Sapiens - Sustentabilidade e Eficiência através de Tecnologias com Foco no Consumidor para Smarts Grids

Missão, Visão e Valores

 Parceiros:

 Patrocinador:

Eduardo Henrique Maciel - Lattes

Doutorando em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)

Fernanda Mota - Lattes

Doutoranda em Educação em Ciências: Químida da Vida e Saúde pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG) 

Fernando Pereira de Tôledo - Lattes

Mestrando em Modelagem computacional pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG) 

Jonas Casarin - Lattes

Mestrando em Engenharia de Computação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG) 

Robledo Castro  -  Lattes

Graduando em Sistemas de Informação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG)

O Projeto Sapiens tem como objetivo o estudo e desenvolvimento de metodologias e tecnologias capazes de incluir o consumo como elemento inteligente em Smart Grids sustentáveis e eficientes de forma a contribuir para o desenvolvimento científico e tecnológico e a inovação do Setor Elétrico Brasileiro. De forma mais específica, propõe-se a atingir os seguintes objetivos e metas:

• Definição de uma taxonomia de métodos para automação do consumo residencial de energia, considerando os aspectos psicológicos associados à motivação do indivíduo para a conscientização de consumo sustentável (mudança de comportamento);
• Realização de Estudo de Caso de forma a estudar e avaliar os diferentes perfis de consumo individual em residências, possibilitando a obtenção de metodologia para a elaboração de gatilhos motivacionais de posturas conscientes de consumo;
• Desenvolvimento de Protótipo Smart Trigger, a ser integrado em domicílios presentes em Smart Grids (30 residências no Brasil), capaz de motivar o usuário a realizar um consumo consciente de energia elétrica, além de funcionalidades de monitoramento do consumo e atuação remotos em tempo real via web apps, SMS e smartphones (iOS e Android);
• Realização de Estudo de Caso de forma a estudar e avaliar os diferentes perfis de automação de consumo, possibilitando a obtenção de metodologia para a obtenção de diferentes níveis de automação visando um consumo inteligente e automatizado;
• Desenvolvimento de Protótipo Sapiens, o qual tendo como base o Smart Trigger, adiciona a este a possibilidade de adotar diferentes níveis de automação do consumo, permitindo a realização de operações e controles autônomos (sem interferência explícita do usuário);
• Realização de Estudo de Caso de forma a testar e validar a metodologia e o Protótipo Sapiens como quarta etapa do processo de Fornecimento de Energia em um escopo Smart Grid.

Arquitetura do Sapiens

Objetivo Geral:

Alinhado a estratégia de crescimento do laboratório Nautec- FURG e da empresa Altus na área de óleo e gás, o projeto 3DCS visa desenvolver um sistema de controle distribuído modular de alta disponibilidade e integrado com sistemas de supervisão, de forma a promover soluções para o monitoramento, automação e controle de subsistemas marítimos. De formar mais precisa, o desenvolvimento do sistema 3DCS passará pela realização dos seguintes sub- projetos: Modulo de visualização distribuída por visão, visualização móvel para DCS e internet industrial para serie de CLPs nexto e certificação DNV e UL dos CLPs nexto.

Financiadores:

SCIT - Secretaria da Ciência, Inovação e Desenvolvimento Tecnológico

FINEP- Agência Brasileira da Inovação

André Mendes da Rosa  - Lattes

Mestre em Engenharia da Computação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG)

Eduardo Schmidt Fernandes dos Santos  - Lattes

Mestre em Engenharia da Computação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG)

Marcos André do Amaral Bichet  - Lattes

Mestre em Modelagem Computacional  pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG)

Mario Ricardo Nascimento Marques Junior  - Lattes

Graduando em Engenharia de Automação  pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG)

Natanael Garcia Rodrigues  - Lattes

Mestrando em Engenharia da Computação  pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG)

William Bonow Xavier  - Lattes

Graduando em Engenharia de Automação  pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG)

O Projeto 3DCS nasceu de uma parceria entre a Universidade Federal de Rio Grande – FURG com sua vocação para o estudo das Ciências do Mar, aliado ao desenvolvimento tecnológico em robótica e automação alcançado pelo seu Centro de Ciências Computacionais (C3) e seu Grupo de Automação e Robótica Inteligente (NAUTEC) com a Altus Sistemas de Automação S/A, uma das principais organizações brasileiras no setor de informática e líder na pesquisa e desenvolvimento de tecnologias para automação industrial e controle de processos.

O projeto busca o desenvolvimento de componentes de software, que possam ser integrados a plataformas de supervisão (SCADA) para utilização em aplicações marítimas, industriais e automações de modo geral. O objetivo geral deste projeto é criar novas formas de visualização e interação entre estes ambientes de supervisão e dispositivos de campo, através de recursos 3D, virtualização, realidade aumentada e visão computacional. O projeto está subdividido em 3 subprojetos: 3DCS, MDCS e VDCS.

