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Universidade Federal de Itajub
Sistema Inteligente para Tomada Rpida de
Decises nos Sistemas Eltricos
Milton Nunes da Silva Filho
Orientador: Prof. Germano Lambert Torres
Co-orientador: Prof. Luiz Eduardo Borges da Silva
Tese de Doutorado apresentada
Universidade Federal de Itajub, para
obteno do ttulo de Doutor em
Engenharia Eltrica.
Dezembro/2006
ii
Ficha catalogrfica elaborada pela Biblioteca Mau Bibliotecria Cristiane N. C. Carpinteiro- CRB_6/1702
S586s Silva Filho, Milton Nunes da Sistema inteligente para tomada rpida de decises nos sistemas eltricos / por Milton Nunes da Silva Filho. -- Itajub (MG) : [s.n.], 2006. 221 p. : il. Orientador : Prof. Dr. Germano Lambert Torres Co-Orientador : Prof. Dr. Luiz Eduardo Borges da Silva Tese (Doutorado) Universidade Federal de Itajub 1. Sistemas especialistas. 2. Sistemas inteligentes. 3. Extrao de conhecimento. 4. Minerao de dados. 5. Integrao de sistemas. I. Torres, Germano Lambert, orient. II. Silva, Luiz Eduardo Borges da, co-orient. III. Universidade Federal de Itajub. IV. Ttulo. CDU 004.8 : 621.311 (043.2)
iii
Dedico este trabalho
Luisa, Pedro e Rose,
filha, filho e esposa amados
que sacrificaram nossos bons momentos
em prol de nosso crescimento,
e a Irena e Milto, meus pais queridos.
iv
AGRADECIMENTOS
Ao Engenheiro Josias Matos de Arajo por incentivar o meu desenvolvimento
acadmico iniciado em 2000 com uma especializao, seguido de mestrado e culminando
no doutorado em 2006. Sem o seu esforo e ajuda, possibilitando as condies ideais junto
ELETRONORTE, nada teria sido possvel.
Aos professores doutores: Germano Lambert Torres e Luiz Eduardo Borges
da Silva pela dedicao e orientao a este doutorado.
Ao colega acadmico, agora doutor, Carlos Henrique Valrio de Moraes, pela
pacincia e auxlio nos diversos pleitos consultivos.
A todos os colegas da ELETRONORTE que dispuseram seu tempo para
ensinar o seu ofcio, particularmente pelas muitas discusses e crticas que produziram um
trabalho melhor.
Aos meus pais e minha famlia que com sua fora e compreenso me
impulsionaram para um horizonte melhor.
v
NDICE
Captulo 1 Introduo 1
1.1 Definio do Problema 1
1.2 Objetivos 2
1.3 Estrutura desta Tese de Doutorado 3
Captulo 2 Centros de Operao e o Banco de Dados de Desligamentos 5
2.1 Operao do Sistema de Potncia 6
2.2 Insumos Necessrios Atividade de Execuo de Manobras e Anlises de
Ocorrncias 8
2.3 Caracterstica das Ferramentas Computacionais para a Soluo dos Problemas
relacionados aos Sistemas de Potncia 11
Captulo 3 Metodologias das Ferramentas de Extrao e Representao do Conhecimento
25
3.1 Caractersticas do Sistema Especialista Desenvolvido 26
3.1.1 Base de Conhecimento 26
3.1.2 Mquina de Inferncia 28
3.1.3 Estruturas Disponveis para a Confeco da Base de Conhecimento 31
3.1.4 Interface com o Usurio 36
3.2 Caractersticas do Programa de Extrao de Conhecimento 41
3.2.1 Conceitos Bsicos da Teoria dos Conjuntos Aproximados 41
3.2.2 Algoritmo de Extrao de Conhecimentos da Base de Dados 44
3.2.3 Interface com o Usurio 53
Captulo 4 Estudo de Caso: ELETRONORTE 56
4.1 A Empresa 57
4.1.1 Servios Prestados 57
4.1.2 Cenrios para os Prximos Anos 59
4.1.3 Estrutura Organizacional 60
4.2 Estrutura do Centro de Operao de Transmisso 61
Captulo 5 Estruturao da Operao Conjunta dos Sistemas SAP/R3, SAGE e
INFO_OPR 66
5.1 Mdulo PM do Sistema SAP / R3 67
5.2 Sistema Aberto de Gerenciamento de Energia - SAGE 71
5.3 Sistema de Gerenciamento de Informaes Informativo Operacional (INFO_OPR)
75
vi
Captulo 6 Modelo de Operao Conjunta dos Sistemas SAP/R3, SAGE e INFO_OPR 79
6.1 Interface entre INFO_OPR, Mdulo PM do SAP/R3 e SAGE 79
6.2 Programa de Integrao INFO_OPR com SAGE 81
6.2.1 O Integrador em Funcionamento 82
6.3 Programa de Integrao INFO_OPR com o Mdulo PM do SAP/R3 84
6.3.1 O Integrador em Funcionamento 84
6.4 Estrutura dos Bancos de Dados utilizados 85
6.4.1 Banco de dados de sistemas eltricos 85
6.4.2 Banco de dados de equipamentos 86
6.4.3 Banco de dados de Interrupes 87
6.4.4 Banco Estatstico de Interrupes 88
6.4.5 Banco de Indicadores de Desempenho 92
6.4.6 Banco de Regras 92
6.4.7 Banco de Equipamentos_Regras 92
6.5 Sistema Extrator de Eventos de Ocorrncias 93
6.6 Estruturao da Consolidao 98
6.6.1 Relacionamentos entre as entidades 99
6.6.2 Indicadores e Definies Associadas 99
6.6.3 Domnio de Equipamentos 102
6.6.4 Pontos Controlados e Abrangncia 102
6.6.5 Classes de classificao: estados operacionais de equipamentos 104
6.6.6 Formulao dos ndices calculados 104
6.6.7 Procedimentos de clculo 105
6.6.8 Planilha de desempenho consolidada 107
Captulo 7 Concluses 110
7.1 Resumo dos objetivos alcanados 110
7.2 Etapas do desenvolvimento 110
7.3 O sistema em funcionamento na ELETRONORTE 111
7.4 Principal contribuio cientfica 112
7.5 Contribuies secundrias 113
7.6 Trabalhos futuros 113
Referncias bibliogrficas 114
Anexo I Regras NBR7274 117
Anexo II Interface com Usurios, Telas e Funes do Sistema Especialista 121
Anexo III Programa de Extrao de Caractersticas 136
vii
Anexo IV Tecnologia da Informao na ELETRONORTE 145
Anexo V Sistema Integrado de Gesto Corporativa - SIN 149
Anexo VI Sistema Aberto de Gerenciamento de Energia - SAGE 152
Anexo VII Sistema de Gerenciamento de Informaes Informativo operacional
(INFO_OPR) 155
Anexo VIII Estatstica de Desligamentos 166
Anexo IX Indicadores de Desempenho 171
Anexo X Programa de Integrao INFO_OPR com SAGE 173
Anexo XI Sistema de Anlise de Ocorrncias 183
Anexo XII Monitor de Ocorrncias 194
Anexo XIII Relacionamento com o usurio final 203
viii
NDICE DE FIGURAS
Figura 2.1 - Estrutura do Centro de Informaes da Eletronorte 5
Figura 2.2 - Atividades dos operadores e despachantes 6
Figura 2.3 - Uma viso simplificada da aplicao de Sistemas Baseados em
Conhecimento em Sistemas de Potncia 17
Figura 2.4 - Relao entre velocidade de resposta e nvel de stress a que est
submetido o profissional da rea de operao de sistemas de energia 21
Figura 2.5 - Diagrama geral, representativo da utilizao de Sistemas Especialistas
para auxlio a manobras e diagnstico de faltas em sistemas eltricos 23
Figura 3.1 Estrutura de um Sistema Especialista 27
Figura 3.2 Funcionamento da Mquina de Inferncia em Encadeamento Direto:
(a) executando a regra R1 e (b) executando a regra R2 29
Figura 3.3 Funcionamento da Mquina de Inferncia e da rea de Trabalho:
(a) primeira passagem pela regra R1, (b) final da primeira passagem
pela base de conhecimento e (c) segunda passagem pela regra R1 31
Figura 3.4 - Janela principal do programa 37
Figura 3.5 - Abrindo gerenciador de regras 38
Figura 3.6 - Gerenciador de regras 38
Figura 3.7 - Colorao tpica da linguagem 39
Figura 3.8 - Erro encontrado no cdigo das regras 39
Figura 3.9 - Iniciando anlise dos dados 40
Figura 3.10 - Grandezas de sada atualizadas com a anlise 40
Figura 3.11 Conjuntos de Aproximao e Regies de Interesse 42
Figura 3.12 Conjuntos de Aproximao Superior e Inferior e Conjunto Procurado 43
Figura 3.13 Janela Principal do Programa de Extrao de Conhecimento 53
Figura 3.14 Janela no Item Opes 54
Figura 3.15a Janela com Valores Preenchidos 54
Figura 3.15b Janela com Valores Preenchidos 55
Figura 3.16 Janela com as Regras Extradas 55
Figura 4.1 - Localizao Geogrfica 62
Figura 4.2 - Estrutura Organizacional 62
Figura 4.3 - Sistemas Eltricos da Eletronorte 64
Figura 4.4 - Relacionamento entre os Centros de Operao 65
Figura 5.1 - rvore de falha/dag/defeito tpica de uma unidade geradora 69
Figura 5.2 - rvore de falhas das unidades geradoras de 350 MW da UHE Tucuru 70
ix
Figura 5.3 - Relatrio de custos 70
Figura 5.4 - Rede de superviso da ELETRONORTE 74
Figura 5.5 - Rede de Superviso - rea Par 75
Figura 5.6 Tela Principal do INFO_OPR 77
Figura 5.7 - Diagramas Unifilares 77
Figura 5.8 - Tabela de Classificao de Estado Operacional 78
Figura 6.1 Fluxo de Aes, Eventos e Dados 81
Figura 6.2 - Iniciando integrador automaticamente 82
Figura 6.3 - cone do programa na barra do sistema 82
Figura 6.4 - Menu de opes 82
Figura 6.5 - Janela de configuraes 83
Figura 6.6 - Balo de mensagem de erro 84
Figura 6.7 Acessando o Mdulo PM 85
Figura 6.8 - Banco de dados de interrupes 87
Figura 6.9 - Exemplos de estruturas de bancos de interrupes 88
Figura 6.10 Banco estatstico de interrupes 89
Figura 6.11 - Amostragem de ocorrncias para o exerccio 90
Figura 6.12 - Resultados do exerccio 90
Figura 6.13 - Grfico resultante da base estatstica de desligamento 91
Figura 6.14 - Banco de indicadores de desempenho 92
Figura 6.15 - Banco de Regras 92
Figura 6.16 - Banco de Equipamentos_Regras 93
Figura 6.17 Tabela de ocorrncias para seleo e anlise 94
Figura 6.18 - Tabela de eventos extrados 95
Figura 6.19 Removendo a coluna de perodos 95
Figura 6.20 Informando o equipamento de sada para anlise 96
Figura 6.21 Resultado do reduto 1 96
Figura 6.22 Resultado do reduto 2 97
