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JOSÉ CARLOS DA SILVA
SISTEMA ESPECIALISTA APLICADO À TÉCNICA DE
USINAGEM POR ELETROEROSÃO
Dissertação apresentada para obtenção do
Título de Mestre em Engenharia Mecânica
pela Universidade de Taubaté.
Área de Concentração: Automação
Industrial e Robótica.
Orientador: Prof. Dr: Luiz Octávio M. Reis.
Taubaté – SP
2004
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JOSÉ CARLOS DA SILVA
SISTEMA ESPECIALISTA APLICADO À TÉCNICA DE
USINAGEM POR ELETROEROSÃO.
UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ, TAUBATÉ, SP
Data: 04/12/204
Resultado:.Aprovado
Comissão Julgadora
Prof. Dr. Luiz Octávio Mattos Reis
Instituição: Universidade de Taubaté - UNITAU
Assinatura:.................................................
Prof. Dr. Samuel Euzédice de Lucena
Instituição: Universidade de Taubaté - UNITAU
Assinatura:................................................
Prof. Dr. Leonardo Mesquita
Instituição: Universidade Estadual de São Paulo - UNESP
Assinatura:...............................................
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À minha esposa, Silvia, pelo apoio e incentivo
durante a conclusão deste trabalho.
Agradecimentos
Ao nosso DEUS, por conceder-me saúde, inteligência e por ter amparado-me nos
momentos em que pensei em desistir.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Luiz Octávio, pela paciência, boa vontade e ajuda na
conclusão deste trabalho.
Às bibliotecas da Universidade Mackenzie, FATEC – SP e Senai “Roberto Simonsen”,
pelos livros cedidos.
Aos amigos Eduardo Pinto e José Simplício Neto, pela colaboração e companheirismo.
Silva, J.C. Sistema Especialista Aplicado à Técnica de Usinagem
por Eletroerosão. 2004 . 76p. Dissertação para obtenção do Título de Mestre em
Engenharia Mecânica pela Universidade de Taubaté, Taubaté.
Resumo
O presente trabalho de dissertação relata o desenvolvimento de um sistema
especialista aplicado à técnica de usinagem por eletroerosão. O sistema foi desenvolvido
utilizando-se uma SHELL de domínio público e implementado a partir de regras de
produção, tendo como objetivo armazenar, recuperar e modificar de maneira satisfatória
todo conhecimento teórico e heurístico adquirido pelo especialista no processo.
Palavras–chaves: Sistemas Especialistas; Aquisição de Conhecimento; Eletroerosão.
Silva, J.C. Specialist System Applied to the Technique of
Electrical Discharge Machining. 2004. 76 leves. Paper for attainment of
the Heading of Master in Engineering Mechanics of the University of Taubaté, Taubaté,
São Paulo.
Abstract
This paper presents an approach to the expert system development applied to
machining technique by electroerosion. The system was developed using the SHELL of
public domain and implemented from rules production, the objective is to store, to
recover and modify of satisfactory way all heuristic and theoretical knowledge obtained
by process specialist.
Words-keys: Specialist System; Knowledge Acquisition; Electroerosion.
Sumário
Resumo 5
Abstract 6
Lista de Figuras 10
Lista de Tabelas 11
Capítulo 1 – Introdução 12
1.1 - Organização do Trabalho 13
Capítulo 2 – Revisão da Literatura
2.1 – Conceito de Usinagem 14
2.2 – Métodos não Tradicionais de Usinagem 14
2.3 – Usinagem por Descargas Elétricas 15
2.4 – Princípios Físicos do Processo 17
2.5 – Sistema de Limpeza 21
2.6 – Fluídos Dielétricos 22
2.7 – Considerações Finais e Aplicações do Processo 22
2.8 - Sistemas Inteligentes 24
2.9 – Diferenças entre Sistemas Convencionais e
Sistemas Baseados em Conhecimento 25
2.10 – Diferenças entre Sistemas Especialistas e
Sistemas Baseados em Conhecimento 26
2.11 – Estrutura Geral de um Sistema Baseado em Conhecimento 28
2.12 – Representação do Conhecimento 29
2.13 – Metodologia e Técnicas Aplicadas em Regras de Produção 29
2.14 – Desenvolvimento de um Sistema Baseado em Conhecimento 30
2.14.1– Planejamento de um Sistema Baseado em Conhecimento 31
2.14.2 – Aquisição de Conhecimento 31
2.15 – Ferramentas de Suporte na Construção de Sistemas
Baseados em Conhecimentos 32
2.16 – Técnicas de Aquisição de Conhecimento 33
2.16.1 – Aquisição de Conhecimento Baseado em Descrições 33
2.16.2 – Aquisição de Conhecimento Baseado em Entrevistas
Estruturadas 34
2.16.3 – Aquisição de Conhecimento Baseada no Reuso
da Representação e dos Mecanismos de Inferência 35
2.17 – Considerações e Aplicações de Sistemas Inteligentes 35
Capitulo 3 - Proposição
3.1 – O Problema da Escolha dos Parâmetros de Rugosidade 37
3.1.1 – Material a ser Usinado 38
3.1.2 – Material do Eletrodo 38
3.1.3 - Rugosidade 39
3.1.4 – Intensidade da Corrente 39
3.1.5 – Tempo de Impulso e Pausa 40
3.1.6 – GAP 41
3.1.7 – Remoção de Material / Desgaste do Eletrodo 42
3.1.8 – Sistema de Limpeza 43
3.2 – Considerações Finais 46
Capítulo 4 - Material e Método
4.1 – Materiais 47
4.2 – Método 47
4.2.1 - Sistema Especialista Aplicado á Técnica de
Usinagem por de Eletroerosão 47
4.2.2 – Etapas de Desenvolvimento do Sistema 49
4.2.3 – Arquitetura do Sistema Especialista Aplicado
á Técnica de Usinagem por Eletroerosão 50
4.2.3.1 – Base de Conhecimento 50
4.2.4 – Desenvolvimento do Ambiente do Sistema Especialista
Aplicado à Técnica de Usinagem por Eletroerosão 55
4.2.4.1 – Definição das Variáveis 55
4.2.4.2 – Definindo os Objetivos 56
4.2.4.3 – Edição das Regras de Produção 58
4.2.4.4 – Implementando Informações Adicionais 59
4.2.4.5 – Criação de Senhas 60
4.3 – Considerações Finais 61
Capítulo 5 – Resultados
5.1 – Inicialização do Sistema 62
5.1.1 – Iniciando uma Consulta 63
5.1.2 – Diálogo entre Usuário e o Sistema Especialista 64
Capítulo 6 – Conclusão 71
Bibliografia 72
Anexos 74
Lista de Figuras
Figura 2.1 – Processo de Usinagem por Eletroerosão 16
Figura 2.2 – Formação de Crateras 18
Figura 2.3 – Padrão de Rugosidade 19
Figura 2.4 – Diagrama Tensão / Tempo 20
Figura 2.5 – Eletroerosão por Penetração 23
Figura 2.6 – Aquisição e Representação do Conhecimento 34
Figura 3.1 – Elipse 40
Figura 3.2 – GAP 42
Figura 3.3 – Sistema de Limpeza por Pressão 43
Figura 3.4 – Sistema de Limpeza por Sucção 44
Figura 4.1 – Arquitetura do SE Aplicado à Técnica
de Usinagem por Eletroerosão 50
Figura 4.2 – Menu para Criação de Variáveis 56
Figura 4.3 – Menu para Definição dos Objetivos 57
Figura 4.4 – Tela para Formulação de Perguntas 58
Figura 4.5 – Edição das Regras de Produção 59
Figura 4.6 – Configuração da Tela de Apresentação 60
Figura 4.7 – Criação de Senhas 61
Figura 5.1 – Sub-Menu das Bases de Conhecimento 62
Figura 5.2 – Tela de Abertura 63
Figura 5.3 – Diálogo entre o Usuário e o Sistema 65
Figura 5.4 – Diálogo entre o Usuário e o Sistema 65
Figura 5.5 – Diálogo entre o Usuário e o Sistema 66
Figura 5.6 – Tela de Resultados 66
Figura 5.7 – Resposta não Encontrada 68
Figura 5.8 – Base de Conhecimento Incompatível 68
Figura 5.9 – Fim de Consulta 68
Figura 5.10 – Busca Manual dos Parâmetros de Rugosidade 69
Figura 5.11 – Busca dos Parâmetros Utilizando o SE 70
Figura 5.12 – Sistema Convencional versus Sistema Especialista 70
Lista de Tabelas
Tabela 3.1 – Tabela de Valores para o Cálculo de Amperagem 39
Tabela 3.2 – Tabela de Parâmetros de Rugosidade 45
12
Capítulo 1 - Introdução
Atualmente torna-se cada vez maior o interesse pelo desenvolvimento de
ferramentas computacionais que apóiem as tarefas de manufatura.
Uma das possibilidades encontradas refere-se ao uso de sistemas inteligentes
que propiciem a automatização de ações antes feitas exclusivamente pelo homem dentro
dos setores produtivos.
Nos dias atuais, em que a globalização requer uma postura mais agressiva das
empresas, estes sistemas são de fundamental importância, obrigando-as a explorar todas
as possibilidades que possam resultar em aumento de competitividade e produtividade.
Para serem competitivos os produtos precisam apresentar uma boa relação
custo / beneficio e para que isto se torne realidade o esforço de profissionais da área
técnica é de suma importância.
O processo de usinagem por descargas elétricas ou eletroerosão como é mais
conhecida, é largamente empregado nos vários processos da indústria metalúrgica nos
segmentos: automobilístico, fundição, plástico, aeronáutica e aeroespacial.
Todas essas aplicações são em virtude de sua extrema capacidade de usinar
metais ou ligas de alto grau de dureza e que apresentam alta resistência aos processos de
usinagem convencional.
Este processo é realizado normalmente na etapa final de uma seqüência de
operações, quando a peça já tem um alto valor agregado, o que encarece muito uma
determinada ferramenta em caso de uma possível rejeição.
Em comparação aos processos convencionais de manufatura, a superfície
usinada por essa técnica apresenta um padrão de acabamento ideal, denominado
rugosidade, de acordo com as características físicas dos materiais a ser usinado, do
eletrodo e da intensidade da corrente aplicada que são determinadas por um especialista.
Devido a variações de tensão na rede elétrica e outros fatores, os parâmetros
indicados pelo fabricante tornam-se ineficientes, pois estes foram obtidos através de
testes laboratoriais, surgindo assim novos parâmetros.
Outro fator relevante está na transferência, aposentadoria ou demissão deste
especialista, podendo resultar na perda de todo o treinamento e conhecimento adquirido
ao longo do tempo, implicando na formação ou contratação de outro profissional
qualificado.
13
Este trabalho de dissertação tem como objetivo resolver este problema,
resguardando a empresa do investimento aplicado a profissionais deste setor.
Para solucionar este problema é proposto o desenvolvido um Sistema
Especialista Baseado em Conhecimento utilizando técnicas e metodologias de
Inteligência Artificial cujo objetivo será armazenar e apresentar de forma otimizada
todo o conhecimento heurístico e teórico adquirido, que antes somente o especialista o
possuía.
Este sistema deverá ter uma linguagem de fácil entendimento para o usuário,
independente de sua capacitação profissional, possibilitando a introdução de novos
conhecimentos, além da preservação e a padronização do processo estarem formalmente
documentadas em sua base de conhecimento.
1.1 - Organização do Trabalho
No Capítulo 2 será apresentada uma revisão da literatura, abordando os
seguintes temas: conceito de usinagem, processos não tradicionais de usinagem,
enfatizando o processo de usinagem por descargas elétricas e seus princípios físicos e
sistemas inteligentes, suas técnicas e metodologias de construção, com foco na
construção de sistemas baseados em conhecimento.
No Capítulo 3 será relatado o problema da escolha dos parâmetros para a
determinação da rugosidade ideal das superfícies usinadas pelo processo de usinagem
por descargas elétricas.
No Capítulo 4, serão abordados os materiais e os métodos utilizados no
desenvolvimento do trabalho.
No Capítulo 5 serão relatados os resultados obtidos e, finalizando, o capítulo 6
será dedicada à conclusão do trabalho proposto.
14
Capítulo 2 – Revisão da Literatura
Neste capítulo será apresentada uma revisão da literatura, abordando os
seguintes temas: conceito de usinagem, processos não tradicionais de usinagem,
enfatizando o processo de usinagem por descargas elétricas e seus princípios físicos,
sistemas inteligentes, suas técnicas e metodologias de construção, com foco na
construção de sistemas baseados em conhecimento.