O subprojeto 3DCS tem por objetivo a criação e controles básicos para visualização de objetos e cenas 3D, técnicas de relacionamento entre ambientes 2D e 3D, além da documentação técnica associada (Manuais e Tutoriais).

Por sua vez, o subprojeto MDCS utiliza técnicas de realidade aumentada para visualização de informações associadas a equipamentos no ambiente de operação, através da identificação deste por um marcador visual específico, podendo estas informações serem acessadas por um equipamento móvel do tipo tablet ou smartphone.

Ainda dentro do subprojeto MDCS, existe a possibilidade de se utilizar a leitura de marcadores para recriar um equipamento em um modelo 3D em um processo de virtualização, visando facilitar a identificação de componentes através da realidade virtual.

Por fim, o subprojeto VDCS visa a utilização de técnicas de visão computacional para medição e monitoração de estados e valores disponibilizados por instrumentos de campo, permitindo a extração desta informação e utilização no sistema SCADA, criando assim o conceito de virtualização de instrumentos de campo com os chamados “Instrumentos Virtuais”. 

Modelos 2D e 3D do Subprojeto 3DCS

Imagem do projeto MDCS das informações que são lidas em um Tablet

Bruno Quaresma Leonardo - Lattes

Engenheiro de Automação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG)

Cristiano Rafael Steffens - Lattes

Mestre em Engenharia de Computação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG) 

Sidnei Carlos da Silva Filho - Lattes

Graduando em Engenharia de Computação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG) 

Eduardo do Amaral Leivas - Lattes

Graduando em Engenharia de Computação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG) 

Fernando da Fonseca Schneider - Lattes

Graduando em Engenharia de Automação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG) 

Jusoan Lang Mór  - Lattes

Mestrando em Engenharia de Computação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG)

Marcio Rozante Aguiar - Lattes

Graduando em Engenharia de Automação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG) 

Sibyla Andreuchetti Vioto e Silva - Lattes

Graduando em Engenharia de Computação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG) 

Valquíria Hüttner - Lattes

Graduanda em Engenharia de Computação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG)  

Ygor Quadros de Aguiar  - Lattes

Graduando em Engenharia de Automação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG)

Objetivos:

O projeto busca introduzir melhorias no processo de soldagem através da automação e robotização. Como objetivo geral, busca-se fomentar a colaboração multidisciplinar das equipes envolvidas, resultando na formação de recursos humanos qualificados e com uma visão multifacetada dos grandes desafios atuais da indústria naval e offshore brasileira.O projeto prevê a customização das soluções atualmente utilizadas, bem como o desenvolvimento de novos equipamentos e soluções. Os objetivos específicos do projeto são:

• Estudo do estado-da-arte em robótica para solda de chapas de aço, sobretudo associado aos aspectos de automação e computação voltados a sistemas de percepção e controle em malha fechada;
• Desenvolvimento de projeto de hardware e software para extração de características dimensionais do chanfro e desenvolvimento de robô de solda linear, adaptado a diferentes conformações de cordões de solda;
• Desenvolvimento de sistema de correção de trajetória capaz de realizar operações de soldagem com controle em tempo real e malha fechada, conforme percepção online do processo;
• Teste e validação da ferramenta robótica em campo, em operações de soldagem a serem realizadas no Estaleiro Rio Grande.

A qualidade da soldagem de arco eléctrico é altamente dependente da parametrização do equipamento. Tensão, corrente, velocidade do trator, posição da tocha, velocidade de alimentação do arame e a movimentação da tocha, entre outros parâmetros, quando não devidamente configurados, podem resultar em deformação da chapa, respingos de solda, escória e fumo. Para minimizar estes problemas, o projeto propõe-se um sistema VBM (Video Based Measurement) para reconhecer a geometria dos chanfros, ajustando automaticamente as configurações corretas para cada operação de soldagem. Usando visão computacional, o sistema estima o volume 3D do chanfro de soldagem, mapeando a geometria do chanfro em atitudes de controle para o processo de soldagem. O sistema é testado e validado no robô Bug-O Matic weaver.

Interface de controle manual do robô Bug-O Matic Weaver

 

Módulo de controle automatizado do robô

 

• Imagens Iniciais do robô

                     

 

• Imagens processadas
•                     

• Resultado dos processamentos nas imagens

                    

 

• Resultados dos processamentos

                    

 

• Estágios iniciais do controle do alimentador de arame e transformador

 

 

Trabalhos completos aceitos em congressos

 

STEFFENS, C. R.; LEONARDO B. Q.; SILVA, S. d.;  HUTTNER, V.; AGUIAR, M. R; LEIVAS, E. d. A.; ROSA, V. S.; BOTELHO, S. S. C. Automated  control module based on VBM for shipyard welding applications: Study case on the Bug-O Matic Weaver.  In LARS/SBR 2015 I, oct 2015.