Figura 6.23 Resultado do reduto 3 97
Figura 6.24 Resultado do reduto 4 97
Figura 6.25 - Console de gerenciamento do SQL Server com os bancos e servidores
reais utilizados neste sistema 98
Figura 6.26 - Modelo de Entidade x Relacionamento para Obteno de
Indicadores de Desempenho 99
Figura 6.27 - Pontos controlados 103
Figura 6.28 - Planilha mensal de desempenho 108
Figura II.1 Janela principal do programa 121
x
Figura II.2 Barra de ferramentas principal 122
Figura II.3 Barra de ferramentas para edio de ensaios 122
Figura II.4 Adicionando um novo ensaio 123
Figura II.5 Editando valor em um campo 124
Figura II.6 Colando valores na tabela de ensaios 124
Figura II.7 Removendo o ensaio selecionado 125
Figura II.8 Funes para grandezas 125
Figura II.9 Inserindo uma nova grandeza/coluna 126
Figura II.10 Fornecendo o nome da nova grandeza 126
Figura II.11 Nova grandeza inserida 126
Figura II.12 - Alterando o nome de uma grandeza/coluna 127
Figura II.13 Fornecendo o novo nome da grandeza 127
Figura II.14 Novo nome j alterado 127
Figura II.15 Abrindo gerenciador de regras 128
Figura II.16 Gerenciador de regras 128
Figura II.17 Barra de ferramentas do gerenciador de regras 128
Figura II.18 - Adicionando regras 129
Figura II.19 Novo grupo de regras em branco 129
Figura II.20 Selecionando o grupo de regras 130
Figura II.21 Pressionando o boto alterao de nome 130
Figura II.22 Alterando o grupo de regras 130
Figura II.23 Finalizando a alterao de nome 131
Figura II.24 Editando grupo de regras 131
Figura II.25 Janela de edio de regras 132
Figura II.26 Colorao tpica da linguagem 132
Figura II.27 Confirmando regras 133
Figura II.28 Erro encontrado no cdigo das regras 133
Figura II.29 Retornando ao gerenciador de regras 133
Figura II.30 Removendo regras 134
Figura II.31 Iniciando anlise dos ensaios 134
Figura II.32 Trmino dos ensaios 135
Figura II.33 Grandezas de sada atualizadas com a anlise 135
Figura II.34 Resultados das anlises em detalhes 135
Figura III.1 Barra de ferramentas principal 136
Figura III.2 Barra de ferramentas edio 136
Figura III.3 Opes de anlise 137
Figura III.4 Criando nova anlise 138
xi
Figura III.5 Inserindo novas grandezas 138
Figura III.6 Definindo nomes das grandezas 139
Figura III.7 Editando uma clula 139
Figura III.8 Modo de colagem 140
Figura III.9 Dados a serem colados 140
Figura III.10 Valores preenchidos 141
Figura III.11 Inserindo faixas 142
Figura III.12 Inserindo intervalo de valores 142
Figura III.13 Definindo grupos de valores 142
Figura III.14 Iniciando anlise 143
Figura III.15 Localizando redutos 143
Figura III.16 Resultados obtidos 144
Figura III.17 Regras extradas 144
Figura IV.1 Rede Corporativa NETNORTE 146
Figura IV.2 Viso geral de uma rede 147
Figura IV.3 Interligaes WAN atuais 148
Figura V.1 Ambiente de sistemas antes do SAP R/3 151
Figura V.2 Ambiente de sistemas com o SAP R/3 151
Figura VI.1 Rede de superviso da ELETRONORTE 153
Figura VI.2 Trfico de dados no Supervisivo 153
Figura VI.3 Disponibilidade de ligaes no SAGE 154
Figura VI.4 Rede de superviso rea Par 154
Figura VII.1 Modelo entidade x relacionamento do INFO_OPR 157
Figura VII-2 Tela principal do sistema 158
Figura VII-3 Mdulo de Cadastro de Equipamentos 158
Figura VII-4 Mdulo de Diagramas unifilares 159
Figura VII-5 Tabela de classificao de estado operacional 159
Figura VII-6 Tabela de pagamento-base mensal em reais 160
Figura VII-7 Mdulo Dados de gerao 160
Figura VII-8 Gerao horria 161
Figura VII-9 Mdulo Dados de hidrologia 161
Figura VII-10 Situao operacional 162
Figura VII-11 Seleo de ocorrncias 162
Figura VII-12 Incluso de ocorrncias 163
Figura VII-13 Desligamentos totais, sistema Amap, setembro/2004 163
Figura VII-14 Desligamentos programados, sistema Amap, setembro/2004 164
Figura VII-15 Desligamentos no programados, sistema Amap, setembro/2004 164
xii
Figura VII-16 Desligamentos no programados, sistema Amap,
equipamentos de maior impacto 165
Figura VII-17 Fluxo de energia de 14 de outubro de 2004, sistema Amap 165
Figura VIII-1 Estatstica de equipamentos: extenso de linhas da ELETRONORTE 167
Figura VIII-2 Parmetros de seleo para a estatstica de desligamentos 168
Figura VIII-3 Nmero de ocorrncias por perodo 168
Figura VIII-4 Durao das ocorrncias por perodo 169
Figura VIII-5 Distribuio dos desligamentos programados por tipo 169
Figura VIII-6 Distribuio de desligamentos no programados por tipo 170
Figura IX-1 Parmetros de seleo para indicadores de desempenho 171
Figura IX-2 ELETRONORTE Total Interligados DISP (%) 2004 171
Figura IX-3 ELETRONORTE DST (%) 2004 172
Figura IX-4 Sistema Maranho Parcela varivel (reais) 2003 e 2004 172
Figura X.1 - Iniciando integrador automaticamente 173
Figura X.2 - Executando manualmente o integrador 173
Figura X.3 - cone do programa na barra do sistema 174
Figura X.4 - Menu de opes 174
Figura X.5 - Janela de configuraes 175
Figura X.6 - Provedor de Acesso do banco de dados 176
Figura X.7 - Fornecendo servidor, usurio e banco de dados 177
Figura X.8 - Provedor para Access 97 ou anterior 178
Figura X.9 - Provedor para Access 2000 ou superior 178
Figura X.10 - Conexo com arquivo local 179
Figura X.11 - Selecionado arquivo local de banco de dados 179
Figura X.12 - Arquivo de banco de dados j indicado na conexo 180
Figura X.13 - Balo de mensagem de erro 181
Figura XI.1 - Fluxograma de funcionamento do sistema 184
Figura XI.1 Progresso da anlise das ocorrncias 184
Figura XI.2 - Configuraes do programa 185
Figura XI.3 - Selecionando o perodo de anlise de ocorrncias 185
Figura XI.4 - Selecionando o agrupamento de ocorrncias de anlise 186
Figura XI.6 - Tabela de eventos extrada 186
Figura XI.7 - Executando funo de preenchimento 187
Figura XI.8 - Executando a funo de enumerao 188
Figura XI.9 - Janela principal do programa RoughSets 189
Figura XI.10 - Colando tabela de eventos 189
Figura XI.11 - Removendo coluna de perodos 190
xiii
Figura XI.12 - Informando o equipamento de sada para anlise 190
Figura XI.13 - Resultados da anlise 191
Figura XI.14 - Resultado do Reduto 1 191
Figura XI.15 - Resultado para o Reduto 2 192
Figura XI.16 - Resultado para o Reduto 3 192
Figura XI.17 - Resultado para o Reduto 4 193
Figura XII.1 - cone do programa na barra do sistema 194
Figura XII.2 - Menu de opes 194
Figura XII.3 - Descrio do programa monitor 195
Figura XII.4 - Janela de configuraes 195
Figura XII.5 - Provedor de Acesso do banco de dados 196
Figura XII.6 - Fornecendo servidor, usurio e banco de dados 197
Figura XII.7 - Provedor para Access 97 ou anterior 198
Figura XII.8 - Provedor para Access 2000 ou superior 198
Figura XII.9 - Conexo com arquivo local 199
Figura XII.10 - Selecionado arquivo local de banco de dados 199
Figura XII.11 - Arquivo de banco de dados j indicado na conexo 200
Figura XII.12 - Estados possveis do monitor 201
Figura XII.13 - Balo de mensagem de erro 201
xiv
NDICE DE TABELAS
Tabela 2.1 - Trabalhos na rea de sistemas de Potncia entre 1986 e 2003 14
Tabela 3.1 Base de Dados 46
Tabela 3.2 Base de Dados em Faixas 47
Tabela 3.3 Base de Dados em Faixas sem Atributos Idnticos 48
Tabela 3.4 Base de Dados em Faixas sem Atributos Idnticos sem
Exemplos Idnticos 49
Tabela 3.5 Base de Dados em Faixas sem Atributos Idnticos sem Exemplos Idnticos
e sem Atributos Dispensveis 49
Tabela 3.6 Base de Dados Conjunto Ncleo Bsico 50
Tabela 3.7 Base de Dados Conjunto Reduo 51
Tabela 3.8 Base de Dados Conjunto de Regras 51
Tabela 3.9 Base de Dados Conjunto Final de Regras 52
Tabela 4.1 Dados da Eletronorte e de sua regio de atuao
(posio em 31/12/2005) 61
Tabela 6.1 Eventos do Mdulo PM do Programa SAP/R3 80
Tabela 6.2 Eventos do Programa SAGE 80
Tabela 6.3 Eventos do Programa INFO_OPR 80
Tabela II.1 Funes da barra de ferramentas da tela principal 122
Tabela II.2 Funes da barra de ferramentas da edio de ensaio 123
Tabela II.3 Funes da barra de ferramentas para edio de grandezas 125
Tabela II.4 Funes da barra de ferramentas do gerenciador de regras 129
Tabela X.1 Funes do Integrador 174
Tabela X.2 Configuraes do Integrador 175
Tabela X.3 Estados do Integrador 181
Tabela XI.1 Funes do Monitor 195
Tabela XI.2 Estados do Monitor 201
Tabela XIII.1 Horas de utilizao das ferramentas de apoio operao 204
xv
LEGENDA
ANEEL Agncia Nacional de Energia Eltrica
CCT Contratos de Conexo de Transmisso
CEPEL Centro de Pesquisa de Energia Eltrica
COL Centros de Operao de Sistemas Locais
COR Centros de Operao de Sistemas Regionais
COS Centros de Operao de Sistemas
COSRN Centro de Operao de Sistema Regional da Regio Do norte
COSR_SE Centro de Operao de Sistema Regional da Regio de Sudeste
COT Centro de Informao e Anlise de Transmisso,
CNOS Centro de Operao de Sistema Nacional
CPST Contrato de Prestao de Servios de Transmisso
DC Direo de Produo e Comercializao de Energia da
ELETRONORTE
Dem. Mx. Demanda Mxima do Sistema em MWh/h
DISP Disponibilidade de equipamentos
DREQ Durao Equivalente
