é definida formalmente pela generalização das teorias axiomáticas de agência e comunicação atuais para lidar com a comunicação de conhecimentos probabilísticos e pela definição de novos atos comunicativos específicos para este tipo de comunicação. Demonstra-se que esta linguagem é compatível com as linguagens atuais no caso não-probabilístico. Também é definida uma nova linguagem para representação de conteúdos de atos de comunicação, baseada na lógica probabilística usada como modelo semântico, que será capaz de expressar conhecimentos probabilísticos e não probabilísticos de uma maneira uniforme. O grau de expressibilidade destas linguagens é verificado por meio de duas aplicações. Na primeira aplicação demonstra-se como a nova linguagem de conteúdos pode ser utilizada para representar conhecimentos probabilísticos expressos através da forma de representação de conhecimentos probabilísticos mais aceita atualmente, que são as Redes Bayesianas ou Redes de Crenças Probabilísticas. Na outra aplicação, são propostos protocolos de interação, baseados nos novos atos comunicativos, que são capazes de atender as necessidades de comunicação das operações de consistência de Redes Bayesianas secionadas (MSBNs, Multiple Sectioned Bayesian Networks) para o caso de sistemas multiagentes.

Planejamento de perturbações para a identificação de modelos dinâmicos

A identificação de modelos é determinante no sucesso das modernas técnicas de controle avançado de processos. Um modelo para o sistema pode ser obtido através de modelagem rigorosa, baseada em equações governantes do sistema ou através da modelagem empírica e estimação de parâmetros. Embora mais rápida e fácil, a modelagem empírica necessita de alguns testes de identificação nos quais as variáveis manipuladas são variadas de modo que resultem em variações nas variáveis controladas. Os testes de identificação podem apresentar custos muito elevados tendo em vista que o sistema pode sair de seu ponto normal de operação, gerando produtos com folga de especificação. Este fato ocorre porque usualmente as perturbações aplicadas nas variáveis manipuladas nas indústrias de processos são independentes umas das outras, aumentando a duração do teste de identificação. Desta forma, neste trabalho foi desenvolvida uma nova metodologia de projeto de perturbações simultâneas para a identificação de modelos dinâmicos baseada na direcionalidade do sistema, com o objetivo de fornecer dados mais ricos para se capturar corretamente o comportamento multivariável do sistema e manter o processo no ponto de operação normal. As perturbações são projetadas conforme as características de um modelo simplificado do processo, ou pré-modelo. Este modelo inicial é obtido essencialmente de dados históricos de planta, selecionados através de uma sistemática análise de correlação desenvolvida neste trabalho A metodologia proposta é composta de duas partes: a primeira parte diz respeito à análise dos dados históricos de planta para obtenção de informações prelimirares as quais são utilizadas no planejamento de perturbações, tais como amplitude do ruído de medida, correlação entre as variáveis de processo, constante de tempo do sistema e matriz de ganhos. E a segunda parte consiste no cálculo da amplitude das perturbações baseado nos resultados da primeira etapa do planejamento. Para sistemas mal-condicionados verificou-se que as perturbações planejadas pela metodologia removem menos a planta de seu ponto de operação gerando resultados mais consistentes em relação às perturbações tradicionais. Já para sistemas bem-condicionados, os resultados são semelhantes. A metodologia foi aplicada em uma unidade piloto experimental e numa unidade de destilação da PETROBRAS, cujos resultados apontam pouca remoção dos sistemas do ponto de operação e modelos consistentes. A validação dos modelos também foi contemplada na dissertação, uma vez que foi proposto um novo critério de validação que considera a derivada dos dados de planta e a do modelo e não apenas os dados de planta e os dados da simulação das saídas do modelo.

Modelos mentais e resolução de problemas em física

O objetivo deste trabalho foi investigar como fazer os alunos modelarem mentalmente os enunciados de problemas de papel-e-lápis a fim de entendê-los e resolvê-los baseados em procedimentos analíticos e não buscando uma “fórmula”. Foram realizados cinco estudos empíricos com alunos universitários dos cursos de Engenharia e Física da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, cursando a disciplina de Mecânica Geral. Foi utilizada uma metodologia qualitativa baseada em depoimentos verbais (durante aulas exclusivas de problemas e entrevistas semi-estruturadas) e escritos (em testes e exames) durante o período de 1998 e 2004. O trabalho está subsidiado teoricamente pelas teorias dos modelos mentais de Johnson-Laird e dos campos conceituais de Vergnaud, tendo como teoria educacional subjacente, a teoria educacional da aprendizagem significativa de Ausubel. Resultados da pesquisa parecem dar suporte para a hipótese da autora, segundo a qual a representação mental dos enunciados dos problemas, apresentados acompanhados ou não por uma representação pictórica, podem ser facilitados pelo ensino explícito da modelagem física das situações envolvidas. Os conhecimentos-em-ação que os estudantes usam, como se pode inferir de suas soluções verbais e escritas, identificaram algumas características em seus desempenhos que pode ajudar com que os professores entendam os processos que eles usam durante as atividades de resolução de problemas, com possíveis conseqüências para os procedimentos usados pelos professores com relação ao ensino.