INFUZZY - FERRAMENTA PARA DESENVOLVIMENTO DE APLICAÇÕES DE SISTEMAS DIFUSOS. Ederson Luis Posselt

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1 INFUZZY - FERRAMENTA PARA DESENVOLVIMENTO DE APLICAÇÕES Ederson Luis Posselt Orientadores: Profª. Dr a. Rejane Frozza Prof. Dr. Rolf Fredi Molz DE SISTEMAS DIFUSOS Santa Cruz do Sul, 15 de Abril de 2011

2 POSSELT, E. Até hoje: Funcionário da Imply Tecnologia Eletrônica SA 2008: Aplicação embarcada não intrusiva de classificação de condutores 2009 Ingresso no PPGSPI Mestrado (Apoio CAPES) 2 artigos aprovados no ENEGEP artigo aprovado ICIEOM 2010 Registro do Software IQAData RS Encaminhado o Registro do Software InFuzzy ( Protocolo ) 3 artigos submetidos: ENIA, WSPI e ENEGEP 2011

3 Roteiro 1 Introdução 2 Objetivos 3 Lógica Difusa 4 Ferramentas avaliadas 5 Ergonomia e usabilidade de software 6 InFuzzy 7 Conclusões

4 Introdução Lógica Difusa Principal característica: Operar sobre dados imprecisos Disseminação da técnica Incentivar o uso dessa técnica Ferramentas de sistemas difusos existentes 10 ferramentas analisadas Carência de um software Gratuito, contendo várias funcionalidades necessárias Aplicação Ferramenta que atenda as necessidades acadêmicas e industriais

5 Objetivos Principal Modelar e implementar uma ferramenta para desenvolvimento de aplicações de sistemas difusos, incentivando a solução de problemas com esta técnica, facilitando a interação com o usuário. Específicos Pesquisar conceitos da lógica difusa; Aplicar conceitos de usabilidade e ergonomia de software; Avaliar ferramentas;

6 Justificativa Facilitar o uso da lógica difusa Carência de um software gratuito com interação gráfica e de fácil manuseio Capacidade de realizar simulações e depurações Integração com outros sistemas

7 Lógica difusa 1 Zadeh observou que muitas das regras utilizadas pelas pessoas para fazer inferência não podiam ser explicadas por elas. Exemplo: Aquele homem deve ter 40 anos 2 Baseado nessas observações Zadeh propôs a lógica difusa 3 4 Inicialmente criticada Em uma citação, Lotfi Zadeh menciona: In almost every case you can build the same product without fuzzy logic, but fuzzy is faster and cheaper. (COSTA et al., 2009); (ZADEH, 2009); (MATHWORKS, 2009).

8 Lógica difusa Variável linguística Termos Linguísticos Fuzificação Máquina de inferência Sistema difuso Defuzificação SOUZA (2010), KOHAGURA (2007)

9 Variável Linguística Variável Linguística: Velocidade Termos linguísticos: Devagar Médio Rápido (REZENDE, 2003)

10 Fuzificação f(x; a, b, c) 0, x < a (x - a) / (b - a), a x < b (c - x) / (c - b), b x <c 0, c x Restrição: a < b < c Funções de pertinência mais utilizadas Triangular Trapezoidal Gaussiana Cauchy (Função de Sino) Discretos (TANSCHEIT, 2003); (CALDEIRA et al., 2007)

11 Controlador difuso (REZENDE, 2003)

12 Bloco de Regras Estrutura de uma regra Se <antecedente> então <consequente> Exemplo de regra Se Temperatura = Muito Alta e Pressão = Muito Alta Então Perigo Explosão = Grande (REZENDE, 2003)

13 Inferência Modelos Clássicos Interpolação Mamdani Larsen Takagi-Sugeno Tsukamoto (SANDRI; CORREA, 1999); (REZENDE, 2003); (TANSCHEIT, 2003)

14 Defuzificação Centro da Gravidade Primeiro dos máximos Altura Centro da Soma Centro dos máximos Último dos máximos (DRIANKOV; HELLENDROORN; REINFRANK, 1996); (WEBER; KLEIN, 2003)

15 Ferramentas de lógica difusa Ferramentas Pagas Fuzzy Logic ToolBox TM ( Matlab ) FIDE TM (Aptronix) TILShell 3.0 (Togai InfraLogic) FuzzyTECH (INFORM GmbH) Mathematica Fuzzy Logic (Wolfram Research) Ferramentas Gratuitas RockOn Fuzzy Tool (Florian Backmann, Stefan Stützer e Stafan Lind ) SciLab Fuzzy Tool (consórcio SciLab ) UNFYZZY (professor Óscar Germán Duarte Velasco) Xfuzzy (desenvolvedores e ao IMSE-CNM) FuzzyF Fuzzy Logic Framework (João Ricardo Bittencourt - UNISINOS)