DST Desempenho do Sistema da Transmisso
Durao Durao em horas das interrupes
ELETRONORTE Centrais Eltricas do Norte do Brasil SA
EXT.LT Extenso da Linha em Quilmetros dividido por 100
FREQ Freqncia Equivalente
GPS General Problem Solver
HP Horas do Perodo
HD Horas Disponveis
HFS Horas Fora de Servio
HI Horas Indisponveis
HIMF Horas Indisponveis devido a Manuteno Forada
HIMP Horas Indisponveis devido a Manuteno Programada
HIR Horas Indisponveis para Operao e entregue para a Manuteno
HS Horas de Servio
INDISPMF Indisponibilidade para Manuteno Forada de Equipamentos
INDISPMP Indisponibilidade para Manuteno Programada de Equipamentos
INFO_OPR Sistema de Informaes de Operao de Sistemas Eltricos
MAE Mercado Atacadista de Energia
xvi
MYCIN Sistema Baseado em Conhecimento
NBR 7274 Norma Brasleira
NDF Nmero de Desligamentos Forados
NF Nmero de Falhas
NF Anual Nmero de Falhas no Ano
ODBC Conexes em tempo real de bancos de dados
ONS Operador Nacional de Sistemas Eltricos
ORACLE Gerenciador de banco de dados
PM Mdulo de gerenciamento de manuteno
POT Potncia Interrompida da interrupo em MW
PV Parcela varivel
Rough Sets Teoria dos Conjuntos Aproximados
SAGE Sistema Aberto de Gerenciamento de Energia
SAGE/SCADA Superviso e controle de redes eltricas
SAGE/EMS Anlise de Redes em tempo real e de estudos
SAGE/GBH Gerenciamento da base de dados histricos
SAGE/SIA Subsistema de Inteligncia Artificial
SAGE/ACG Controle Automtico de Gerao
SAGE/SIM Subsistema de Treinamento e Simulao
SAP/R3 Empresa alem desenvolvedora do Mdulo PM
SE Sistema Especialista
SIN Sistema Interligado Nacional
SGI Sistema de Gerenciamento de Intervenes
TPM Manuteno Produtiva Total
TDF Taxa de Desligamento Forado
TF Taxa de Falhas
TMRF Tempo Mdio de Reparo da Funo
UHE Usina Hidreltrica
VBScript Compilador da linguagem Visual Basic
xvii
RESUMO
Esta tese apresenta uma metodologia, baseada em tcnicas de inteligncia
artificial, notadamente de sistemas especialistas e conjuntos aproximados, para auxiliar no
processo de tomada de deciso. A idia central foi desenvolver um conjunto de regras que
possam auxiliar os operadores durante a anlise de ocorrncias e na recomposio
sistmica da rede da ELETRONORTE. Para isto, foi desenvolvida uma metodologia que
utiliza alm de uma base de conhecimento prpria, a integrao com os sistemas
INFO_OPR, SAP/R3 e SAGE, j disponveis na concessionria. Foi tambm concebido e
implementado um sistema extrator de conhecimento de grandes bases de dados que
funciona em conjunto com um sistema especialista. Este sistema inteligente hierrquico
aciona rotinas computacionais externas de apoio, bem como bases de dados existentes na
companhia.
Para alcanar este objetivo o trabalho foi dividido em etapas:
Integrao de sistemas de informao de operao e manuteno, onde se buscou
centralizar e otimizar as informaes histricas necessrias formao da base de
dados.
Extrao e armazenamento do conhecimento existente da base integrada, atravs de
um algoritmo baseado na Teoria dos Conjuntos Aproximados.
Monitoramento dos novos eventos atravs da execuo em tempo-real das regras do
banco de conhecimento.
Anlise dos novos eventos sob o foco das regras do banco de conhecimento.
Consolidao dos resultados atravs da estruturao e o clculo dos indicadores de
desempenho da ELETRONORTE. Estes indicadores de desempenho so regidos
pelos manuais e regras de consolidao disponibilizados pelo Operador Nacional de
Sistemas ONS.
Este sistema encontra-se em operao na ELETRONORTE.
Palavras-chaves: Sistemas Especialistas, Sistemas Inteligentes, Extrao de Conhecimento,
Minerao de Dados, Anlise de Ocorrncias, Integrao de Sistemas.
xviii
ABSTRACT
This thesis presents a methodology, based on techniques of artificial
intelligence, especially of specialist and united systems approximate, to aid in the process of
electric outlet of decision. The central idea was to develop a group of rules that you/they can
aid the operators during the analysis of occurrences and in the system recompose of the net
of ELETRONORTE. For this, it was developed a methodology that uses besides an own
knowledge base, the integration with the systems INFO_OPR, SAP/R3 and SAGE, already
available in the concessionary. It was also become pregnant and implemented a system
extractor of knowledge of great bases of data that works together with a specialist system.
This hierarchical intelligent system works routines external computations of support, as well
as bases of existent data in the company.
To reach this I aim at the work it was divided in stages:
Integration of systems of operation information and maintenance, where she looked
for to centralize and to optimize the necessary historical information to the formation
of the base of data.
Extraction and storage of the existent knowledge of the integrated base, through an
algorithm based on the Theory of the Approximate Groups.
Monitoring of the new events through the execution in time-Real of the rules of the
knowledge bank.
Analysis of the new events under the focus of the rules of the knowledge bank.
Consolidation of the results through the structuring and the calculation of the
indicators of acting of ELETRONORTE. These acting indicators are governed by the
manuals and rules of consolidation avaliable by the National Operator of Systems -
ONS.
This system is in operation in ELETRONORTE.
Word-keys: Specialist systems, Intelligent Systems, Extraction of Knowledge, Mining of Data,
Analysis of Occurrences, Integration of Systems.
1
Captulo 1
Introduo
1.1 Definio do Problema
Os sistemas baseados em conhecimento, como os sistemas especialistas,
tm sido largamente utilizados para auxiliar o trabalho de profissionais da rea de sistemas
eltricos de potncia, principalmente aqueles que exercem funes que necessitam de
experincia para efetuarem tomadas de decises [1]. Especificamente no domnio de
sistemas de potncia, as decises devem ser tomadas baseando-se em um grande nmero
de informaes relevantes, de cuja interpretao depende a garantia da mxima
continuidade do servio. Assim, torna-se bvia a importncia de se oferecer ao profissional
da rea, uma ferramenta com uma arquitetura tal, que a torne apta a gerenciar aquelas
informaes e ainda, a fornecer auxlio ao usurio no desenvolver de suas atividades.
Diversas pesquisas reportam os avanos conseguidos na aplicao de
sistemas baseados em conhecimento no auxlio operao de sistemas eltricos [2]. A
importncia desta alternativa cresce medida que estes sistemas se tornam mais
complexos, o que dificulta profundamente ao operador, deter o domnio completo e seguro
de todas as reas envolvidas, reduzindo consideravelmente sua capacidade de tomada de
decises rpidas e corretas sem assistncia externa [3].
Dada complexidade de tais sistemas, o advindo das subestaes
automatizadas e a carncia de ferramentas numricas tradicionais que analisem as causas
das interrupes no programadas, faz-se necessria uma abordagem no tradicional, que
auxiliem o engenheiro eletricista a entender melhor o sistema com que trabalha, permitindo o
melhor gerenciamento de sua disponibilidade.
Segundo afirma Lambert-Torres [4], na medida em que os sistemas se tornam
mais complexos, mais imprescindvel que a deciso tomada esteja correta, e mais difcil
torna-se ao profissional executar aes sem auxlio externo. Em virtude de grande nmero
2
de mudanas de estado operacional dos equipamentos, tanto em situaes normais ou
programadas, torna-se muito difcil para um engenheiro ter uma real imagem de um sistema
eltrico sem condensar as informaes em indicadores representativos. Para obter estes
valores, partindo de um grande nmero de dados, precisamos desenvolver sistemas e
programas que incluam o processo de negcio destes especialistas.
Este trabalho pretende propor uma metodologia para agregar e extrair o
conhecimento dos grandes bancos de dados heterogneos gerados pelos Sistemas
Eltricos utilizando a Teoria dos Conjuntos Aproximados. Os sistemas que sero integrados
so o SAP/R3, o SAGE e o INFO_OPR. Pretende-se possibilitar aos agentes melhores
condies de monitorao e anlise das condies operacionais dos equipamentos e medir
esta eficcia com a consolidao dos Indicadores de Desempenho.
1.2 Objetivos
Os dados gerados pela operao e manuteno apresentam grandes
diferenciaes em seus atributos: suprimento, gerao, desligamentos, hidrologia,
perturbaes e manutenes que geram anlises, recomendaes e relatrios diversos.
So todos em grande volume: estima-se em 40.000 dados dirios gerados
pela Regio Norte, j filtrados e selecionados como importantes e representativos.
Na tentativa de informatizar o acesso a estes dados, as empresas recorrem
ao desenvolvimento de sistemas que em geral so simples armazenadores de dados. Sem
integrao e sem padronizao, estes estimulam o desenvolvimento de sistemas e bancos
heterogneos volumosos, mas oferecem pouco conhecimento.
