Modelado y control de estación de célula de manipulación

[ES]El objetivo de este proyecto es el diseño e implementación del modelo de la estación FMS 201 (alimentación de la base) y el diseño e implementación del control de la estación. Esta estación pertenece a la serie FMS 200 (sistema didáctico modular de ensamblaje flexible) distribuido por la empresa SMC. Se dispone uno en el laboratorio de investigación del departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Escuela Superior de Ingeniería de Bilbao (EHU/UPV). Para el desarrollo e implementación del modelo se usará la herramienta informática Automation Studio. Para el control del modelo se usará el PLC. Para el intercambio de información entre modelo y controlador se utilizará la comunicación OPC Para el control de la estación se usa un PLC S7-300 de la marca SIEMENS. Se finaliza el documento realizando las pruebas de validación del modelo desarrollado, ejecutándose el programa de control en el PLC y corriendo el modelo desarrollado en el PC.

Plataforma de desenvolvimento de circuitos eletrônicos adaptativos.

Este trabalho apresenta uma arquitetura geral para evolução de circuitos eletrônicos analógicos baseada em algoritmos genéticos. A organização lógica privilegia a interoperabilidade de seus principais componentes, incluindo a possibilidade de substituição ou melhorias internas de suas funcionalidades. A plataforma implementada utiliza evolução extrínseca, isto é, baseada em simulação de circuitos, e visa facilidade e flexibilidade para experimentação. Ela viabiliza a interconexão de diversos componentes aos nós de um circuito eletrônico que será sintetizado ou adaptado. A técnica de Algoritmos Genéticos é usada para buscar a melhor forma de interconectar os componentes para implementar a função desejada. Esta versão da plataforma utiliza o ambiente MATLAB com um toolbox de Algoritmos Genéticos e o PSpice como simulador de circuitos. Os estudos de caso realizados apresentaram resultados que demonstram a potencialidade da plataforma no desenvolvimento de circuitos eletrônicos adaptativos.

Microwave absorption properties of permalloy nanodots in the vortex and quasi-uniform magnetization states

When the in-plane bias magnetic field acting on a flat circular magnetic dot is smaller than the saturation field, there are two stable competing magnetization configurations of the dot: the vortex and the quasi-uniform (C-state). We measured microwave absorption properties in an array of non-interacting permalloy dots in the frequency range 1-8 GHz when the in-plane bias magnetic field was varied in the region of the dot magnetization state bi-stability. We found that the microwave absorption properties in the vortex and quasi-uniform stable states are substantially different, so that switching between these states in a fixed bias field can be used for the development of reconfigurable microwave magnetic materials.

Hardware paralelo reconfigurável para identificação de alinhamentos de sequências de DNA.

Amostras de DNA são encontradas em fragmentos, obtidos em vestígios de uma cena de crime, ou coletados de amostras de cabelo ou sangue, para testes genéticos ou de paternidade. Para identificar se esse fragmento pertence ou não a uma sequência de DNA, é necessário compará-los com uma sequência determinada, que pode estar armazenada em um banco de dados para, por exemplo, apontar um suspeito. Para tal, é preciso uma ferramenta eficiente para realizar o alinhamento da sequência de DNA encontrada com a armazenada no banco de dados. O alinhamento de sequências de DNA, em inglês DNA matching, é o campo da bioinformática que tenta entender a relação entre as sequências genéticas e suas relações funcionais e parentais. Essa tarefa é frequentemente realizada através de softwares que varrem clusters de base de dados, demandando alto poder computacional, o que encarece o custo de um projeto de alinhamento de sequências de DNA. Esta dissertação apresenta uma arquitetura de hardware paralela, para o algoritmo BLAST, que permite o alinhamento de um par de sequências de DNA. O algoritmo BLAST é um método heurístico e atualmente é o mais rápido. A estratégia do BLAST é dividir as sequências originais em subsequências menores de tamanho w. Após realizar as comparações nessas pequenas subsequências, as etapas do BLAST analisam apenas as subsequências que forem idênticas. Com isso, o algoritmo diminui o número de testes e combinações necessárias para realizar o alinhamento. Para cada sequência idêntica há três etapas, a serem realizadas pelo algoritmo: semeadura, extensão e avaliação. A solução proposta se inspira nas características do algoritmo para implementar um hardware totalmente paralelo e com pipeline entre as etapas básicas do BLAST. A arquitetura de hardware proposta foi implementada em FPGA e os resultados obtidos mostram a comparação entre área ocupada, número de ciclos e máxima frequência de operação permitida, em função dos parâmetros de alinhamento. O resultado é uma arquitetura de hardware em lógica reconfigurável, escalável, eficiente e de baixo custo, capaz de alinhar pares de sequências utilizando o algoritmo BLAST.

