FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Projecto FEUP

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1 FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Projecto FEUP O QUE SE FAZ NOS LABORATÓRIOS DO EDIFÍCIO I NASCENTE Controlo/Automação, Engenharia de Software e Inteligência Artificial Elber Sousa José Pedro Nuno Malaquias Pedro Sequeira Xavier Araújo Porto, Outubro de 2010

2 Resumo Este relatório visa explicar o funcionamento dos laboratórios do edifício I nascente situado na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto no âmbito do projecto FEUP 2010/2011. De forma geral os objectivos pretendidos deste projecto são perceber qual o trabalho desenvolvido nos laboratórios deste edifício assim como procurar averiguar a importância dos mesmos na Faculdade de Engenharia. De modo a apresentar um projecto mais detalhado foram seleccionados três laboratórios distintos: laboratório de Controlo e Automação, Inteligência Artificial e Engenharia de Software. De forma a conseguir obter a informação pretendida foram entrevistados elementos de cada um dos laboratórios assim como foi elaborada uma pesquisa de material através da biblioteca da faculdade. Além destes recursos também utilizamos a Internet de forma a complementar a informação adquirida assim como para visitar as páginas oficiais dos laboratórios em questão. Com este projecto conseguimos perceber o funcionamento detalhado dos três laboratórios em estudo assim como a sua função naquilo que é a Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. PALAVRAS-CHAVE: controlo e automação, engenharia de software, inteligência artificial, edifício I nascente, projecto FEUP.

3 Índice 1 Introdução Considerações Gerais Objectivos Organização do Trabalho 2 2 Investigação Métodos Utilizados Expectativas/ Resultados Engenharia de Software O que é a Engenharia de Software Engenharia de Software e Programação Laboratório de Engenharia de Software Importância da Engenharia de Software na actualidade Inteligência Artificial O que é a Inteligência Artificial Laboratório de Inteligência Artificial Controlo e Automação Controlo e Automação 7 3 Conclusão 8 4 Apêndice A 9 5 Apêndice B 10 6 Apêndice C 11 7 Referências Bibliográficas 12

4 1 - Introdução 1.1 Considerações Gerais O desenvolvimento desta investigação surgiu com a necessidade de responder ao problema proposto no projecto FEUP do ano lectivo 2010/2011. O objectivo do projecto era responder à pergunta O que se faz nos laboratórios do edifício I nascente da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto?. De forma a tornar a investigação mais concreta decidimos seleccionar três dos inúmeros laboratórios existentes no edifício em estudo, de forma a fazer um estudo mais pormenorizado para cada um deles (caso a caso), ao invés de investigar todos os laboratórios do edifício mas de uma forma mais superficial. Os laboratórios escolhidos foram o de Controlo e Automação, Inteligência Artificial e Engenharia de Software. A escolha destes laboratórios esteve principalmente relacionada com os interesses de cada um dos cinco elementos do grupo de forma a tornar o projecto numa investigação mais interessante na perspectiva do grupo. Esta escolha dos laboratórios foi fundamental para criar uma motivação extra no seio do grupo em torno da investigação. Gostaríamos também de agradecer á professora Ana Paiva, ao professor António Pereira e ao senhor Daniel Silva pela disponibilidade mostrada para responder aos nossos inquéritos. Através deles foi possível ficar a saber o trabalho desenvolvido por cada um dos laboratórios e a sua relação com a Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. 1.2 Objectivos Com este projecto era pretendido averiguar aquilo que é efectuado em cada um dos laboratórios em estudo assim como analisar a sua influência na Faculdade de Engenharia. Para além deste objectivo principal o grupo definiu outros objectivos que foram alcançados através da realização das três entrevistas. Alguns destes objectivos são os seguintes: Em que consiste cada uma das áreas dos laboratórios em estudo (Controlo e Automação / Inteligência Artificial / Engenharia de Software)? O que se faz em cada uma dessas áreas? Os laboratórios em questão são usados para fins lectivos? Se sim, que cursos têm aulas aqui e quais as cadeiras leccionadas? Quais as inter-relações existentes entre os três laboratórios em questão? Quais os principais materiais dos laboratórios e qual a sua disponibilidade? Quais os principais meios tecnológicos utilizados nestes laboratórios? Quais os projectos relacionados com estes laboratórios que estão actualmente em desenvolvimento? Existe alguma ligação dos laboratórios explorados com empresas? 1