Muitos destes dados so relativos e dependem do conhecimento do
especialista como, por exemplo, a anlise e descrio das alteraes dos estados
operacionais dos equipamentos. Visto que penalidades como a Parcela Varivel so
inerentes classificao feita da ocorrncia pelo especialista, o condicionamento destas
informaes relativas pode ter grande impacto na receita de uma empresa eltrica.
Portanto transformar este grande volume de dados gerados por um sistema
eltrico em informao e conhecimento tornou-se fundamental para as empresas do ramo.
So ento objetivos deste trabalho:
3
1. Integrao dos sistemas SAP/R3, SAGE e INFO_OPR, sistemas de informao de
operao e manuteno, onde se buscou centralizar e otimizar as informaes
histricas necessrias formao da base de dados.
2. Implantao de metodologia de extrao do conhecimento existente, atravs de um
algoritmo baseado na Teoria dos Conjuntos Aproximados (Rough Sets).
3. Gerao de um banco de conhecimento atravs do armazenamento das regras
obtidas pela extrao e pelo sistema especialista.
4. Monitoramento e preveno de novos eventos atravs da execuo em tempo-real
das regras do banco de conhecimento.
5. Anlise dos novos eventos sob o foco das regras do banco de conhecimento.
6. Consolidao atravs de indicadores de desempenho.
A principal contribuio deste trabalho ser integrar e extrair conhecimento de
grandes bancos de dados histricos de operao e manuteno de sistemas eltricos
heterogneos. Fugindo da tradicional abordagem de anlise da variao de tenso e carga,
o trabalho pretende buscar o conhecimento inserido por especialistas nos bancos de dados
de anlise de ocorrncias e perturbaes utilizando a Teoria dos Conjuntos Aproximados.
1.3 Estrutura desta Tese de Doutorado
Este trabalho foi estruturado em captulos que compreendem:
Captulo 1, introduo com a definio do problema, sua justificativa e objetivos.
Captulo 2, caracterizao de Centros de Operao e Bancos de Dados de
Desligamentos.
Captulo 3, introduo nas metodologias das ferramentas de extrao e
representao do Conhecimento utilizadas neste trabalho.
Captulo 4, apresentao do estudo de caso: a ELETRONORTE.
Captulo 5, apresentao da estrutura dos sistemas de informao que sero
necessariamente integrados para a formao do banco de dados histrico de
desligamentos.
4
Captulo 6, apresentao dos resultados da integrao, das extraes de regras,
monitorao, consolidao de desempenho e suas respectivas bases resultantes.
Captulo 7, concluses finais do trabalho, principais contribuies e trabalhos futuros.
5
Captulo 2
Centros de Operao e o Banco de Dados de Desligamentos
O problema do desempenho pode ser bastante complexo dependendo da
maneira como abordado. O tratamento das grandezas do sistema de potncia exige
ferramentas computacionais capazes de considerar grande volume de dados bem como de
ser eficientes e suficientemente rpidas para que tenham condies de oferecer respostas
corretas e em tempo hbil.
Para a caracterizao do domnio considerado no presente trabalho,
necessrio primeiramente esclarecer como realizada a operao do sistema de potncia,
identificar, dentre as diversas tarefas relacionadas, onde se deseja atuar, conhecer quais os
profissionais envolvidos e como realizam seu trabalho em conjunto e individualmente. Ser
necessrio ainda identificar quais os insumos utilizados para a realizao das tarefas e, por
fim, o produto: o banco de dados de desligamentos.
A figura 2.1 mostra a estrutura do Centro de Informaes da ELETRONORTE
(Centrais Eltricas do Norte do Brasil S.A.) como exemplo.
Figura 2.1 Estrutura do Centro de Informaes da EL ETRONORTE
6
2.1 Operao do Sistema de Potncia
A tarefa de operar o sistema eltrico envolve diversas atividades que vo
desde o monitoramento de grandezas e realizao de pequenos ajustes em tapes de
transformadores ou em mquinas, at chaveamentos dos equipamentos tanto para controle
quanto para isolao ou energizao. Por chaveamentos se devem entender as aes de
abertura ou fechamento de disjuntores e chaves seccionadoras presentes nas subestaes.
Os profissionais envolvidos com a tarefa de operar o sistema de potncia so:
o despachante - encarregado de observar o sistema de modo global, sendo dotado de
informaes a respeito de todas as subestaes presentes e das grandezas de cada uma
delas, e o operador - presente na prpria subestao, que exerce funes locais,
diretamente nos equipamentos, com ou sem superviso do despachante. Na maioria dos
casos, os operadores de subestao no detm informaes de todo o sistema eltrico, se
concentrando praticamente apenas sua rea de atuao.
A figura 2.2 oferece uma idia, de modo bastante compacto, da rea de
atuao e do modo de trabalho destes profissionais.
Usinas
Subest.
Cargas
Centro de Operao(despachantes)
Operadores
Os despachantes observam o sistema globalOs operadores so responsveis por aeslocaisO despachante solicita aes ao operadorO operador informa os problemas locais aodespachante
Figura 2.2 - Atividades dos operadores e despachant es
Para que possam exercer mais facilmente seu trabalho, disponibilizado aos
profissionais da rea, o sistema de superviso, que nada mais que um sistema
computadorizado de aquisio de dados dos equipamentos e grandezas do sistema eltrico
capaz de disponibiliz-los em tempo real, ao operador e despachante. Em muitos casos, o
7
sistema de superviso permite aes dos encarregados diretamente nos equipamentos
instalados nas subestaes via terminal de computador.
Quando se leva em conta o nvel de stress a que est submetido o
profissional encarregado da operao, podem-se dividir em dois grupos as condies
operativas: operao normal e operao em contingncia. A operao normal se d quando
as aes a serem executadas no sistema eltrico so bem planejadas e todos os passos so
analisados previamente. Neste caso, os executores esto sob um estado psicolgico
bastante tranqilo. Quando ocorre, entretanto, alguma anormalidade no sistema, geralmente
com o desligamento de determinados equipamentos, situao na qual se estabelecem
situaes inesperadas, com perda de carga, com equipamentos sobrecarregados ou com
trechos cujas grandezas supervisionadas passem a ficar fora da faixa aceitvel, o
encarregado deve agir com o fim de restabelecer a situao normal o mais rpido possvel.
Esta segunda situao caracterizada como situao de contingncia, nestes casos, o nvel
de stress do encarregado muito elevado, dele exigido um raciocnio rpido que o
possibilite identificar a causa do problema e decidir que aes devem tomar.
Pretendemos abordar basicamente, dentro das diversas tarefas relacionadas
funo de operar o sistema eltrico, o auxlio operao, primordialmente para identificar
as causas das anormalidades no sistema eltrico, decorrentes da presena de faltas que
acarretem a atuao do sistema de proteo existente, com a conseqente desenergizao
de alguns trechos, mais precisamente nas subestaes de energia. Em seguida, oferecer ao
usurio um direcionamento no sentido de restabelecer a situao normal.
Observa-se, entretanto, que ao se analisar mais profundamente o problema
de anlise das anormalidades descritas no pargrafo anterior, percebe-se que a tarefa de
oferecer um direcionamento para a recomposio envolve a manipulao de um tipo de
conhecimento que pode tambm ser utilizado, como ser abordado posteriormente, para
oferecer auxlio em situao de plena normalidade, que o caso das manobras no sistema
eltrico. Em vista deste fato, tornou-se tambm objetivo deste trabalho, oferecer ao
profissional, a possibilidade de obter auxlio para as manobras, no momento em que
estiverem sendo planejadas, como forma de tornar esta tarefa mais simples e confivel.
Assim, pode-se finalmente salientar, as reas a serem abordadas no presente
caso:
Auxlio a manobras nas Subestaes de Energia - neste caso, devem ser
consideradas as condies apropriadas para a execuo de chaveamentos para
isolao ou reenergizao de equipamentos em condies normais.
8
Anlise de faltas nas Subestaes - neste caso, devem ser analisadas as condies
do sistema antes e aps as ocorrncias e ento proceder com a identificao do
ocorrido.
Auxlio recomposio - aps a identificao dos problemas ocorridos devido s
faltas, resta direcionar as aes no sentido de retornar situao normal.
2.2 Insumos Necessrios Atividade de Execuo de Manobras e Anlises
de Ocorrncias
As manobras nas subestaes so executadas pelo operador, via
acionamento direto nos painis das salas de comando o localmente nos prprios
equipamentos, ou pelo despachante, via sistema de superviso, quando o telecomando est
disponvel. Normalmente, as manobras tm a funo de exercer controle de tenso ou de
carregamento, quando so chaveados reatores, bancos de capacitores, linhas de
transmisso, transformadores, etc. Na prtica, as manobras descritas anteriormente, tm a
funo de fazer pequenos ajustes no ponto de operao do sistema, com o fim de manter
todas as grandezas dentro dos limites normais. Os setores responsveis pelo estudo do
sistema de energia nas empresas realizam estudos peridicos, que prevem as
necessidades de controle do sistema durante as horas do dia, e deles, so elaboradas
instrues de operao que contemplam os casos necessrios ao desenvolvimento de uma
operao segura e tranqila. Resta aos operadores e despachantes, o estudo criterioso das
instrues relativas ao sistema que operam, para que tenham condio de exercer sua
tarefa corretamente.
Um outro grupo de manobras realizadas pelos profissionais da rea, diz
respeito quelas resultantes de solicitaes da manuteno, que normalmente, tm a funo
de isolar determinado equipamento para liber-lo para os testes necessrios. Este tipo de
manobra nem sempre est descrita nas instrues, visto que os passos para a sua
realizao dependem da configurao em que o sistema se encontra no momento da
solicitao. Para tentar atender alguns destes casos, se estabelecem nas empresas da rea,
instrues padro, baseadas na configurao mais comum do sistema eltrico. importante
ressaltar que uma conseqncia direta das manobras de isolao so as manobras de
9
reenergizao, realizadas to logo o equipamento seja devolvido operao aps os testes
executados.