2.1 - Conceito de Usinagem
Os processos de usinagem têm o objetivo de retirar uma porção de material
pela ação de uma ferramenta de corte. O processo de usinagem tradicional ou
convencional é representado por um grande número de máquinas operatrizes e
ferramentas de corte e podem ser classificadas como: torneamento, aplainamento,
furação, mandrilhamento, fresamento, serramento, roscamento e retificação.
Além dos processos convencionais existem também os processos não
convencionais ou não tradicionais, que serão abordados a seguir.
2.2 - Métodos Não Tradicionais de Usinagem
A necessidade de usinar metais e ligas com alta resistência mecânica e dureza
cada vez mais elevadas aliada à conveniência de redução de tempo e custos na produção
levaram ao desenvolvimento de novas técnicas de usinagem.
Essas novas técnicas podem ser classificadas de acordo com o tipo de energia
empregada no processo.
Em (CHIAVERINI, 1986), os processos classificam-se como:
• Processos baseados em energia mecânica, compreendendo jato abrasivo,
jato dagua e ultra-sônico;
• Processos baseados em energia eletroquímica, compreendendo o
processo eletroquímico;
• Processos baseados em energia química, compreendendo as reações
químicas;
15
• Processos baseados em energia termoelétrica, compreendendo a descarga
elétrica, Laser e Arco-plasma.
Nesta dissertação será abordado o processo de usinagem por descargas
elétricas.
2.3 - Usinagem por Descargas Elétricas
As primeiras pesquisas e ensaios na tentativa de se usinar através de descargas
elétricas ocorreram por volta de 1700 (BROWN, 1991).
Com o início da segunda guerra mundial, vieram grandes dificuldades na
obtenção de matérias-prima e exigência de aumento da produção industrial em curto
prazo com o mínimo de desperdício.
Um grupo de cientistas chefiados por N. R. Lazarenko desenvolveu o processo
EDM (Electric Discharge Machining), possibilitando sua comercialização resultando no
processo de usinagem por eletroerosão.
Atualmente com o avanço da tecnologia podem-se encontrar máquinas de
eletroerosão que permitem a usinagem com precisão de até 0,005mm.
O processo de usinagem por eletroerosão é muito complexo, tanto que os
conhecimentos que se tem sobre o assunto vêm de experiências práticas, havendo,
portanto, possibilidades de encontrar explicações contraditórias sobre o assunto.
O fenômeno da erosão neste processo ocorre por meio de descargas elétricas
entre dois condutores de energia elétrica (peça e eletrodo), que estão submersos em uma
solução dielétrica que irá reproduzir na peça uma cópia fiel com às suas características,
mas ao inverso do eletrodo.
Normalmente a peça, esta fixada a mesa de coordenadas da máquina e o
eletrodo no cabeçote porta-eletrodo, como mostra a figura 2.1.
O cabeçote é acionado por meio de um cilindro hidráulico controlado por um
servomecanismo que controla a velocidade de avanço do eletrodo, mantendo uma
distância entre o eletrodo e a peça denominada GAP, onde o potencial elétrico excede o
limite do dielétrico em que a peça está imersa estabelecendo o arco voltaico. O GAP é
resultante entre outros fatores da intensidade da corrente aplicada.
O servomecanismo recebe um impulso elétrico correspondente a diferença
entre a voltagem desejada e a inicial. O sinal é amplificado e o eletrodo avança pelo
16
sistema hidráulico de controle. Se ocorrer um curto-circuito na região das descargas
elétricas o servomecanismo inverte o sentido do movimento do avanço do eletrodo
restabelecendo o correto controle da operação.
Figura 2.1 - Processo de usinagem por eletroerosão (SENAI, 1981).
Neste instante o dielétrico, que tem função de isolante, passa a ser condutor nas
imediações do eletrodo, formando uma ponte entre a peça e o eletrodo, onde é
provocada a descarga elétrica (centelhamento).
Esta centelha ou faísca possui um determinado tempo de duração, ajustado no
painel da máquina em unidade de microssegundos, que é controlado através de
comandos eletrônicos. Existe também uma pausa entre as descargas que é medida na
mesma unidade de tempo.
Durante o impacto da faísca com a peça estima-se que, dependendo da
intensidade da corrente aplicada, a temperatura na região da erosão pode variar de dois
mil e quinhentos a cinqüenta mil graus Celsius. A freqüência das descargas poderá
alcançar até duzentos mil ciclos por segundo (SENAI, 1981).
No decorrer do impacto dos elétrons com a superfície da peça a ser usinada,
que acontece a uma temperatura elevada, o material desintegra-se em forma de
minúsculas esferas.
17
Parte deste material é vaporizada ocorrendo á formação de gases, sendo que de
12% a 72% não são identificados. Entre os gases emitidos encontram-se: hidrogênio,
metano, propano, acetileno e óxido de carbono.
2.4 - Princípios Físicos do Processo
O principio básico de atuação do processo de usinagem por eletroerosão é a
remoção controlada de pequenas partículas de material da peça através da fusão e
evaporação do material fundido por meio de descargas elétricas de alta freqüência entre
o eletrodo geralmente anodo e a peça (catodo).
Como mencionado anteriormente, a peça a ser usinada e o eletrodo não entram
em contato e a distância que os separa é preenchida por um liquido dielétrico, que
inicialmente atua como isolante.
Esta distância ou GAP é determinada a principio por uma tensão inicial ou
piloto. Ao ser aplicado uma tensão superior a inicial, cria-se um campo elétrico formado
por partículas suspensas em toda a superfície geométrica do eletrodo e da peça.
Simultaneamente o eletrodo carregado positivamente emite partículas de carga
positiva. Essas se chocam com as partículas neutras dentro do espaço intermediário
(GAP), dividindo-se e formando assim partículas de carga positivas e negativas. Esta
fase é denominada ionização por choque.
Nesta fase do processo a resistência isolante do dielétrico é vencida formando
pontes condutoras ou canais de descargas que conduzem as partículas carregadas
positivamente até a superfície metálica da peça. Este movimento provoca um aumento
de pressão e temperatura formando uma bolha de vapor.
A fusão superaquecida evapora-se em forma explosiva levando todo o material
fundido formando-se crateras como mostra a figura 2.2.
18
Figura 2.2 – Formação de crateras (SENAI, 1981).
Ao reduzir a corrente, reduz-se o fluxo de calor reduzindo o número de
partículas carregadas eletricamente, cai a pressão e junto ao canal de descarga desfaz-se
a bolha de vapor, deixando, finalmente, como resíduos, partículas metálicas e produtos
desintegrados no líquido dielétrico que na maioria são carbono e gases.
Um fator de grande importância no processo é em relação à polaridade do
eletrodo. Mediante intercâmbio de partículas carregadas negativamente e positivamente
forma-se um canal de descarga. Conseqüentemente as partículas produzem calor e
provocam a fusão do metal.
A quantidade de cargas elétricas positivas e negativas é resultante da duração
dos impulsos da corrente. A quantidade de calor no eletrodo receptor é maior, quanto
maior é o número de partículas de um tipo que se deslocar até ele. Importante ressaltar
que o fato das partículas estarem carregadas positivamente, por ser em uma massa
maior, produz mais calor a máximas velocidades de choque.
Com a finalidade de diminuir o desgaste dos eletrodos, determinam-se as
polaridades do eletrodo e da peça de maneira que ela possa levar a maior quantidade de
calor durante o tempo de descarga.
Quando se deseja obter impulsos de correntes curtos, liga-se o eletrodo ao pólo
negativo e vice-versa.
Para se determinar qual a melhor polaridade usar em relação à peça e o
eletrodo, faz-se necessário verificar as características físicas de ambos. Sabe-se que na
19
usinagem de aços com eletrodos de cobre a duração de impulso é de cinco milionésimos
de segundo.
Assim como em todos os processos de usinagem, o tempo e a precisão são
fatores de grande importância. Neste tipo de processo o tempo de trabalho é medido
pelo volume de material a ser removido, em milímetros cúbicos por minuto.
A precisão do processo depende, entre outros fatores, do desgaste do eletrodo
que é representada pela letra grega teta e com um “v” como coeficiente proporcional
(
θ
v
)
,
que indica a porcentagem de desgaste do eletrodo com o volume de remoção do
material.
Semelhante ao processo de usinagem convencional, no processo por
eletroerosão, não se obtém uma superfície completamente lisa, mas ligeiramente áspera.
Para padronizar esta aspereza foi criado um sistema de referência e medição de
rugosidade cuja unidade de medição é o mícron. No Brasil este padrão é denominado
Rmax e Ra. Na Alemanha e França estes valores são denominados por Rt e nos Estados
Unidos, Hmax, como mostra a figura 2.3.
Figura 2.3 – Padrão de rugosidade (SENAI, 1981).
Rmax indica a profundidade máxima. É freqüentemente usada quando a
superfície após a usinagem for submetida a um processo de brunimento ou polimento.
Com Ra, determina-se o valor médio aritmético da rugosidade, o qual é muito
importante quando se deseja trabalhar com pequenas tolerâncias e ajustes finos.
20
Deve-se notar então que antes de submeter-se a peça ao processo, é necessário
primeiramente saber qual será sua aplicação.
Outro fator de grande importância é o alargamento que separa o eletrodo da
peça. Esta folga é determinada pela intensidade da corrente e outros fatores.
Parte integrante e de muita importância em cada equipamento que realiza o
processo de usinagem por descargas elétricas é o gerador. Este equipamento converte a
corrente alternada procedente da rede elétrica e emite pulsos de tensão de forma regular,
que através de dispositivos eletrônicos consegue-se ajustar a dimensão dos retângulos e
as distancias entre os mesmos para corresponder ao trabalho desejado.
Nos geradores pode-se ajustar individualmente tanto a corrente de descarga, a
largura dos pulsos e a distância entre eles. A figura 2.4 mostra o diagrama tensão /
tempo.
Figura 2.4 – Diagrama Tensão / Tempo (SENAI, 1981).
Cabe ressaltar que a duração do impulso e a intensidade da corrente são
medidas pela milionésima parte de um segundo, enquanto a pausa é proporcional a sua
duração.
Sabe-se que ao erodir com baixa corrente consegue-se uma pequena remoção
de material, por outro lado, aumentando a capacidade de remoção de material, aumenta-
se o desgaste do eletrodo.
21
Erodindo-se com pequena duração de impulso provoca um desgaste crescente
no eletrodo e baixa remoção de material. Aumentando a duração dos impulsos, obtém-
se um menor desgaste e maior remoção.
Na prática, utiliza-se para desbastar peças de aço eletrodo de cobre eletrolítico
ou grafite com o controle eletrônico ajustado para uma duração de impulso que se
encontre na sua capacidade máxima de remoção demandando o mínimo desgaste do
eletrodo.
É importante destacar-se a grande importância do tempo de pausa entre duas
descargas, durante o processo para a otimização do desgaste do eletrodo.
Para o ajuste, uma regra a ser estabelecida é que se obtém uma grande
capacidade de remoção e pouco desgaste do eletrodo mediante pequenos períodos
(pausas) nas descargas. Logicamente existem valores limites que se excedidos causaram
perturbações no processo. A esse limite é dado o nome de Relação Palpadora Limite.
Pode-se então concluir que aplicando uma energia ou descarga reduzida obtém-
se uma rugosidade pequena e um maior desgaste do eletrodo e vice-versa.
Deve-se salientar mais uma vez que tudo depende de qual será a aplicação da
superfície usinada, qual seu material, qual o material do eletrodo e sua rugosidade.
Dentro dessas premissas, escolhe-se qual os melhores ajustes para obter-se a
máxima remoção de material, o mínimo de desgaste de eletrodo e a rugosidade
desejada, seja para um simples desbaste quanto para um acabamento mais fino.
2.5 - Sistema de Limpeza
O sistema de limpeza ou lavagem é ponto importantíssimo na usinagem por
descargas elétricas.
Conforme estabelecido nas considerações feitas nas seções anteriores o
processo ocorre dentro de um líquido dielétrico cuja função é, entre outras, retirar
partículas removidas da superfície da peça da área erodida. Se a escolha do sistema de
limpeza não estiver correto, a remoção do material será ineficiente.