5 Através destes e de outros objectivos estabelecidos pelo grupo, foi-nos possível realizar entrevistas que nos disponibilizaram informação extremamente importante e relevante para o posterior desenvolvimento dos vários produtos finais a apresentar (relatório; poster; apresentação final). Podemos por isso afirmar que a definição destes objectivos iniciais foi fundamental para o desenvolvimento coeso do projecto pois permitiu-nos saber exactamente qual a informação que tínhamos que obter. Ao saber isto conseguimos elaborar entrevistas que nos forneceram exactamente aquilo que nós procurávamos. 1.3 Organização do Trabalho Inicialmente foi um pouco difícil conseguir iniciar o desenvolvimento do projecto visto que não sabíamos como lhe iríamos pegar, ou seja, como iríamos orientar o nosso trabalho de modo a responder ao objectivo proposto. Após a primeira reunião do grupo, e depois de termos definido que apenas iríamos explorar unicamente três laboratórios do edifício I, começaram a surgir algumas ideias que conduziram ao avanço do projecto. Após termos visitado os laboratórios em estudo, de modo a ficarmos com noção da sua localização assim como do espaço em si, decidimos que uma maneira de obtermos a informação que procurávamos era através da elaboração de uma entrevista a um técnico de cada um dos laboratórios. Isto foi importante pois deu-nos informação precisa tendo em conta aquilo que precisávamos de saber. Uma das entrevistas foi dirigida á professora Ana Paiva que nos esclareceu sobre o funcionamento do laboratório de Engenharia de Software e cujas respostas foram anotadas por escrito. Relativamente ás entrevistas ao professor António Pereira e ao senhor Daniel Silva, responsáveis pelo laboratório de Inteligência Artificial e Controlo e Automação, respectivamente, foram gravadas por inteiro. Estas tarefas foram distribuídas equitativamente pelos vários elementos do grupo para que todos estivessem envolvidos na evolução do projecto. 2

6 2 - Investigação 2.1 Métodos Utilizados Antes de começar a pesquisa necessária o grupo decidiu fazer uma expectativa daquilo que iria encontrar em cada laboratório para posteriormente obter um contraste, ou não, entre a informação adquirida e os pensamentos iniciais. Esta opção de fazer criar uma expectativa inicial relativamente a cada laboratório revelou-se extremamente interessante para a análise final dos resultados. Os métodos utilizados para a elaboração deste projecto não coincidiram com os métodos de pesquisa habituais (Internet, Livros, Revistas ) pois a informação pretendida era extremamente específica e não se encontrava divulgada nos meios de comunicação normalmente utilizados. Devido a este obstáculo no começo do projecto ficamos com algumas dúvidas sobre a melhor maneira de conseguirmos obter exactamente a informação que queríamos. Depois de pensarmos sobre o assunto chegámos á conclusão de que a melhor maneira para obter esta informação era ir directamente aos laboratórios em questão e questionar os técnicos lá presentes. Para isto decidimos elaborar três entrevistas (uma para cada laboratório) onde estivessem presentes os pontos fundamentais a serem abordados no nosso projecto. Desta forma planeámos cuidadosamente cada uma das entrevistas de forma a que estas nos conduzissem á informação que realmente necessitávamos, o que veio de facto a acontecer. Para além deste método utilizamos também a Internet (embora de forma superficial) para adquirir alguma informação sobre o tema em questão. Este método foi utilizado fundamentalmente para visitar as páginas oficiais dos laboratórios assim como para encontrar informação relativamente ás áreas científicas abordadas. 3

7 2.2 Expectativas /Resultados Engenharia de Software O que é Engenharia de Software Engenharia de Software é uma área de computação orientada para a especificação, desenvolvimento e manutenção de sistemas de software. Esta área surgiu devido á grande evolução da tecnologia que conduziu á necessidade de criar processos sistematizados para lidar com aquilo que diz respeito ao software. Assim podemos afirmar que nesta área se estudam os processos, metodologias e técnicas de forma a melhorar a qualidade dos produtos de software oferecidos. Além desta face mais orientada para o software, esta engenharia também lida com hardware nomeadamente através da arquitectura de sistemas. Esta é uma área da engenharia que está presente em todos os outros ramos da engenharia visto que todos eles necessitam de software para funcionarem normalmente. Devido a isto podemos afirmar que esta é uma das áreas mais importantes na engenharia pois influencia todas as outras. Além desta face mais dirigida para o software, esta engenharia também lida com hardware nomeadamente através da arquitectura de sistemas Engenharia de Software e Programação Apesar desta área estar relacionada com software a concepção de aplicações informáticas (programas), não é a sua fase mais importante. Esta área da computação dedica-se a várias coisas entre as quais a modelação, recolha de requisitos, testes e lançamentos de produtos entre outras. Devido a isto é que podemos afirmar que apesar da programação ser parte integrante deste ramo de engenharia não constitui a sua base. Apesar disto a programação é inevitável nesta área visto que sem ela não existia software. Quando o objectivo é a concepção de programas são utilizadas sobretudo linguagens de alto nível, ou seja, linguagens mais distantes da linguagem máquina (linguagem binária). Além disto a programação realizada em Engenharia de Software está orientada para o desenvolvimento de aplicações informáticas e não para a programação directa de máquinas. 4

