Ciclo de Vida de um Projeto

LCS
EPUSP
Tópicos sobre Estratégias de Projeto
PTC2527
EPUSP – 2016
Guido Stolfi
Engenharia é:
LCS
EPUSP
• Solução de Problemas
– Através do uso das Técnicas
– Com Eficácia e Eficiência
PTC2527 – GS – 2015
2 / 65
Ciclo de Vida de um Projeto
LCS
EPUSP
Conceito
Especificações
Projeto
Teste
Certificação
Fornecimento
Suporte
PTC2527 – GS – 2015
3 / 65
LCS
EPUSP
Evolução de um Conceito
PTC2527 – GS – 2015
4 / 65
Fatores Críticos para Otimização de um Projeto
Projeto
Segurança
Ergonomia
PTC2527 – 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
PTC2527 – 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
PTC2527 – GS – 2015
7 / 65
Folclore
LCS
EPUSP
Exemplo Real
PTC2527 – GS – 2015
LCS
EPUSP
9 / 65
Exemplo Real
PTC2527 – 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
PTC2527 – GS – 2015
12 / 65
Especificações Primárias
LCS
EPUSP
• 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: 20000 Hz
Impedância de Entrada 50 k
Distorção Harmônica < 1%
PTC2527 – 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
PTC2527 – GS – 2015
14 / 65
LCS
Especificações Secundárias
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?)
PTC2527 – GS – 2015
15 / 65
LCS
EPUSP
A Arte de Projetar
LCS
Abordagens Múltiplas na Atividade de Projeto
EPUSP
Descrição Funcional
•Especificações
•Formas de Onda
•Comportamento
•Restrições
•Diretrizes
Realização
Física
•Topologia
•Circuito
•Componentes
•Protótipo
•Firmware
PTC2527 – 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
PTC2527 – GS – 2015
18 / 65
Ferramentas de Síntese
LCS
EPUSP
• Regras Formais
- Análise de Modelos
- Resolução de Equações
- Cálculo
- Otimização (Minimização / Maximização)
PTC2527 – GS – 2015
19 / 65
Ferramentas de Síntese
LCS
EPUSP
• Regras Práticas
- Tabelas
- Modelos Simplificados
- Cálculos Aproximados
- Experiência Anterior
- Projetos de Referência
PTC2527 – GS – 2015
20 / 65
Ferramentas de Síntese
LCS
EPUSP
• Regras Empíricas
–
–
–
PTC2527 – GS – 2015
Aplicáveis na Ausência de Modelos Satisfatórios
Experimentação
Tentativa e Erro
21 / 65
LCS
Síntese Formal
EPUSP
• Ex.: Filtro Digital IIR
– Função de Transferência:
H(z ) 
b0  b1z 1  b2 z 2
1  a1z 1  a2 z 2  a3 z 3
– Realização na Forma Canônica Observável:
y(t)
b1
b0
b2
x(t)
t
t
a1
PTC2527 – GS – 2015
t
a2
a3
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.
LCS
Síntese Heurística
EPUSP
Especificações
Topologia atende
potencialmente às
especificações?
Arquivo Heurístico
De Topologias
PTC2527 – 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
PTC2527 – GS – 2015
25 / 65
LCS
Realização Ortodoxa
EPUSP
- Associação de Blocos Funcionais Elementares
(Arquivo Heurístico Restrito)
- Para cada Bloco, aplica-se Síntese Formal
Amplificador
PTC2527 – GS – 2015
Filtro passa-baixas
Filtro passa-altas
Inversor
26 / 65
Realização Não-ortodoxa
LCS
EPUSP
-Elementos realizam várias funções
(Possíveis imprecisões e compromissos )
PTC2527 – 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
PTC2527 – GS – 2015
28 / 65
PTC2527 – GS – 2015
D
N
G
VCC
D
VCC
D
N
G
N
G
7
2
2
VCC
3
9
1
PD7
XTAL1
1
S
0
C
N
1
2
SW-PB
2
8
EVQ11
Panasonic
ATtiny28L-4PI
D
N
G
*
PD6
XTAL2
2
1
0
1
PD5
1
1
PD4
RESET
?
6
1
PD3
2
R
5
PD2
7
PD1
6
B
P
B
P
4
4
2
P
3
PD0
5
B
*
2
9
1
3
1
R
2
?