Um terceiro grupo de manobras contempla aquelas manobras que devem ser
realizadas aps desligamentos intempestivos, ou seja, aqueles decorrentes da atuao dos
sistemas de proteo sobre os disjuntores presentes. Este grupo conhecido como
manobras de restaurao. Estas manobras dificilmente tm seus passos estabelecidos nas
instrues, muitas vezes o mximo que se dispe so de diretrizes de recomposio. A pr-
condio mais importante para a sua realizao, a perfeita identificao do ocorrido, s
aps esta etapa que se pode iniciar o processo de recomposio. Diversas so as
filosofias utilizadas para definir como realizar o processo de recomposio, normalmente os
procedimentos variam de empresa para empresa. Via de regra, como descrevem Adibi [5] e
Kirschen et all [6], pode-se classificar em duas, as etapas da recomposio:
Fase da recomposio Fluente: a etapa do processo de recomposio na qual
dispensada comunicao entre operador e despachante. Neste caso, o processo
normalmente utilizado o de distribuir previamente, pelas diversas unidades do
sistema, instrues que orientam e padronizam as aes dos operadores em caso de
desligamento. Estas instrues se restringem a reas ou aes cuja execuo pode
ser realizada sem afetar o resto do sistema, e que servem para agilizar o processo de
recomposio. Normalmente, para casos de desligamentos gerais, so preparados
todos os circuitos antes da recomposio, com o fim de impedir que cargas
incompatveis com as capacidades das fontes sejam alimentadas. Quando so
necessrias aes para recebimento de tenso, so executadas manobras que vo
desde desligamento de bancos de capacitores ou reatores at comutao de tapes
de transformadores ou preparao de barramentos para energizao.
Fase da recomposio coordenada: nesta etapa, as aes devem ser
necessariamente realizadas sob a coordenao dos COSs ou CORs, ou seja, as
aes do operador so direcionadas pelo despachante. Esta fase se inicia logo aps
a fase fluente. Em geral so realizadas operaes de sincronismo, fechamento de
anis e entrada ou sada de circuitos paralelos, energizao de carga adicional, etc.
Alm das manobras, sejam estas programadas ou de emergncia, resta ao
profissional da operao, a execuo de uma das mais importantes atividades pertencentes
ao seu trabalho: a anlise de ocorrncias intempestivas. Esta atividade tem caractersticas
peculiares, que a tornam uma atividade difcil e desgastante.
10
O conhecimento utilizado pelo profissional para realizar anlises de
ocorrncia bastante vasto. O entendimento dos sistemas de proteo e alarmes presentes
dificultado em funo de existirem, nas diversas subestaes do sistema, determinadas
particularidades que as levam por vezes a serem bastante diferentes.
A possibilidade de falha nos esquemas de proteo acarreta conseqncias
que podem atrapalhar a anlise, visto que a situao que se monta, deixa de ser comum, e a
ausncia de um padro que sirva de comparao contribuem para a insegurana da
concluso obtida.
A periodicidade das ocorrncias variada, assim como as suas
caractersticas, este fato dificulta ao profissional manter em mente todo o conhecimento
necessrio anlise. Muitas vezes, simplesmente o profissional no se lembra mais, das
filosofias e dos esquemas existentes. Isso ocorre principalmente, em funo de dois motivos:
Existe um grande nmero de esquemas e particularidades a serem consideradas.
Determinado esquema pode passar um longo perodo adormecido e de repente, vir
a ser acionado.
A necessidade de resposta quase sempre urgente, no dispondo o
profissional de tempo hbil para realizar consultas longas em manuais. Alm da rpida, a
concluso deve ser correta, visto que, em caso de aes erradas, a situao pode vir a se
tornar ainda mais crtica. Em vista disso, o profissional invariavelmente se depara com
instantes de grande tenso emocional.
Finalizando, pode-se evidenciar que as caractersticas inerentes s atividades
de operao do sistema eltrico, principalmente relacionadas s manobras e anlises de
ocorrncias, nos levam a pensar em uma ferramenta capaz de tratar o conhecimento
relacionado rea e oferecer auxlio de modo rpido e eficiente ao profissional envolvido. A
palavra conhecimento empregada no perodo anterior foi bastante providencial, visto que,
este se identifica como fator primordial, ou seja, como principal insumo s atividades postas
em nfase, at o presente momento. A principal razo disto a inexistncia de um padro a
ser seguido, cada caso um caso, cada situao possui particularidades que nem sempre
esto previstas, com isso, praticamente impossvel a implantao de aes pr-
estabelecidas e padronizadas, deste modo, a nica soluo exigir do profissional envolvido
o conhecimento do sistema que comanda, s assim estar apto a tomar decises para agir
corretamente frente s diversas situaes que se apresentem a ele.
11
2.3 Caracterstica das Ferramentas Computacionais para a Soluo dos
Problemas relacionados aos Sistemas de Potncia
A inteno principal desta seo fornecer uma viso de como evoluram as
aplicaes que envolvem Sistemas Especialistas em Sistemas de Potncia, de modo que se
possa posicionar o presente trabalho no contexto atual, bem como explicitar suas
contribuies e as possibilidades de avano que decorrem naturalmente da sua concluso.
A operao e planejamento de Sistemas Eltricos sempre se constituram em
um grande desafio para a Engenharia Eltrica. Na medida em que os recursos vo se
tornando mais escassos, existe uma necessidade maior de aproveitamento de todas as
potencialidades do sistema eltrico, este fato resulta em sistemas mais sobrecarregados,
com margens de segurana reduzidas e mais suscetveis a ocorrncias. Isto faz com que a
operao destes sistemas se torne cada vez mais complexa e com um grau de liberdade
cada vez menor no que diz respeito a erros de operao.
Os trabalhos pioneiros em anlise de sistemas de potncia, at os anos 60,
consistiam na sua maioria no desenvolvimento de modelos matemticos para os diversos
componentes presentes em um sistema de potncia, principalmente geradores e linhas de
transmisso. Com o desenvolvimento das ferramentas que exploravam o uso de
computadores digitais, os esforos, que em grande parte procuravam fornecer solues
analticas fechadas, ou seja, com modelos constitudos por equaes que descreviam o
fenmeno de maneira mais prxima possvel da realidade, passaram a incorporar mtodos
numricos e iterativos. Decorrem deste perodo, mtodos eficientes para a soluo de
problemas de fluxo de carga e simulaes para anlise da estabilidade dinmica, que se
constituram em passos importantes na direo da anlise off-line do sistema de potncia.
Em sua essncia, estes mtodos se constituam de um modelo matemtico, seguido de
sofisticadas tcnicas de soluo numrica ou de programaes matemticas.
Restava, todavia, uma classe de problemas com uma caracterstica particular:
a soluo a ser alcanada, passava mais por uma necessidade de anlise baseada na
experincia humana para a tomada de uma deciso, que por uma estrita definio
matemtica e complexa estratgia de processamento numrico.
Os fatores principais de caracterizao desta classe de problemas so:
12
Impossibilidade de desenvolvimento de um modelo matemtico que reflita o problema
com suficiente preciso. O uso de modelos simplificados compromete a validade dos
resultados.
A natureza do problema tal que algumas restries so impropriamente
especificadas e no podem ser expressas matematicamente.
A complexidade do problema tal que as solues completas se tornam inviveis,
pois tomam elevado tempo de processamento.
A metodologia empregada pelo especialista humano no pode ser expressa
facilmente de forma algortmica ou matemtica. Muitas vezes baseada
simplesmente no seu sentimento do problema.
Em uma pesquisa realizada na Europa, Germond & Niebur [7] apresentam por
sua vez, mais algumas caractersticas desta classe de problemas:
Inconsistncia de dados: pertencem a esta categoria problemas como diagnstico e
processamento de alarmes. Percebe-se claramente, que para estes casos, seria
difcil um tratamento convencional, visto que deveriam ser consideradas abordagens
a partir de situaes com carncia de dados.
Natureza combinatria das solues: consideram-se aqui os problemas de
restabelecimento ps-faltas, que requerem estratgias de buscas em virtude de
existirem diversas alternativas para a soluo.
A abordagem para esta classe de problemas, contudo, resultou de uma outra
forma de pensar, cujos primeiros relatos decorrem de 1950, como ser descrita nos
pargrafos seguintes.
Com o crescimento das possibilidades dos computadores, com avanos na
lgica matemtica e na psicologia cognitiva, a busca do ser humano para conseguir
mquinas inteligentes pareceu estar prxima de um desfecho. A dcada de 50 foi um marco
para a rea de estudos denominada Inteligncia Artificial, com a realizao do Seminrio de
Vero em Inteligncia Artificial de Darthmouth em 1956 [8]. Nesta poca, a euforia foi
grande, a idia do General Problem Solver (GPS), parecia promissora aos pesquisadores,
que chegaram a acreditar ter encontrado a mquina inteligente. A euforia inicial, entretanto,
foi logo seguida de um perodo de descrdito, visto que, cedo se percebeu que a tecnologia
possua recursos limitados. Durante a dcada de 60, as pesquisas continuaram com
13
esforos de poucos pesquisadores, que foram por fim os responsveis pelo retorno do
interesse e alcance de alguns avanos, anos mais tarde.
A partir da dcada de 70, ressurgiu no mundo cientfico o interesse pela
Inteligncia Artificial, com o desenvolvimento de alguns sistemas, cuja aplicabilidade
mostrou-se satisfatria. O primeiro grande sistema, agora conhecido como Sistema Baseado
em Conhecimento, a ser desenvolvido foi o MYCIN [9], que passou a ser visto como um
padro para definir o que era um Sistema Especialista. Este sistema foi desenvolvido em
meados de 1970, na Universidade de Stanford, tinha como funo ajudar no diagnstico e
tratamento da meningite e outras infeces bacterianas do sangue [10].
Nos anos 80, principalmente, percebeu-se um grande crescimento nas reas
de aplicao dos Sistemas Especialistas, que incluam reas de negcios, medicina e
engenharia [11].
Como descrito por Huneault et all [12], a partir da dcada de 80, houve duas
frentes de desenvolvimento de Sistema Especialistas em paralelo: por um lado, aquela que
se utilizava tcnicas de representao de conhecimento e processamento com o fim de
implementao de programas genricos, os shells, e, por outro, as pesquisas em problemas
com domnio especfico e delimitao bem definida, tal qual a rea de sistemas de potncia.
O que acontece na realidade, infelizmente, que os shells so desenvolvidos por
pesquisadores que muitas vezes no detm um perfeito domnio das particularidades de
certas reas, este fato resulta algumas vezes na ineficincia do sistema.
