Balanceamento de linhas de produção usando algoritmos genéticos

Aquando da definição de um layout por fluxo de produto, ou linha de produção, é necessário proceder-se à melhor selecção de combinações de tarefas a serem executadas em cada estação / posto de trabalho para que o trabalho seja executado numa sequência exequível e sejam necessárias quantidades de tempo aproximadamente iguais em cada estação / posto de trabalho. Este processo é chamado de balanceamento da linha de produção. Verifica-se que as estações de trabalho e equipamentos podem ser combinados de muitas maneiras diferentes; daí que a necessidade de efectuar o balanceamento das linhas de produção implique a distribuição de actividades sequenciais por postos de trabalho de modo a permitir uma elevada utilização de trabalho e de equipamentos e a minimizar o tempo de vazio. Os problemas de balanceamento de linhas são tipicamente problemas complexos de tratar, devido ao elevado número de combinações possíveis. Entre os métodos utilizados para resolver estes problemas encontram-se métodos de tentativa e erro, métodos heurísticos, métodos computacionais de avaliação de diferentes opções até se encontrar uma boa solução e métodos de optimização. O objectivo deste trabalho passou pelo desenvolvimento de uma ferramenta computacional para efectuar o balanceamento de linhas de produção recorrendo a algoritmos genéticos. Foi desenvolvida uma aplicação que implementa dois algoritmos genéticos, um primeiro que obtém soluções para o problema e um segundo que optimiza essas soluções, associada a uma interface gráfica em C# que permite a inserção do problema e a visualização de resultados. Obtiveram-se resultados exequíveis demonstrando vantagens em relação aos métodos heurísticos, pois é possível obter-se mais do que uma solução. Além disso, para problemas complexos torna-se mais prático o uso da aplicação desenvolvida. No entanto, esta aplicação permite no máximo seis precedências por cada operação e resultados com o máximo de nove estações de trabalho.

A emergência do pensamento algébrico num grupo de crianças de 4 anos

Este artigo apresenta parte de um estudo que se encontra a decorrer e que, entre outras questões, procura perceber quais são os processos de raciocínio e as estratégias que são utilizados pelas crianças de um grupo de 4 anos para criar, analisar e generalizar padrões de repetição e de que forma identificam a unidade de repetição de um padrão. Após a implementação das tarefas, podemos concluir que as crianças dominam o conceito de padrão e conseguem criar e analisar padrões de repetição, evoluindo de formas mais simples para formas mais complexas.

Escavações subterrâneas em meio urbano: Túnel do Seixo Alvo

As obras subterrâneas têm actualmente maior relevância, sobretudo em meios urbanos e são, desde a fase de estudo até à sua execução, projectos tecnicamente complexos, exigentes e interessantes. O meio em que a obra subterrânea está inserida condiciona, quer na fase de estudo quer no desenvolvimento dos trabalhos, as opções técnicas e representa um desafio constante para todos os intervenientes. São poucos os técnicos que têm a oportunidade de acompanhar e apreender o conhecimento envolvido nestas obras, pelo que é importante que toda a experiência adquirida seja registada e se possível transmitida. Pela sua formação e vocação, os engenheiros geotécnicos desempenham um papel de destaque nestes empreendimentos, onde o conhecimento e a sensibilidade técnica, associados à experiência em trabalhos semelhantes, são factores determinantes para atingir os objectivos propostos. Com este trabalho pretende-se caracterizar, valorizar, analisar e concluir sobre as várias etapas desenvolvidas na construção do túnel de Seixo Alvo, enquadrado na Concessão do Douro Litoral. Realizou-se uma apreciação do estado da arte e apresenta-se o túnel do Seixo Alvo como caso de estudo, onde se evidencia a importância do estudo e observação da obra e do meio em que está inserida, caracteriza os métodos e processos construtivos implementados e propostos, analisa os incidentes ocorridos e valoriza os trabalhos executados. Por último conclui-se sobre as técnicas, os custos e os rendimentos obtidos.

Direitos de participação das crianças: estudo de caso num jardim de Infância em contexto do movimento da escola moderna

Dissertação apresentada à Escola Superior de Educação de Lisboa para a obtenção de grau de mestre em Ciências da Educação, Especialização em Intervenção Precoce

Neural-network approach to modeling liquid crystals in complex confinement

Finding the structure of a confined liquid crystal is a difficult task since both the density and order parameter profiles are nonuniform. Starting from a microscopic model and density-functional theory, one has to either (i) solve a nonlinear, integral Euler-Lagrange equation, or (ii) perform a direct multidimensional free energy minimization. The traditional implementations of both approaches are computationally expensive and plagued with convergence problems. Here, as an alternative, we introduce an unsupervised variant of the multilayer perceptron (MLP) artificial neural network for minimizing the free energy of a fluid of hard nonspherical particles confined between planar substrates of variable penetrability. We then test our algorithm by comparing its results for the structure (density-orientation profiles) and equilibrium free energy with those obtained by standard iterative solution of the Euler-Lagrange equations and with Monte Carlo simulation results. Very good agreement is found and the MLP method proves competitively fast, flexible, and refinable. Furthermore, it can be readily generalized to the richer experimental patterned-substrate geometries that are now experimentally realizable but very problematic to conventional theoretical treatments.

