Cooperação Acadêmica em Automação e Sistemas de Tempo Real (AST)
Justificativa
Objetivos
· estabelecimento de programas de pesquisa conjuntos em automação e tempo-real;
· incrementar a formação de recursos humanos, através da realização de orientações conjuntas envolvendo professores e alunos dos dois programas, em nível de mestrado e doutorado;
· possibilitar a troca de conhecimentos entre as equipes participantes, a partir de reuniões, seminários, estágios e disciplinas a serem ministradas;
· possibilitar a consolidação do programa de pós-graduação em Mecatrônica da UFBA, com vistas a futura implantação do Doutorado no contexto deste programa.
Os dispositivos mecatrônicos estão presentes em praticamente todas as atividades humanas e, com os baixos custos tecnológicos atuais, tendem a aumentar sua presença no cotidiano das pessoas. Exemplos são os telefones celulares com máquina fotográfica e agenda, o sistema de controle dos carros e ônibus, os computadores portáteis palm-top, os fornos de microondas com controle de temperatura inteligente, as máquinas de lavar e outros eletrodomésticos, as plantas automotivas operadas através de robôs, etc. O projeto deste tipo de sistema computacional é extremamente complexo, por envolver conceitos até agora pouco analisados pela computação de propósitos gerais, como por exemplo, as questões da portabilidade e do limite de consumo de potência sem perda de desempenho, a baixa disponibilidade de memória, a necessidade de segurança e confiabilidade (tolerância a falhas), a possibilidade de funcionamento em uma rede de comunicação, entre outros aspectos.
Um sistema mecatrônico interage com o ambiente, adquirindo sinais (ou estímulos), fazendo processamento digital e gerando efeitos externos, como movimentos e outras atividades. Nesse sentido, os sistemas mecânicos são estendidos e integrados com sensores, microprocessadores e controladores, podendo, assim, seguir comandos externos para realizar determinadas tarefas.
Dentro da área de conhecimento da Ciência da Computação, os tradicionais sistemas de tempo-real trazem grande manancial de conhecimentos e a base científica necessária para o pleno desenvolvimento do suporte computacional e aplicações da mecatrônica. Em particular, três aspectos da Ciência da Computação se relacionam diretamente com as necessidades de suporte dos sistemas mecatrônicos : Sistemas Operacionais, Sistemas de Tempo Real e Torerâncias a Falhas.
Um Sistema Operacional tem como função básica controlar a utilização correta do computador e seus periféricos. Sistemas Operacionais convencionais como Unix ou mesmo o Microsoft Windows, ocupam entre centenas de kilobytes a centenas de megabytes de memória. Com essas dimensões, discos rígidos com grandes capacidades de armazenamento são, em geral, utilizados. De outro lado, os sistemas operacionais embutidos nos dispositivos, também chamados de sistemas operacionais embutidos, têm que caber em memórias não voláteis do tipo ROM com capacidade de armazenamento –entre 10 e 100 kilobytes- muito inferior aos dos discos rígidos (hard disks). Uma vêz que os custos das memórias tendem a ser alto, os sistemas operacionais embutidos devem ser reduzidos ao mínimo para poder viabilizar o uso dos sistemas mecatrônicos. As buscas desses sistemas operacionais compactos é uma área ativa de pesquisa de Ciência da Computação.
O tratamento computacional do tempo é outro requisito fundamental dos sistemas mecatrônicos, uma vêz que as ações dos dispositivos controlados por computador precisam ser sincronizadas com os eventos do ambiente com os quais interagimos. Portanto, Sistemas de Tempo Real é um outro aspecto da ciência da computação diretamente relacionado aos sistemas mecatrônicos. Um sistema de tempo real deve responder a um estimulo externo dentro de um limite de tempo estabelecido (deadline). Nos dias de hoje, muitos dos sistemas de tempo real, são distribuídos, consistindo de um conjunto de dispositivos conectados por uma rede de comunicação também de tempo real. Um exemplo típico desses sistemas mecatrônicos disctribuídos, são as plantas de manufatura automatizadas. O acesso a esses tipos de sistemas são controlados por protocolos de comunicação distribuído de tempo real.
Nos sistemas mecatrônicos tidos como críticos, onde interrupções ou falhas no comportamento do sistema podem trazer perdas ou prezuídos importantes (ex: um sistema computadorizado que controla uma UTI de hospital), é de fundamental importância a utilização de técnicas de projeto de hardware e/ou software embutidos capazes de fornecer o serviço desejado, mesmo que ocorram algumas falhas. Tolerância a Falhas é a área da Ciência da Computação que estuda as técnicas que podem ser usadas para tornar os sistemas computacionais mais robustos e confiáveis.
Os ramos de suporte computacional acima mencionados são os focos de atuação do Laboratório de Sistemas Distribuídos – LaSiD (www.lasid.ufba.br) dentro do programa de pós-graduação em Mecatrônica da UFBA, assim como trata-se de um dos principais focos de pesquisa do DAS (Departamento de Automação e Sistemas) vinculado ao programa de pós-graduação em Engenharia Elétrica da UFSC. Um dos principais grupos de pesquisa que dá suporte a este projeto é o grupo de Pesquisa em Sistemas Distribuídos Tempo Real (SDTR) que atua junto ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica (PPGEEL). Esse grupo foi criado com o objetivo de pesquisar temas relacionados com o desenvolvimento de sistemas computacionais que se caracterizam por exigências em termos de distribuição, tempo, confiabilidade e/ou escala. Métodos e técnicas de desenvolvimento e de implementação de software são pesquisados neste grupo, levando em conta, uma ou várias das características anteriores. Atenção especial é dada àquelas aplicações de tempo real com requisitos mais rigorosos de tempo real e de confiabilidade.
No que toca especificamente Automação, de uma maneira geral a informática (ou Ciência da Computação) está intimamente ligada a tais sistemas. O domínio de aplicação nesse contexto é vasto incluindo desde o comando de máquinas simples até a coordenação completa de todas as operações efetuadas em um meio industrial. Os sistemas de informática industrial se diferenciam de outros sistemas computacionais por funcionarem freqüentemente em interação com os processos comandados, com tratamento simultâneo de diversas tarefas que impõem restrições severas de tempo-real. A informática industrial engloba diversas áreas de estudo, como métodos formais, engenharia de software para aplicações industriais, redes de computadores e sistemas distribuídos, Reconhecimento de imagem / padrões aplicados a automação (com redes neurais e redes bayesianas), Otimização, Sistemas de Tempo Real etc.
Os professores e pesquisadores do Departamento de Automação e Sistemas (DAS) vinculados a este projeto, realizam pesquisa
acadêmica e desenvolvimento tecnológico em Automação. Entre os temas de pesquisa tratados nesse grupo, destacam-se:
Controle de Sistemas a Eventos Discretos, Sistemas Integrados de Manufatura, Avaliação de Desempenho de Sistemas de
Manufatura, Controle de Sistemas Híbridos, Controle de Tráfego Urbano, Organizações Virtuais.
O grupo da PPGM/UFBA ligados a este projeto, vem, por outro lado, desenvolvendo uma série de pesquisas relacionadas
principalmente a escalonamento de tempo real e middeware para sistemas de automação (supervisão e controle).