Devido a esta razão, foram providos a esses equipamentos alguns processos de
lavagem reguláveis, tanto em pressão (injeção), como aspiração (sucção), utilizando-se
válvulas e manômetros.
22
2.6 - Fluídos Dielétricos
Os tipos de fluídos dielétricos mais utilizados no processo de usinagem por
eletroerosão são: óleos minerais, querosene, óleos à base de silicone, água desionizada e
líquidos polares, tais como soluções aquosas de glicoís etilênicos.
O fluído dielétrico circula através da região das descargas elétricas,
alimentadas por meios de furos ou rasgos na peça ou no eletrodo pelas técnicas
abordada no tópico anterior (pressão / sucção ou ambos). Suas principais funções são:
remover as pequenas partículas da erosão da peça e do eletrodo, refrigeração do eletrodo
para evitar a fusão do mesmo com a peça e a refrigeração da peça para manter um
correto controle dimensional.
O fluído dielétrico deve ter uma adequada resistência dielétrica, em torno de
20KV/cm segundo alguns fabricantes e ser facilmente ionizado para permitir a
condução da corrente elétrica (MANUAL DE OPERAÇÃO E INSTALAÇÃO
ENGEMAQ, 1999).
Em seu circuito de circulação o fluído é continuamente purificado por meio de
filtros apropriados. A remoção completa das partículas sólidas em suspensão não é
sempre necessária principalmente em operações de desbaste, com distâncias
relativamente grandes entre o eletrodo e a peça. Tais partículas facilitam a passagem de
maior corrente elétrica, sem aumentar a voltagem.
As principais propriedades que um bom fluído dielétrico deve apresentar são:
boa resistência dielétrica, baixa viscosidade, alto ponto de inflamação, não corroer o
equipamento e não afetar o operador.
2.7 - Considerações Finais e Aplicações do Processo
Outro fator de grande importância está no aspecto das superfícies usinadas por
este processo. Sua grande homogeneidade na formação de crateras ou rugosidade deixa-
se facilmente polir, diferentemente de outro processo de usinagem convencional.
Um outro ponto que deve ser observado está nas características mecânicas,
estruturais e metalográficas que tanto preocupa os metalurgistas, como as alterações das
camadas, resultante dos efeitos combinados da pressão e do aquecimento que
acompanha todas as usinagens por formação de cavacos, traduzidas por compressões e
23
tracionamentos sobre os cristais da matéria podem provocar modificações estruturais e
formação de rachaduras.
Figura 2.5 – Eletroerosão por Penetração.
Todos esses fatores mencionados acima não acontecem no processo de
usinagem por descargas elétricas. Mesmo o efeito térmico não exerce modificações
estruturais em virtude das descargas serem relativamente baixas e curtas.
Percebe-se, porém uma ligeira modificação (endurecimento) na estrutura da
camada vizinha quando se trata de desbastes, onde a energia de descarga é um pouco
mais elevada, mas sem efeito perturbador, que tende a desaparecer logo em seguida à
operação de acabamento.
Nota-se também que permanece um certo endurecimento superficial que em
nada modifica as propriedades mecânicas e, ao contrário, exerce papel de proteção á
camada.
Estudos e pesquisas feitas pela indústria aeronáutica, que deve ter sempre o
cuidado de evitar qualquer tipo de micro-rachaduras e modificações estruturais nos
elementos que empregam na construção de aeronaves levaram a se ter certeza que tais
perigos não existem com a aplicação do processo nas peças que compõe as aeronaves
(FERRARESI, 1975).
Lavagem por
pressão
peça
elétrodo
24
Alguns materiais chamados de exóticos (Hastalloy, Nitralloy, Waspalloy e
Nimonic) dos quais a indústria aeronáutica e espacial faz uso abundante são usinados
facilmente pelo processo de eletroerosão.
Além das aplicações mencionadas anteriormente, o processo de usinagem por
descargas elétricas pode usinar ferramentas de aço temperado sem originar nenhuma
deformação, ao contrario da usinagem por meios convencionais onde se usina o material
em estado mole e, após o tratamento térmico, há considerável liberação de tensões e
deformações. Dentre a ferramentas citadas estão: matrizes para moldes plásticos,
moldes de borracha, matrizes para trefilação, extrusão, matrizes para estamparia,
forjaria, pastilha de carboneto, stellite, muito utilizados nas indústrias de um modo
geral.
A figura 2.5 da página anterior mostra uma visão geral dos componentes que
fazem o processo.
2.8 - Sistemas Inteligentes
Na era do conhecimento, o nível de capacitação do indivíduo e da empresa é
fator determinante para sua sobrevivência. A tecnologia atual aproxima as pessoas e
possibilitam que a informação e conhecimentos possam ser trocados com facilidade.
A complexidade do processo deve-se ao fato de que o valor não estará mais no
domínio da informação, mais sim em como trabalhar com o conhecimento relacionado
com esta informação. Sistemas inteligentes são exemplos de sistemas que utilizam a
tecnologia da informação para manipular conhecimentos especializados.
Durante as três ultimas décadas, pesquisadores de Inteligência Artificial foram
aprendendo a apreciar o valor do conhecimento especifico do domínio como requisito
indispensável na resolução de problemas complexos.
Os computadores têm algumas vantagens sobre os seres humanos,
principalmente no que diz respeito à velocidade e consistência como executam
determinadas funções. Para fazer um processador de símbolos desempenhar uma tarefa
tão bem quanto um especialista humano, alguém terá que muni-lo de conhecimento
especializado, comparável ao que um especialista humano possui. É fundamental que tal
processador tenha um desempenho rápido e consistente.
25
Os avanços de hardware e software possibilitaram a construção de ferramentas
e técnicas baseadas em conhecimento. Os Sistemas Baseados em Conhecimento estão
na vanguarda dessa nova geração de técnicas e ferramentas.
A importância da construção de Sistemas Baseados em Conhecimento para as
diversas organizações encontra-se na capacidade desses sistemas de preservar,
aproveitar e fazer uso de recursos cada vez mais valiosos: o talento e a experiência dos
membros da organização no processo de tomada de decisões.
A busca da viabilização da transferência do conhecimento para o computador
constitui um campo de pesquisa denominada Inteligência Artificial, com proposta de
desenvolvimento de Sistemas Inteligentes capazes de simular ou emular o processo de
decisão do ser humano.
2.9 - Diferenças entre Sistemas Convencionais e Sistemas Baseados em
Conhecimento
A primeira diferença a ser destacada esta relacionada com a forma em que os
dados são organizados. Enquanto em sistemas convencionais os dados são organizados
por meio de estruturas de dados, nos Sistemas Baseados em Conhecimentos os dados
são organizados por meio de representação de conhecimento.
A segunda diferença complementa a primeira, ou seja, enquanto estruturas de
dados apenas representam os dados e suas relações, representações do conhecimento
explicitam os conceitos do domínio do problema, suas relações e as regras de deduções
durante o processo de resolução do problema.
A terceira diferença diz que os sistemas convencionais normalmente usam
algoritmos para realizar suas funções. Já os Sistemas Baseados em Conhecimento
utilizam métodos de resolução de problemas que realizam busca em um espaço de
possíveis soluções e fazem uso de conhecimento heurístico.
A quarta e ultima diferença enfatiza que em sistemas convencionais, o
conhecimento para a resolução de um problema esta embutido no código do programa,
tornando sua inspeção, seu entendimento e sua modificação um processo complicado. Já
os Sistemas Baseados em Conhecimento, o conhecimento é representado explicitamente
e separado do programa que o manipula e interpreta. Desta forma, os Sistemas Baseados
26
em Conhecimento tornam muito mais fácil entender o conhecimento usado para a
resolução de problemas, assim como a sua modificação (RESENDE, 2003).
2.10 - Diferenças entre Sistemas Especialistas e Sistemas Baseados em
Conhecimento
Conceitualmente, existe uma diferença entre um Sistema Especialista e um
Sistema Baseado em Conhecimento.
Enquanto os Sistemas Especialistas armazenam em sua base conhecimento
eminentemente heurístico, os Sistemas Baseados em Conhecimento incluem em sua
base além do conhecimento heurístico, o conhecimento também disponível na literatura,
assim Sistemas Baseados em Conhecimento podem ser classificados como Sistemas
Especialistas quando o desenvolvimento do mesmo é voltado para aplicações nas quais
o conhecimento a ser manipulado é voltado para um problema especifico e conta com
um alto grau de especialização.
Para (KRISHNAMOORTHY & RAJEEV, 1996), Sistemas Especialistas
Baseados em Conhecimentos (KBES) é a primeira realização de pesquisas no campo da
Inteligência Artificial (IA) a se consolidar como tecnologia de software.
Tarefas pertencentes à categoria de classificação e diagnóstico foram as
primeiras a se beneficiar com a tecnologia emergente dos sistemas especialistas
baseados em conhecimentos.
Partindo desta filosofia pode-se concluir que tanto os sistemas especialistas
quanto os sistemas baseados em conhecimento manipulam conhecimento e informação
de forma inteligente e são desenvolvidos para serem usados em problemas que
necessitam de uma quantidade de conhecimento e de especialização humana.
Os Sistemas Baseados em Conhecimento tem como características principais
uma base de conhecimento e um mecanismo de raciocínio capaz de realizar inferências
sobre esta base e obter conclusões a partir deste conhecimento.
A importância da construção de Sistemas Baseados em Conhecimentos
aplicados nos mais variados setores reside na capacidade desses sistemas em prever,
aproveitar e fazer uso do talento e experiência dos especialistas em busca de soluções
nos mais variados domínios de conhecimento.
27
Além da capacidade de raciocínio sobre a base de conhecimento e o tempo que
é utilizado para a solução de um determinado problema, a heurística é outro fator de
extrema importância no desenvolvimento do sistema.
Pode-se definir heurística como o conhecimento de regras práticas que
auxiliam na redução de esforços na busca por soluções. A qualidade da heurística
depende fundamentalmente da experiência dos especialistas na resolução de problemas.
Deve-se ressaltar que para construir um Sistema Baseado em Conhecimento é
necessário um estudo da viabilidade da aplicação dessa tecnologia no domínio em
questão. Alguns fatores a serem considerados são: custo, habilidade, disponibilidade do
especialista e delimitações do domínio em questão.
Os Sistemas Baseados em Conhecimentos podem ser aplicados na realização
das seguintes tarefas:
• Interpretação: Consiste na análise de dados para determinação de seu
significado. Ex: Processamento de imagens.
• Classificação: Consiste na determinação de falhas em um sistema, dado
um conjunto de sintomas. Ex: Determinação de falhas em máquinas.
• Monitoramento: Consiste na observação contínua do comportamento de
um sistema a fim de realizar ações quando alguma situação especifica acontece. Ex:
Tráfego aéreo.
• Planejamento: consiste na determinação da seqüência de ações que
devem ser realizadas para atingir alguma meta. Ex: Planejamento de operações com
robôs.
• Projeto: Consiste no desenvolvimento das especificações de um objeto,
de maneira a satisfazer um dado conjunto de requisitos. Ex: Associação de um Sistema
Baseado em Conhecimento e um sistema CAD para projetar tubulações em um Boeing.
As principais técnicas e metodologias usadas para o desenvolvimento de
sistemas inteligentes são: Aquisição de Conhecimento, Aprendizado de Máquina, Redes
Neurais, Lógica Fuzzy, Computação Evolutiva, Agentes e Multiagentes, Mineração de
Dados e Textos (RESENDE, 2003).
Nesta dissertação serão abordadas a técnica e a metodologia da Aquisição de
Conhecimento para o desenvolvimento do sistema proposto neste trabalho.
28
2.11 - Estrutura Geral de um Sistema Baseado em Conhecimento
Os principais módulos que compõe um Sistema Baseado em Conhecimento
são: Núcleo do Sistema Baseado em Conhecimento ou SHELL, Base de Conhecimento,
Memória de Trabalho, Base de Dados e Interface.
Cabe lembrar que nem todos os Sistemas Baseados em Conhecimento
apresentam a mesma estrutura, contudo apresentam estrutura semelhante.
O Núcleo do Sistema Baseado em Conhecimento ou SHELL é responsável
pelas principais funções do sistema como o controle da interação com o usuário, o
processamento do conhecimento, justificativas ou explicações das conclusões obtidas a
partir do raciocínio e pelos mecanismos de inferência.