Complex question answering on semi-structured repositories: a user centric process enhanced with context

A Teia Mundial (Web) foi prevista como uma rede de documentos de hipertexto interligados de forma a criar uma espaço de informação onde humanos e máquinas poderiam comunicar. No entanto, a informação contida na Web tradicional foi/é armazenada de forma não estruturada o que leva a que apenas os humanos a possam consumir convenientemente. Consequentemente, a procura de informações na Web sintáctica é uma tarefa principalmente executada pelos humanos e nesse sentido nem sempre é fácil de concretizar. Neste contexto, tornou-se essencial a evolução para uma Web mais estruturada e mais significativa onde é dado significado bem definido à informação de forma a permitir a cooperação entre humanos e máquinas. Esta Web é usualmente referida como Web Semântica. Além disso, a Web Semântica é totalmente alcançável apenas se os dados de diferentes fontes forem ligados criando assim um repositório de Dados Abertos Ligados (LOD). Com o aparecimento de uma nova Web de Dados (Abertos) Ligados (i.e. a Web Semântica), novas oportunidades e desafios surgiram. Pergunta Resposta (QA) sobre informação semântica é actualmente uma área de investigação activa que tenta tirar vantagens do uso das tecnologias ligadas à Web Semântica para melhorar a tarefa de responder a questões. O principal objectivo do projecto World Search passa por explorar a Web Semântica para criar mecanismos que suportem os utilizadores de domínios de aplicação específicos a responder a questões complexas com base em dados oriundos de diferentes repositórios. No entanto, a avaliação feita ao estado da arte permite concluir que as aplicações existentes não suportam os utilizadores na resposta a questões complexas. Nesse sentido, o trabalho desenvolvido neste documento foca-se em estudar/desenvolver metodologias/processos que permitam ajudar os utilizadores a encontrar respostas exactas/corretas para questões complexas que não podem ser respondidas fazendo uso dos sistemas tradicionais. Tal inclui: (i) Ultrapassar a dificuldade dos utilizadores visionarem o esquema subjacente aos repositórios de conhecimento; (ii) Fazer a ponte entre a linguagem natural expressa pelos utilizadores e a linguagem (formal) entendível pelos repositórios; (iii) Processar e retornar informações relevantes que respondem apropriadamente às questões dos utilizadores. Para esse efeito, são identificadas um conjunto de funcionalidades que são consideradas necessárias para suportar o utilizador na resposta a questões complexas. É também fornecida uma descrição formal dessas funcionalidades. A proposta é materializada num protótipo que implementa as funcionalidades previamente descritas. As experiências realizadas com o protótipo desenvolvido demonstram que os utilizadores efectivamente beneficiam das funcionalidades apresentadas: ▪ Pois estas permitem que os utilizadores naveguem eficientemente sobre os repositórios de informação; ▪ O fosso entre as conceptualizações dos diferentes intervenientes é minimizado; ▪ Os utilizadores conseguem responder a questões complexas que não conseguiam responder com os sistemas tradicionais. Em suma, este documento apresenta uma proposta que comprovadamente permite, de forma orientada pelo utilizador, responder a questões complexas em repositórios semiestruturados.

