LCS EPUSP Tpicos sobre Estratgias de Projeto PTC

LCS EPUSP Tópicos sobre Estratégias de Projeto PTC 2527 EPUSP – 2016 Guido Stolfi

Engenharia é: LCS EPUSP • Solução de Problemas – Através do uso das Técnicas – Com Eficácia e Eficiência PTC 2527 – GS – 2015 2 / 65

Ciclo de Vida de um Projeto LCS EPUSP Conceito Especificações Projeto Teste Certificação Fornecimento Suporte PTC 2527 – GS – 2015 3 / 65

LCS EPUSP Evolução de um Conceito PTC 2527 – GS – 2015 / 65

Fatores Críticos para Otimização de um Projeto Segurança Ergonomia PTC 2527 – GS – 2015 EPUSP Desempenho Tamanho Peso Consumo LCS Custo Produção Confiabilidade Manutenção 5 / 65

Forças Expansivas LCS EPUSP • Aproveitamento de Recursos – Mais aplicações – Maior mercado • Consequências: – Maior custo – Maior complexidade PTC 2527 – GS – 2015 6 / 65

Forças Repressoras LCS EPUSP • Economia de Recursos – – Redução de Custo Redução de Consumo Redução de Peso, tamanho Simplicidade de operação • Consequências: – Menor desempenho PTC 2527 – GS – 2015 7 / 65

Folclore LCS EPUSP

Exemplo Real PTC 2527 – GS – 2015 LCS EPUSP 9 / 65

Exemplo Real PTC 2527 – GS – 2015 LCS EPUSP 10 / 65

LCS EPUSP As Especificações

Especificações LCS EPUSP • “Frases” em uma determinada linguagem que descrevem o produto • Primárias e Secundárias PTC 2527 – GS – 2015 12 / 65

Especificações Primárias LCS EPUSP • Quantitativas • Expressas por Igualdades ou Desigualdades • Identificadas com parâmetros da descrição funcional • TODAS AS ESPECIFICAÇÕES TÊM TOLER NCIAS Ganho: +10 Frequência de Corte Inferior: 20 Hz Frequência de Corte Superior: 20000 Hz Impedância de Entrada 50 k Distorção Harmônica < 1% PTC 2527 – GS – 2015 13 / 65

Especificações Secundárias LCS EPUSP • Qualitativas • Comparativas • Relacionadas a processos de produção e diretrizes de projeto Baixo custo Tamanho reduzido Distorção menor possível Ambiente embarcado automotivo Componentes preferenciais / padronizados PTC 2527 – GS – 2015 14 / 65

Especificações Secundárias LCS EPUSP • Diretrizes de Projeto: – – – Projeto para Manufatura (DFM) Projeto para Confiabilidade (DFR) Projeto para Desempenho (DFP) Projeto para Testabilidade (DFT) Projeto para Reciclagem (DFD) (Exemplos? ) PTC 2527 – GS – 2015 15 / 65

LCS EPUSP A Arte de Projetar

Abordagens Múltiplas na Atividade de Projeto LCS EPUSP Descrição Funcional • Especificações • Formas de Onda • Comportamento • Restrições • Diretrizes Realização Física • Topologia • Circuito • Componentes • Protótipo • Firmware PTC 2527 – GS – 2015 Modelo Matemático • Função de transferência • Descrição paramétrica • Fluxograma 17 / 65

Evolução do Projeto LCS EPUSP • Validação: – Corresponde a um caminho fechado nesse diagrama, retornando ao ponto de partida • Detalhamento: – Corresponde a um caminho que leva a um nível mais aprofundado em uma mesma abordagem PTC 2527 – GS – 2015 18 / 65

Ferramentas de Síntese LCS EPUSP • Regras Formais - Análise de Modelos - Resolução de Equações - Cálculo - Otimização (Minimização / Maximização) PTC 2527 – GS – 2015 19 / 65

Ferramentas de Síntese LCS EPUSP • Regras Práticas - Tabelas - Modelos Simplificados - Cálculos Aproximados - Experiência Anterior - Projetos de Referência PTC 2527 – GS – 2015 20 / 65

Ferramentas de Síntese LCS EPUSP • Regras Empíricas – Aplicáveis na Ausência de Modelos Satisfatórios – Experimentação – Tentativa e Erro PTC 2527 – GS – 2015 21 / 65

Síntese Formal LCS EPUSP • Ex. : Filtro Digital IIR – Função de Transferência: – Realização na Forma Canônica Observável: PTC 2527 – GS – 2015 22 / 65

LCS EPUSP Síntese Heurística HEURÍSTICA, s. f. Arte de inventar, fazer descobrimentos. Disciplina que se propõe a formular as regras da pesquisa científica. Hipótese adotada provisoriamente como idéia diretriz.