A Memória de Trabalho é o local no qual são registradas todas as respostas
fornecidas pelo usuário durante a interação realizada no sistema, assim como são
registradas todas as conclusões e a seqüência de raciocínio.
A Interface é responsável pela interação entre o usuário e o sistema. Quanto
mais próxima essa linguagem for da linguagem do usuário, mais fácil será a utilização
do sistema.
O Núcleo do Sistema Baseado em Conhecimento ainda é composto de três
módulos com funções especificas: Módulo Coletor de Dados, Módulo de Inferência e
Módulo de Explicações.
O Módulo Coletor de Dados é responsável pela interação com o usuário,
obtendo informações do problema em questão, através de formulação de perguntas ao
usuário.
O Módulo de Inferência é o responsável pelo desenvolvimento do raciocínio
baseado em algoritmos para manipular as informações obtidas pelo Módulo Coletor de
Dados e pelo conhecimento representado na Base de Conhecimento.
O Módulo de Explicações é o responsável pelas explicações ou justificativas
das conclusões obtidas e dos motivos pelos quais o Sistema Baseado em Conhecimento
faz determinadas perguntas do tipo: porque, como, o que acontece se, por que não e etc.
O Usuário do sistema normalmente é alguém sem experiência ou necessita de
algum treinamento.
29
A Base de Conhecimento será comentada com detalhes no capítulo 3 deste
trabalho.
2.12 - Representação do Conhecimento
A Representação do Conhecimento é definida como uma forma sistemática de
estruturar e codificar o que se sabe de uma aplicação. O conhecimento pode ser
representado através das seguintes técnicas: Regras de Produção, Redes Semânticas,
Frames e etc.
A Representação do Conhecimento pode ser organizada e configurada em
diferentes bases para proporcionar uma rápida inferência (raciocínio).
Como mencionado existem algumas técnicas para representar o conhecimento
e neste trabalho de dissertação, será aplicada Regras de Produção para a representação
do domínio em questão.
2.13 - Metodologia e Técnicas Aplicadas em Regras de Produção
Conforme (TURBAN & ARONSON, 2001), Regras de Produção é uma
técnica que consiste em uma forma natural de simular, modelar e representar o
conhecimento de um especialista humano através de estruturas do tipo SE <condição,
premissa ou antecedente> ocorrer, ENTÃO <conclusão, resultado, conseqüência ou
ações>.
Assim quando uma das condições da lista é verificada e todas forem satisfeitas,
as conclusões são consideradas verdadeiras e as ações serão executadas até o objetivo
ser alcançado.
Cabe ressaltar que na programação baseada em regras de produção, utiliza-se o
motor de inferência para manipular os fatos e as regras contidas na memória de trabalho
com o domínio do conhecimento contido na base de conhecimento, para se efetuar uma
conclusão.
Existem ainda algumas linhas de raciocínio que podem ser seguidas pelos
Sistemas Baseados em Conhecimentos. Por exemplo, no caso de regras de produção,
podem ser:
30
• Encadeamento para frente (Forward Chaining);
• Encadeamento para trás (Backward Chaining).
Conforme (LEVINE, 1988), usa-se a expressão “para frente”, quando a
condição vem antes da conclusão como mostra no exemplo abaixo:
Regra 1:
SE o motor superaquecer, ENTÃO o carro vai enguiçar.
Regra 2:
SE o carro enguiçar, ENTÃO vai me custar muito dinheiro e vou chegar tarde
em casa.
No encadeamento “para trás”, o resultado já aconteceu e o objetivo é descobrir
a sua causa. Seguindo o exemplo acima:
Regra 1:
SE o carro não estiver regulado e a bateria estiver fraca, ENTÃO não passará
corrente pela ignição.
Regra 2:
SE não passar corrente suficiente pela ignição, ENTÃO o carro não vai pegar.
2.14 - Desenvolvimento de um Sistema Baseado em Conhecimento
Existem vários estágios em um processo de desenvolvimento de um Sistema
Baseado em Conhecimento. Resumidamente eles são citados como: estudo das
possibilidades, prototipação rápida, refinamento do sistema, teste preliminar do sistema,
qualidade, manutenção e evolução.
Um fator de extrema importância no processo de construção de um Sistema
Baseado em Conhecimento é a identificação das características do domínio do
conhecimento. A partir do conhecimento do problema em questão, é realizada uma
avaliação para verificar a necessidade e viabilidade de se utilizar esta tecnologia.
Em caso positivo, as fases para o desenvolvimento de um Sistema Baseado em
Conhecimento são: planejamento, aquisição de conhecimento, implementação e testes.
31
2.14.1 - Planejamento de um Sistema Baseado em Conhecimento
Nesta etapa, define-se um conjunto de objetivos dentre eles: o tipo de problema
a solucionar e ser capaz de descrevê-lo em termos concretos, seleção da equipe de
desenvolvimento do sistema e especificação da linguagem de representação do
conhecimento.
2.14.2 - Aquisição de Conhecimento
O grande desafio na construção dos Sistemas Baseados em Conhecimento está
na criação de suas bases de conhecimento. Isto fez surgir um novo profissional
conhecido como Engenheiro de Conhecimento.
O Engenheiro de Conhecimento tem por função estudar o domínio em questão,
através da interação com o especialista da área e criar um modelo do domínio e das
tarefas que necessitam ser representadas.
Defini-se aquisição de conhecimento como um processo de extração,
estruturação e organização do conhecimento relacionada a tarefas de um determinado
domínio. Já que esta fase do desenvolvimento ainda é artesanal é conhecida como
“gargalo” na construção dos Sistemas Especialistas (RESENDE, 2003).
O processo de aquisição de conhecimento ou Processo de Engenharia de
Conhecimento, como é chamado por alguns autores, está dividido em cinco etapas:
identificação, conceituação, formalização, implementação e testes.
Na etapa de identificação o objetivo é definir o escopo de atuação, a classe dos
problemas envolvidos, o tipo de tecnologia utilizada e a viabilidade técnica e econômica
da construção do sistema.
Para isto, o engenheiro de conhecimento deve pedir ao especialista a indicação
de bibliografias do domínio, documentos, fazer entrevistas, para ter uma idéia da
complexidade, formulando assim um modelo de interação sistema-usúario.
Na etapa de conceituação, o engenheiro de conhecimento começa a formular
conceitos, suas relações entre si, o que deve ser representado computacionalmente e o
que não pode ser. Para isto, o engenheiro de conhecimento realiza entrevistas com o
especialista, formulando questões baseadas em pesquisas bibliográficas, documentos e
32
pode observar o especialista atuando no chão de fábrica, se for o caso, e definir quais
serão os dados de entrada e saída.
Na etapa de formalização, o engenheiro de conhecimento faz a modelagem
computacional do problema, ou seja, define qual a melhor técnica para representação do
conhecimento, como frames, redes semânticas, regras de produção e etc.
Deve-se ressaltar que tal escolha deve ser adequada para representar os
conceitos e as relações do domínio, representar a inferência requerida na tarefa e a
eficiência para adquirir e modificar o conhecimento representado.
Na etapa correspondente a implementação, o engenheiro de conhecimento
selecionará a linguagem na qual será codificado de forma expressiva o conhecimento
requerido na formalização.
O engenheiro de conhecimento pode optar por alguma linguagem de
programação como Lisp ou Prolog, ou ainda utilizar ferramentas denominadas Shells,
especialmente projetadas para facilitar a construção dos Sistemas.
Como resultado, após esta fase, obtém-se um protótipo que deverá ser validado
pelo especialista.
Por último, na etapa referente aos testes, o engenheiro de conhecimento avalia
junto ao especialista a funcionalidade do sistema. Nesta fase não existem técnicas
definidas para efetuar os testes que devem ser aplicados ao sistema.
Pesquisas indicam que a técnica mais indicada é deixar o sistema funcionando
no ambiente onde será utilizado.
2.15 - Ferramentas de Suporte na Construção de Sistemas Baseados em
Conhecimento
Pode-se facilitar a construção dos Sistemas Baseados em Conhecimento
utilizando-se uma ferramenta baseadas nas linguagens LISP, PROLOG ou uma
linguagem orientada a objeto. Essas ferramentas estão divididas em dois grupos:
• Ferramentas de Apoio: normalmente vários tipos de representação de
conhecimento, monitoramento de inferência, assim como interface para
Aquisição de Conhecimento. Ex: ART, Babylon, KEE, Knowledge Craft, Loops,
Flex, Elements Enviroment.
33
• Shell: geralmente oferecem um esquema de Representação de Conhecimento e
Motor de Inferência. Ex: Insight, KES, MED2, M.1, CLIPS, Personal
Consultant, S.1, Timm, Expert SINTA.
2.16 - Técnicas de Aquisição de Conhecimento
Como foi dito anteriormente, a aquisição de conhecimento é considerada como
o “gargalo” na construção dos sistemas inteligentes destacando-se que esta fase da
construção ainda é artesanal e subjetiva.
Muito se tem feito para sistematizar ou automatizar o processo de aquisição de
conhecimento, podem-se citar:
• Técnicas de aquisição de conhecimento manuais baseadas em entrevistas,
em acompanhamentos ou modelos;
• Técnicas de aquisição semi-automáticos baseados em teorias cognitivas ou
em modelos existentes;
• Tecnologia de aprendizado de máquina;
• Tecnologia de mineração de dados;
• Tecnologia de mineração de textos.
Neste trabalho de dissertação, serão abordadas as técnicas manuais baseadas
em descrições, entrevistas estruturadas e semi-automáticas baseadas em reuso da
representação e dos mecanismos de inferência, por terem sido aplicadas no
desenvolvimento do sistema proposto.
2.16.1- Aquisição de Conhecimento Baseado em Descrições
Esta técnica consiste na aquisição de conhecimento através da análise e estudo
de documentos e referências bibliográficas sobre o domínio ou ainda de alguns
exemplos previamente cadastrados.
34
É responsabilidade do engenheiro de conhecimento adquirir os conhecimentos,
através dos meios mencionados e também principalmente através do especialista, para
depois codificá-los em uma base de conhecimento.
2.16.2 - Aquisição de Conhecimento Baseado em Entrevistas Estruturadas
Esta técnica ainda hoje é a mais comum, pois envolve o diálogo direto entre o
especialista e o engenheiro de conhecimento. Contudo, não se dispensa uma consulta
bibliográfica para um melhor entendimento do problema.
Depois de coletadas por meio convencional tal como questionários, as
informações serão analisadas e modeladas (RESENDE, 2003).
Este tipo de abordagem pode ser aplicado nas fases de identificação e
conceituação, onde é definida a descrição do domínio, fazendo com que exista uma
comunicação organizada entre o engenheiro de conhecimento e o especialista.
Esta técnica tem como objetivo reduzir a subjetividade obtendo uma descrição
da tarefa, do domínio em questão e uma descrição de suas limitações.
A figura 2.6 dá uma idéia esquemática dos métodos manuais mencionados
anteriormente.
Figura 2.6 – Aquisição e Representação do Conhecimento
Especialista
Conhecimento
Documentado
Engenheiro
de
Conhecimento
Base
de
Conhecimento
codificação
Elicitação
35
2.16.3 - Aquisição de Conhecimento Baseado no Reuso da Representação e
dos Mecanismos de Inferência
Nesta técnica, aplica-se uma ferramenta computacional conhecida como Shell,
que tem o objetivo auxiliar o engenheiro de conhecimento, o especialista ou o próprio
usuário a construir a base de conhecimento, tornando o processo mais rápido.
Tal ferramenta oferece facilidades na aquisição do conhecimento, pois utilizam
uma linguagem abstrata para descrição de regras e um mecanismo de geração
automática da interface com o usuário final.
Ressalta-se que é necessário analisar a forma de representação. O mecanismo
de inferência utilizada por um determinado Sistema Baseado em Conhecimento poderá
ser reutilizado no domínio em questão.
2.17 - Considerações e Aplicações de Sistemas Inteligentes
Apesar dos computadores serem mais rápidos que os seres humanos no
processamento de informações assim como em outras funções, para que o mesmo
consiga desempenhar tarefas que só os humanos conseguem fazer, deve-se muni-los dos
devidos conhecimentos para efetuar os processamentos desejados.
Com o avanço da tecnologia está sendo possível o desenvolvimento de
ferramentas que dotadas de conhecimentos especializados podem desempenhar funções
que antes somente as pessoas desempenhavam dentro dos seus departamentos.
Os sistemas baseados em conhecimento estão na vanguarda dessa geração de
novas técnicas e ferramentas.