Supporting intra-task parallelism in real-time multiprocessor systems

Os sistemas de tempo real modernos geram, cada vez mais, cargas computacionais pesadas e dinâmicas, começando-se a tornar pouco expectável que sejam implementados em sistemas uniprocessador. Na verdade, a mudança de sistemas com um único processador para sistemas multi- processador pode ser vista, tanto no domínio geral, como no de sistemas embebidos, como uma forma eficiente, em termos energéticos, de melhorar a performance das aplicações. Simultaneamente, a proliferação das plataformas multi-processador transformaram a programação paralela num tópico de elevado interesse, levando o paralelismo dinâmico a ganhar rapidamente popularidade como um modelo de programação. A ideia, por detrás deste modelo, é encorajar os programadores a exporem todas as oportunidades de paralelismo através da simples indicação de potenciais regiões paralelas dentro das aplicações. Todas estas anotações são encaradas pelo sistema unicamente como sugestões, podendo estas serem ignoradas e substituídas, por construtores sequenciais equivalentes, pela própria linguagem. Assim, o modo como a computação é na realidade subdividida, e mapeada nos vários processadores, é da responsabilidade do compilador e do sistema computacional subjacente. Ao retirar este fardo do programador, a complexidade da programação é consideravelmente reduzida, o que normalmente se traduz num aumento de produtividade. Todavia, se o mecanismo de escalonamento subjacente não for simples e rápido, de modo a manter o overhead geral em níveis reduzidos, os benefícios da geração de um paralelismo com uma granularidade tão fina serão meramente hipotéticos. Nesta perspetiva de escalonamento, os algoritmos que empregam uma política de workstealing são cada vez mais populares, com uma eficiência comprovada em termos de tempo, espaço e necessidades de comunicação. Contudo, estes algoritmos não contemplam restrições temporais, nem outra qualquer forma de atribuição de prioridades às tarefas, o que impossibilita que sejam diretamente aplicados a sistemas de tempo real. Além disso, são tradicionalmente implementados no runtime da linguagem, criando assim um sistema de escalonamento com dois níveis, onde a previsibilidade, essencial a um sistema de tempo real, não pode ser assegurada. Nesta tese, é descrita a forma como a abordagem de work-stealing pode ser resenhada para cumprir os requisitos de tempo real, mantendo, ao mesmo tempo, os seus princípios fundamentais que tão bons resultados têm demonstrado. Muito resumidamente, a única fila de gestão de processos convencional (deque) é substituída por uma fila de deques, ordenada de forma crescente por prioridade das tarefas. De seguida, aplicamos por cima o conhecido algoritmo de escalonamento dinâmico G-EDF, misturamos as regras de ambos, e assim nasce a nossa proposta: o algoritmo de escalonamento RTWS. Tirando partido da modularidade oferecida pelo escalonador do Linux, o RTWS é adicionado como uma nova classe de escalonamento, de forma a avaliar na prática se o algoritmo proposto é viável, ou seja, se garante a eficiência e escalonabilidade desejadas. Modificar o núcleo do Linux é uma tarefa complicada, devido à complexidade das suas funções internas e às fortes interdependências entre os vários subsistemas. Não obstante, um dos objetivos desta tese era ter a certeza que o RTWS é mais do que um conceito interessante. Assim, uma parte significativa deste documento é dedicada à discussão sobre a implementação do RTWS e à exposição de situações problemáticas, muitas delas não consideradas em teoria, como é o caso do desfasamento entre vários mecanismo de sincronização. Os resultados experimentais mostram que o RTWS, em comparação com outro trabalho prático de escalonamento dinâmico de tarefas com restrições temporais, reduz significativamente o overhead de escalonamento através de um controlo de migrações, e mudanças de contexto, eficiente e escalável (pelo menos até 8 CPUs), ao mesmo tempo que alcança um bom balanceamento dinâmico da carga do sistema, até mesmo de uma forma não custosa. Contudo, durante a avaliação realizada foi detetada uma falha na implementação do RTWS, pela forma como facilmente desiste de roubar trabalho, o que origina períodos de inatividade, no CPU em questão, quando a utilização geral do sistema é baixa. Embora o trabalho realizado se tenha focado em manter o custo de escalonamento baixo e em alcançar boa localidade dos dados, a escalonabilidade do sistema nunca foi negligenciada. Na verdade, o algoritmo de escalonamento proposto provou ser bastante robusto, não falhando qualquer meta temporal nas experiências realizadas. Portanto, podemos afirmar que alguma inversão de prioridades, causada pela sub-política de roubo BAS, não compromete os objetivos de escalonabilidade, e até ajuda a reduzir a contenção nas estruturas de dados. Mesmo assim, o RTWS também suporta uma sub-política de roubo determinística: PAS. A avaliação experimental, porém, não ajudou a ter uma noção clara do impacto de uma e de outra. No entanto, de uma maneira geral, podemos concluir que o RTWS é uma solução promissora para um escalonamento eficiente de tarefas paralelas com restrições temporais.

Lendo e explorando histórias: a emergência do pensamento algébrico em crianças de 4 anos

Dissertação apresentada à Escola Superior de Educação de Lisboa para obtenção do grau de mestre em Educação Matemática na Educação Pré-escolar e nos 1º e 2º Ciclos do Ensino Básico

Assigning real-time tasks on heterogeneous multiprocessors with two unrelated types of processors

A preliminary version of this paper appeared in Proceedings of the 31st IEEE Real-Time Systems Symposium, 2010, pp. 239–248.