8 Laboratório de Engenharia de Software Inicialmente, anteriormente ao começo da investigação referente ao laboratório de Engenharia de Software, reunimos um conjunto de expectativas sobre o trabalho desenvolvido no mesmo. Após uma reflexão do grupo ficámos com a ideia que este laboratório era essencialmente para elaborar programas através de programação. Além disso pensávamos também que este espaço era utilizado para fins lectivos e que estava repleto de computadores e material informático. Contudo após termos efectuado a entrevista á professora Ana Paiva viemos a descobrir que esta expectativa inicial estava ligeiramente afastada daquilo que acontece realmente. Este laboratório funciona como laboratório de I&D (Investigação e Desenvolvimento) e não é utilizado para fins lectivos. Ao nível do material existente na sala podemos dizer que é quase nulo havendo somente cadeiras e mesas. Quem pretender trabalhar neste espaço necessita de levar material próprio como por exemplo o computador. Existe contudo um servidor no CICA que pertence ao laboratório de Engenharia de Software. Relativamente às ligações empresariais podemos afirmar que este laboratório possui relações com várias empresas, sendo uma delas, a Critical Software Importância da Engenharia de Software na actualidade Nos tempos que correm a Engenharia de Software é uma área de conhecimento extremamente importante visto que com o salto tecnológico que ocorreu o software passou a ser uma coisa comum e existente em todo o lado. Devido a isso são necessários uma série de processos sistematizados de forma a conceber e analisar o software de uma forma cada vez mais acertada. Assim, com a Engenharia do Software, é-nos possível determinar esses processos e daí resulta a sua importância na actualidade. 5

9 2.2.2 Inteligência Artificial O que é a Inteligência Artificial Inteligência Artificial é uma área de computação que procura criar algoritmos que simulem a inteligência humana, isto é, que simulem a capacidade racional do ser humano. Da mesma maneira como nós aprendemos com os erros para não os cometermos novamente, a inteligência artificial tenta criar algoritmos (que são implementados em autómatos) que perante a mesma situação reajam de forma distinta de acordo com aquilo que vão aprendendo. Isto é possível visto que a inteligência artificial permite ao autómato guardar todas as situações pelas quais já passou, numa base de dados (equivalente á memória humana), para que posteriormente, ao passar pela mesma situação, possa adaptar o seu comportamento de acordo com a informação que já armazenou. O autómato poderia alterar o seu comportamento de forma a obter vantagem. Esta área ganhou importância com o surgimento das novas tecnologias e com o avanço do conhecimento tecnológico tornando-se numa área com muito influência no mundo actual. Podemos, por exemplo, destacar a importância na descoberta do universo pois através desta área da computação é possível enviar robôs inteligentes para explorar determinados ambientes para além da Terra como os planetas do sistema solar. Contudo a Inteligência Artificial não se resume a robôs, como podemos ser levados a pensar. Dos projectos realizados na FEUP mencionámos o programa de reconhecimento de linguagem (capaz de fazer resumos ou esquemas de, por exemplo, notícias) e o de simulação de ecossistemas (que procura criar um modelo matemático que optimize o cultivo de bivalves, especificamente na Ria Formosa). De facto o mais importante nesta área são os algoritmos. São eles que têm as inúmeras aplicações que tornam o mundo mais fácil. Assim apesar da Inteligência Artificial, estar muito limitada a nível tecnológico e financeiro, podemos afirmar que esta influencia profundamente a sociedade em que vivemos Laboratório de IA As nossas expectativas em relação ao laboratório de Engenharia de Software passavam muito pela ideia de um laboratório cheio de robôs e autómatos inteligentes. Mas com a entrevista ao Professor António Pereira vimos então que a Inteligência Artificial é muito mais que autómatos. As cadeiras relacionadas com esta área são a Algoritmia, Computação, Matemática e a Programação. No entanto, apesar deste laboratório estar relacionado com todas estas áreas, não é utilizado para fins lectivos. Como estávamos à espera o material presente neste laboratório concentra-se fundamentalmente em computadores e autómatos. Das relações que este laboratório a nível empresarial destaca-se a ligação com a Sapo. Esta parceria teve origem neste laboratório mas ganhou autonomia, levando a FEUP a disponibilizar um dos seus laboratórios à Sapo. 6