Ao se analisar a literatura, percebe-se que particularmente na rea de
sistemas de potncia, existe um nmero enorme de aplicaes descrevendo a utilizao de
sistemas especialistas. O trabalho de Lambert-Torres & Silva [13], retrata um levantamento
realizado no perodo de 1986 a 1993, no qual foi estabelecida a seguinte distribuio de
trabalhos que utilizam Sistemas Especialistas como ferramentas de soluo de problemas
na rea de sistemas de potncia:
14
Tabela 2.1 - Trabalhos na rea de sistemas de Potn cia entre 1986 e 2003
REA DE INTERESSE AMOSTRAGEM DE TRABALHOS (%)
Operao de Sistemas 23
Operao de Usinas 16
Diagnstico de Problemas de Gerao 8
Anlise de segurana on line 8
Restaurao de Sistemas 7
Automao da Distribuio 7
Restaurao de Subestaes 5
Planejamento da Transmisso 3
Instruo e Treinamento 3
Diagnstico de Problemas da Transmisso 2
Outros 18
De acordo com o levantamento realizado por Germond & Niebur [7], realizado
na Europa, no ano de 1991, as principais reas onde se percebe a aplicao de Sistemas
Especialistas na rea se sistemas de potncia, podem ser assim separadas:
Reduo de alarmes e diagnsticos
Segurana do regime permanente e segurana dinmica
Controles corretivos
Restaurao ps-faltas
Gerenciamento, seqenciamento de aes e planejamento.
Monitorao e controle de subestaes
Desenvolvimento para ambientes para auxlio operao
Desenvolvimento de modelos, mtodos e ferramentas.
Paralelamente, retomada do interesse pela rea, diversas ferramentas
foram desenvolvidas, que fornecem ambientes de programao capazes de proporcionar
boas facilidades para implementao de Sistemas Especialistas. Estas ferramentas podem
ser classificadas de acordo com o ambiente e com a forma de representao do
conhecimento. Algumas delas permitem a formao de regras de produo (sistemas
15
baseados em regras). Particularmente nestes casos, o conhecimento pode ser estruturado
convenientemente de forma a facilitar sua manipulao. Outras ferramentas permitem a
representao do conhecimento, por meio de orientao a objeto. Nestes casos, o princpio
fundamental est centrado na possibilidade de abordagem por classes com itens e subitens
pertencentes a elas. A organizao do conhecimento pode ser feita de forma que classes
gerais (pais) possam passar caractersticas a classes ou itens particulares (filhos) por um
mecanismo de herana.
Retomando o foco da rea de sistemas de potncia, e considerando os
principais setores, que conforme descrito anteriormente, foram alvo de pesquisas, resultando
em diversos trabalhos, percebe-se que interessante relatar as principais caractersticas de
cada um destes setores, o que ser feito a seguir, como forma de localizar o presente
trabalho e sua rea de atuao:
Sistemas para reduo de alarmes e diagnsticos - este tipo de trabalho faz parte da
rea de Operao de Usinas e Subestaes, principalmente no auxlio identificao
de faltas. Os sistemas de diagnstico e localizao de faltas so naturalmente
necessrios, to logo a tarefa de identificao dos alarmes esteja coerentemente
concluda. A anlise dos alarmes em determinadas situaes da rotina da operao
dos sistemas eltricos, no uma tarefa fcil. Em funo da grande quantidade de
alarmes gerados durante ocorrncias em sistemas de potncia e tambm da
importncia da anlise rpida dos mesmos, surgiu a necessidade de uma ferramenta
capaz de fazer uma pr-anlise. Sempre que possvel esta ferramenta deve realizar
uma filtragem de forma que os alarmes que devam ser realmente verificados pelo
encarregado da operao sejam colocados em nfase, em detrimento daqueles cuja
leitura no acarretaria em aumento da segurana ou rapidez para o alcance de uma
concluso.
Segurana Dinmica e de Regime Permanente - este tipo de trabalho tambm faz
parte da rea de Operao de Usinas e Subestaes, sendo que para estes casos,
necessria, normalmente, tambm a utilizao de ferramentas numricas de auxlio.
So abordadas sistemticas de verificao das conseqncias de distrbios na
transmisso e gerao, anlise de sobrecargas, dentre outros.
Controles corretivos - trabalhos que utilizam buscas heursticas, guiadas por sistemas
especialistas, muitas vezes combinadas com ferramentas numricas tm sido
utilizados para auxlio nos chaveamentos de linhas de transmisso, gerenciamento e
controle de tenso e auxlio deciso a operadores. Tomando como referncia ao
16
trabalho de Germond & Niebur [7], detecta-se que 6,4 % das aplicaes de sistemas
especialistas na Europa tm abordado esta rea.
Restaurao de sistemas eltricos ps-faltas - em vista da necessidade de reduo
do tempo de interrupo, fato este que afeta diretamente na arrecadao das
empresas de energia. Alguns trabalhos tambm so desenvolvidos nesta rea. Neste
caso, a natureza combinatria do problema, uma das caractersticas que mais
incitam a aplicao da tecnologia de sistemas especialistas. Em muitos casos, so
adicionados ao sistema especialista ferramentas de simulao, para facilitar a anlise
das estratgias de restaurao.
Gerenciamento, Seqenciamento de Aes e Planejamento - nestes casos,
encontram-se trabalhos para gerenciamento dos recursos do sistema eltrico,
potncia ativa e reativa. Um dos aspectos importantes da operao dos sistemas
eltricos o planejamento (seqenciamento) da gerao. O objetivo preparar a
tabela para operao das unidades de gerao levando em conta as restries das
mesmas e suas necessidades de manuteno.
Monitorao e Controle de Subestaes - uma das reas mais importantes
abordadas a anlise de ocorrncias. So encontradas tambm abordagens para
estabelecimento de manobras, que muitas vezes utilizam um mdulo de explicao
que pode ser utilizado para realizao de treinamentos.
Desenvolvimento de ambientes para auxlio operao - estas ferramentas procuram
auxiliar a operao de sistemas de energia, sua principal motivao est centrada no
fato de existirem situaes completamente distintas no que diz respeito tarefa de
operar o sistema eltrico quando a situao est normal ou em emergncia. Segundo
Germond & Niebur [7], 9,2 % dos trabalhos identificados na Europa, tratam do auxlio
operao, considerando o gerenciamento das informaes essenciais em situaes
de contingncias.
Ao se reportar ao uso de Sistemas Especialistas em Sistemas de Potncia,
Liu [14] apresenta esta tecnologia com sendo capaz de oferecer pelo menos trs
oportunidades: a primeira, a possibilidade de automatizar a tomada de deciso humana. A
segunda seria a aplicao de novas tcnicas, que teriam foco um tanto quanto diferente das
tcnicas tradicionais, relacionadas principalmente com abordagens numricas. A terceira
oportunidade estaria relacionada com a capacidade de utilizar bases de conhecimento que
serviriam como estoques de conhecimento humano. Este fato bastante interessante, visto
17
que a sada de engenheiros antigos das empresas em geral, resultam em perda da
experincia. Um grfico mostrado na figura 2.3 ilustra de maneira simplificada, segundo a
viso de Liu, como esto distribudos os esforos na aplicao de sistemas baseados em
conhecimento na rea de sistemas de potncia. Nesta figura, Liu procura demonstrar o nvel
de complexidade, a rea de abrangncia e o nvel de aplicabilidade prtica dos trabalhos. A
representao da aplicabilidade passa pela idealizao do sistema, seguida do prottipo,
implementao e testes e utilizao prtica. Na verdade, esta a seqncia natural do
desenvolvimento de toda ferramenta, em qualquer rea. O nvel de complexidade se inicia
com a representao do conhecimento por meio de regras, representao atravs da
programao orientada a objeto, incluso de verificaes e validao de dados (cheque de
consistncia), tcnicas que utilizam linguagem natural, auto-aprendizado e utilizao de
sistemas distribudos.
Nvel de praticidade
Em uso
Em teste
Prottipos
Idias .
reas de aplicao
Com plex idade das tcn icas
Sist. de regras
Orient a ob jeto
Ling. natural
Auto - aprendizado
Sist. d istrbudos
A B C D
E F
A - process. de alarm es
B - diagnstico
C - restaurao
D - aes de controle
E - Segurana
F - Planejamento Figura 2.3 - Uma viso simplificada da aplicao de Sistemas Baseados em
Conhecimento em Sistemas de Potncia [14]
A importncia da utilizao de tcnicas de Inteligncia Artificial na soluo de
problemas de Sistemas de Potncia um fato amplamente defendido. Rahman [15], em sua
pesquisa sobre a utilizao destas tcnicas no Japo, revela que a indstria japonesa
concentrou grandes esforos para empregar estas ferramentas na operao e planejamento
de Sistemas de Potncia. Todo o trabalho se iniciou praticamente na dcada de 80, com a
aplicao em problemas simples, fortemente relacionados com as atividades dirias dos
18
engenheiros e operadores. As principais aplicaes estavam relacionadas a diagnsticos de
situaes anormais e auxlio operao. Na medida em que foi crescendo o nmero de
pessoas treinadas na utilizao destas ferramentas, as reas de abrangncia e a
complexidade foram aumentando. Um trabalho combinado de fabricantes e universidades se
iniciou, do qual resultaram diversas ferramentas e aplicaes.
Diversos outros trabalhos ressaltam a importncia dos Sistemas Baseados
em Conhecimento para os sistemas de potncia. Bann et all, [16] coerentemente salientam
em sua pesquisa, as principais vantagens, bem como explicitam algumas das principais
limitaes dos Sistemas Especialistas. A permanncia, como indicam, considerada uma
grande vantagem dos sistemas especialistas, um especialista precisa praticar
constantemente, para manter a sua eficincia na atuao em determinada rea, um perodo
significativamente grande de inatividade pode afetar seriamente sua performance. A
facilidade de transferncia e documentao do conhecimento contido no sistema especialista
tambm considerada uma grande vantagem. Observam ainda, que um sistema
especialista produz respostas mais consistentes, visto que o conhecimento utilizado pelo
homem em diversas situaes no produz aes idnticas, j que influenciado por fatores
emocionais. Por exemplo, um ser humano pode esquecer uma regra importante,
dependendo da presso a que esteja submetido, fato que no ocorrer com um sistema
especialista. Finalmente, o baixo custo de um sistema especialista considerado um fator
preponderante para a sua utilizao, j que especialistas humanos, alm de serem
escassos, so bastante caros. Na verdade o custo do sistema especialista est contido
basicamente no seu desenvolvimento, pois para a sua operao, o mesmo se reduz,
basicamente, ao valor do equipamento no qual o programa ir rodar.