Síntese Heurística LCS EPUSP Especificações Topologia atende potencialmente às especificações? Arquivo Heurístico De Topologias PTC 2527 – GS – 2015 24 / 65

Ex. : Especificações de um Bloco Funcional • • LCS EPUSP Ganho: +10 x Frequência de Corte Inferior: 20 Hz Frequência de Corte Superior: 20000 Hz Impedância de Entrada: 10 k PTC 2527 – GS – 2015 25 / 65

Realização Ortodoxa LCS EPUSP - Associação de Blocos Funcionais Elementares (Arquivo Heurístico Restrito) - Para cada Bloco, aplica-se Síntese Formal PTC 2527 – GS – 2015 26 / 65

Realização Não-ortodoxa LCS EPUSP -Elementos realizam várias funções (Possíveis imprecisões e compromissos ) PTC 2527 – GS – 2015 27 / 65

Critérios Fundamentais de Projeto LCS EPUSP • Todo componente tem que ter uma justificativa para ser colocado • Todo componente deve ter um critério para seu dimensionamento PTC 2527 – GS – 2015 28 / 65

Critérios Fundamentais de Projeto LCS EPUSP Exercício: Dimensionar R 1 e R 2. WP 710 A 10 ID Kingbright EVQ 11 Panasonic Atmel PTC 2527 – GS – 2015 29 / 65

Critérios Fundamentais de Projeto LCS EPUSP Exercício: Dimensionar R 1 e R 2. • R 1: Pull-up para chave Tact Panasonic EVQ 11; ligado em entrada de microcontrolador Atmel ATtiny 28 L-4 PI na Porta PB 7 (sem pull-up interno); • R 2: Acende LED Kingbright WP 710 A 10 ID com no mínimo 3 mcd, através de porta de saída PD 5 do Atmel • Considerar alimentação de 5 V +/- 10% • Considerar temperatura de 0 a 70 OC PTC 2527 – GS – 2015 30 / 65

LCS EPUSP Evolução de um Projeto

Evolução de um Projeto LCS EPUSP • Exemplo: Pré-amplificador RIAA p/ toca-discos de vinil – – – PTC 2527 – GS – 2015 Baixo ruído Ganho 60 d. B (conforme curva RIAA) Impedância de entrada: 47 k Impedância de Saída: 50 Nível de Saída: 1 Vrms com ZL = 600 Resistência da cápsula: ~1 k 32 / 65

Detalhamento da Descrição Funcional LCS EPUSP • Inicial: Descrição em Blocos Funcionais PTC 2527 – GS – 2015 33 / 65

Detalhamento da Descrição Funcional LCS EPUSP • Especificação de Projeto: Curva RIAA (ideal) PTC 2527 – GS – 2015 34 / 65

Detalhamento da Descrição Funcional LCS EPUSP • Especificação realizável PTC 2527 – GS – 2015 35 / 65

Detalhamento da Descrição Funcional LCS EPUSP • Especificação Realista PTC 2527 – GS – 2015 36 / 65

Detalhamento da Descrição Funcional LCS EPUSP • Especificação de Produção PTC 2527 – GS – 2015 37 / 65

Evolução da Representação Física LCS EPUSP Do arquivo heurístico: PTC 2527 – GS – 2015 38 / 65

Evolução da Representação Física LCS EPUSP Escolha de Componentes: Q 1, Q 2 Ponto de partida: baixo ruído, RG ~ 1 k I C 1 = 100 A PTC 2527 – GS – 2015 39 / 65

Evolução da Representação Física LCS EPUSP 100 A IB 3 100 A IL = 2, 3 m. A p 200 A IC 3 > 2, 3 m. A IB 3 ~ 25 A PTC 2527 – GS – 2015 40 / 65

Evolução da Representação Física LCS EPUSP Síntese Formal de Z 1 e Z 2 • Ganho de 60 d. B em DC => R 1 1000 R 2 • Pólo em 50 Hz • Zero em 500 Hz PTC 2527 – GS – 2015 41 / 65

Evolução da Representação Física LCS EPUSP • Pólo em 2, 2 k. Hz • Ajuste de R 1, R 2, C 1, R 3, C 2 • Topologia alternativa (por transformação): PTC 2527 – GS – 2015 42 / 65

Verificação da Síntese por Simulação PTC 2527 – GS – 2015 LCS EPUSP 43 / 65

Evolução da Representação Física LCS EPUSP Após análise / síntese: PTC 2527 – GS – 2015 44 / 65

Evolução da Representação Física LCS EPUSP Circuito final: PTC 2527 – GS – 2015 45 / 65

Testes de Protótipo PTC 2527 – GS – 2015 LCS EPUSP 46 / 65

Reinício da Representação Física LCS EPUSP Topologia alternativa (de volta ao arquivo heurístico) PTC 2527 – GS – 2015 47 / 65