Hardware reconfigurável para identificação de radionuclídeos utilizando o método de agrupamento subtrativo.

Fontes radioativas possuem radionuclídeos. Um radionuclídeo é um átomo com um núcleo instável, ou seja, um núcleo caracterizado pelo excesso de energia que está disponível para ser emitida. Neste processo, o radionuclídeo sofre o decaimento radioativo e emite raios gama e partículas subatômicas, constituindo-se na radiação ionizante. Então, a radioatividade é a emissão espontânea de energia a partir de átomos instáveis. A identificação correta de radionuclídeos pode ser crucial para o planejamento de medidas de proteção, especialmente em situações de emergência, definindo o tipo de fonte de radiação e seu perigo radiológico. Esta dissertação apresenta a aplicação do método de agrupamento subtrativo, implementada em hardware, para um sistema de identificação de elementos radioativos com uma resposta rápida e eficiente. Quando implementados em software, os algoritmos de agrupamento consumem muito tempo de processamento. Assim, uma implementação dedicada para hardware reconfigurável é uma boa opção em sistemas embarcados, que requerem execução em tempo real, bem como baixo consumo de energia. A arquitetura proposta para o hardware de cálculo do agrupamento subtrativo é escalável, permitindo a inclusão de mais unidades de agrupamento subtrativo para operarem em paralelo. Isso proporciona maior flexibilidade para acelerar o processo de acordo com as restrições de tempo e de área. Os resultados mostram que o centro do agrupamento pode ser identificado com uma boa eficiência. A identificação desses pontos pode classificar os elementos radioativos presentes em uma amostra. Utilizando este hardware foi possível identificar mais do que um centro de agrupamento, o que permite reconhecer mais de um radionuclídeo em fontes radioativas. Estes resultados revelam que o hardware proposto pode ser usado para desenvolver um sistema portátil para identificação radionuclídeos.

Hardware Reconfigurável para Controladores Nebulosos.

Controle de processos é uma das muitas aplicações que aproveitam as vantagens do uso da teoria de conjuntos nebulosos. Nesse tipo de aplicação, o controlador é, geralmente, embutido no dispositivo controlado. Esta dissertação propõe uma arquitetura reconfigurável eficiente para controladores nebulosos embutidos. A arquitetura é parametrizável, de tal forma, que permite a configuração do controlador para que este possa ser usado na implementação de qualquer aplicação ou modelo nebuloso. Os parâmetros de configuração são: o número de variáveis de entrada (N); o número de variáveis de saída (M); o número de termos linguísticos (Q); e o número total de regras (P). A arquitetura proposta proporciona também a configuração das características que definem as regras e as funções de pertinência de cada variável de entrada e saída, permitindo a escalabilidade do projeto. A composição das premissas e consequentes das regras são configuráveis, de acordo com o controlador nebuloso objetivado. A arquitetura suporta funções de pertinência triangulares, mas pode ser estendida para aceitar outras formas, do tipo trapezoidal, sem grandes modificações. As características das funções de pertinência de cada termo linguístico, podem ser ajustadas de acordo com a definição do controlador nebuloso, permitindo o uso de triângulos. Virtualmente, não há limites máximos do número de regras ou de termos linguísticos empregados no modelo, bem como no número de variáveis de entrada e de saída. A macro-arquitetura do controlador proposto é composta por N blocos de fuzzificação, 1 bloco de inferência, M blocos de defuzzificação e N blocos referentes às características das funções de pertinência. Este último opera apenas durante a configuração do controlador. A função dos blocos de fuzzificação das variáveis de entrada é executada em paralelo, assim como, os cálculos realizados pelos blocos de defuzzificação das variáveis de saída. A paralelização das unidades de fuzzificação e defuzzificação permite acelerar o processo de obtenção da resposta final do controlador. Foram realizadas várias simulações para verificar o correto funcionamento do controlador, especificado em VHDL. Em um segundo momento, para avaliar o desempenho da arquitetura, o controlador foi sintetizado em FPGA e testado em seis aplicações para verificar sua reconfigurabilidade e escalabilidade. Os resultados obtidos foram comparados com os do MATLAB em cada aplicação implementada, para comprovar precisão do controlador.