Embora os resultados com sistemas especialistas se mostrem promissores,
existem algumas limitaes, tambm citadas no trabalho de Bann et all [16], que ainda os
posicionam em situao claramente inferior, se comparados esperteza humana. Uma
destas limitaes bastante evidente quando se considera a criatividade humana. Enquanto
o homem tem condies de avaliar e reorganizar as informaes para gerar um novo
conhecimento, mesmo o mais esperto dos sistemas especialistas tende a se comportar
dentro de uma rotina padro. Na rea do aprendizado, percebe-se tambm que os sistemas
especialistas no so bem adaptados para absorverem novas regras e conceitos. Os
progressos encontrados nesta rea limitam-se a domnios bastante restritos. A manipulao
de idias e conceitos, fator preponderante na utilizao de sistemas especialistas,
constituindo-se praticamente, no seu ponto mais fundamental, no muito adequada para
19
avaliar sons, cheiros ou gostos, tendo os mesmos que serem quantificados e transformados
em smbolos, para que possam ser tratados e considerados.
As idias e consideraes apresentadas por Bann et all [16] so
compartilhadas por diversos autores, praticamente so estabelecidas como caractersticas
bsicas dos sistemas que utilizam um processamento simblico, trabalhando com uma base
de conhecimento, de onde buscam e manipulam dados, com o fim de fornecerem
concluses para as mais diversas situaes que lhe so apresentadas.
Restringindo o ponto de vista, procurando enfocar dentre as diversas reas de
aplicao dos sistemas baseados em conhecimento em sistemas de potncia, aquela
relacionada a auxlio operao, pode-se perceber na literatura diversos esforos no sentido
de classificar bem o problema, identificar os insumos necessrios sua soluo e por fim,
encontrar alternativas que possibilitem a elaborao de ferramentas eficazes para o
tratamento do mesmo. Bastante relacionado operao propriamente dita, o problema de
anlise de faltas e auxlio a manobras, se apresenta como sendo de grande relevncia,
principalmente em situaes de contingncias, nas quais a exigncia de aes rpidas e
precisas fator imprescindvel realizao satisfatria do trabalho.
A filosofia bsica de um sistema de auxlio operao, passa por uma
avaliao do estado geral do sistema supervisionado, no qual, busca-se oferecer de forma
rpida ao usurio, informaes sobre a configurao atual e um acompanhamento de certos
limites. Adicionada a esta funo, percebe-se em alguns casos, sistemas que procuram
oferecer auxlio no que diz respeito s manobras que so realizadas no sistema, tanto
aquelas executadas em situaes normais, quanto em situaes de contingncia. Ainda,
nota-se, em um grande nmero de trabalhos, uma tratativa que tornam possveis anlises do
sistema em situaes pr e ps-faltas e conseqentes inferncias com o fim de fornecer ao
usurio uma concluso do ocorrido. Por fim, percebe-se tentativas de utilizao de todo o
conhecimento necessrio realizao das tarefas acima descritas, para promover
treinamentos aos usurios.
Os sistemas especialistas idealizados com finalidade de fornecer auxlio
operao no que toca superviso de grandezas e tambm no acompanhamento do estado
geral do sistema tm normalmente associados ferramentas numricas, cujo processamento,
dirigido pelo sistema especialista propriamente dito, fornece subsdios anlise. Germond &
Niebur [7] relatam em seu trabalho, sistemas desenvolvidos para auxlio operao em
regime permanente. O estado de regime normal ou permanente definido como sendo
aquele em que toda a demanda atendida e no se verifica qualquer violao em limites de
20
equipamentos. Estes limites so basicamente definidos por freqncias, tenses e correntes
em linhas e transformadores.
A execuo de manobras em sistemas eltricos deve ser alicerada em
estudos que visam a propiciar uma boa margem de segurana na sua execuo. As
manobras executadas nas Subestaes de energia exigem um bom conhecimento por parte
do responsvel, das condies necessrias sua realizao, bem como de suas
conseqncias.
Pode-se classificar as manobras, de um modo geral, em normais ou de
recomposio. Encontra-se no primeiro grupo, aquelas ditas programadas, cujo
seqenciamento foi previamente analisado e que no momento de sua realizao, o estado
de normalidade das condies do sistema est estabelecido, o que acarreta em ltima
anlise, um clima de tranqilidade emocional no executor. No segundo grupo esto
colocadas as manobras que nem sempre podem ser previamente analisadas, so realizadas
com finalidade, principalmente, de recomposio do sistema ps-perturbao ou em
condies emergenciais, nas quais so necessrias medidas de controle para manter o
sistema eltrico sob condies normais de operao. No comum encontrar na literatura,
sistemas criados para fornecer auxlio apenas na execuo de manobras normais.
Encontram-se, principalmente, sistemas projetados para fornecer auxlio recomposio,
normalmente associados a sistemas que promovem diagnsticos de contingncias.
O auxlio recomposio de grande relevncia ao responsvel pela
operao do sistema eltrico. A condio ps-contingncia associada a uma grande
presso emocional por parte do despachante e operador. A figura 2.4 explicita de modo
bastante simples a velocidade de resposta, e deve-se entender por este termo, a capacidade
de raciocnio, a segurana das aes e principalmente, a capacidade de anlise em caso de
aparecimento de novos problemas, do operador em funo do nvel de stress a que esteja
submetido.
fcil de se perceber, portanto, em virtude de ser imperativo que o operador
e despachante tenham capacidade de ao sob quaisquer circunstncias, a validade das
ferramentas de auxlio. extremamente necessrio que o sistema de energia mantenha sua
continuidade de operao. Ribeiro [17], Fauquembergue [18], Motta [19], Toledo [20],
Talukdar [21], Lee [22] e outros demonstram, aplicaes capazes sugerir manobras com o
fim de fornecer auxlio recomposio em situaes ps-faltas. Ressalta-se, entretanto, que
situaes normais de operao so muito importantes para consideraes de treinamento e
tambm de aperfeioamento da rotina, sendo por estes motivos, imprescindvel consider-
21
las quando se procura obter uma ferramenta completa de auxlio. Uma das contribuies que
se procura destacar no presente trabalho a identificao de tal necessidade, que permitir,
como ser explicitado em pargrafos futuros, a adaptao do sistema proposto de modo a
permitir a execuo de treinamentos no horrio de trabalho, bem como o fornecimento de
auxlio nas situaes rotineiras de preparao de manobras.
Figura 2.4 --Relao entre velocidade de resposta e nvel de stress a que est submetido o profissional da rea de operao de sis temas de energia.
A tarefa de diagnstico de faltas, abordada dentre outros por Tomsovic
Shinohara [24] e Minakawa [25], baseada na anlise de ocorrncias em linhas de
transmisso, subtransmisso e inclusive alimentadores de distribuio, realizada atravs
da utilizao de sistemas baseados em regras. Em alguns casos, adicionam-se funes que
buscam ponderar concluses, com o fim de separar aquelas mais provveis. Normalmente,
busca-se utilizar informaes advindas dos estados dos equipamentos e dos rels de
proteo atuados para fornecer solues. Percebem-se tambm esforos no sentido de
fornecer ao usurio alm do diagnstico, o plano de recomposio (Talukdar [21], Lee [22],
Ribeiro(2) [26]), nestes casos, uma importante funo adicionada, visto que o
direcionamento da ao ao usurio, aps a perturbao, certamente torna mais rpida sua
tarefa. O que pode ser ressaltado, entretanto, que no muito comum, uma possibilidade
de questionamento do usurio sobre a concluso fornecida pelos sistemas desenvolvidos.
Esta observao mostra sua relevncia, quando se analisa o trabalho rotineiro do
despachante e do operador nas empresas de energia. Desde que os sistemas
desenvolvidos, so ferramentas de auxlio operao, sendo, portanto planejados para
fornecer direcionamento de raciocnio e no de controle, ou seja, a execuo de aes
velocidade
do operador
colapso
baixo limite alto
nvel de stress
22
propriamente dita deve ser autorizada pelo usurio e no prontamente realizada pelo prprio
sistema, percebe-se que de fundamental importncia a possibilidade de questionamento
por parte do usurio a respeito da concluso obtida.
O questionamento referido anteriormente deve ser entendido de forma mais
ampla do que simplesmente uma pergunta feita pelo usurio do tipo: Por que a concluso foi
esta? O que se pretende dizer com isto, que devem ser mostrados pontos falhos
identificados, suas conseqncias para o sistema, alm de ser permitido a incluso de novos
dados para possibilitar anlises mais completas. Um outro fator que de extrema
importncia, a necessidade de fornecimento de concluses, mesmo na ausncia de dados
completos. A aplicabilidade de uma ferramenta como esta em sistemas reais est
intimamente relacionada com a sua aceitao por parte do usurio. Para tanto, percebe-se
que ela sempre deve fornecer uma soluo. Aceitvel o oferecimento de diversas opes
caso uma nica soluo no seja possvel, adicionando-se a isso possibilidade de incluso
de novos dados manualmente. Entretanto, a ausncia de concluso por falta de dados
dificulta grandemente o estabelecimento de uma confiana na ferramenta.
Pretende-se, portanto, considerar tambm como uma contribuio do
presente trabalho, a caracterstica que lhe foi conferida de poder oferecer diversas
concluses em caso de carncia de dados, deixando a tarefa ao usurio de aceit-las e
adicionar informaes, caso necessrio, com o fim de promover seu refinamento e com isso
alcanar uma soluo satisfatria.
A figura 2.5 abaixo demonstra de uma forma geral, a maneira segundo a qual
so abordados os problemas de auxlio a manobras e diagnstico de faltas. importante
observar, entretanto, que a arquitetura apresentada foi sugerida observando-se as diversas
abordagens encontradas, assim como por meio da observao da rotina diria de trabalho
dos profissionais da rea na ELETRONORTE.
Os trabalhos encontrados na literatura, nem sempre buscam alcanar uma
soluo completa, ou seja, tratar todos os itens descritos na referida figura. Eles abordam
simplesmente, em muitas vezes, trechos do diagrama representado. Nota-se ainda, que a
estrutura apresentada pode ser deduzida naturalmente quando se faz uma anlise dos
diversos casos apresentados na literatura, procurando chegar a uma forma de complement-
los entre si.
Finalizando, salienta-se que o presente trabalho, procura demonstrar as reais
necessidades da ferramenta e dar uma idia geral de como ela deve ser estruturada com o
fim de fornecer um auxlio da forma mais completa possvel, sem, entretanto, deixar de
23
considerar a simplicidade e adaptabilidade. Analisando a rotina das empresas de energia,
percebe-se que estes so fatores to importantes, que qualquer projeto, certamente
incorrer em risco de impossibilidade de aplicao prtica se o seu desenvolvimento
depender de grande dispndio de tempo e de mquinas sofisticadas.
