Manipulator trajectory planning using a MOEA

Generating manipulator trajectories considering multiple objectives and obstacle avoidance is a non-trivial optimization problem. In this paper a multi-objective genetic algorithm based technique is proposed to address this problem. Multiple criteria are optimized considering up to five simultaneous objectives. Simulation results are presented for robots with two and three degrees of freedom, considering two and five objectives optimization. A subsequent analysis of the spread and solutions distribution along the converged non-dominated Pareto front is carried out, in terms of the achieved diversity.

Mosteiro de Santa Maria de Alcobaça: análise das intervenções efetuadas nos últimos 50 anos, diagnóstico das anomalias actuais e proposta de intervenção futura

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil - Área de Especialização de Edificações

Eficiência energética em edifícios residenciais da cidade do Porto

O consumo de energia a nível mundial tem atingido valores históricos, devido ao crescimento da população mundial e ao aumento do consumo per capita. Nesta medida é extremamente importante existirem alternativas para que a redução do consumo de energia de todos os países seja uma realidade, evitando também as consequências ambientais, em particular as alterações climáticas, resultantes da utilização intensiva de combustíveis fósseis. Portugal, tal como outros países da União Europeia, tem que cumprir metas, pelo que é urgente encontrarem-se soluções de forma a diminuir o consumo de energia sem interferir com o nosso dia-a-dia. A cidade do Porto, tal como qualquer cidade, precisa de imensa energia desde os transportes até à indústria, passando pelos edifícios. Os edifícios, residenciais e de serviços, são responsáveis por mais de 50% de energia primária consumida no concelho do Porto, sendo que aos edifícios residenciais corresponde um consumo de 1.473 GWh/ano de energia primária, o que é um valor elevado. Numa primeira parte deste trabalho foi efetuado um levantamento de informação caracterizando a cidade do Porto relativamente ao seu edificado e consumos energéticos. Numa segunda parte propuseram-se medidas para reduzir o consumo para cada tipo de utilização de energia, nomeadamente preparação de refeições, AQS (água quente sanitária), aquecimento ambiente, frio (frigorífico, arcas, etc.), outros e iluminação. Para cada um destes tipos de utilização estudou-se, sempre que possível, a evolução do longo do tempo (2004 a 2012) e possíveis cenários de evolução para o futuro. Para além disso, também se estudou a evolução do mix de produção de energia elétrica de 2004 até 2012 e previsões da evolução do mix para o futuro. Nesta análise foi tido em conta o aspeto ambiental contabilizando-se, sempre que possível, as emissões de poluentes resultantes do consumo de energia. Por fim, efetuou-se uma avaliação técnica, ambiental e económica das medidas propostas. Pode dizer-se que a maioria das medidas propostas a serem implementadas conduziria a uma redução do consumo de energia e consequentemente a uma diminuição das emissões de poluentes, em particular dos gases com efeito de estufa (CO2). Em termos técnicos a maioria das medidas pode ser aplicada embora algumas delas envolvam custos de investimento significativos. Dada a conjuntura atual, seria importante obter o financiamento necessário para a implementação das medidas propostas e a divulgação de medidas já existentes, tais como os programas para AQS e janelas eficientes.

Desenvolvimento de uma nova unidade fabril da Efacec

No âmbito da Unidade Curricular Dissertação, inserida no segundo ano do Mestrado em Engenharia Mecânica – Gestão Industrial do Instituto Superior de Engenharia do Porto, foi proposto um projecto que está a ser desenvolvido pela equipa de Engenharia e Gestão Industrial, da unidade de negócios AMT, intitulado por: “Projecto Índia – Desenvolvimento da nova unidade fabril” Este projecto tem como principal objectivo o desenvolvimento de uma fábrica de excelência na Índia de fabricação de componentes de média tensão, isto é, com processos logísticos bem definidos e com linhas de produção o mais automatizadas possivel. Esta nova fábrica de raiz, vai ser gerida e decalcada do modelo atualmente existe na fábrica da EFACEC de componentes de média tensão existente em Portugal. Numa primeira fase do desenvolvimento do projecto, foi seleccionado um edifício com cerca de 1600m2 em Nashik, uma localidade a cerca de 171 Km de Mumbai, onde se encontram 80% dos fornecedores da EFACEC. Foram identificados os produtos a serem fabricados e quantificada a respectiva procura anual. Foi efectuado o balanceamento de cada uma das linhas e desenhado o layout. Neste layout contemplou-se as áreas de produção, laboratório, gabinetes de chefes de equipa, expedição, recepção e armazém. Após a definição das áreas de montagem de cada produto, iniciou-se a concepção das linhas de produção, sobretudo automáticas, com a definição da cadência de produção. A linha de fabricação que é especialmente detalhada neste documento é a linha de montagem dos comandos CI. Este é o produto com mais procura. Foi também definido o processo logístico do fluxo interno da fábrica. Nas linhas de produção foi implementado o sistema de controlo de fluxo baseado em cartões Kanban e no armazém criou-se um novo conceito de controlo e localização de produtos, o “Aquiles”. O Aquiles permite automaticamente e através da leitura de código de barras, indexar os artigos nas estantes. Cada artigo e cada estante e/ou localização estão codificados e no momento de recepção de material o código do artigo é associado ao código da estante. No âmbito de explorar todas as soluções possíveis para a um melhor desenvolvimento desta nova fábrica foram abordados temas como “JIT”, “Pull Flow”, “Kanban”, “Takttime”.