(INT1)
PB4
LED
8
1
PA3
(INT0)
PB3
DL1
5
2
6
(IR)
PA2
(T0)
PB2
6
1
2
7
1
VCC
PA1
(AIN1)
PB1
7
2
5
1
PA0
(AIN0)
PB0
VCC
8
2
4
1
1
U
Critérios Fundamentais de Projeto
LCS
EPUSP
Exercício: Dimensionar R1 e R2.
WP710A10ID
Kingbright
Atmel
29 / 65
Critérios Fundamentais de Projeto
LCS
EPUSP
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 OC
PTC2527 – 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
–
–
–
–
–
–
PTC2527 – GS – 2015
Baixo ruído
Ganho 60 dB (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
RIAA
• Inicial: Descrição em Blocos Funcionais
PTC2527 – GS – 2015
33 / 65
Detalhamento da Descrição Funcional
LCS
EPUSP
• Especificação de Projeto: Curva RIAA (ideal)
PTC2527 – GS – 2015
34 / 65
Detalhamento da Descrição Funcional
LCS
EPUSP
• Especificação realizável
PTC2527 – GS – 2015
35 / 65
Detalhamento da Descrição Funcional
LCS
EPUSP
• Especificação Realista
PTC2527 – GS – 2015
36 / 65
Detalhamento da Descrição Funcional
LCS
EPUSP
• Especificação de Produção
PTC2527 – GS – 2015
37 / 65
LCS
Evolução da Representação Física
EPUSP
PTC2527 – GS – 2015
+
1
-
Z1  Z 2
Z2
V
G
2
Z
RIAA
Z
V
Do arquivo heurístico:
38 / 65
Evolução da Representação Física
LCS
EPUSP
Escolha de Componentes: Q1, Q2
Ponto de partida: baixo ruído, RG ~ 1k  I C 1 = 100 A
PTC2527 – GS – 2015
39 / 65
LCS
EPUSP
+
V
Evolução da Representação Física
100 A
IB3
1
Z
100A
600
=
ZL
2
Z
IL = 2,3 mA p
200 A
-
V
IC3
IC3 > 2,3 mA
IB3 ~ 25 A
PTC2527 – GS – 2015
40 / 65
LCS
Evolução da Representação Física
EPUSP
1
k
2
1
2
1
3
k
PTC2527 – GS – 2015
R
2
0
0
1
 500 Hz  R 3  50 k
2 R 3 C 1
5
• Zero em 500 Hz

B
50
R
k
500
6,37n
1
R
C
A
0
0
5
1
• Pólo em 50 Hz  2 R1C 1  50 Hz  C 1  6,37 nF
R
B
6,37n
k
500
C
1
R
A
0
0
5
• Ganho de 60 dB em DC => R1  1000 R2
R
B
500
R
A
Síntese Formal de Z1 e Z2
41 / 65
LCS
Evolução da Representação Física
C
1
A
EPUSP
6,37n
R
1
1
 2,2kHz  C 2  1,45 nF
2 R 3 C 2
1
6,8n
1
R
C
A
5
0
0
R
2
B
1,45n
k
50
C
2
R
3
k

500
• Pólo em 2,2 kHz
2
PTC2527 – GS – 2015
1
2
0
2
7
4
• Topologia alternativa (por transformação):
R
B
1,5n
k
47
C
3
R
6,8n
k
430
C
1
R
0
7
4
A
2
R
B
1,5n
k
56
C
3
R
k
470
• Ajuste de R1, R2, C1, R3, C2
42 / 65
Verificação da Síntese por Simulação
PTC2527 – GS – 2015
LCS
EPUSP
43 / 65
LCS
Evolução da Representação Física
+20V
EPUSP
5
5
4
p
3
1
C
6,8n
2
1
R
3
k
0
3
4
k
7
2
0
7
4
4
PTC2527 – GS – 2015
4
7
k
0
8
R
1
k
2
k
0
V
-20V
A
2
5
6
R
D
1
R
3
Q
Q
k
0
5
R
R
1,7u
4
1
Q
R
2
Q
3
C
1,5n
C
3
C
Q
k
0
0
1
R
Após análise / síntese:
44 / 65
PTC2527 – GS – 2015
0
7
4
2
R
k
0
3
4
k
7
4
1
R
3
R
6,8n
1,5n
n
0
C10
1
C
2
C
-24V
1N747
3
D
k
0
1
u
7
4
8
C
k
0
1
1%
100k
R17
5
R
7
R
BC550
1W
2,2k
5
Q
8
R
2,2k
R16
1,8p
u
0
7
4
7
4
C11
4
R
4
C
k
7
4
k
1
k
1
R15
7
C
2N4350
R14
R13
R12
3
C
2
Q
1
Q
FDH400
FDH400
BC550
4
Q
2
D
1
D
u
7
4
k
7
4
6
C
R11
1%
100k
6
R
n
0
0
1
k
3