10 2.2.3 Controlo e Automação Controlo e Automação Antes de nos dirigirmos ao laboratório de Controlo e Automação, esperávamos um laboratório bastante virado para a área da robótica e que fizesse investigação e desenvolvimento. Aquando da nossa visita, o responsável Daniel Silva, que se encontrava no laboratório, explicou-nos amavelmente a forma como se processava o trabalho neste espaço, os recursos disponibilizados, as cadeiras que o utilizavam, entre outras coisas. Referiu também, que, antes de existir o controlo e automação, trabalhava-se apenas com circuitos lógicos. Encontramos assim, ao contrário das nossas expectativas, um laboratório com fins puramente lectivos, que não se relaciona com outros laboratórios ou empresas, nem se encontra envolvido em projectos comerciais. Descobrimos que o trabalho neste laboratório é realizado segundo um processo de três etapas. Durante a primeira, ainda não são utilizados autómatos, apenas controladores. A segunda consiste em simulações por computador onde se analisa o comportamento da estrutura que estejamos a conceber. Só na terceira fase é que se trabalha realmente com os autómatos físicos. Os recursos disponibilizados pelo laboratório são, portanto, essencialmente computadores e autómatos. Neste laboratório são leccionadas cadeiras de Automação, Sistemas industriais, que lida com electrónica mais pesada, mais potente; e também Robótica, embora esta sendo essencialmente teórica. Concluímos assim, que a nossa ideia à priori, era complemente oposta aquilo que depois da visita à instalação viemos a verificar. 7

11 3 - Conclusão Através dos resultados obtidos podemos fazer uma ilação sobre o tema proposto, ou seja, "O que se faz nos laboratórios do edifício I nascente", mais especificamente nos laboratórios de engenharia de software, inteligência artificial e controlo e automação. Na verdade, os nossos objectivos de perceber qual o trabalho desenvolvido nos laboratórios deste edifício (orientado sobretudo para o curso de engenharia informática) assim como procurar averiguar a importância dos mesmos na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, foram atingidos. Relativamente á área de engenharia de software, descobrimos que é uma área da computação relativamente recente que surgiu devido ao salto tecnológico, que levou o software a ser utilizado em praticamente tudo. Averiguamos também que neste laboratório o mais importante, ao contrário das nossas expectativas iniciais, é a modelação, recolha de requisitos e o teste, análise e lançamentos de produtos, não sendo portanto a programação a base do trabalho desenvolvido neste laboratório. Podemos também dizer que a engenharia de software é uma área de computação orientada para a especificação, desenvolvimento e manutenção de sistemas de software, que está presente em todos os outros ramos de engenharia visto que todos eles necessitam de software para funcionarem normalmente. No laboratório de inteligência artificial verificamos desde logo que a sua base e o mais importante são os algoritmos, pois são eles que simulam a inteligência humana. Neste laboratório o objectivo dos técnicos passa muito desenvolver algoritmos que permitam aos autómatos "aprender com os erros", á semelhança dos humanos, adaptando o seu comportamento para enfrentar novas situações. Tal como a engenharia de software esta área ganhou muita importância com o avanço tecnológico, tendo muita influência no mundo actual. A inteligência artificial está envolvida em vários projectos como, por exemplo, o envio de robôs "inteligentes" para outros planetas, a elaboração de programas de reconhecimento de linguagem entre outros. No que diz respeito ao laboratório de controlo e automação podemos afirmar que este ficou aquém das nossas expectativas, visto que serve puramente para fins lectivos. Quanto àquilo que se faz neste laboratório podemos dividi-lo em três etapas: na primeira apenas se usam controladores, na segunda fazem-se simulações no computador onde se analisa a estrutura que se está a conceber, e por fim é que se trabalham com autómatos físicos. Controlo e automação é o único dos três laboratórios analisados onde se leccionam cadeiras, das quais Automação, Sistemas Industriais e também Robótica, embora sendo esta essencialmente teórica. A elaboração deste projecto permitiu-nos descobrir o edifício I nascente e deu-nos uma ideia do tipo de laboratórios que lá podemos encontrar. Além disso forneceu-nos informações mais concretas sobre cada uma das áreas dos três laboratórios analisados. Devido a isto podemos afirmar que este projecto foi muito útil para nos dar a conhecer alguns aspectos particulares da FEUP e também do nosso curso de uma forma mais específica. 8