A metodologia BIM-FM aplicada a um caso prático

O crescente aumento da consciencialização da importância da fase de operação e manutenção, bem como a amplificação que a metodologia Building Information Modelling (BIM) tem obtido nos últimos anos, sugere uma necessidade de alterar a atual abordagem da gestão das instalações de forma a dotá-la das mais recentes inovações tecnológicas como seja a utilização do BIM. Os Building Information Models apresentam as características ideais para a integração da gestão das instalações, não só pela visualização do edifício, mas sobretudo pela potencialidade que a base de dados oferece, com informação referente a cada um dos componentes presentes e suas relações. O âmbito deste trabalho envolve assim a integração da gestão das instalações com o modelo BIM criado, representativo do edifício em estudo. Este trabalho começa com as definições do âmbito e dos objetivos que são propostos no Capítulo 1. No Capítulo 2, é elaborada uma pesquisa sobre o estado da arte atual de cada uma das metodologias BIM e FM, de forma a tomar conhecimento dos seus conceitos principais. Foi feito também um levantamento no campo do BIM-FM de forma a apurar as atuais soluções tecnológicas existentes, a forma como é feita a sua troca de informação e também alguns casos em que esta metodologia foi aplicada. Com base na informação recolhida sobre as metodologias e também nos casos práticos estudados, é realizado no Capítulo 3, capítulo central deste trabalho, a aplicação prática. A realização desta aplicação é dividida por 3 fases principais. Numa primeira fase é especificada e recolhida a informação necessária de ser obtida para a realização do modelo e a posterior aplicação do FM. A escolha da informação a recolher é feita ponderando todos os fatores existentes, mas de forma a cumprir os requisitos pedidos. Numa segunda fase, assente na compilação de informação recolhida anteriormente, realiza-se o modelo do edifício. A modelação, de forma a seguir o método de trabalho BIM é realizada por especialidades, sendo numa primeira fase realizada a especialidade de arquitetura e posteriormente, utilizando esse modelo como base, é feita a modelação das especialidades de águas, águas residuais, AVAC e eletricidade. Esta escolha foi também estimulada pela organização do software utilizado para a modelação, por módulos. Na última fase da aplicação do caso prático a informação inserida na fase de modelação do edifício é exportada para o software de FM, neste caso em específico, o IBM Maximo. Para a exportação destes dados foi utilizado o formato Construction Operations Building Information Exchange (COBie), de forma a garantir a integridade e conformidade da informação transferida. No Capítulo 4 deste trabalho são abordadas as especificidades relativas à informação existente, à modelação e à troca de dados entre o software de modelação e o software utilizado na gestão do edifício. São também sugeridos alguns temas para futuros desenvolvimentos com o intuito de ampliação dos campos de FM com o uso do modelo. O BIM-FM é um tema emergente na atualidade do BIM, sendo a sua utilização encarada como uma mais-valia ao processo BIM. A compilação da informação durante a fase de projeto e execução, aliada à existência do modelo torna a implementação do FM com o modelo BIM como uma sequência natural.

Specifying a programming exercises evaluation service on the e-Framework

The e-Framework is arguably the most prominent e-learning framework currently in use. For this reason it was selected as basis for modelling a programming exercises evaluation service. The purpose of this type of evaluator is to mark and grade exercises in computer programming courses and in programming contests. By exposing its functions as services a programming exercise evaluator is able to participate in business processes integrating different system types, such as Programming Contest Management Systems, Learning Management Systems, Integrated Development Environments and Learning Object Repositories. This paper formalizes the approaches to be used in the implementation of a programming exercise evaluator as a service on the e-Framework.

