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Aula 01 Analise de Sistemas 2013
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Anlise de Sistemas Ambientais
Aula 1
Mario Thadeu Leme de BarrosJoaquin Ignacio Bonnecarrere Garcia
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Informaes Importantes Clculo da mdia: 80% mdia aritmtica de duas provas + 20% exercciosData das Provas: j definidasProva substitutiva s para quem perder uma das duas provasLista de presena: importante!O curso dever exigir o uso de computador / planilhas / outros softwares: trazer material na aula!Bibliografia: livros, trabalhos, artigos, etc.
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Objetivos do Curso
Apresentar aos alunos a tcnica de anlise de sistemas aplicada a problemas de engenharia ambientalComo tomar deciso em diversos nveis: planejamento, programas, projetos, operao, etc.Conceitos de modelao matemticaModelos de Simulao Modelos de Otimizao
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O que SISTEMA?
Falamos em sistemas o tempo todo mas como defini-lo?
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Sistema
Um conjunto de elementos que interagem, inter-relacionados ou interdependentes que formam um todo complexo
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Sistema: grupo de elementos funcionalmente relacionados, como
O corpo humano visto como uma unidade fisiolgica funcional
um organismo como um todo, especialmente em relao s funes ou processos vitais
um grupo de rgos complementares anatomicamente ou fisiologicamente: sistema nervoso, sistema esqueltico, etc.
um grupo de componentes mecnicos que interagem
uma rede de estruturas e canais para comunicao, viagens, distribuio, etc.
um conjunto de computadores, de equipamentos de comunicao e de software
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Um conjunto organizado de idias ou princpios inter-
relacionados
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Forma poltica, econmica ou social
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Um conjunto de fenmenos que ocorrem naturalmente:
sistema solar, etc.
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Mtodo organizado ou coordenado;
Um procedimento;Sinnimo de Mtodo
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O Conceito Black-Box
SISTEMA
ENTRADA SAIDA
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Portanto um conceito amplo, que se relaciona com
diferentes reas de conhecimento
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No nosso caso: a Engenharia, o Meio Ambiente (Ecossistemas)
ou melhor:
Engenharia de Sistemas + Meio Ambiente = Sistemas Ambientais
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A Anlise de Sistemas tambm conhecida como
Pesquisa Operacional (Operational Research to complex decision-making
problems)
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O que anlise de sistemasUma forma sistemtica de tratar qualquer problema e tomar uma deciso sobre como solucion-loMas no qualquer deciso no, a deciso que melhor satisfaa o decisorDe acordo com a tcnica da anlise de sistemas o problema envolvendo a tomada de deciso pode ser dividido em cinco etapas (fases) bsicas
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Inmeros problemas que podem ser tratados com o
enfoque sistemtico
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exemplos de sistemas que podem ser analisados pelo enfoque a ser apresentado no curso (solo):
Sistema de coleta de lixo urbanoSistema de tratamento e/ou disposio de lixo domsticoSistema de controle da eroso urbanaSistema de controle da eroso ruralSistema de proteo ambiental numa indstria de explorao mineralSistema de coleta, tratamento e reciclagem de resduos industriaisSistema de controle ambiental numa Unidade de ConservaoSistema de preservao do solo numa Unidade de ConservaoSistema de controle do uso e ocupao do solo urbanoSistema institucional e legal (Poltica de Preservao e Controle do Solo)Sistema de preservao de matas.....
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exemplos de sistemas que podem ser analisados pelo enfoque a ser apresentado no curso (ar):
Sistema de controle da poluio do ar num complexo industrialSistema de controle da gerao de poluentes gasosos num veculoSistema de controle da poluio do ar numa cidadeSistema para minimizar a gerao de gases estufa no ambiente urbanoSistema para monitorar a qualidade do ar numa unidade de conservaoSistema para controle de poluentes gasosos num determinado processo industrialPlano Diretor de controle da qualidade do ar no ambiente urbano Sistema Legal e Institucional
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exemplos de sistemas que podem ser analisados pelo enfoque a ser apresentado no curso (gua):
Sistema de abastecimento de guaSistema de coleta e tratamento de esgoto domsticoSistema de gerao de hidroeletricidade (dimensionamento e operao de reservatrios)Sistema de irrigao ruralDimensionamento, projeto e operao de sistemas de recursos hdricos (diversos)Dimensionamento e operao de canaisSistema de controle de cheiasSistema de controle da qualidade da gua numa regio (rural ou urbana)Sistema de monitoramento de quantidade e qualidade (rural ou urbano)Controle da gua numa Unidade de ConservaoControle da gua urbanaSistema para controle de explorao da gua subterrneaSistema para proteo de mananciais superficiais e subterrneosPoltica Nacional (ou regional) de Recursos HdricosSistema Legal e Institucional
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De que forma um problema sistematizado:
Fase 1 definir em primeiro lugar o macro problema: por exemplo, melhoria da qualidade de vida de uma regio, desenvolvimento sustentado de uma regio especfica, implementao da infra-estrutura bsica de uma regio....enfim definir o que chamamos de METASObservem que essas metas esto diretamente relacionadas ao problema que est sendo tratado
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De que forma um problema sistematizado:
Fase 2 uma vez definidas as metas, como transform-las em realidade, ou melhor, como traduzir as metas em aes concretas, devemos ENFIM definir o que chamamos de OBJETIVOS (ou critrios)bsicos, que se concretizados alcanaro plenamente as metas pr-definidas.Como quantificar esses objetivos?
