Tópicos sobre Estratégias de Projeto

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1 Tópicos sobre Estratégias de Projeto PTC2527 EPUSP 2016 Guido Stolfi

2 Engenharia é: Solução de Problemas Através do uso das Técnicas Com Eficácia e Eficiência PTC2527 GS / 65

3 Ciclo de Vida de um Projeto Conceito Especificações Projeto Teste Certificação Fornecimento Suporte PTC2527 GS / 65

4 Evolução de um Conceito PTC2527 GS / 65

5 Fatores Críticos para Otimização de um Projeto Tamanho Peso Desempenho Consumo Projeto Custo Produção Segurança Ergonomia Confiabilidade Manutenção PTC2527 GS / 65

6 Forças Expansivas Aproveitamento de Recursos Mais aplicações Maior mercado Consequências: Maior custo Maior complexidade PTC2527 GS / 65

7 Forças Repressoras Economia de Recursos Redução de Custo Redução de Consumo Redução de Peso, tamanho Simplicidade de operação Consequências: Menor desempenho PTC2527 GS / 65

8 Folclore

9 Exemplo Real PTC2527 GS / 65

10 Exemplo Real PTC2527 GS / 65

11 As Especificações

12 Especificações Frases em uma determinada linguagem que descrevem o produto Primárias e Secundárias PTC2527 GS / 65

13 Especificações Primárias Quantitativas Expressas por Igualdades ou Desigualdades Identificadas com parâmetros da descrição funcional TODAS AS ESPECIFICAÇÕES TÊM TOLERÂNCIAS Ganho: +10 Frequência de Corte Inferior: 20 Hz Frequência de Corte Superior: Hz Impedância de Entrada 50 k Distorção Harmônica < 1% PTC2527 GS / 65

14 Especificações Secundárias Qualitativas Comparativas Relacionadas a processos de produção e diretrizes de projeto Baixo custo Tamanho reduzido Distorção menor possível Ambiente embarcado automotivo Componentes preferenciais / padronizados PTC2527 GS / 65

15 Especificações Secundárias Diretrizes de Projeto: Projeto para Manufatura (DFM) Projeto para Confiabilidade (DFR) Projeto para Desempenho (DFP) Projeto para Testabilidade (DFT) Projeto para Reciclagem (DFD) (Exemplos?) PTC2527 GS / 65

16 A Arte de Projetar

17 Abordagens Múltiplas na Atividade de Projeto Descrição Funcional Especificações Formas de Onda Comportamento Restrições Diretrizes Realização Física Topologia Circuito Componentes Protótipo Firmware Modelo Matemático Função de transferência Descrição paramétrica Fluxograma PTC2527 GS / 65

18 Evolução do Projeto 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 PTC2527 GS / 65

19 Ferramentas de Síntese Regras Formais - Análise de Modelos - Resolução de Equações - Cálculo - Otimização (Minimização / Maximização) PTC2527 GS / 65

20 Ferramentas de Síntese Regras Práticas - Tabelas - Modelos Simplificados - Cálculos Aproximados - Experiência Anterior - Projetos de Referência PTC2527 GS / 65

21 Ferramentas de Síntese Regras Empíricas Aplicáveis na Ausência de Modelos Satisfatórios Experimentação Tentativa e Erro PTC2527 GS / 65

22 Síntese Formal Ex.: Filtro Digital IIR Função de Transferência: b b z b z H( z) a z a z a z Realização na Forma Canônica Observável: b0 b1 b2 y(t) x(t) t t t a1 a2 a3 PTC2527 GS / 65

23 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.

24 Síntese Heurística Especificações Topologia atende potencialmente às especificações? Arquivo Heurístico De Topologias PTC2527 GS / 65

25 Ex.: Especificações de um Bloco Funcional Ganho: +10 x Frequência de Corte Inferior: 20 Hz Frequência de Corte Superior: Hz Impedância de Entrada: 10 k PTC2527 GS / 65

26 Realização Ortodoxa - Associação de Blocos Funcionais Elementares (Arquivo Heurístico Restrito) - Para cada Bloco, aplica-se Síntese Formal Amplificador Filtro passa-baixas Filtro passa-altas Inversor PTC2527 GS / 65

27 Realização Não-ortodoxa -Elementos realizam várias funções (Possíveis imprecisões e compromissos ) PTC2527 GS / 65

28 Critérios Fundamentais de Projeto Todo componente tem que ter uma justificativa para ser colocado Todo componente deve ter um critério para seu dimensionamento PTC2527 GS / 65

29 Critérios Fundamentais de Projeto Exercício: Dimensionar R1 e R2. WP710A10ID Kingbright EVQ11 Panasonic Atmel PTC2527 GS / 65

30 Critérios Fundamentais de Projeto Exercício: Dimensionar R1 e R2. R1: Pull-up para chave Tact Panasonic EVQ11; ligado em entrada de microcontrolador Atmel ATtiny28L-4PI na Porta PB7 (sem pull-up interno); R2: Acende LED Kingbright WP710A10ID com no mínimo 3 mcd, através de porta de saída PD5 do Atmel Considerar alimentação de 5V +/- 10% Considerar temperatura de 0 a 70 O C PTC2527 GS / 65

31 Evolução de um Projeto

32 Evolução de um Projeto Exemplo: Pré-amplificador RIAA p/ toca-discos de vinil Baixo ruído Ganho 60 db (conforme curva RIAA) Impedância de entrada: 47 k Impedância de Saída: 50 Nível de Saída: 1 Vrms com Z L = 600 Resistência da cápsula: ~1 k PTC2527 GS / 65