16 Comparativo entre as ferramentas 1-FuzzyF, 2-Fuzzy Logic ToolBox TM, 3-Mathematica Fuzzy Logic, 4-FIDE TM, 5-TILShell, 6-FuzzyTECH, 7-RockOn Fuzzy Tool, 8-SciLab Fuzzy Fuzzy Tool, 9-UNFUZZY, 10-XFuzzy e 11-InFuzzy Atributos/ Ferramentas Máquina de inferência Mamdani x x x x x x x x Takagi-Sugeno x x x Próprio x Fuzificação Gaussiana x x x x x x x x Triangular x x x x x x x x x x x Trapezoidal x x x x x x x x x x Cauchy x x x x x x Sigmóide x x x x x x Inclinação direita e esquerda x Rampa direita e esquerda x Discreta x

17 Comparativo entre as ferramentas 1-FuzzyF, 2-Fuzzy Logic ToolBox TM, 3-Mathematica Fuzzy Logic, 4-FIDE TM, 5-TILShell, 6-FuzzyTECH, 7-RockOn Fuzzy Tool, 8-SciLab Fuzzy Fuzzy Tool, 9-UNFUZZY, 10-XFuzzy e 11-InFuzzy Atributos/ Ferramentas Interface Gráfica x x x x x x x Linha de comando x x x x Defuzificação Centro da gravidade x x x x x x x x x Ponto Central da Área x x x Média dos Máximos x x x x x x x x x Primeiro dos máximos x x x x x x x Último dos máximos x x x x x x x Altura x x x x x x x

18 Comparativo entre as ferramentas 1-FuzzyF, 2-Fuzzy Logic ToolBox TM, 3-Mathematica Fuzzy Logic, 4-FIDE TM, 5-TILShell, 6-FuzzyTECH, 7-RockOn Fuzzy Tool, 8-SciLab Fuzzy Fuzzy Tool, 9-UNFUZZY, 10-XFuzzy e 11-InFuzzy Atributos/ Ferramentas Exporta Código Fonte C x x x x x x JAVA x x x Assembly x x Licença Pago x x x x x Gratuito x x x x x x Código fonte Aberto x x x x Depuração Possui depuração x x Simulação Possui módulo simulação x x x x x x x x

19 Comparativo entre as ferramentas 1-FuzzyF, 2-Fuzzy Logic ToolBox TM, 3-Mathematica Fuzzy Logic, 4-FIDE TM, 5-TILShell, 6-FuzzyTECH, 7-RockOn Fuzzy Tool, 8-SciLab Fuzzy Fuzzy Tool, 9-UNFUZZY, 10-XFuzzy e 11-InFuzzy Atributos/ Ferramentas Integração com outros sistemas Possui integração x x Documentação Manual Bom x x x x x x Manual Regular x x x x Manual Ruim x Vídeo Aulas x

20 Ergonomia e usabilidade de interfaces Conforme Cybis (2003), usabilidade é característica responsável pela eficácia e eficiência de um software. Ergonomia é a aplicação da ciência no que diz respeito a conforto, segurança e eficácia de instrumentos, máquinas e dispositivos. (Cybis, 2003)

21 Ergonomia e usabilidade de interfaces Metáforas de interfaces Facilitar a compreensão do usuário quanto às funcionalidades de um sistema; Exemplo de Metáfora: Arrastar um arquivo para um diretório. (ERICKSON, 1995)

22 Avaliação de interfaces Desenvolvimento de software é muito mais do que simplesmente escrita de códigos. Desenvolver softwares requer planejamento e processos. Para a execução de um projeto estão envolvidas técnicas e métodos (ROSSON; CARROLL, 2002). Avaliar um software como etapa única ao final do projeto pode representar uma remodelagem do projeto como um todo. O ideal é que durante as etapas de desenvolvimento ocorram as validações de usabilidade (DIX; et al., 2001).

23 Avaliação de interfaces Cognitive walkthrough Avaliação heurística GOMS (Gols, Operators, Methods, Seletion rules) Checklist

24 Metodologia Tipo de estudo: Pesquisa aplicada de natureza descritiva-exploratória. Síntese dos procedimentos metodológicos: Avaliação de ferramentas; Aplicação de regras de ergonomia e usabilidade; Teste e validação da ferramenta desenvolvida; Comparação da ferramenta desenvolvida com ferramentas avaliadas.