Using the learning tools interoperability framework for LMS integration in service oriented architectures

The LMS plays an indisputable role in the majority of the eLearning environments. This eLearning system type is often used for presenting, solving and grading simple exercises. However, exercises from complex domains, such as computer programming, require heterogeneous systems such as evaluation engines, learning objects repositories and exercise resolution environments. The coordination of networks of such disparate systems is rather complex. This work presents a standard approach for the coordination of a network of eLearning systems supporting the resolution of exercises. The proposed approach use a pivot component embedded in the LMS with two roles: provide an exercise resolution environment and coordinate the communication between the LMS and other systems exposing their functions as web services. The integration of the pivot component with the LMS relies on the Learning Tools Interoperability. The validation of this approach is made through the integration of the component with LMSs from two vendors.

PExIL: Programming Exercises Interoperability Language

Several standards appeared in recent years to formalize the metadata of learning objects, but they are still insufficient to fully describe a specialized domain. In particular, the programming exercise domain requires interdependent resources (e.g. test cases, solution programs, exercise description) usually processed by different services in the programming exercise life-cycle. Moreover, the manual creation of these resources is time-consuming and error-prone leading to what is an obstacle to the fast development of programming exercises of good quality. This paper focuses on the definition of an XML dialect called PExIL (Programming Exercises Interoperability Language). The aim of PExIL is to consolidate all the data required in the programming exercise life-cycle, from when it is created to when it is graded, covering also the resolution, the evaluation and the feedback. We introduce the XML Schema used to formalize the relevant data of the programming exercise life-cycle. The validation of this approach is made through the evaluation of the usefulness and expressiveness of the PExIL definition. In the former we present the tools that consume the PExIL definition to automatically generate the specialized resources. In the latter we use the PExIL definition to capture all the constraints of a set of programming exercises stored in a learning objects repository.

Modelling a network of heterogeneous e-learning systems

In recent years emerged several initiatives promoted by educational organizations to adapt Service Oriented Architectures (SOA) to e-learning. These initiatives commonly named eLearning Frameworks share a common goal: to create flexible learning environments by integrating heterogeneous systems already available in many educational institutions. However, these frameworks were designed for integration of systems participating in business like processes rather than on complex pedagogical processes as those related to automatic evaluation. Consequently, their knowledge bases lack some fundamental components that are needed to model pedagogical processes. The objective of the research described in this paper is to study the applicability of eLearning frameworks for modelling a network of heterogeneous eLearning systems, using the automatic evaluation of programming exercises as a case study. The paper surveys the existing eLearning frameworks to justify the selection of the e-Framework. This framework is described in detail and identified the necessary components missing from its knowledge base, more precisely, a service genre, expression and usage model for an evaluation service. The extensibility of the framework is tested with the definition of this service. A concrete model for evaluation of programming exercises is presented as a validation of the proposed approach.

Using the Common Cartridge profile to enhance learning content interoperability

The concept of Learning Object (LO) is crucial for the standardization on eLearning. The latest LO standard from IMS Global Learning Consortium is the IMS Common Cartridge (IMS CC) that organizes and distributes digital learning content. By analyzing this new specification we considered two interoperability levels: content and communication. A common content format is the backbone of interoperability and is the basis for content exchange among eLearning systems. Communication is more than just exchanging content; it includes also accessing to specialized systems and services and reporting on content usage. This is particularly important when LOs are used for evaluation. In this paper we analyze the Common Cartridge profile based on the two interoperability levels we proposed. We detail its data model that comprises a set of derived schemata referenced on the CC schema and we explore the use of the IMS Learning Tools Interoperability (LTI) to allow remote tools and content to be integrated into a Learning Management System (LMS). In order to test the applicability of IMS CC for automatic evaluation we define a representation of programming exercises using this standard. This representation is intended to be the cornerstone of a network of eLearning systems where students can solve computer programming exercises and obtain feedback automatically. The CC learning object is automatically generated based on a XML dialect called PExIL that aims to consolidate all the data need to describe resources within the programming exercise life-cycle. Finally, we test the generated cartridge on the IMS CC online validator to verify its conformance with the IMS CC specification.