A importância dos sistemas baseados em conhecimento para as mais variadas
organizações e seus departamentos encontra-se na capacidade desses sistemas de
preservar, aproveitar e fazer uso de recursos cada vez mais valiosos: o talento e a
experiência dos seus especialistas em todos os seu setores.
Durante a construção dos sistemas, os conhecimentos técnicos e heurísticos dos
especialistas são capturados, organizados e disponibilizados em uma base de
conhecimento.
36
Uma vez construído estes conhecimentos se tornam permanentemente
acessíveis, facilmente recuperáveis e podem ser utilizados por qualquer usuário,
independente de sua capacitação. As principais vantagens da aplicação dos sistemas
especialistas são:
• Aumento da produtividade;
• Aumento no processamento e qualidade do produto;
• Redução do tempo ocioso;
• Armazenamento e recuperação do conhecimento;
• Habilidades para resolver problemas complexos;
• Realizam trabalhos em ambientes de grande perigo;
• Transferência de conhecimentos para locais remotos.
A seguir, cita-se alguns exemplos de aplicação de Sistemas Inteligentes na
engenharia de um modo em geral:
• ANEXO A – Nariz Artificial;
• ANEXO B – Diagnóstico de Falhas de Transformadores;
• ANEXO C – Aplicação de Redes Neurais Artificiais em Laminação;
• ANEXO D – Fusão de Sensores;
• ANEXO E – Sistema Especialista para Otimizar Processos de
Usinagem e Aumentar os Lucros;
• ANEXO F – Desenvolvimento de Protótipo de Sistema Especialista
para Escolha do Tipo de Fundações.
37
Capítulo 3 - Proposição
Neste capítulo serão abordados todos os parâmetros que devem ser controlados pelo
especialista para a determinação da rugosidade ideal.
3.1 - O Problema da Escolha dos Parâmetros de Rugosidade
O estudo a ser desenvolvido é o resultado de uma série de entrevistas e
discussões realizadas com o especialista em usinagem por descargas elétricas, do qual o
conhecimento foi elicitado.
A escolha dos parâmetros para a determinação da rugosidade no processo de
usinagem por descargas elétricas é a fase mais complexa do processo, pois envolve uma
série de conhecimentos heurísticos e teóricos contidos em manuais técnicos fornecidos
pelos fabricantes de cada equipamento.
Acontece que os conhecimentos disponíveis nos manuais tornam-se
ineficientes, pois estes são obtidos em condições laboratoriais de teste o que não ocorre
no chão de fábrica.
Variações de tensão na rede elétrica, condições inadequadas de instalação,
desgastes dos componentes eletrônicos, fazem surgir novos parâmetros, prevalecendo a
experiência adquirida pelos especialistas em cada situação.
É recomendado pelos fabricantes de alguns equipamentos que o especialista
faça um relatório de acompanhamento de cada operação, para encontrar as melhores
condições possíveis em termos de velocidade de usinagem, menor desgaste do eletrodo
e menor rugosidade.
O que normalmente acontece é que os novos parâmetros e conhecimentos não
são registrados pelo especialista durante a sua permanência na empresa, daí a
necessidade de um Sistema Especialista para solucionar este problema.
Outros fatores que dificultam a determinação destes parâmetros esta na perda
deste manual, transferência, aposentadoria ou demissão do especialista, ocasionando
prejuízo na produção.
38
A escolha dos parâmetros para determinação da rugosidade ideal para cada
superfície usinada é de extrema importância, pois ela é fator determinante para as
diversas formas de aplicação e utilização deste processo.
De um modo geral os parâmetros definidos na utilização deste processo são os
seguintes:
• Seleção do material a ser usinado;
• Seleção do material do eletrodo;
• Valor da Rugosidade;
• Determinação da intensidade da corrente;
• Determinação do tempo do impulso (Ton);
• Determinação do tempo de pausa (Toff);
• Determinação da polaridade;
• Gap;
• Remoção de material x desgaste do eletrodo;
• Sistema de limpeza.
A seguir, serão mencionados com mais detalhes os respectivos parâmetros.
3.1.1 - Material a Ser Usinado
O material a ser usinado é especificado no projeto de acordo com a aplicação.
Teoricamente todos os materiais condutores de eletricidade podem ser usinados. Os
mais utilizados pela indústria no chão de fábrica são o aço e pastilha de carboneto.
3.1.2 – Material do Eletrodo
Em se tratando de eletrodos, os materiais mais utilizados na sua confecção são:
cobre eletrolítico, grafite e, em raras ocasiões, o cobre tungstênio (usinagem de pastilha
de carboneto), por questões de custo.
39
Geralmente na maior parte dos trabalhos executados nesta área utiliza eletrodos
de cobre eletrolítico.
Uma vez definido o tipo de material a usinar, o material do eletrodo e a
rugosidade, o especialista determina a intensidade da corrente.
3.1.3 – Rugosidade
Entende-se por rugosidade a cratera que contém uma certa profundidade,
produzida por um pulso de corrente e tem como unidade básica o mícron.
Sua profundidade é controlada por instrumentos óticos ou eletrônicos nos
laboratórios de metrologia (rugosímetro).
No chão de fábrica, geralmente o especialista elabora uma régua como amostra
de alguns estados de acabamento normalizado. Isto facilita a visualização e a escolha da
regulagem padrão.
3.1.4 - Intensidade da Corrente
A escolha dos parâmetros de intensidade da corrente ou amperagem de
trabalho pelo especialista é realizada a partir da secção do eletrodo que estará exposta ao
centelhamento, ou seja, a área de contato frontal do eletrodo em relação à área a ser
usinada.
De acordo com o material de que são constituídos o eletrodo e a peça, existem
valores adequados para a aplicação da amperagem, em função da superfície frontal,
como mostra a tabela 3.1 (SENAI, 1981).
Tabela 3.1 – Tabela de valores para o cálculo de amperagem
Eletrodo Material a usinar Amperagem
Cobre Aço 0,07 A/mm
2
Grafite Aço 0,01 A/mm
2
Cobre Tungstênio Aço 0,14 A/mm
2
Cobre Tungstênio Pastilha de Carboneto 0,05 A/mm
2
40
A seguir é exemplificado o cálculo de amperagem para um processo com as
seguintes características:
• Material do eletrodo: cobre eletrolítico;
• Material da peça a ser usinada: aço.
O perfil do eletrodo para o calculo da área é dado conforme a figura 3.1.
Calculo da área: S =
π
* R * r
R = 16,946 mm, r = 6,9461 mm,
π
= 3,14159 portanto:
S =
π
* 16,946 * 6,946
S = 369,786 mm
2
Com base na tabela acima se tem que para usinagem de cobre eletrolítico e
peça de aço o valor máximo de amperagem que pode ser aplicado é:
369,786mm
2
* 0,07 A/mm
2
= 25,885 A
A determinação da amperagem aplicada tem importante influência no processo
de usinagem sendo que dela surge o fenômeno denominado GAP.
Nota-se que quanto maior a intensidade da corrente aplicada, maior será a
velocidade de remoção de material, maior desgaste do eletrodo, maior rugosidade e
maior o valor do gap.
3.1.5 - Tempos de Impulso e Pausa ( Ton / Toff )
A escolha dos tempos de impulso e pausa tem também fundamental
importância no processo. Os tempos de impulso e pausa são gerados por um gerador,
equipamento que converte a corrente alternada e emite impulsos de tensão contínua de
forma retangular.
R
r
Figura 3.1 - Elipse
41
Os tempos de impulso (Ton) correspondem aos tempos de descarga da corrente
sobre o eletrodo e os tempos de pausa (Toff), correspondem à interrupção do fluxo da
corrente entre uma descarga e outra.
Na usinagem com impulsos curtos, provoca-se um desgaste crescente no
eletrodo, menor comprimento da faísca, menor rugosidade e por conseqüência menor
velocidade de remoção de material.
Cabe ressaltar que o desgaste do eletrodo é dado em porcentagem e representa
a relação da quantidade de material retirado na peça. Já a remoção de material é medida
em mm3/min, ou seja, o volume de material removido por minuto.
Existem certas situações no chão de fábrica em que estas relações são mais
importantes do que a qualidade da superfície usinada, ou seja, a rugosidade.
Outro fator de grande importância é a determinação da polaridade do eletrodo.
Para usinagem com impulsos longos, determina-se a polaridade positiva para o eletrodo
e negativa para a peça.
Sabe-se que na usinagem de aços com eletrodos de cobre, o limite de duração
dos impulsos é de aproximadamente cinco milionésimos de segundo.
Esses parâmetros são determinados pelo especialista individualmente, de
acordo com as características físicas do material do eletrodo e peça a usinar.
3.1.6 – Gap
Outro fator de grande importância é a determinação do GAP ou folga
provocado pelo comprimento da faísca entre o eletrodo / peça como mostra a figura 3.2.
O GAP calculado de forma errônea pode comprometer a aplicação para qual a peça fora
projetada.
Para calcular o dimensionamento do eletrodo em função da rugosidade que se
deseja obter, independente do material, o especialista utiliza a fórmula descrita abaixo
da figura 3.2:
42
Figura 3.2 – GAP (SENAI, 1981).
Mf = Mn – (2*GAP + 2r + CS);
Mf = Medida final da cavidade;
Mn = Medida nominal do eletrodo;
GAP = Comprimento da centelha;
r = Rugosidade;
CS = coeficiente de segurança (10%).
O GAP frontal é calculado como: 1GAP+r
Vale lembrar que coeficiente de segurança é utilizado apenas em operações de
desbaste não havendo tal coeficiente quando se trata de operações de acabamento onde
a precisão do processo pode chegar a 0,005mm.
Deve-se salientar que o GAP é conseqüência de fatores como amperagem,
tempo de impulso e do tipo do sistema de limpeza (lavagem), utilizado para a remoção
dos resíduos acumulados na região das descargas elétricas.
3.1.7 - Remoção de Material / Desgaste do Eletrodo
Durante o processo de usinagem por descargas elétricas é produzida uma
remoção de material (velocidade de usinagem) tanto na matéria prima a usinar, cuja
unidade de medida é mm
3
/min, quanto no eletrodo (desgaste) onde o valor é dado em
porcentagem.
43
O objetivo da usinagem por este processo é conseguir o máximo de remoção de
material com o mínimo de desgaste possível, ajustando-se parâmetros já mencionados,
ou seja, intensidade da corrente, tempo de impulso, tempo de pausa, polaridade e
lavagem.
Com os parâmetros citados devidamente definidos, pode-se calcular o tempo
de usinagem para determinada operação, com uma margem de acerto de 78% a 85%.
3.1.8 - Sistema de Limpeza (Lavagem)
De acordo com a natureza do processo, o especialista pode utilizar dois tipos de
sistema de lavagem:
• Lavagem por pressão ou injeção;
• Lavagem por aspiração ou sucção.
A lavagem por injeção tem como finalidade injetar o dielétrico por via lateral
ou frontal geralmente utilizadas em operações com cavidades não-passantes, como
mostra a figura 3.3.
Figura 3.3 – Sistema de Limpeza por Pressão (SENAI, 1981).
Cabe salientar que o valor do GAP utilizando o sistema de pressão como
limpeza é maior do que utilizando o sistema de limpeza por sucção.
entrada do dielétrico
saída do dielétrico
44
Neste tipo de sistema as partículas de material erodido podem entrar em
contato com o eletrodo e a peça, ocasionando curto-circuito e um aumento nas
dimensões da cavidade ou conicidade das paredes laterais, fato que não ocorre na
limpeza por sucção, como mostra a figura 3.4.
Figura 3.4 - Sistema de Limpeza por Sucção (SENAI, 1981).
Percebe-se então o quanto é importante o registro, conservação e acesso de
todos os parâmetros para se chegar a uma perfeita rugosidade com o mínimo de
desgaste do eletrodo e máxima velocidade de usinagem e precisão.