Hardware reconfigurável para geração de música harmonizada utilizando autômatos celulares.

Desde os primórdios da humanidade, a descoberta do método de processamento cerebral do som, e consequentemente da música, fazem parte do imaginário humano. Portanto, as pesquisas relacionadas a este processo constituem um dos mais vastos campos de estudos das áreas de ciências. Dentre as inúmeras tentativas para compreensão do processamento biológico do som, o ser humano inventou o processo automático de composição musical, com o intuito de aferir a possibilidade da realização de composições musicais de qualidade sem a imposição sentimental, ou seja, apenas com a utilização das definições e estruturas de música existentes. Este procedimento automático de composição musical, também denominado música aleatória ou música do acaso, tem sido vastamente explorado ao longo dos séculos, já tendo sido utilizado por alguns dos grandes nomes do cenário musical, como por exemplo, Mozart. Os avanços nas áreas de engenharia e computação permitiram a evolução dos métodos utilizados para composição de música aleatória, tornando a aplicação de autômatos celulares uma alternativa viável para determinação da sequência de execução de notas musicais e outros itens utilizados durante a composição deste tipo de música. Esta dissertação propõe uma arquitetura para geração de música harmonizada a partir de intervalos melódicos determinados por autômatos celulares, implementada em hardware reconfigurável do tipo FPGA. A arquitetura proposta possui quatro tipos de autômatos celulares, desenvolvidos através dos modelos de vizinhança unidimensional de Wolfram, vizinhança bidimensional de Neumann, vizinhança bidimensional Moore e vizinhança tridimensional de Neumann, que podem ser combinados de 16 formas diferentes para geração de melodias. Os resultados do processamento realizado pela arquitetura proposta são melodias no formato .mid, compostas através da utilização de dois autômatos celulares, um para escolha das notas e outro para escolha dos instrumentos a serem emulados, de acordo com o protocolo MIDI. Para tal esta arquitetura é formada por três unidades principais, a unidade divisor de frequência, que é responsável pelo sincronismo das tarefas executadas pela arquitetura, a unidade de conjunto de autômatos celulares, que é responsável pelo controle e habilitação dos autômatos celulares, e a unidade máquina MIDI, que é responsável por organizar os resultados de cada iteração corrente dos autômatos celulares e convertê-los conforme a estrutura do protocolo MIDI, gerando-se assim o produto musical. A arquitetura proposta é parametrizável, de modo que a configuração dos dados que influenciam no produto musical gerado, como por exemplo, a definição dos conjuntos de regras para os autômatos celulares habilitados, fica a cargo do usuário, não havendo então limites para as combinações possíveis a serem realizadas na arquitetura. Para validação da funcionalidade e aplicabilidade da arquitetura proposta, alguns dos resultados obtidos foram apresentados e detalhados através do uso de técnicas de obtenção de informação musical.

Transparent liquid-crystal-based microlens array using vertically aligned carbon nanofiber electrodes on quartz substrates.