3
u
0
0
1
9
C
Circuito final:
0
1
p
0
5
1
k
7
4
2,2u
R10
5
C
k
5
1
+24V
9
R
Evolução da Representação Física
LCS
EPUSP
45 / 65
Testes de Protótipo
PTC2527 – GS – 2015
LCS
EPUSP
46 / 65
LCS
Reinício da Representação Física
EPUSP
1
2
Z
Z
Topologia alternativa (de volta ao arquivo heurístico)
G 
PTC2527 – GS – 2015
Z1  Z 2
Z2
47 / 65
PTC2527 – GS – 2015
n
0
0
1
5
C
-24V
4,3k
1N747
7
R
1%
49,9k
2
D
6
R
BC550
1W
2,2k
BC550
2
Q
FDH400
p
0
1
R11
3
Q
1
D
2N4350
k
1
6
C
k
0
1
R10
1
Q
5
R
7
4
P
0
0
1
k
7
4
4
C
4
R
R12
BC550
4
Q
k
3
3
9
R
u
0
0
1
k
0
3
4
k
7
4
0
7
4
n
0
0
1
1
R
3
R
7
C
k
3
3
2
R
8
C
6.8n
1.5n
8
R
u
0
7
4
+24V
3
C
1
C
2
C
Circuito Final
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.
PTC2527 – 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
PTC2527 – GS – 2015
LCS
EPUSP
Utiliza-se uma combinação das estratégias acima.
51 / 65
Escalas de Atividades de Desenvolvimento
LCS
EPUSP
•Tarefa
•Projeto
•Programa
•Empreendimento
PTC2527 – GS – 2015
52 / 65
Tarefa
LCS
EPUSP
• Projeto simples, geralmente de cunho
experimental, completado por um único
engenheiro
PTC2527 – GS – 2015
53 / 65
Projeto
LCS
EPUSP
• Processo bem definido, geralmente um produto,
completado por uma pequena equipe
PTC2527 – 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
PTC2527 – 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
PTC2527 – 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
PTC2527 – GS – 2015
58 / 65
LCS
Técnicas para Depuração de Sistemas
EPUSP
• De baixo para cima
– Os insumos necessários para a operação do sistema
estão presentes?
– Ex.: Fontes de alimentação, “clocks”, polarizações
Comandos
1
2
In
3
Out
Insumos
PTC2527 – GS – 2015
59 / 65
LCS
Técnicas para Depuração de Sistemas
EPUSP
• De cima para baixo
– O sistema recebeu comandos para realizar as funções
especificadas?
– Ex.: controles, programação, configuração, ajustes
iniciais
Comandos
1
2
In
3
Out
Insumos
PTC2527 – GS – 2015
60 / 65
LCS
Técnicas para Depuração de Sistemas
EPUSP
• Da esquerda para a direita
– O sinal está sendo propagado pelos sub-sistemas da
forma esperada?
– Ex.: Amplificação, filtragem, acoplamento, atenuação,
conversão
Comandos
1
2
In
3
Out
Insumos
PTC2527 – GS – 2015
61 / 65
LCS
Técnicas para Depuração de Sistemas
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
1
2
In
3
Out
Insumos
PTC2527 – GS – 2015
62 / 65
LCS
Técnicas para Depuração de Sistemas
EPUSP
• Partição Binária
– Verificar as extremidades do sistema; em seguida,
dividi-lo funcionalmente ao meio e verificar nesse
ponto; repetir o processo
Comandos
1
2
In
3
Out
Insumos
PTC2527 – 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
PTC2527 – GS – 2015
64 / 65
Técnicas para Depuração de Sistemas
LCS
EPUSP
• Regra Geral:
– Se ninguém consertou, então não está consertado!
PTC2527 – GS – 2015
65 / 65