33 Detalhamento da Descrição Funcional Inicial: Descrição em Blocos Funcionais PTC2527 GS / 65

34 Detalhamento da Descrição Funcional Especificação de Projeto: Curva RIAA (ideal) PTC2527 GS / 65

35 Detalhamento da Descrição Funcional Especificação realizável PTC2527 GS / 65

36 Detalhamento da Descrição Funcional Especificação Realista PTC2527 GS / 65

37 Detalhamento da Descrição Funcional Especificação de Produção PTC2527 GS / 65

38 Evolução da Representação Física Do arquivo heurístico: G Z1 Z2 Z2 PTC2527 GS / 65

39 Evolução da Representação Física Escolha de Componentes: Q1, Q2 Ponto de partida: baixo ruído, R G ~ 1k I C 1 = 100 A PTC2527 GS / 65

40 Evolução da Representação Física 100 A 100 A I B3 I L = 2,3 ma p 200 A I C3 I C3 > 2,3 ma I B3 ~ 25 A PTC2527 GS / 65

41 Evolução da Representação Física Síntese Formal de Z1 e Z2 Ganho de 60 db em DC => R R2 Pólo em 50 Hz 2 1 R1C1 50Hz C1 6, 37nF Zero em 500 Hz 2 1 R3C1 500Hz R3 50k PTC2527 GS / 65

42 Evolução da Representação Física Pólo em 2,2 khz 2 1 R3C2 2,2kHz C2 1, 45nF Ajuste de R1, R2, C1, R3, C2 Topologia alternativa (por transformação): PTC2527 GS / 65

43 Verificação da Síntese por Simulação PTC2527 GS / 65

44 Evolução da Representação Física Após análise / síntese: PTC2527 GS / 65

45 Evolução da Representação Física Circuito final: PTC2527 GS / 65

46 Testes de Protótipo PTC2527 GS / 65

47 Reinício da Representação Física Topologia alternativa (de volta ao arquivo heurístico) G Z1 Z2 Z2 PTC2527 GS / 65

48 Circuito Final PTC2527 GS / 65

49 Planejamento

50 Abordagens para Planejamento Normativa Racional Práticas padronizadas, soluções quantitativas, formais. Ex.: Manuais de projeto Análise quantitativa, otimização, equacionamento e modelagem. Argumentativa Participação, dinâmica de grupo visando consenso. Ex.: brainstorm Heurística Bom senso, experiência, regras práticas. PTC2527 GS / 65

51 Estratégias de Desenvolvimento De Cima Para Baixo De Baixo Para Cima De Fora Para Dentro De Dentro Para Fora As especificações direcionam totalmente o projeto (Normativa, Racional) A solução é derivada de projetos já existentes, com tecnologia disponível (Argumentativa) As interfaces com demais componentes do sistema direcionam o projeto (Racional, Argumentativa, Heurística) O projeto é impulsionado pelo desenvolvimento de novas tecnologias (Heurística) Híbrida Utiliza-se uma combinação das estratégias acima. PTC2527 GS / 65

52 Escalas de Atividades de Desenvolvimento Tarefa Projeto Programa Empreendimento PTC2527 GS / 65

53 Tarefa Projeto simples, geralmente de cunho experimental, completado por um único engenheiro PTC2527 GS / 65

54 Projeto Processo bem definido, geralmente um produto, completado por uma pequena equipe PTC2527 GS / 65

55 Programa Requer planejamento rigoroso, e utiliza vários projetos paralelos, desenvolvidos por equipes multidisciplinares Há monitoração superior ( follow-up ) e comunicação plena entre as equipes PTC2527 GS / 65

56 Empreendimento 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 PTC2527 GS / 65

57 Teste e Depuração Quando o Projeto não Funciona

58 Técnicas de Depuração de Sistemas De Baixo para Cima De Cima para Baixo Da Esquerda para a Direita Da Direita para a Esquerda Partição Binária Mudança de Abordagem PTC2527 GS / 65

59 Técnicas para Depuração de Sistemas De baixo para cima Os insumos necessários para a operação do sistema estão presentes? Ex.: Fontes de alimentação, clocks, polarizações Comandos In Out Insumos PTC2527 GS / 65

60 Técnicas para Depuração de Sistemas De cima para baixo O sistema recebeu comandos para realizar as funções especificadas? Ex.: controles, programação, configuração, ajustes iniciais Comandos In Out Insumos PTC2527 GS / 65

61 Técnicas para Depuração de Sistemas Da esquerda para a direita O sinal está sendo propagado pelos sub-sistemas da forma esperada? Ex.: Amplificação, filtragem, acoplamento, atenuação, conversão Comandos In Out Insumos PTC2527 GS / 65

62 Técnicas para Depuração de Sistemas 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 Out Insumos PTC2527 GS / 65

63 Técnicas para Depuração de Sistemas Partição Binária Verificar as extremidades do sistema; em seguida, dividi-lo funcionalmente ao meio e verificar nesse ponto; repetir o processo Comandos In Out Insumos PTC2527 GS / 65

64 Técnicas para Depuração de Sistemas 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 PTC2527 GS / 65

65 Técnicas para Depuração de Sistemas Regra Geral: Se ninguém consertou, então não está consertado! PTC2527 GS / 65