A novel transparent liquid-crystal-based microlens array has been fabricated using an array of vertically aligned multi-wall carbon nanofibers (MWCNFs) on a quartz substrate and its optical characteristics investigated. Electron beam lithography was used for the catalyst patterning on a quartz substrate to grow the MWCNF array of electrodes. The structure of the electrode array was determined through simulation to achieve the best optical performance. Both the patterned catalyst and growth parameters were optimized for optimal MWCNF properties. We report an in-depth optical characterization of these reconfigurable hybrid liquid crystal and nanofiber microlens arrays.

A tool for assessing reconfigurability of distributed manufacturing systems

In recent years, a large number of approaches to developing distributed manufacturing systems has been proposed. One of the principles reasons for these development has been to enhance the reconfigurability of a manufacturing operation; allowing it to readily adapt to changes over time. However, to date, there has only been a limited assessment of the resulting reconfigurability properties and hence it remains inconclusive as to whether a distributed manufacturing system design approach does in fact improve reconfigurability. This paper represents part of a study which investigates this issue. It proposes an assessment tool - the so called "Design Structure Matrix" as a means of assessing the modularity of elements in a manufacturing system. (Modularity has been shown to be a key characteristic of a reconfigurable manufacturing system.) The use of the Design Structure Matrix is illustrated in assessing a robot assembly cell designed on distributed manufacturing system principles. Copyright © 2006 IFAC.

Physical resource coordination in manufacturing systems

This paper focuses on the physical resource coordination problem for reconfigurable manufacturing systems. It establishes requirements for physical resource coordination to support highly reconfigurable manufacturing systems, and uses two illustrative examples to illustrate critical issues that must be considered. Finally, an approach to part of the physical resource coordination mechanism for reconfigurable systems is presented. Copyright © 2006 IFAC.

Optimization of nanotube electrode geometry in a liquid crystal media from wavefront aberrations

This paper presents experimental optimization of number and geometry of nanotube electrodes in a liquid crystal media from wavefront aberrations for realizing nanophotonic devices. The refractive-index gradient profiles from different nanotube geometries-arrays of one, three, four, and five-were studied along with wavefront aberrations using Zernike polynomials. The optimizations help the device to make application in the areas of voltage reconfigurable microlens arrays, high-resolution displays, wavefront sensors, holograms, and phase modulators. © 2012 Optical Society of America.

Compliant shell mechanisms.

This paper describes a class of lightweight structures known as compliant shell mechanisms. These are novel reconfigurable solutions for advanced structures, such as morphing shells and deployable membranes. They have local, discrete corrugations, which articulate and deform to achieve dramatic changes in the overall shape of the shell. The unique kinematics are considered by highlighting examples and by performing analysis using established and novel concepts, and favourable predictions of shape compared with laboratory models are demonstrated.

Ferroelectric liquid crystal over silicon devices

Over the past 20 years, ferroelectric liquid crystal over silicon (FLCOS) devices have made a wide impact on applications as diverse as optical correlation and holographic projection. To cover the entire gamut of this technology would be difficult and long winded; hence, this paper describes the significant developments of FLCOS within the Engineering Department at the University of Cambridge.The purpose of this paper is to highlight the key issues in fabricating silicon backplane spatial light modulators (SLMs) and to indicate ways in which the technology can be fabricated using cheap, low-density production and manufacturability. Three main devices have been fabricated as part of several research programmes and are documented in this paper. The fast bitplane SLM and the reconfigurable optical switches for aerospace and telecommunications systems (ROSES) SLM will form the basis of a case study to outline the overall processes involved. There is a great deal of commonality in the fabrication processes for all three devices, which indicates their potential strength and demonstrates that these processes can be made independent of the SLMs that are being assembled. What is described is a generic process that can be applied to any silicon backplane SLM on a die-by-die basis. There are hundreds of factors that can affect the yield in a manufacturing process and the purpose of a good process design procedure is to minimise these factors. One of the most important features in designing a process is fabrication experience, as so many of the lessons in this business can only be learned this way. We are working with the advantage of knowing the mistakes already made in the flat panel display industry, but we are also faced with the fact that those mistakes took many years and many millions of dollars to make.The fabrication process developed here originates and adapts earlier processes from various groups around the world. There are also a few totally new processes that have now been adopted by others in the field. Many, such as the gluing process, are still on-going and have to be worked on more before they will fully suit 'manufacturability'. © 2012 Copyright Taylor and Francis Group, LLC.