Programming exercises evaluation systems: an interoperability survey

Learning computer programming requires solving programming exercises. In computer programming courses teachers need to assess and give feedback to a large number of exercises. These tasks are time consuming and error-prone since there are many aspects relating to good programming that should be considered. In this context automatic assessment tools can play an important role helping teachers in grading tasks as well to assist students with automatic feedback. In spite of its usefulness, these tools lack integration mechanisms with other eLearning systems such as Learning Management Systems, Learning Objects Repositories or Integrated Development Environments. In this paper we provide a survey on programming evaluation systems. The survey gathers information on interoperability features of these systems, categorizing and comparing them regarding content and communication standardization. This work may prove useful to instructors and computer science educators when they have to choose an assessment system to be integrated in their e-Learning environment.

Influência de diferentes estratégias de estabilização lombopélvica e de programas de exercícios de controlo motor no Active Straight Leg Raise

Introdução: O Active Straight Leg Raise (ASLR) tem sido sugerido como um indicador clínico da estabilidade lombopélvica. Estratégias passivas e ativas podem contribuir para aumentar esta estabilidade, assim como programas de exercício baseados nas mesmas estratégias ativas. Objetivos: Comparar os efeitos imediatos da compressão pélvica manual (CP), do drawing-in (DI) e do bracing abdominal (BA) durante o ASLR em indivíduos com e sem dor lombopélvica crónica e inespecífica, e avaliar o efeito prolongado das manobras de estabilização ativas através dos programas de exercícios de controlo motor, Pilates e McGill. Métodos: Estudo transversal, com uma amostra de 111 voluntários, 52 sem dor lombopélvica (NLPPG) e 59 com dor lombopélvica (LPPG), e estudo experimental, formado pelo LPPG dividido em 19 no grupo controlo (GC), 20 no grupo pilates (GP) e 20 no grupo mcgill (GMg). Foi avaliado o ASLR padrão, o ASLR com CP, o ASLR com DI e ASLR com BA. Os participantes foram avaliados antes e após as 8 semanas de implementação dos programas exercícios de McGill e Richardson, apenas aos respetivos grupos. Resultados: O LPPG apresentou significativamente maior score no ASLR comparativamente ao NLPPG (z=-9,361; p<0,001). Apesar do BA ter apresentado scores inferiores às restantes estratégias (p<0,001), todas elas foram capazes de diminuir o score do ASLR (p<0,001). Após a aplicação dos programas de exercícios, verificou-se que o GP (p<0,001) e o GMg (p<0,001) apresentaram scores significativamente menores no ASLR, relativamente ao GC. No GP e no GMg verificou-se uma diminuição do score do ASLR (Z=-4,028; p<0,001; Z=-4,179; p<0,001, respetivamente). Além disso, GMg apresentou uma tendência para apresentar menores scores do ASLR comparativamente ao GP. Conclusão: Qualquer uma destas manobras de estabilização quando adicionada ao ASLR pode aumentar a estabilidade lombopélvica, especialmente o BA. Os exercícios de Pilates e de McGill permitiram melhorar os scores do ASLR.

Making programming exercises interoperable with PExIL

Several standards have appeared in recent years to formalize the metadata of learning objects, but they are still insufficient to fully describe a specialized domain. In particular, the programming exercise domain requires interdependent resources (e.g. test cases, solution programs, exercise description) usually processed by different services in the programming exercise lifecycle. Moreover, the manual creation of these resources is time-consuming and error-prone, leading to an obstacle to the fast development of programming exercises of good quality. This chapter focuses on the definition of an XML dialect called PExIL (Programming Exercises Interoperability Language). The aim of PExIL is to consolidate all the data required in the programming exercise lifecycle from when it is created to when it is graded, covering also the resolution, the evaluation, and the feedback. The authors introduce the XML Schema used to formalize the relevant data of the programming exercise lifecycle. The validation of this approach is made through the evaluation of the usefulness and expressiveness of the PExIL definition. In the former, the authors present the tools that consume the PExIL definition to automatically generate the specialized resources. In the latter, they use the PExIL definition to capture all the constraints of a set of programming exercises stored in a learning objects repository.

Recycling of pultrusion production waste into innovative concrete-polymer composite solutions

In this study, the added value resultant from the incorporation of pultrusion production waste into polymer based concretes was assessed. For this purpose, different types of thermoset composite scrap material, proceeding from GFRP pultrusion manufacturing process, were mechanical shredded and milled into a fibrous-powdered material. Resultant GFRP recyclates, with two different size gradings, were added to polyester based mortars as fine aggregate and filler replacements, at various load contents between 4% up to 12% in weight of total mass. Flexural and compressive loading capacities were evaluated and found better than those of unmodified polymer mortars. Obtained results highlight the high potential of recycled GFRP pultrusion waste materials as efficient and sustainable admixtures for concrete and mortar-polymer composites, constituting an emergent waste management solution.