Na tabela 3.2 estão contidos os parâmetros mencionados, fornecidos por um
fabricante de máquinas de usinagem por eletroerosão os quais são selecionados pelo
especialista de acordo com a natureza do processo (MANUAL DE INSTALAÇÃO E
OPERAÇÃO ENGEMAQ, 1999).
saída do dielétrico
entrada do dielétrico
45
Tabela 3.2 – Tabela de Parâmetros de Rugosidade
Electrode: Electrolytic Cooper Work Piece: Steel Electrode Polarity: (+) Tension : 100 V
Setting Values
Rougness
Stock Removal - Vw
Wear Rate - Vv
Undersize Gap _ 2 gs = 2 gap side
Test Conditions
Pressure (mm) Aspiration (mm) Vmin Iav Área
Ton
Ts
Toff
Rmax
Vw
mm3 / min
Vv
%
2gs max
2 gs
2 gs max
2 gs
Volt
A
Cm
2
5
1
48
7
1,6
10
0,071
0,045
0,058
0,032
45
1
5
5
3
48
8
9,6
40
0,090
0,057
0,077
0,044
43
2
5
10
1
65
8
4
5
0,085
0,053
0,072
0,040
45
2
5
10
3
71
11
21
24
0,121
0,072
0,109
0,056
43
4
5
20
1
76
11
6,8
3
0,114
0,068
0,099
0,053
45
2
5
20
3
83
16
32
11
0,150
0,086
0,135
0,071
40
6
5
50
5
91
26
81
8,0
0,226
0,118
0.,212
0,103
32
15
10
50
14
91
37
264
22
0,319
0,153
****
***
30
42
15
75
1
83
16
5
0
0,155
0,09
0,138
0,073
38
2.,5
5
75
18
86
48
368
18
0,386
0,180
***
***
30
55
15
100
1
87
19
3.5
0
0,172
0,096
0,156
0,08
36
2,.5
5
100
18
89
54
376
15
0,443
0,197
***
***
30
56
15
150
2
88
26
16
0
0,223
0,121
0,208
0,100
38
6,5
5
200
11
92
57
216
4,3
0,460
0,204
***
***
30
37
10
46
3.2 - Considerações Finais
O processo de usinagem por descargas elétricas ou eletroerosão é o último
processo a ser aplicado nas ferramentas que necessitam deste método de fabricação,
portanto, o processo exige uma atenção especial.
Este processo é aplicado quando a peça passou por vários outros processos de
usinagem, possuindo um alto valor agregado.
Se algo acontece de errado nesta fase, todos os processos de usinagem
anteriores serão perdidos, gerando um retrabalho de todas as fases operacionais. Além
de perder toda matéria prima, o tempo e a mão de obra gerada com o retrabalho geram
grandes prejuízos.
O tempo gasto na consulta de manuais na busca de todos parâmetros para
preparação do equipamento antes mencionado, somado a possíveis erros que podem
acontecer, implicam no preço final da ferramenta.
É importante notar que todos os valores contidos nas tabelas de usinagem
foram obtidos em condições laboratoriais de teste, podendo haver variações em função
do material do eletrodo, procedimentos operacionais, lavagem utilizada, variação da
rede elétrica e outras condições.
Uma das possibilidades encontradas refere-se ao uso de sistemas inteligentes
que propiciem a automatização de ações antes feitas exclusivamente pelo homem dentro
dos setores produtivos.
Nos dias atuais, em que a globalização requer uma postura mais agressiva das
empresas, estes sistemas são de fundamental importância, obrigando-as a explorar todas
as possibilidades que possam resultar em aumento de competitividade e produtividade.
Com isto, conclui-se que seja necessária a implantação de um sistema
especialista com o objetivo de preservar e fornecer de forma otimizada todos os
conhecimentos teóricos e heurísticos e além de tudo armazenar novos conhecimentos
que antes apenas os especialistas os possuía.
47
Capítulo 4 – Material e Método
Este capítulo é destinado à exposição dos materiais e métodos utilizados para o
desenvolvimento deste trabalho.
4.1 - Materiais
O Sistema Especialista foi desenvolvido utilizando-se um computador com a
seguinte configuração:
• Padrão IBM PC;
• Processador AMD – K6;
• 152,0 MB RAM;
• Sistema Operacional Windows 98;
• HD 10 GB.
Utilizou-se o Shell Expert SINTA, versão 1.1.2.0, de domínio público,
desenvolvida no LIA (Laboratório de Inteligência Artificial da Universidade Federal do
Ceará) e implementada em linguagem orientada a objeto.
4.2 - Método
A presente dissertação foi elaborada em duas fases. A primeira consistiu em
uma revisão bibliográfica sobre usinagem não tradicional com ênfase na usinagem por
descargas elétricas e sistemas inteligentes.
A segunda fase trata das etapas do desenvolvimento do sistema, técnica e
metodologia empregada e sua configuração.
4.2.1 - Sistema Especialista Aplicado à Técnica de Usinagem por
Eletroerosão
O Sistema foi desenvolvido com o objetivo de auxiliar o usuário (especialista)
a determinar de forma otimizada os parâmetros necessários para se obter um certo grau
de rugosidade nas superfícies manufaturadas pelo processo de usinagem por descargas
elétricas.
48
O sistema mencionado armazena em sua base de conhecimento conhecimentos
heurísticos e teóricos; além do conhecimento existente em sua base, o sistema é capaz
de armazenar novos conhecimentos adquiridos pelo especialista no seu dia-a-dia.
Para que o processo seja eficaz, o sistema é dotado de uma interface gráfica
capaz de questionar o usuário e reunir informações para a seleção dos seguintes
parâmetros:
• Seleção do material a usinar;
• Seleção do material do eletrodo;
• Valor da Rugosidade;
• Determinação da intensidade da corrente;
• Determinação do tempo de impulso e pausa;
• Seleção da polaridade;
• Gap (pressão e aspiração);
• Velocidade de remoção de material;
• Desgaste do eletrodo;
• Tensão mínima;
• Área de contato do eletrodo.
A técnica utilizada para o desenvolvimento do Sistema Especialista é baseada
na Aquisição de Conhecimento.
A implementação do conhecimento no ambiente computacional foi realizada
utilizando-se a Shell Expert SINTA, versão 1.1.2.0.
O Expert SINTA é uma ferramenta computacional que utiliza técnicas de
Inteligência Computacional para geração automática de sistemas baseados em regras de
produção (production rules) com a possibilidade de inclusão de conectivos lógicos (E,
OU, SIM, NÃO, =, <, >, <, >) relacionados aos atributos no escopo do conhecimento e
o uso de probabilidades (MANUAL SINTA EXPERT, 1996).
O Expert SINTA é um Shell implementado na linguagem orientada a objetos
Borland Delphi, o que proporciona ótimo suporte visual e fácil operação.
49
O sistema foi desenvolvido e testado em um computador padrão IBM-PC com
152,0 MB de memória RAM, HD de 10GB, sistema operacional Windows 98 e pode ser
utilizado nas plataformas Windows 3x ou superior incluindo NT.
O desenvolvimento do sistema foi dividido em cinco etapas:
• Identificação do problema;
• Conceituação;
• Formalização;
• Implementação;
• Testes.
A seguir o método de desenvolvimento será descrito, tendo como referência às
fases acima mencionadas.
4.2.2 - Etapas de Desenvolvimento do Sistema
Nas etapas de identificação e conceituação do problema, foram realizadas
pesquisas bibliográficas sobre o domínio em questão e entrevistas no chão de fábrica
com o especialista, para se definir o que realmente deveria se fazer representar no
sistema para satisfazer as condições impostas pelo usuário.
Definiu-se então que o sistema questionaria o usuário sobre qual o tipo de
material seria usinado, qual o material do eletrodo e qual o valor da rugosidade. A
comunicação entre o sistema e o mundo exterior, ou seja, os questionamentos deveriam
ser feitos e respostas deveriam ser obtidas, por meio de uma interface de fácil
entendimento ao usuário.
Na etapa de formalização ou modelagem computacional, definiu-se que o
conhecimento do especialista seria representado por regras de produção (production
rules) com estruturas do tipo SE – ENTÃO (if - then).
Esta sem dúvida, foi a parte mais trabalhosa no desenvolvimento do sistema,
pois se buscou representar os conceitos e as relações do domínio mediante as regras de
produção.
50
4.2.3 - Arquitetura do Sistema Especialista Aplicado à Técnica de
Usinagem por Eletroerosão
Figura 4.1 – Arquitetura do SE Aplicado à Técnica de Usinagem por Eletroerosão.
Como mencionado no capítulo 2, abordaremos a seguir apenas o módulo
correspondente a Base de Conhecimento representada na figura 4.1. Os outros módulos
do sistema, já foram abordados na revisão da literatura.
4.2.3.1 - Base de Conhecimento
A base de conhecimento é um dos pontos mais críticos no desenvolvimento do
Sistema, pois é o local onde está armazenado o domínio do conhecimento, ou seja, é o
local onde se encontra o conhecimento necessário para a resolução de problemas.
Todos os conhecimentos neste caso estão representados por regras de
produção, técnica utilizada na representação do conhecimento do domínio em questão.
Esta técnica utiliza uma série de estruturas do tipo SE - ENTÃO.
MEMORIA DE TRABALHO
MOTOR
INFERÊNCIA
INTERFACE
USUÁRIO
USUÁRIO
BASE DE CONHECIMENTO
BD
-
1
BD
-
2
BD
-
3
51
As regras de produção são ideais para modelar o conhecimento humano, no
qual uma determinada solução deve ser atingida a partir de um conjunto de seleções,
graças a sua modularidade, facilidade de edição e transparência do sistema.
A seguir será demonstrado um exemplo de como é representados uma regra de
produção e seus componentes dentro da Shell EXPERT SINTA:
SE matéria prima = METAL DURO
E eletrodo = COBRE TUNGSTÊNIO
E rugosidade = metal duro / cobre tungstênio = 15
ENTÃO TAB_1 METAL DURO/TUNGSTÊNIO.....
Os conseqüentes de uma regra são denominados cabeças e os antecedentes de
caudas. A estrutura de cada premissa (cauda) é representada pelo seguinte modelo:
< conectivo > < atributo > < operador > < valor >
• Conectivo: Sua função é unir a sentença ao conjunto de premissas utilizadas que
formam a seção de antecedentes de uma regra. Ex: E, OU;
• Atributo: Variável capaz de assumir uma ou múltiplos valores no decorrer da
consulta à base de conhecimento. Ex: O atributo Rugosidade pode receber
valores da lista de valores pré-definida [ 7, 8, 9,10...];
• Operador: Elo de ligação entre o atributo e o valor da premissa que define o tipo
de comparação a ser realizada. Ex: =, >, <> e etc;
• Valor: É um item de uma lista previamente criada e relacionada a um atributo.
Ex: Eletrodo.
As listas criadas podem ser utilizadas para a construção de menus para que o
Sistema faça perguntas como: Qual o material do eletrodo?
Já a estrutura de cada conclusão (cabeça) é representada pelo seguinte modelo:
Premissas
da Regra
Conclusões
52
< atributo > = < valor > < grau de confiança >
• Atributo: Equivalente ao usado em caudas;
• “=“ é um operador de atribuição e não uma igualdade. Se a variável pode
acumular múltiplas instâncias, o novo valor substituirá o antigo ou será
empilhado ao demais;
• Valor: Equivalente ao mesmo valor usado em caudas;
• Grau de Confiança: Porcentagem que indica a confiabilidade daquela conclusão
na regra. Varia de 0 % a 100 %.
Particularmente, esta base de conhecimento é formada por três bases de dados,
visando otimizar a busca dos objetivos. São elas: BD–1, BD–2 e BD–3.
Em BD-1, estão armazenados todos os conhecimentos necessários à seleção de
parâmetros para o processo com as seguintes características físicas:
• Material a usinar: Metal duro;
• Material do eletrodo: Cobre tungstênio;
• Valor da Rugosidade.
A seguir é mostrada uma das regras de produção introduzidas nesta base de
dados:
REGRA - 1
PARÂMETROS 1.1
SE matéria prima = METAL DURO
E eletrodo = COBRE TUNGSTÊNIO
E rugosidade = metal duro /cobre tungstênio = 15
ENTÃO
TAB_ 1/ METAL DURO / TUNGSTÊNIO = Valores Estabelecidos
ton = 20
ts = 18
toff = 53%
Taxa de remoção de material (V.w) = 38mm
3
/ min
Taxa de desgaste do eletrodo (V.v) = 23%
Subdimencionamento = 2gs = 2 gap side
53
2 gs = 0,13
2 gs máx = 0,1
Polaridade do eletrodo = (-)
Tensão = 100 V
Condições de Teste
Voltmin = 40
Ampers = 20
Área = 20 cm
2
Em BD-2, estão armazenados todos os conhecimentos necessários à seleção de
parâmetros para o processo com as seguintes características físicas:
• Material a usinar: Aço;
• Material do eletrodo: Grafite;
• Valor da Rugosidade.