Free space communications with beam steering a two-electrode tapered laser diode using liquid-crystal slm

A free space optical wireless communication system with 3 degree angular coverage and 1.25 GHz modulation bandwidth is reported, in which relatively narrow laser beam of a simultaneous high power, high modulation speed and ultra high modulation efficiency directly modulated two-electrode tapered laser diode is steered using a nematic phase-only Liquid-Crystal On Silicon Spatial Light Modulator (LCOS SLM) by displaying reconfigurable 256 phase level gratings. © 1983-2012 IEEE.

Enhanced integrated modelling approach to reconfiguring manufacturing enterprises

Dynamism and uncertainty are real challenges for present day manufacturing enterprises (MEs). Reasons include: an increasing demand for customisation, reduced time to market, shortened product life cycles and globalisation. MEs can reduce competitive pressure by becoming reconfigurable and change-capable. However, modern manufacturing philosophies, including agile and lean, must complement the application of reconfigurable manufacturing paradigms. Choosing and applying the best philosophies and techniques is very difficult as most MEs deploy complex and unique configurations of processes and resource systems, and seek economies of scope and scale in respect of changing and distinctive product flows. It follows that systematic methods of achieving model driven reconfiguration and interoperation of component based manufacturing systems are required to design, engineer and change future MEs. This thesis, titled Enhanced Integrated Modelling Approach to Reconfiguring Manufacturing Enterprises , introduces the development and prototyping a model-driven environment for the design, engineering, optimisation and control of the reconfiguration of MEs with an embedded capability to handle various types of change. The thesis describes a novel systematic approach, namely enhanced integrated modelling approach (EIMA), in which coherent sets of integrated models are created that facilitates the engineering of MEs especially their production planning and control (PPC) systems. The developed environment supports the engineering of common types of strategic, tactical and operational processes found in many MEs. The EIMA is centred on the ISO standardised CIMOSA process modelling approach. Early study led to the development of simulation models during which various CIMOSA shortcomings were observed, especially in its support for aspects of ME dynamism. A need was raised to structure and create semantically enriched models hence forming an enhanced integrated modelling environment. The thesis also presents three industrial case examples: (1) Ford Motor Company; (2) Bradgate Furniture Manufacturing Company; and (3) ACM Bearings Company. In order to understand the system prior to realisation of any PPC strategy, multiple process segments of any target organisation need to be modelled. Coherent multi-perspective case study models are presented that have facilitated process reengineering and associated resource system configuration. Such models have a capability to enable PPC decision making processes in support of the reconfiguration of MEs. During these case studies, capabilities of a number of software tools were exploited such as Arena®, Simul8®, Plant Simulation®, MS Visio®, and MS Excel®. Case study results demonstrated effectiveness of the concepts related to the EIMA. The research has resulted in new contributions to knowledge in terms of new understandings, concepts and methods in following ways: (1) a structured model driven integrated approach to the design, optimisation and control of future reconfiguration of MEs. The EIMA is an enriched and generic process modelling approach with capability to represent both static and dynamic aspects of an ME; and (2) example application cases showing benefits in terms of reduction in lead time, cost and resource load and in terms of improved responsiveness of processes and resource systems with a special focus on PPC; (3) identification and industrial application of a new key performance indicator (KPI) known as P3C the measuring and monitoring of which can aid in enhancing reconfigurability and responsiveness of MEs; and (4) an enriched modelling concept framework (E-MUNE) to capture requirements of static and dynamic aspects of MEs where the conceptual framework has the capability to be extended and modified according to the requirements. The thesis outlines key areas outlining a need for future research into integrated modelling approaches, interoperation and updating mechanisms of partial models in support of the reconfiguration of MEs.