 

STEFFENS, C. R.; LEONARDO B. Q.; SILVA, S. d.;  HUTTNER, V.; AGUIAR, M. R; LEIVAS, E. d. A.; ROSA, V. S.; BOTELHO, S. S. C. A VMB System for Intelligent Robotic Welding.  In SBAI – Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente, 2015.

Objetivo Geral:

Identificação e avaliação do fluxo de produção a partir de tecnologias para rastreio de operações e mineração de dados, assim auxiliando para o aumento de produtividade e competividade da industria offshore brasileira.
 

Financiadores:

Adelmo Barbosa

Graduando em Engenharia de Computação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG)

Gabriel Lavoura dos Santos - Lattes

Graduanda em Engenharia da Computação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG) 

Isadora Souza - Lattes

Graduanda em Engenharia de Computação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG)

Lucas Barbosa Parzianello - Lattes

Graduando em Engenharia da Computação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG) 

Marcelo Takashi Rodrigues Ishikame - Lattes

Graduando em Engenharia da Automação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG) 

Thiago Manuel Fortunato da Costa  - Lattes

Mestrando em Engenharia da Computação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG)

Vanessa Telles da Silva - Lattes

Graduando em Engenharia da Automação pela Universidade Federal do Rio Grande (FURG)

O projeto tem como objetivo a identificação e avaliação do fluxo de produção a partir de tecnologias para rastreio de operações e mineração de dados, assim auxiliando para o aumento de produtividade e competividade da industria offshore brasileira. Nautilus LOG é dividido em três partes: 
 

• Um sistema para rastreios de ativos utilizando a tecnologia RFID (Radio-Frequency IDentification);
• Um sistema utilizando visão computacional para rastreio de entes; 

• Um framework permitindo a integração de ambos sistemas em uma interface.

Utilizando da tecnologia RFID o sistema auxilia no rastreio de ativos, demonstrando os mesmos em um ambiente gráfico mapeado e gerando um relatório com suas posições, assim facilitando a localização e identificação a evolução da cadeia de produção.
Com a visão computacional, visamos o rastreio de entes, identificando as pessoas em uma determinada área demonstrando graficamente e gerando relatórios para auxiliar a contabilidade de HH (homem-hora) e evolução de processo.

Rastreio de entes em chão de fábrica

  Visualização do Log de ativos

Rastreio de Objetos

Teste em Arduíno

Descrição: Em decorrência do grau de encapsulamento, comunicação e autonomia dos componentes de hardware surge na computação um recente paradigma associado a possibilidade de pervasividade e ubiquidade. A computação Ubíqua e Pervasiva congrega novas formas de interação humano computador, onde o computador se integra ao dia-a-dia da sociedade em "qualquer momento'' e em "qualquer lugar''. Busca-se tornar a interação homem-máquina invisível, ou seja, integrar a computação com as ações e comportamentos naturais dos indivíduos. Avanços em dispositivos móveis de processamento e comunicação, dispositivos de interatividade e realidade virtual são aportes tecnológicos catalisadores deste processo. De uma forma mais abrangente, tais conceitos de ubiquidade e pervasividade podem ser extendidos a outras tecnologias. Por exemplo, se antes restritos a tarefas repetitivas em indústrias, sistemas robóticos, com capacidade de percepção, tomada de decisão e atuação, começam a fazer parte cada vez mais do cotidiano da sociedade. Atualmente pode-se conceber a possibilidade de ambientes multi-tecnológicos compostos por redes de identificadores (Radio-frequency Identifiers - RFIDs), sensores e atuadores robóticos. Ambientes colaborativos podem envolver robôs e humanos (e seus avatares), estando estes em difentes espaços geográfico-temporais. Assim, da mesma forma que na computação ubíqua a computação está presente em todo local, neste novo contexto, aqui denominado de Robótica e Automação Ubíqua e Pervasiva, diferentes recursos tecnológicos de percepção e atuação estariam por todo o local, percebendo e atuando de forma autônoma "em qualquer momento'' e em "qualquer lugar''. Nesta perspectiva, a presente proposta busca identificar e tratar os desafios associados ao desenvolvimento de ambientes multi-tecnológicos, aqui denominado de Hiperambientes, para a Robótica e Automação Ubíquas. Estes seriam compostos por elementos reais, virtuais, redes de identificadores, sensores e atuadores robóticos a. 

