Um método automático para desenvolver arquiteturas funcionais e físicas de sistemas de controle por otimização multi-objetivo baseada em modelos, atributos e métricas sistêmicas

• Ano de defesa: 2013
• Autor(a) principal: Francisco Carlos de Amorim Terceiro
• Orientador(a): Marcelo Lopes de Oliveira Souza
• Banca de defesa: Evandro Marconi Rocco, Paulo Giácomo Milani, Alexandre Carvalho Leite, Henrique Mohallen Paiva
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Mecânica Espacial e Controle
• País: BR
• Resumo em Inglês: The concept of architecture for a system is directly connected to its functions and to its physical embodiment. The functional architecture defines what it can do and the physical architecture defines how it accomplishes its mission. Nowadays, a multidisciplinary team carries out the development of system architectures and they have to take into account a number of attributes and domains of knowledge. However, this development can be seen as an activity in which the Systems Engineering meets the Art. In some specific areas, the methods of the development of system architectures are already well formalized. However, when we analyze the development of architectures of multidomain systems, such as control systems, it is clear that there still is much room for rationalization. This thesis proposes an automatic method for developing functional and physical architectures of control systems by multi-objective optimization based on systems models, attributes and metrics. To do that, this thesis contains a literature review of existing methods of preparation and selection of system architectures, models and metrics of attributes of control systems, and multi-objective optimization. Then, the thesis presents the formulation of the proposed problem, describes three investigations (I1, I2 and I3) and approaches to their solutions. Further, the thesis describes the environment and models developed to prepare several alternative systems architectures for both static and dynamic systems. Results are presented with the main architectures, where each architecture is evaluated by means of the metrics chosen. Then, by means of multi-objective optimization and the Smallest Loss Criterion, an architecture / solution is selected by taking into account the balance between all metrics. Besides this, and the innovation of the method of generation of architectures, the use of the Smallest Loss Criterion to arrive at a solution that rationally balances the requirements of both Control Engineering and Systems Engineering are new achievements of this thesis.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2013/08.22.10.40

O conceito de arquiteturas para um sistema está diretamente conectado às suas funções e à sua materialização física. A arquitetura funcional define o que ele é capaz de fazer e a arquitetura física define como ele realiza sua missão. Atualmente, a elaboração de arquiteturas de sistemas é realizada por uma equipe multidisciplinar e esta tem que levar em consideração uma série de atributos de diversos domínios do conhecimento. Entretanto, essa elaboração pode ser considerada como uma atividade em que a Engenharia de Sistemas encontra a Arte. Em alguns domínios específicos, os métodos sobre o desenvolvimento de arquiteturas de sistemas já estão muito bem formalizados. Entretanto, quando analisamos a elaboração de arquiteturas de sistemas multidomínios, como os sistemas de controle, percebe-se que ainda há muito espaço para racionalização. Esta tese propõe um método automático para desenvolver arquiteturas funcionais e físicas de sistemas de controle por otimização multiobjetivo baseada em modelos, atributos e métricas sistêmicas. Para isso, a presente tese contém uma revisão da literatura sobre os métodos existentes de elaboração e seleção de arquiteturas de sistemas, modelos e métricas de atributos de sistemas de controle, e otimização multiobjetivo. Em seguida, a Tese apresenta a formulação do problema proposto, descreve três investigações (I1, I2 e I3) e as abordagens para sua solução. Na sequência, a tese descreve o ambiente e modelos desenvolvidos para elaborar diversas alternativas de arquiteturas tanto para sistemas estáticos como para sistemas dinâmicos. Resultados são apresentados com as principais arquiteturas de destaque, onde cada arquitetura é avaliada por meio das métricas escolhidas. Então, por meio de otimização multiobjetivo e pelo Critério da Menor Perda, uma arquitetura/solução é selecionada utilizando levando em consideração o equilíbrio entre todas as métricas da arquitetura. Esta se compara muito favoravelmente com os poucos resultados similares encontrados na literatura consultada. Além disto, e da inovação do método de geração das arquiteturas, a utilização do Critério de Menor Perda para chegar racionalmente a uma solução que une equilibradamente os requisitos tanto da Engenharia de Controle como da Engenharia de Sistemas são conquistas inovadoras desta Tese.