Fieldbus networks: real-time from the perspective of the application tasks

Fieldbus communication networks aim to interconnect sensors, actuators and controllers within distributed computer-controlled systems. Therefore they constitute the foundation upon which real-time applications are to be implemented. A potential leap towards the use of fieldbus in such time-critical applications lies in the evaluation of its temporal behaviour. In the past few years several research works have been performed on a number of fieldbuses. However, these have mostly focused on the message passing mechanisms, without taking into account the communicating application tasks running in those distributed systems. The main contribution of this paper is to provide an approach for engineering real-time fieldbus systems where the schedulability analysis of the distributed system integrates both the characteristics of the application tasks and the characteristics of the message transactions performed by these tasks. In particular, we address the case of system where the Process-Pascal multitasking language is used to develop P-NET based distributed applications

Towards a Unified Theory of Health-Disease: I. Health as a complex model-object

Theory building is one of the most crucial challenges faced by basic, clinical and population research, which form the scientific foundations of health practices in contemporary societies. The objective of the study is to propose a Unified Theory of Health-Disease as a conceptual tool for modeling health-disease-care in the light of complexity approaches. With this aim, the epistemological basis of theoretical work in the health field and concepts related to complexity theory as concerned to health problems are discussed. Secondly, the concepts of model-object, multi-planes of occurrence, modes of health and disease-illness-sickness complex are introduced and integrated into a unified theoretical framework. Finally, in the light of recent epistemological developments, the concept of Health-Disease-Care Integrals is updated as a complex reference object fit for modeling health-related processes and phenomena.

A PTAS for assigning sporadic tasks on two-type heterogeneous multiprocessors

Consider the problem of determining a task-toprocessor assignment for a given collection of implicit-deadline sporadic tasks upon a multiprocessor platform in which there are two distinct kinds of processors. We propose a polynomialtime approximation scheme (PTAS) for this problem. It offers the following guarantee: for a given task set and a given platform, if there exists a feasible task-to-processor assignment, then given an input parameter, ϵ, our PTAS succeeds, in polynomial time, in finding such a feasible task-to-processor assignment on a platform in which each processor is 1+3ϵ times faster. In the simulations, our PTAS outperforms the state-of-the-art PTAS [1] and also for the vast majority of task sets, it requires significantly smaller processor speedup than (its upper bound of) 1+3ϵ for successfully determining a feasible task-to-processor assignment.

Energy-conscious tasks partitioning onto a heterogeneous multi-core platform

Modern multicore processors for the embedded market are often heterogeneous in nature. One feature often available are multiple sleep states with varying transition cost for entering and leaving said sleep states. This research effort explores the energy efficient task-mapping on such a heterogeneous multicore platform to reduce overall energy consumption of the system. This is performed in the context of a partitioned scheduling approach and a very realistic power model, which improves over some of the simplifying assumptions often made in the state-of-the-art. The developed heuristic consists of two phases, in the first phase, tasks are allocated to minimise their active energy consumption, while the second phase trades off a higher active energy consumption for an increased ability to exploit savings through more efficient sleep states. Extensive simulations demonstrate the effectiveness of the approach.

A feedback-based decentralised coordination model for distributed open real-time systems

Moving towards autonomous operation and management of increasingly complex open distributed real-time systems poses very significant challenges. This is particularly true when reaction to events must be done in a timely and predictable manner while guaranteeing Quality of Service (QoS) constraints imposed by users, the environment, or applications. In these scenarios, the system should be able to maintain a global feasible QoS level while allowing individual nodes to autonomously adapt under different constraints of resource availability and input quality. This paper shows how decentralised coordination of a group of autonomous interdependent nodes can emerge with little communication, based on the robust self-organising principles of feedback. Positive feedback is used to reinforce the selection of the new desired global service solution, while negative feedback discourages nodes to act in a greedy fashion as this adversely impacts on the provided service levels at neighbouring nodes. The proposed protocol is general enough to be used in a wide range of scenarios characterised by a high degree of openness and dynamism where coordination tasks need to be time dependent. As the reported results demonstrate, it requires less messages to be exchanged and it is faster to achieve a globally acceptable near-optimal solution than other available approaches.

Real-time scheduling of parallel tasks in the Linux Kernel

This paper proposes a global multiprocessor scheduling algorithm for the Linux kernel that combines the global EDF scheduler with a priority-aware work-stealing load balancing scheme, enabling parallel real-time tasks to be executed on more than one processor at a given time instant. We state that some priority inversion may actually be acceptable, provided it helps reduce contention, communication, synchronisation and coordination between parallel threads, while still guaranteeing the expected system’s predictability. Experimental results demonstrate the low scheduling overhead of the proposed approach comparatively to an existing real-time deadline-oriented scheduling class for the Linux kernel.