Descrição: O projeto prevê o estudo de técnicas de inteligência artificial e desenvolvimento de tecnologias ubiquas e pervasivas para aplicação em Esporte e Lazer. O projeto prevê o desenvolvimento de um framework que envolve o uso de diferentes tipos de dispositivos de interface, mais precisamente redes de sensores e atuadores, que são integrados de forma a formar smart environments. O framework, denominado hiperambiente, admite a interligação de diferentes nodos em uma estrutura em rede. O hiperambiente será aplicado no desenvolvimento de cenários para esporte e lazer, permitindo a exploração de diferentes modalidades da educação física, sem restrições de infraestrutura e mobilidade física.

Descrição: O presente projeto se propõe a avançar no provimento de recursos materiais e humanos em condições de envolvimento com modelagem computacional e visualização cientifica e de engenharia, ambito de diferentes areas do conhecimento. O desenvolvimento e a utilização de sistemas computacionais capazes de analisar, resolver e simular problemas difíceis seriam as tarefas a realizar. Além de passar pelo desenvolvimento de modelos fisico-matemáticos que envolvam grandes quantidades de operações de cálculo, a simulação de aspectos naturais e artificiais que convivam com grandes incertezas e a estruturação de grandes quantidades de dados para garimpo de informações, o projeto focaliza-se no estudo, desenvolvimento e disponibilização de técnicas de visualização cientifica e de engenharia capazes de extrair informações de grandes conjuntos de dados. Aspectos relativos a desenvolvimento de ontologias, visualização colaborativa, imersividade, representação de erros e incertezas, interação homem-máquina e arquiteturas para visualização serão abordados.

Descrição: Desenvolvimento de um sistema para simulação de processos de pré-edificação e edificação de navios de grande porte. O sistema vai desenvolver e empregar uma estrutura hierárquica de produtos padrão (PWBS) para determinadas classes de navios e será baseado na plataforma DELMIA QUEST. Aplicação na elaboração de modelos voltados para o planejamento de de instalações e layout de estaleiros, estratégias de construção e sequenciamento de atividades. Desenvolvimento de ambiente de visualização avançado, especificamente para movimentação de blocos, pre-edificação e edificação. O projeto consiste no desenvolvimento de ferramentas e aplicação no ambiente da construção naval do Brasil, a partir do Projeto LABSEN apoiado pela FINEP e CENPES/Petrobras.

Descrição: Desenvolvimento de um sistema de controle e acompanhamento de obras de construção naval, baseado em técnicas avançadas de computação e automação para supervisão de campo. Implantação de um protótipo em um ambiente real de construção naval.

Descrição: Desenvolvimento de arquitetura de hardware e software para monitoramento, diagnótico e prognóstico da vida útil para equipamentos do sistema elétrico de potência, mais precisamente condutores dedicados a geração, distribuição baseada em redes de sensores móveis composta por robôs móveis de inspeção aérea e subterrânea.

Descrição: Desenvolvimento de sistema de inspeção visual envolvendo diferentes sensores para a inspeção e avaliação de cabos de energia subterrâneos. Avaliação de diferentes tipos de sensores, desenvolvimento de hardware de aquisição e sistema robótico para navegação tele-operada.

Descrição: Desenvolvimento de estratégias de automação visando a redução de perdas comercias. O sistema será comporto de grid de sensores domicialiares.

Descrição: Previsão de demanda através de técnicas de predição temporal multi-variadas. Desenvolvimento de ferramenta computacional envolvendo análise de serie temporais multi-variadas a ser utilizada pela Companhia Estadual de Energia Elétrica - CEEE.

Descrição: Desenvolvimento de técnicas computacionais avançadas para a modelagem climática regional aplicada. Desenvolvimento de técnicas avançadas de computação para previsão climática.

Descrição: O projeto ROBOTAR pretende de forma mais específica tratar uma série de questões associadas principalmente ao rastreio de múltiplos agentes envolvidos na cena a ser reproduzida, a previsão de pose dos agentes a serem teleoperados e a implementação da tele-presença seja por acionamento de sistemas robóticos e/ou renderização de avatares.

Descrição: Desenvolvimento de padrão para ambientes 3D (X3D) para TV Digital.

Descrição: Desenvolvimento de ferramenta gráfica para acompanhamento de projetos de construção naval.

Descrição: Estudo e desenvolvimento de técnicas para manuteção inteligente de usinas geradores de energia elétrica.

Descrição: Desenvolvimento de robô para inspeção de dutos de distribuição de energia elétrica. Geração, transmissão, distribuição e uso final de energia elétrica.

Descrição: Utilização de técnicas de visão computacional para a análise de padrões de escoamento de polímeros.