Circuito Final PTC 2527 – GS – 2015 LCS EPUSP 48 / 65

LCS EPUSP Planejamento

Abordagens para Planejamento Normativa Práticas padronizadas, soluções quantitativas, formais. Ex. : Manuais de projeto Racional Análise quantitativa, otimização, equacionamento e modelagem. Argumentativa Participação, dinâmica de grupo visando consenso. Ex. : “brainstorm” Heurística Bom senso, experiência, regras práticas. PTC 2527 – GS – 2015 LCS EPUSP 50 / 65

Estratégias de Desenvolvimento De Cima Para Baixo As especificações direcionam totalmente o projeto (Normativa, Racional) De Baixo Para Cima A solução é derivada de projetos já existentes, com tecnologia disponível (Argumentativa) De Fora Para Dentro As interfaces com demais componentes do sistema direcionam o projeto (Racional, Argumentativa, Heurística) O projeto é impulsionado pelo desenvolvimento de novas tecnologias (Heurística) De Dentro Para Fora Híbrida PTC 2527 – GS – 2015 LCS EPUSP Utiliza-se uma combinação das estratégias acima. 51 / 65

Escalas de Atividades de Desenvolvimento LCS EPUSP • Tarefa • Projeto • Programa • Empreendimento PTC 2527 – GS – 2015 52 / 65

Tarefa LCS EPUSP • Projeto simples, geralmente de cunho experimental, completado por um único engenheiro PTC 2527 – GS – 2015 53 / 65

Projeto LCS EPUSP • Processo bem definido, geralmente um produto, completado por uma pequena equipe PTC 2527 – GS – 2015 54 / 65

Programa LCS EPUSP • Requer planejamento rigoroso, e utiliza vários projetos paralelos, desenvolvidos por equipes multidisciplinares • Há monitoração superior (“follow-up”) e comunicação plena entre as equipes PTC 2527 – GS – 2015 55 / 65

Empreendimento LCS EPUSP • Necessita de um plano de desenvolvimento, com vários programas multidisciplinares em paralelo, para desenvolvimento de sistemas extremamente complexos, ou de alto volume ou responsabilidade • Depende de uma estrutura hierárquica para monitoração e comunicação entre os programas PTC 2527 – GS – 2015 56 / 65

LCS EPUSP Teste e Depuração Quando o Projeto não Funciona …

Técnicas de Depuração de Sistemas • • • LCS EPUSP De Baixo para Cima De Cima para Baixo Da Esquerda para a Direita Da Direita para a Esquerda Partição Binária • Mudança de Abordagem PTC 2527 – GS – 2015 58 / 65

Técnicas para Depuração de Sistemas LCS EPUSP • De baixo para cima – Os insumos necessários para a operação do sistema estão presentes? – Ex. : Fontes de alimentação, “clocks”, polarizações Comandos In 1 2 3 Out Insumos PTC 2527 – GS – 2015 59 / 65

Técnicas para Depuração de Sistemas LCS EPUSP • De cima para baixo – O sistema recebeu comandos para realizar as funções especificadas? – Ex. : controles, programação, configuração, ajustes iniciais Comandos In 1 2 3 Out Insumos PTC 2527 – GS – 2015 60 / 65

Técnicas para Depuração de Sistemas LCS EPUSP • Da esquerda para a direita – O sinal está sendo propagado pelos sub-sistemas da forma esperada? – Ex. : Amplificação, filtragem, acoplamento, atenuação, conversão Comandos In 1 2 3 Out Insumos PTC 2527 – GS – 2015 61 / 65

Técnicas para Depuração de Sistemas LCS EPUSP • Da direita para a esquerda – Os efeitos das saídas estão sendo retroalimentados para as entradas? – As saídas são justificadas pelas entradas? – Ex. : Sistemas com realimentação Comandos In 1 2 3 Out Insumos PTC 2527 – GS – 2015 62 / 65

Técnicas para Depuração de Sistemas LCS EPUSP • Partição Binária – Verificar as extremidades do sistema; em seguida, dividi-lo funcionalmente ao meio e verificar nesse ponto; repetir o processo Comandos In 1 2 3 Out Insumos PTC 2527 – GS – 2015 63 / 65

Técnicas para Depuração de Sistemas LCS EPUSP • Mudança de Abordagem – – Saia e vá tomar um café Peça ajuda para outra pessoa Explique o defeito para outra pessoa Provoque um defeito diferente – Justificativa: evitar erros sistemáticos PTC 2527 – GS – 2015 64 / 65

Técnicas para Depuração de Sistemas LCS EPUSP • Regra Geral: – Se ninguém consertou, então não está consertado! PTC 2527 – GS – 2015 65 / 65