A seguir é mostrada uma das regras de produção introduzidas nesta base de
dados:
REGRA - 1
PARÂMETROS 1.1
SE matéria prima = AÇO
E eletrodo = GRAFITE
E rugosidade = AÇO / GRAFITE = 8
ENTÃO
TAB_ 1/ AÇO / GRAFITE = Valores Estabelecidos
ton = 5
ts = 1
toff = 56%
Taxa de remoção de material (V.w) = 1mm
3
/ min
Taxa de desgaste do eletrodo (V.v) = 31%
Subdimencionamento = 2gs = 2 gap side
Pressão (mm) = 2gsmáx = 0,083
2gs = 0,054
Aspiração (mm) = 2gsmáx = 0,074
2gs = 0,047
Polaridade do eletrodo = (+)
54
Tensão = 100 V
Condições de Teste
Voltmin = 35
Ampers = 1,5
Área = 5 cm
2
E, finalizando, em BD-3, estão armazenados os conhecimentos necessários à
seleção de parâmetros para o processo com as seguintes características físicas:
• Material a usinar: Aço;
• Material do eletrodo: Cobre eletrolítico;
• Valor da Rugosidade.
A seguir é mostrada uma das regras de produção introduzidas nesta base de
dados:
REGRA - 1
PARÂMETROS 1.1
SE matéria prima = AÇO
E eletrodo = COBRE ELETROLITICO
E rugosidade = AÇO / COBRE ELETROLITICO = 7
ENTÃO
TAB_ 1/ AÇO / COBRE ELETROLITICO = Valores Estabelecidos
ton = 1
ts = 5
toff = 48%
Taxa de remoção de material (V.w) = 1,6mm
3
/ min
Taxa de desgaste do eletrodo (V.v) = 10%
Subdimencionamento = 2gs = 2 gap side
Pressão (mm) = 2gsmáx = 0,071
2gs = 0,045
Aspiração (mm) = 2gsmáx = 0,058
2gs = 0,032
Polaridade do eletrodo = (+)
Tensão = 100 V
Condições de Teste
Voltmin = 45
55
Ampere = 1,0
Área = 5 cm
2
4.2.4 - Desenvolvimento do Ambiente do Sistema Especialista Aplicado à
Técnica de Usinagem por Eletroerosão
O Sistema foi desenvolvido a partir da edição da Base de Conhecimento, ou
seja, a partir da implementação do conhecimento do especialista através das regras de
produção.
A seguir será mostrado todo o procedimento necessário para a criação do
sistema em sua totalidade.
4.2.4.1 - Definição das Variáveis
A definição das variáveis ou atributos e suas respectivas listas têm a finalidade
de criar uma base de conhecimento organizada. Dessa forma, as regras de produção
podem ser criadas visualmente.
Através da janela de edição de variáveis se pode adicionar ou eliminar todas as
variáveis e valores. Para se ter acesso à janela de edição das variáveis o especialista
escolhe a opção: Variáveis no menu apresentado na figura 4.2.
Cada variável pode ainda assumir uma ou múltiplos valores; as variáveis
numéricas podem receber um intervalo restrito para a entrada de valores pelo usuário.
No sistema proposto, não houve a necessidade de criar nenhuma variável numérica.
Como já foi mencionado anteriormente, por questões de otimização, no sistema
foram criados três bases de dados distintas cada uma com seus respectivos parâmetros,
caracterizados pelas condições do processo.
56
Figura 4.2 – Tela de Menu para criação de variáveis
4.2.4.2 – Definindo os Objetivos
Para realizar uma consulta no sistema especialista, é necessário definir quais
serão os objetivos do sistema. Nesta Shell em particular eles são tratados de variáveis
objetivos.
As variáveis objetivas têm a função de controlar o modo como o motor de
inferência irá se comportar quando o sistema especialista for acionado para uma
consulta.
Depois de criada as variáveis como mencionado anteriormente, a figura 4.3 nos
mostra o menu de opções e nele a opção Objetivos que permite determinar quais das
variáveis serão os objetivos do sistema.
Depois de definido quais variáveis são as variáveis objetivos, o sistema faz sua
comunicação com o usuário através de menus de simples caso a variável tenha um único
valor ou múltipla escolha, caso a variável seja multivalorada.
57
Figura 4.3 – Tela de Menu para definição de objetivos
Os menus são construídos de forma automática pela Shell do Expert SINTA
agilizando ainda mais o desenvolvimento do sistema.
É atribuída a janela de Interface a responsabilidade de criar, caso necessário,
perguntas que o Sistema Especialista tenha a necessidade fazer ao usuário. Para ter
acesso a esta janela, o especialista faz uso da opção Interface no menu de opções
apresentado na figura.
Para que isto seja possível, é atribuído um determinado valor à variável
declarada, assim como atribuir graus de confiança à resposta dada, como mostra a figura
4.4.
Além de poder definir quais perguntas serão feitas ao usuário, também é
possível incluir textos explicando quais os motivos / ajuda pelos quais aquela pergunta é
necessária, tornando ainda mais claro e interativo o sistema.
58
Figura 4.4 – Tela para formular as perguntas executadas no SE
4.2.4.3 - Edição das Regras de Produção
O passo seguinte após a definição das variáveis e seus valores será a edição
das regras de produção.
As regras de produção podem ser editada a partir da opção Nova Regra,
visualizado na figura anterior. A partir da seleção dos itens SE e ENTÃO, todas as
sentenças podem ser criadas de maneira simples, sem a necessidade de conhecimentos
de programação.
Várias ferramentas de edição como alterar, incluir, excluir, nova, cancelar e
ajuda, estão disponíveis para auxiliar na edição das regras de produção como mostra a
figura 4.5.
59
Figura 4.5 – Edição das regras de produção
4.2.4.4 - Implementando Informações Adicionais
Uma das metas imposta a todo Sistema Especialista é a de conseguir substituir
de forma aceitável o especialista.
Além de todas as informações incorporadas a sua base de conhecimento, vários
tipos de informações complementares, como nome da base, autor, textos de abertura e
principalmente textos didáticos referentes aos objetivos alcançados, podem ser
implementados.
Estas informações tendem a melhorar a interatividade com o usuário e a melhor
compreensão das metas do sistema.
A Shell utilizada para o desenvolvimento deste sistema, informações adicionais
sobre o problema em questão podem ser inclusas e gerar uma tela de abertura fazendo
alguns esclarecimentos sobre o sistema aos usuários logo no primeiro contato com o
sistema especialista. A configuração desta tela é feita através da opção Informações do
menu apresentado na figura 4.6.
Após conclusão desta etapa o sistema poderá ser executado e sua base de
conhecimento consultada.
60
Figura 4.6 – Configuração da Tela de Apresentação do Sistema
4.2.4.5 - Criação de Senhas
Todos os sistemas especialistas na verdade não deixam de ser programas de
computador, portando tem a característica de agregar algum tipo de proteção como
acontece nos software de aplicação comum.
Logicamente neste caso não é comum criar-se um sistema especialista com
uma senha onde o usuário não possa modificar o conteúdo da base de conhecimento.
Na verdade um sistema especialista que não permite que seja exibido o
conteúdo de suas regras, não permite modificá-las e não permite o acompanhamento de
sua execução e a verificação dos resultados obtidos não tem a mesma confiabilidade de
um sistema que permite o acesso completo a suas bases.
A Shell na qual o sistema foi desenvolvido, permite três níveis de segurança:
• Permite a execução e visualização: Com esta opção o usuário do sistema
especialista não tem permissão de modificar sua base, mas poderá executa-la e
imprimir. Esta opção evita que estranhos modifiquem a base de conhecimento.
• Permite somente a execução: Com esta opção o usuário sem a senha apenas
executa o sistema especialista, mas não pode visualizar suas regras ou modificar
sua base.
• Nenhuma permissão: Apenas pessoas com senha podem utilizar o sistema.
Para configurar tais permissões, escolha na barra de menu Exibir Opções e a
janela será exibida como mostra a figura 4.7.
61
Figura 4.7 – Tela para configuração de senhas
4.3 – Considerações Finais
Geralmente a construção de sistemas especialistas agrega os conhecimentos
técnicos de diversas áreas, implicando em riscos de produção e custos.
Uma forma de diminuir tal problema é procurar ferramentas que sejam capazes
de prototipar, avaliar e implementar o projeto de um sistema especialista, procurando
minimizar entre outras coisas o tempo de desenvolvimento.
Uma das principais razões na utilização da Shell Expert SINTA é a facilidade
que o usuário encontra para introduzir novos conhecimentos ou até modificar os já
existentes em sua base de conhecimento.
A possibilidade de inclusão de textos explicativos referentes a cada passo da
execução do sistema facilita o entendimento do programa.
Outro razão está na facilidade na criação da interface de comunicação, aspecto
de muita importância para um bom despenho do sistema, tudo isto sem a necessidade do
usuário possuir grandes conhecimentos na área de informática.
62
Capítulo 5 - Resultados
Neste capítulo serão apresentadas as etapas para a realização de uma consulta no
Sistema Especialista e os resultados dos testes.
5.1 - Inicialização do Sistema Especialista
Após a inicialização do sistema, que deverá ser executado a partir do arquivo
exsinta.Exe, o usuário terá uma barra de ferramentas e um submenu com as opções para
consultar três bases de dados onde estão alocados os conhecimentos necessários para a
determinação da rugosidade desejada, como mostra a figura 5.1.
Figura 5.1 – Sub-menu_ Opções _Bases de Conhecimento
• AÇO_COBRLETROL.BCM: Corresponde à base de conhecimento que contém
todas as informações para a seleção dos parâmetros onde a matéria prima
determinada no processo é o aço e o eletrodo é de cobre eletrolítico.
• METADURO_COBRTUNGS.BCM: Corresponde à base de conhecimento que
contém as informações para a seleção dos parâmetros onde a matéria prima no
processo é o metal duro (Pastilha de Carboneto) e o eletrodo é cobre tungstênio.
63
• AÇO_GRAFIT.BCM: Corresponde à base de conhecimento que contém todas
as informações para a seleção dos parâmetros onde a matéria prima no processo
é aço e o eletrodo é de grafite.
Depois de determinada a escolha da base referente ao processo, inicia-se a
consulta propriamente dita pela opção Consulta na barra de ferramentas e opção Iniciar
do submenu, surgindo então a tela de apresentação da base referenciada como mostra a
figura 5.2.
5.1.1 – Iniciando uma Consulta
Figura 5.2 – Tela de Abertura
A Tela de Abertura contém o nome do sistema, do engenheiro de
conhecimento e um texto dando ao usuário ou especialista uma visão geral do objetivo
do sistema conforme o texto a seguir:
“Este sistema reúne conhecimentos de especialistas em usinagem por descargas
elétricas ou eletroerosão”.
Seu objetivo é apresentar de forma rápida e segura todos os parâmetros para
determinação da rugosidade de acordo com as características físicas do material a
usinar, do material do eletrodo e da intensidade da corrente aplicada.
Todas as informações sobre os ajustes estão separadas e referenciada pela
designação matéria prima a usinar_material do eletrodo.
64
Ex:
Matéria prima: Aço;
Material do eletrodo: Cobre eletrolítico;
Base de Dados: AÇO_COBRLETROL.
Matéria prima: Metal duro;
Material do eletrodo: Cobre tungstênio;
Base de Dados: METADURO_COBRTUNG.
Matéria prima: Aço;
Material do eletrodo: Grafite;
Base de Dados: AÇO_GRAFIT.
No momento você está acessando a base de conhecimento que contém os
parâmetros relacionados com AÇO_COBRE_ELETROLÍTICO.
Para acessar outra base, siga as seguintes instruções abaixo:
Escolha na opção Arquivo na barra de ferramentas e escolha a base desejada”.
Cabe ressaltar que esta tela de abertura será a mesma independentemente da
base de dados escolhida.
5.1.2 - Diálogo entre Usuário e o Sistema Especialista
O primeiro questionamento que o sistema faz ao usuário diz respeito a que tipo
de matéria prima ele ira processar, grau de confiança, o por que, e alerta para que o
usuário escolha apenas uma das opções mencionadas.
Escolhida a opção, como mostra a figura 5.3, o próximo questionamento será
qual a matéria prima do eletrodo.