Figura 2.5 - Diagrama geral, representativo da util izao de Sistemas Especialistas
para auxlio a manobras e diagnstico de faltas em sistemas eltricos.
24
Fazendo uma anlise comparativa, pode-se posicionar o presente trabalho
como sendo um sistema baseado em conhecimento, que utiliza a representao feita por
meio de fatos e regras, de cuja manipulao resultam as concluses e questionamentos.
Existem alguns avanos principalmente relacionados parte de interao. Buscou-se
tambm, como ser detalhado nos prximos itens, alcanar uma boa generalizao do
sistema, de modo que possa ser alterado facilmente com o fim de atender novas instalaes.
25
Captulo 3
Metodologias das Ferramentas de Extrao e Representao do Conhecimento
Este captulo aborda o desenvolvimento das ferramentas de extrao e
representao do conhecimento desenvolvido para efetuar o processo incorporao dos
conceitos e ndices de manuteno nas decises operativas do sistema eltrico.
Desta forma, foi desenvolvido inicialmente, um sistema que fosse capaz de
apresentar o conhecimento disponvel na empresa. Isto feito atravs de regras de
produo na forma Se Ento. A idia central foi criar uma ferramenta que auxiliasse os
tcnicos a expressar de forma lgica e coerente as decises que eles tomavam tendo por
base o seu conhecimento, a sua viso do problema e as possveis alternativas de soluo.
Em seguida, estas regras incorporadas a uma base de conhecimento de um
sistema especialista para que via um processo organizado pela mquina de inferncia possa
gerar a resposta a um determinado processo de tomada de deciso.
Por outro lado, foi tambm desenvolvida uma estratgia de extrao de
conhecimento das bases de dados disponveis. Estas bases de dados so em geral so de
grande porte, com milhes de registros, que possuem um conhecimento em seu interior,
mas que no est disponvel de forma tcita para seus usurios. Inclusive, devido ao seu
porte, muitas relaes so completamente desconhecidas pelos usurios.
Assim, a estratgia desenvolvida tem a funo de extrair estas relaes
(conhecimentos) entre os diversos atributos (itens da base de dados) existentes e expressa-
los na forma de regras de produo. Estas regras por sua vez, sero incorporadas base de
conhecimento do sistema especialista desenvolvido e trabalharo de forma harmoniosa com
as regras editadas anteriormente.
As sees deste captulo tm a funo de tornar este documento o mais auto-
contido possvel. Desta forma, apresentam as funes bsicas das teorias utilizadas neste
desenvolvimento. Estas sees no tm a motivao de apresentar essas tcnicas de forma
completa, mas explicitar somente aquelas partes necessrias para o entendimento do
modelo desenvolvido.
26
3.1 Caractersticas do Sistema Especialista Desenvolvido
Um sistema especialista (SE) simula a realizao da tarefa por um
especialista, ou seja, ele tenta imitar o ser humano na sua capacidade de deduo, inclusive
utilizando processos de lgica formal e representao de conhecimento.
Os SE surgiram em oposio aos sistemas generalistas perseguidos na
dcada de 60. Aconselha-se restringir o SE a um domnio pequeno de aplicao, pois
quanto mais generalizado construir-se esse sistema, maior dificuldade em se ter uma base
de conhecimento completa, maior o tempo de processamento e maiores as probabilidades
de erros durante a criao e gerncia de regras.
Para projetar um SE, o desenvolvedor necessita de uma estrutura bsica
capaz de armazenar o conhecimento, process-lo e trocar mensagens com o usurio. Estas
trs atividades determinam de forma clara as trs partes de um SE, a saber,
respectivamente: base de conhecimento, mquina (ou motor) de inferncia e interface com o
usurio.
A base de conhecimento contm fatos e regras para o funcionamento
adequado da aplicao, ou seja, contm o conhecimento sobre o processo que se quer
tomar uma deciso. A mquina de Inferncia tem a funo de consultar as regras e os fatos
contidos na base de conhecimento, inferir sobre esses conhecimentos e retornar uma
concluso ao usurio via a Interface. A interface com o usurio pode ser dividida em duas
partes: uma para o usurio e outra para o desenvolvedor. A interface com o usurio permite
que ele possa apresentar um problema mquina de inferncia e receber dela a resposta
encontrada. J, a interface com o desenvolvedor, permite que ele possa modificar a base de
conhecimento do SE, incorporando, complementando, alterando ou eliminando certas partes
do conhecimento. A figura 3.1 mostra uma representao de um sistema especialista.
3.1.1 Base de Conhecimento
Como dito anteriormente, a base de conhecimento composta por regras e
fatos. Os fatos representam um conhecimento que sempre verdadeiro, independentemente
do que est sendo tratado. Estes fatos podem ser classificados de uma forma didtica em
27
estticos e dinmicos. Os fatos estticos so aqueles de no se alteram constantemente;
por exemplo: a potncia nominal de um transformador, seu nmero de srie ou a sua
localizao. Os fatos dinmicos so aqueles que se alteram de forma mais corriqueira; por
exemplo: o carregamento do transformador, a quantidade de um determinado gs imerso em
seu leo ou o nmero de manutenes sofridas.
Interface com o Usurio
Interface com o Desenvolvedor
Mquina de Inferncia
rea de Trabalho
Fatos Regras
Base de Conhecimento
Sistema Especialista
Usurio Desenvolvedor
Figura 3.1 Estrutura de um Sistema Especialista
Todos estes exemplos (estticos ou dinmicos) constituem-se em fatos, pois
so independentes das anlises realizadas. Por exemplo, a potncia nominal de um
transformador aquela determinada no registro da base de dados independentemente do
processo de tomada de deciso que esto ocorrendo. E mais, este fato dito esttico, pois
este valor pode at ser alterado, por um problema momentneo do transformador, mas
quase nunca isto acontece. Da mesma forma, o carregamento do transformador, que se
altera a cada medio realizada (por isto, um fato dinmico), tambm independente do
domnio, ou seja, da anlise que est sendo realizada. Por ele passa neste instante esta
potncia e isto um fato.
28
As regras so conhecimentos que podem ser verdadeiros, necessitando para
a sua validao a cada anlise. importante no confundir um conhecimento verdadeiro
com um conhecimento correto. Por exemplo, a regra Se o carregamento do transformador
for maior do que sua potncia nominal ento este transformador est em sobrecarga.
correta, mas depende de validao da premissa para ser verdadeira no contexto que est
sendo avaliado.
3.1.2 Mquina de Inferncia
A validao de uma regra feita pela mquina de inferncia, que no projeto
desenvolvido trabalha na forma de encadeamento direto. Existem duas formas de
encadeamento: direto e reverso. No encadeamento direto (ou tambm dito para frente), a
validao da regra feita atravs da validao de sua premissa. Se todos os itens que
compe a premissa forem fatos (e, por conseguinte, afirmaes verdadeiras), a concluso
tambm verdadeira e a regra validada, ou seja, ela executada acrescentando rea de
trabalho um novo conjunto de novos fatos contidos na concluso. A rea de trabalho uma
rea voltil, em que so colocados todos os fatos verdadeiros ocorridos durante uma
anlise. Quando a mquina de inferncia termina uma anlise, ela apagada, ou seja,
funciona como um rascunho para a soluo de um dado problema.
Um exemplo do processo de funcionamento da mquina de inferncia pode
ser visto nas figuras 3.2 (a) e (b).
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F1: A. F2: B. F3: C. F4: D. R1: Se A e C ento F. R2: Se A e G ento H.
Base de Conhecimento
A. B. C. D.
rea de Trabalho
Executando a Regra R1
F1: A. F2: B. F3: C. F4: D. R1: Se A e C ento F. R2: Se A e G ento H.
Base de Conhecimento
A. B. C. D. F.
rea de Trabalho
(a)
F1: A. F2: B. F3: C. F4: D. R1: Se A e C ento F. R2: Se A e G ento H.
Base de Conhecimento
A. B. C. D. F.
rea de Trabalho
Executando a Regra R2
F1: A. F2: B. F3: C. F4: D. R1: Se A e C ento F. R2: Se A e G ento H.
Base de Conhecimento
A. B. C. D. F.
rea de Trabalho
(b)
Figura 3.2 Funcionamento da Mquina de Inferncia em Encadeamento Direto: (a) executando a regra R1 e (b) executando a regra R2
Na figura 3.2 (a), a mquina de inferncia encontra-se a ponto de executar a
tentativa de validao da regra R1. Assim, para que ela seja verdadeira a premissa A e C
deve ser verdadeira. Por se tratar de uma conjuno (e) que une as duas assertivas, para
que a premissa seja verdadeira, tanto a assertiva A quanto a assertiva C devem ser
verdadeiras, ou seja, devem estar na base de conhecimento. Como pode ver visto, isto
ocorre, logo tanto A quanto C so verdadeiros e assim a premissa tambm verdadeira. Por
este motivo, a mquina de inferncia conclui que a assertiva F tambm verdadeira e a
adiciona na base de conhecimento. A regra ento dita verificada e executada.
Na figura 3.2 (b), a mquina de inferncia encontra-se a ponto de executar a
tentativa de validao da regra R2. Assim, para que ela seja verdadeira a premissa A e G
deve ser verdadeira. Da mesma forma, por se tratar de uma conjuno (e), tanto a assertiva
A quanto a assertiva G devem ser verdadeiras, ou seja, devem estar na base de
conhecimento. Como pode ver visto, a assertiva G no faz parte da base de conhecimento,
ento ela dita falsa. Isto leva a premissa tambm ser falsa, no podendo se dizer nada a
respeito da concluso. A regra ento dita verificada mas no executada.
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Este ponto interessante e merece uma observao. Se a premissa falsa,
pode parecer a princpio que a concluso tambm falsa, concluindo-se que no H seja
verdadeiro. Isto incorreto. A falha na verificao da premissa no leva a qualquer indicao
de verdade ou falsidade da concluso. Um exemplo disto pode ser verificado com a seguinte
regra Se transformador operar mais de 3 horas e ele estiver em sobrecarga ento o
transformador liga o sistema de ventilao forada.. Neste exemplo, se a premissa falhar,
no se pode concluir que o sistema de ventilao forada no foi ligado, pois isto pode
oco
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