25 Etapas do desenvolvimento 1 Modelagem da ferramenta InFuzzy 2 Avaliação da Interface da ferramenta 3 Funcionalidades da ferramenta InFuzzy 4 Módulos da ferramenta 5 Estrutura do arquivo gerado pela ferramenta 6 Protocolo de comunicação UDP 7 Homologação da ferramenta 8 Processo de instalação da ferramenta 9 Projetos implementados na ferramenta

26 Modelagem da ferramenta InFuzzy Diagrama de caso de uso

27 Fluxograma Modelagem da ferramenta InFuzzy

28 Avaliação da Interface da ferramenta Técnica escolhida - Checklist Essa escolha se deve ao fato da facilidade de aplicação e execução por programadores e analistas. Ergolist é um software de validação da ergonomia e usabilidade de software online desenvolvido em uma parceria entre SoftPólis, núcleo Softex-2000 de Florianópolis, e o LabIUtil, Laboratório de Utilizabilidade.

29 Resultados da avaliação da ferramenta Grupo de questões Atende Não atende Não se aplica Total de questões TOTAL

30 Funcionalidades da ferramenta Configuração Funções de pertinência AND OR Implicação Agregação Defuzificação Opções Triangular, Trapézio, Gaussiana, Cauchy, Sigmóide, Rampa Direita e Esquerda, Inclinação Direita e Esquerda, Discreto Mínimo, Produto Algébrico, Produto Limitado Máximo, Soma Algébrica, Soma Limitada Mínimo Máximo Soma Algébrica Soma Limitada Centro da Gravidade, Primeiro dos Máximos, Centro dos Máximos Último dos Máximos, Média dos Máximos, Altura

31 InFuzzy Criando um projeto

32 InFuzzy Tela de modelagem

33 InFuzzy Variável e Termos Linguísticos

34 InFuzzy Tela de Regras

35 InFuzzy Definição de Preferências

36 InFuzzy Tela de edição de texto

37 InFuzzy Tela de simulação

38 InFuzzy Tela de simulação Demonstração do processo de defuzificação exibido em gráfico

39 InFuzzy Tela de simulação Gráfico contendo o histórico das saídas de forma cronológica

40 InFuzzy Tela de simulação Log de saída do processo de integração UDP

41 InFuzzy Estrutura do arquivo gerado Arquivos INI Seção: Declarado entre colchetes e destinado a organizar um grupo de variáveis. Variável: Utilizado como identificador de um parâmetro. Valor: Conteúdo vinculado a uma variável. [PROJETO] TITULO=Gorjeta AUTOR= Matlab DATA=23/11/ :10 DESCRICAO=Sistema que visa à determinação do valor da gorjeta do cliente em percentual IDENTIFICADOR_OBJETOS=4

42 InFuzzy Protocolo UDP Comando Descrição Resposta do Servidor $TEST; Comando para testar a #TEST; <Horário do servidor> comunicação com o servidor. $PNAM; Comando para receber o nome #PNAM;<Nome do Projeto> do projeto. $PAUT; Comando para receber o nome #PAUT;<Nome do Autor> do autor. $PDAT; Comando para receber a data de criação do projeto. #PDAT;<Data do Projeto>

43 Homologação da ferramenta InFuzzy No segundo momento foi escolhida uma aplicação demo presente na instalação do Matlab versão R2009a, chamada Tipper.

44 Homologação da ferramenta InFuzzy

45 Homologação da ferramenta InFuzzy

46 Homologação da ferramenta InFuzzy

47 Homologação da ferramenta InFuzzy

48 Homologação da ferramenta InFuzzy

49 Instalação da ferramenta InFuzzy

50 Projetos Implementados

51 Projetos Implementados

52 InFuzzy UDP Tool

53 Conclusões Instalação do software é executada de forma rápida e simples Interface gráfica amigável de fácil aprendizado Módulo de simulação com trace Módulo de integração com outros softwares através do protocolo IP/UDP Vídeo aulas 105 minutos Validação da Interface gráfica através de listas de checagem Homologação da ferramenta

54 Conclusões A ferramenta InFuzzy, desenvolvida neste trabalho, resultou em um software capaz de alterar o cenário atual, aproximando a teoria da prática, gerando resultados ao usuário em um tempo curto, capaz de validar a técnica de lógica difusa em uma determinada situação. Este projeto mostra a sua importância a partir do momento em que introduz no meio acadêmico e industrial uma ferramenta gratuita que possibilita modelar, implementar, simular e integrar modelos difusos, suprindo uma carência existente. O software InFuzzy contribuirá para a divulgação do uso de lógica difusa como solução em problemas reais e poderá impulsionar o uso da técnica na indústria.