12 4 Apêndice A Perguntas da entrevista feita à professora Ana Paiva (Laboratório de Engenharia de Software): 1 O que é Engenharia Software? 2 Como surgiu a necessidade desta área da engenharia? 3 O que se faz nesta área? 4 Qual a relação entre engenharia de software e as outras áreas da engenharia? 5 Que cursos são abrangidos neste laboratório (Engenharia Informática, Engenharia Electrotécnica?) 6 Quais as cadeiras leccionadas? 7 Quais as áreas de conhecimento abrangidas? 8 Engenharia de software é baseada em programação? 9 Quais as linguagens de programação mais usadas? Linguagens de baixo ou alto nível? 10 Têm uma face mais virada para o hardware ou concentram-se fundamentalmente no que se relaciona com software? 11 Concentra-se no desenvolvimento de aplicações para computadores ou intervêm também na programação directa em máquinas como por exemplo autómatos? 12 No que diz respeito ao software o laboratório concentra-se mais no desenvolvimento de programas ou noutras coisas como, por exemplo, a sua análise? 13 Quais os principais materiais que estão no laboratório e qual a sua disponibilidade? 14 Quais os principais meios tecnológicos utilizados (computadores, supercomputadores...)? 15 Quais os tipos de programas feitos e para que fim são utilizados? 16 Produz-se software para vender? Têm contratos de venda? 17 Tem alguma ligação com alguma empresa? (sapo, PT...) 18 Quais os projectos em desenvolvimento? 19 Qual a importância da engenharia de software no mundo actual. Quais as suas áreas de intervenção? 9

13 5 Apêndice B Perguntas da entrevista feita ao professor António Pereira (Laboratório de Inteligência Artificial): 1 O que é Inteligência Artificial (IA)? 2 Quais as suas aplicações? Lida apenas com robôs? 3 Quais as áreas de conhecimento relacionadas com IA? (Matemática, Programação ) 4 Como é que o laboratório de IA se relaciona com o laboratório de Controlo e Automação? 5 Este laboratório é utilizado para fins lectivos? Se sim quais as cadeiras leccionadas? 6 Que tipos de recursos são disponibilizados pelo laboratório e qual a sua acessibilidade? 7 Qual a relação entre IA e programação? São utilizadas linguagens de baixo ou alto nível? 8 Quais os principais meios tecnológicos utilizados neste laboratório? 9 Tem alguma ligação com alguma empresa? 10 Este laboratório costuma participar em competições de robótica? Se sim, em quais? Já alguma vez saíram vencedores? 11 Em alguns filmes como por exemplo Star Wars nós vemos vários autómatos dotados de uma grande inteligência artificial. Com os conhecimentos actuais é possível desenvolver robôs com essas características? 12 Qual a importância da IA no mundo actual. Quais as suas áreas de intervenção? 13 Quais as limitações e os novos desafios da IA? 10

14 6 Apêndice C Perguntas da entrevista feita ao senhor Daniel Silva (Laboratório de Controlo e Automação): 1 Que tipo de trabalho é realizado neste laboratório? 2 Como nasceu esta área? 3 Quais as áreas de conhecimento relacionadas com Controlo e Automação? (Matemática, Física ) 4 Existe alguma relação entre Controlo e Automação e Programação? 5 Como é que o laboratório de Controlo e Automação se relaciona com o laboratório de IA? 6 Este laboratório é utilizado para fins lectivos? Se sim quais os cursos que têm acesso? Quais as cadeiras leccionadas? 7 Este laboratório é utilizado para Investigação e Desenvolvimento? 8 Que tipos de recursos são disponibilizados neste laboratório e qual a sua acessibilidade? 9 Quais os principais meios tecnológicos utilizados neste laboratório? 10 Têm algum tipo de linha de montagem? Se sim para que finalidade é utilizada? 11 Para além das linhas de montagem que tipos de máquinas são elaborados neste laboratório? Existe alguma mais especial? 12 Tem alguma ligação com alguma empresa? (Domótica, EFACEC ) 13 Algum dos produtos aqui elaborados foi usado para fins comerciais? Se sim que produto era? 14 Quais os projectos em desenvolvimento actualmente? Quem participa nesses projectos: alunos, professores?qual o mais ambicioso? 15 Nesta área que tipo de projectos/ produtos são mais rentáveis? 11

15 7 - Referências Bibliográficas (visitado em 4 de Outubro de 2010) (visitado em 4 de Outubro de 2010) (visitado em 6 de Outubro de 2010) (visitado em 6 de Outubro de 2010) (visitado em 6 de Outubro de 2010) (visitado em 6 de Outubro de 2010) (visitado em 15 de Outubro de 2010) (visitado em 15 de Outubro de 2010) 12