65
Figura. 5.3 – Diálogo entre usuário e o sistema.
A tela que aparece na figura 5.4 questiona o usuário sobre qual o material do
eletrodo, dando ao usuário um menu com três opções, grau de confiança, o por que e
alertando para que seja escolhida apenas uma opção.
Figura 5.4 – Diálogo entre usuário e sistema.
Satisfeita mais uma condição, o sistema pergunta ao usuário qual o padrão de
acabamento (rugosidade) desejado para aquela superfície, qual seu grau de confiança, o
por que e alerta para que seja escolhida apenas uma alternativa, como mostra a figura
5.5.
66
Figura 5.5 – Diálogo entre usuário e sistema.
Finalizando na figura 5.6, o sistema mostra a tela de resultados que contém
uma tabela com todos os parâmetros necessários para que o especialista consiga o
padrão de rugosidade adequado para cada aplicação.
Figura 5.6 – Tela de Resultados
O Sistema Baseado em Conhecimento assim como todo sistema especialista
tem por missão atingir conclusões para determinados objetivos em domínios
específicos.
Depois de atingido tais objetivos, a Shell do Expert SINTA apresenta uma
janela com os resultados e de como chegou àquelas conclusões.
67
Como mencionado anteriormente o sistema especialista proposto tinha como
objetivo determinar parâmetros para a determinação de rugosidade em superfícies que
utilizam o processo de usinagem por descargas elétricas.
Acima na tela de resultados pode-se visualizar:
• Ton: Corresponde ao tempo de descarga da corrente;
• Ts: Números de transistores acionados para conseguir uma dada amperagem;
• Dt / Toff: Corresponde ao tempo de pausa entre uma descarga e outra;
• Vw: Corresponde à taxa de remoção de material;
• Vv: Corresponde à taxa de desgaste do eletrodo;
• Gap: Corresponde ao comprimento da faísca.
O restante dos parâmetros não visualizado por questões de captura de imagem
é: polaridade, tensão de trabalho, e condições de teste.
Pode-se também na tela de resultados encontrar as seguintes informações:
• Histórico: Exibe o raciocínio usado pelo sistema para chegar até aquela
conclusão através de uma árvore de pesquisa;
• Todos os resultados: Exibe todos os valores das variáveis;
• O sistema: Exibe todas as regras do sistema especialista.
Cabe salientar que no sistema quando o objetivo não é atingido por questões de
incompatibilidade com a base de conhecimento selecionada, ou seja, o usuário deseja
consultar informações que não pertence àquela base, ele será avisado com as seguintes
telas representadas pelas figuras 5.7 e 5.8.
68
Figura 5.7 – Resposta não encontrada
Figura 5.8 – Base de conhecimento incompatível
Figura 5.9 – Fim da consulta
Aqui o usuário termina sua consulta como mostra a figura 5.9. Cabe agora ao
usuário procurar a base de dados ideal na barra de menu, na opção Arquivo e iniciar
uma nova consulta.
69
Para comprovar a eficiência e aplicabilidade do sistema, foram realizados
alguns testes comparativos de tempos na preparação do equipamento utilizando o
sistema convencional (SC) e o sistema especialista (SE).
Os testes foram realizados em uma empresa especializada em usinagem por
descargas elétricas e a máquina utilizada foi uma eletroerosão por penetração de marca
Engemaq de 40 ampères.
Todos os testes apresentados são casos reais. Na ocasião foram usinadas peças
de aço com eletrodo de cobre eletrolítico por serem os materiais mais utilizados no chão
de fábrica.
Os testes foram realizados em duas etapas: Na primeira etapa, foi comparado o
tempo total que o operador gasta para preparar o equipamento de maneira convencional,
ou seja, consultando as tabelas existentes nos manuais e anotações particulares, como
mostra a figura 5.10.
Figura 5.10 – Busca manual dos parâmetros de rugosidade
Logo em seguida, os mesmos testes foram aplicados utilizando o sistema
especialista como mostra a figura 5.11.
70
Figura 5.11 – Busca dos parâmetros utilizando o SE
Foi realizado um total de três aferições e os resultados podem ser visualizados
na figura 5.12.
0
10
20
30
40
50
60
70
1 2 3
Número de Aferições
Tempo de Preparação
(min)
Sistema
Convencional
Sistema
Especialista
Figura 5.12 – Sistema Convencional versus Sistema Especialista
Ao analisar os resultados expressos no gráfico, pode-se perceber uma redução
do tempo de preparação do equipamento de 20% a 30% em média utilizando o sistema
especialista. É uma redução significativa no tempo não-produtivo (envolvendo tarefas
humanas), comprovando a eficiência do sistema especialista.
71
Capítulo 6 - Conclusão
Este capítulo é dedicado à conclusão do trabalho proposto.
Em relação ao operador, notaram-se dois comportamentos distintos. A
princípio houve certa resistência ao sistema especialista, atitude normal quando se
automatiza ações que dependem da execução humana, talvez pelo fato de que certas
informações que antes apenas ele (o operador) possuía, a partir daquele instante estavam
registradas de forma organizada, podendo qualquer usuário ter acesso ao seu conteúdo.
Por outro lado, percebeu-se um certo estímulo na obtenção e introdução dos parâmetros
utilizando o sistema especialista possibilitando-o um novo aprendizado.
A aplicação desenvolvida nesse trabalho permite responder a cada consulta
feita pelo especialista de acordo com os conhecimentos contidos na base de
conhecimento, além de apresentar comentários justificando e orientando cada resposta e
questionamento que são feitos ao usuário.
A utilização da Shell orientada a objeto e utilizando-se regras de produção, as
quais são muito semelhantes à linguagem humana para expressar o conhecimento do
especialista, permitiu de forma simples a introdução ou retirada de um novo parâmetro
adquirido.
Os resultados obtidos nos testes respaldam o trabalho desenvolvido e
qualificam o sistema especialista a ser utilizado no ambiente fabril como importante
ferramenta de otimização, reduzindo de forma significativa os tempos improdutivos,
com conseqüente aumento da produtividade e da qualidade do processo.
A organização e a estruturação do conhecimento fornecida pelo sistema
especialista torna a informação mais consistente e segura, diminuindo a possibilidade de
erros na busca informal dos parâmetros.
O uso de ferramentas computacionais no apoio à tomada de decisões torna-se
cada vez mais necessárias em processos que dependem da qualificação de recursos
humanos, principalmente no tocante ao aprendizado de novos conhecimentos, reforço
do acervo disponível e ordenação dos casos apresentados ao usuário considerando os
critérios definidos.
72
Bibliografia
• Azevedo, S. L.: Desenvolvimento de um Protótipo de Sistema Especialista para
a escolha do tipo de Fundações, dissertação de doutorado do Departamento de
Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, p.300, março,
1999.
• Baptista, E. A, & Coppini, N. L.: Sistema Especialista para otimizar processos
de usinagem e aumentar os lucros, artigo publicado na revista Máquinas e
Metais, Aranda Editora, nº 451, agosto, 2003.
• Brown, J. A.: Modern Manufacturing Processes, first edition, Inc_New York, p.
67-75, 1999.
• Chiaverini, V.:Tecnologia Mecânica, 2º edição, Editora Pearson Education do
Brasil, São Paulo, p. 227-233, 1986.
• Departamento de Engenharia Engemaq.: Manual de Operação e Instalação,
editora Key West, 1999.
• Ferraresi, D.: Usinagem de Metais, 8º edição, Editora ABM, São Paulo, p16-61,
1975.
• Krishnamoorthy, C. S & Rajeev, S.: Artificial Intelligence and Expert Systems
for Engineers, editora CRC Press, Inc USA, New York, p.29-35, 1996.
• Levine, R. I, Drang, D. E & Edelson, B.: Inteligência Artificial e Sistemas
Inteligentes_ Aplicações e exemplos práticos, 1º edição, editora McGraw-Hill,
São Paulo, p. 33-60, 1988.
• LIA, Laboratório de Inteligência Artificial.: Manual do usuário EXPERT SINTA,
Universidade Federal do Ceará, 1996.
73
• Resende, S. O.: Sistemas Inteligentes_ Fundamentos e Aplicações, 1º edição,
editora Manole, São Paulo, 2003.
• Senai: Manual do Operador de Máquinas de Eletroerosão, 1º edição, Coleção
básica cinterfor, p.60, 1981.
• Turban, E. & Aronson, J. E.: Decision Support Systems, 6º edição, editora
Printice-Hall, Inc Upper Saddle River, New Jersey, p. 396-583, 2001.
74
Anexos
ANEXO A – Nariz Artificial
Descrição do Problema
Uma grande variedade de gases e vapores necessita ser analisado em diversas
aplicações como monitoramento ambiental, diagnóstico médico e controle de qualidade
na indústria de alimentos.
Atualmente os odores ainda são analisados por narizes humanos que além da
variação da sensibilidade de olfato de indivíduo para indivíduo, estão sujeito a alergias e
outras infecções, daí a necessidade de construir narizes artificiais.
Técnicas Utilizadas: Para o reconhecimento de odores foram utilizadas as
seguintes técnicas: Redes Neurais, algoritmos Genéticos e “Simulated Annealing”.
ANEXO B – Diagnósticos de Falhas de Transformadores
Descrição do Problema
O diagnóstico de falhas de distribuição de energia elétrica baseada em medidas
feitas em laboratórios requer um conhecimento razoável para a correta interpretação das
medições.
Para ampliar o número de usuários capacitados para analisar os resultados dos
testes em transformadores, necessitava-se de criar um sistema especialista para auxiliar
nesta tarefa.
Técnicas Utilizadas: Aquisição de conhecimento, Sistemas Baseados em
Conhecimento, Reconhecimento de Padrões.
75
ANEXO C – Aplicação de Redes Neurais Artificiais em Laminação
Descrição do Problema
O processo de laminação caracteriza-se por envolver grande quantidade de
parâmetros não-lineares, dentre os quais vários não possuem uma forma de medição
direta, como tensão de escoamento e atrito.
Diversos ensaios de atrito e escoamento são feitos para se estimar condições
exatas de laminação, pois tanto a temperatura como a velocidade de deformação durante
o processo pode não ser a mesma obtida no ensaio.
Com o emprego de redes neurais torna-se possível trabalhar com o processo de
laminação, desconhecendo variáveis mecânicas ou metalúrgicas.
Técnicas Utilizadas: Curvas de funções logarítmicas, determinação de
seqüências de passes de laminação e Redes Neurais Multicamadas.
ANEXO D – Fusão de Sensores
Descrição do Problema
A área de fusão de sensores é muito extensa e tem sido usada na solução de
vários tipos de problemas e diferentes áreas de aplicação.
No exemplo comentado, o objetivo do trabalho é melhorar a precisão e
estabilidade de medidas de distância entre um robô e um objeto no seu ambiente de
trabalho obtida de diferentes sensores.
Técnicas Utilizadas: Algoritmos de Aprendizado de Máquina, Redes Neurais.
76
ANEXO E – Sistema Especialista para Otimizar Processos de Usinagem e
Aumentar os Lucros
Descrição do Problema
No trabalho citado, apresenta-se um sistema especialista para otimizar
processos de usinagem que emprega como base o intervalo de máxima eficiência. A
determinação da condição de corte foi proposta no chão de fábrica e consiste de testes
para obter o coeficiente da vida da ferramenta de corte. O sistema pode ser utilizado nos
modos interativo e totalmente automático (BAPTISTA & COPPINI, 2003).
Técnicas Utilizadas: Aquisição de Conhecimento e Sistema Baseado em
Conhecimento.
ANEXO F – Desenvolvimento de Protótipo de Sistema Especialista para
Escolha do Tipo de Fundações
Descrição do Problema
A engenharia de fundações é uma área do conhecimento que envolve muita
intuição e experiência para encaminhar soluções de grande parte dos problemas que
enfrenta. Na tarefa de escolher os tipos de fundações tecnicamente adequadas às
condições impostas, freqüentemente o engenheiro de fundações trabalha com dados
incompletos e / ou imprecisos, quando, muitas vezes, uma análise qualitativa é mais
importante do que uma análise quantitativa das informações (AZEVEDO, 1999).
Neste trabalho comentado, o objetivo é desenvolver um sistema especialista
para auxiliar na escolha dos tipos de fundações tecnicamente adequados ás condições
impostas pelo usuário.
Técnicas Utilizadas: Aquisição de Conhecimento e Sistema Baseados em
Conhecimento.
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