55 Trabalhos Futuros Exportação de código fonte Desenvolvimento de modelos de inferência de interpolação Implementação de novos módulos de integração (Serial, Paralela, USB)

56 Referências BITTENCOURT, J. R.; OSÓRIO, F.. FuzzyF - Fuzzy Logic Framework: Uma Solução Software Livre para o Desenvolvimento, Ensino e Pesquisa de Aplicações de Inteligência Artificial Multiplataforma. In: WORKSHOP SOBRE SOFTWARE LIVRE, 3., 2002, Porto Alegre. Anais.... Porto Alegre, RS: Sociedade Brasileira de Computação, p DRIANKOV, D.; HELLENDROORN, H.; REINFRANK, M.. An Introduction to Fuzzy Control, Second Edition. Berlin: Springer, 1996 ERGOLIST. Software para avaliação de interfaces. Disponível em: < Acessado em: Nov de FERREIRA, J. M. P.. Lógica Difusa (Fuzzy Logic). Material de aula da Universidade Estadual de Maringá, 2007 FROZZA, R.. Lógica Difusa (Fuzzy Logic). Material de aula do Programa de Pós-Graduação em Sistemas e processos industriais, UNISC, FUJIMOTO, R. Y.. Diagnóstico Automático de Defeitos em Rolamentos Baseados em Lógica Fuzzy f. Dissertação (Mestrado) - Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade de São Paulo Escola Politécnica, São Paulo, FUZZYTECH. Fuzzy Logic Advantage in Your Design. Disponível em: < Acessado em: Nov de KOHAGURA, T.. Lógica Fuzzy e suas aplicações f. Trabalho de Conclusão de Curso (3) - Curso de Ciência da Computação, Departamento de Computação, Universidade Estadual de Londrina, Londrina, 2007.

57 Referências LANDAUER T. K.; PRABHU P. V.. Handbook of human-computer interaction. In: KIERAS, D.. A guide to GOMS Model Usability Evolution using NGOMSL. Amsterdam, p LUNARDI, A.. Uma estratégia para a avaliação de usabilidade com suporte de um ambiente coorporativo Graduação (Graduado) - Curso de Ciência da Computação, Departamento de Informática, UNISC, Santa Cruz do Sul, RS, MAMDANI, E. H. Aplications of fuzzy algorithms for control of simple dynamic plant. Proc. IEEE 121, vol. 12, p , MATHWORKS. Fuzzy Logic Toolbox: Users Guide. Disponível em: < Acesso em: 01 ago POSSELT, E. L.;MOLZ, R. F.; HORN, F.. Uso De Lógica Fuzzy Para A Otimização De Sistemas Energéticos Baseados Em Energia Limpa. In: ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO, XXIX, 2009, Salvador, BA. REZENDE, S. O.. Sistemas inteligentes Fundamentos e Aplicações. In: ALMEIDA, P. E. M.; EVSUKOFF, A. G. de (Org.) Sistemas Fuzzy. São Paulo: Manole, p ROCHA, Heloisa V., BARANAUSKAS, Maria C. C. Design e avaliação de interfaces humano-computador. Disponível em: Data de acesso: 01/11/09. ROSSON, M. B.; CARROLL J. M. Usability Engeneering Scenario-based Development of Human-Computer Interaction Desing. San Diego: Academic Press, 2002.

58 Referências SANDRI, S.; CORREA, C.. Lógica Nebulosa. In: ESCOLA DE REDES NEURAIS, 5., 1999, São José Dos Campos. Anais.... São José Dos Campos: ITA, p SUGENO, M.. An introductory survey of fuzzy control. Information Sciences 36, p , TANSCHEIT, R.. Sistemas fuzzy. In: VI Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente, 2003, Bauru, SP. Anais de Minicursos do VI SBAI, p. 35. TOGAI INFRALOGIC. The World's Source For Fuzzy Logic Solutions. Disponível em: < Acessado em: Nov de VELASCO, O. G. D.. Sistema de lógica difusa. Disponível em: < /softwaredetallado.htm> Acessado em: Dez de 2009 ZADEH, L. A.. Fuzzy Sets, Information and Control, Vol. 8, p , ZADEH, L. A.. BISC: The Berkeley Initiative in Soft Computing. Disponível em: < Acesso em: 10 nov ZHU, D.. FIDE -Fuzzy Inference Development Environment An Intelligent Software Tool for Mutli-Sensor Data Fusion. Aptronix Application Note, WEBER, L.; KLEIN, P. A. T.. Aplicação da Lógica Fuzzy em Software e Hardware. Canoas: Ulbra, p.

59 Perguntas? INFUZZY - FERRAMENTA PARA DESENVOLVIMENTO DE APLICAÇÕES DE SISTEMAS DIFUSOS Ederson Luis Posselt Projeto de mestrado edersonlp@yahoo.com.br