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De que forma um problema sistematizado:
Fase 2 Exemplos:Melhoria da qualidade de vida pode ser alcanada com: implantao de sistema de infra-estrutura na regio que ir atrair a indstria, que por sua vez gerar empregos, etc.Conservao Ambiental: poder ser alcanada com a criao de unidades de conservao ou com a recuperao de reas degradadas, etc.Desenvolvimento scio-econmico de uma regio sub-desenvolvida: plano de revitalizao da rea, etc.
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De que forma um problema sistematizado:
Observem que as fases 1 e 2 so essencialmente polticas (representantes da sociedade) e exigem dos tcnicos, que do suporte a eles, muita criatividadeUm grande problema exige para sua soluo muita criatividade: ela inicia com a definio clara das metas e dos objetivos envolvidos
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De que forma um problema sistematizado:
A Fase 3 essencialmente tcnica e multidisciplinar, depende tambm muito da criatividade: Como traduzir em realidade os objetivos bsicos pr-definidos, ou colocando a questo do ponto de vista da Engenharia e outras cincias: Que projetos executar? Que tipo? Como? Etc...ou seja:Formular ALTERNATIVAS tcnicas viveis
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De que forma um problema sistematizado:
Exemplo: implantao de infra-estrutura: construir estradas e barragens para gerao de energia, ou ferrovias e termoeltricas, ou etc.....Unidades de Conservao: Que tipos? Quantas? Onde? Para que?Observem que onde entra a concepo do projeto (de todo tipo, planejamento, operao, etc.)Lembrar sempre: o enfoque multidisciplinar!
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De que forma um problema sistematizado:
Fase 4: ANLISE DAS ALTERNATIVAS: como verificar se as alternativas atendem s metas e objetivosComo comparar as alternativas, quais os critrios? Como analis-las?Como traduzir os resultados para os decisores polticos?
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De que forma um problema sistematizado:
A base da Fase 4 a modelaoModelos FsicosModelos AnalgicosModelos Matemticos
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De que forma um problema sistematizado:
Antes de falarmos em modelos vamos completar a anlise sistemtica com a Fase 5: a TOMADA DE DECISO possvel decidir com os critrios e modelos adotados? Uma alternativa se destaca das demais?Como tomar a deciso com mais de um decisor (colegiado)?Se sim OK o processo finalizaSe no, o processo retorna a qualquer nvel anterior.
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Olhando a tcnica da anlise de sistema de forma estruturada, ela
pode ser resumida em:
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Fase 1 Definio das Metas (poltica/sociedade)
Fase 2 Identificao dos Objetivos(Critrios Tcnicos que Traduzem as Metas)
Fase 3 Formulao das Alternativas(enfoque multidisciplinar)
Fase 4 Formulao de Modelos(modelos matemticos e fsicos)
Fase 5 Seleo de melhor alternativa(decisores) Tomada de Deciso
OK
sim
no
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A mesma tcnica porm com foco nas etapas 4 e 5
*Adapted from Winston, Wayne L., Operations
Research: Applications and Algorithms,
3rd Edition, Duxbury Press, 1994, p. 2.
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Methodology of Operations Research*The Seven Steps to a Good OR Analysis
Feedback loopsat all levels!
OR DSS
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Methodology of Operations Research*The Seven Steps to a Good OR Analysis
What are the objectives?
Is the proposed problem too narrow?
Is it too broad?
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Methodology of Operations Research*The Seven Steps to a Good OR Analysis
What data should be collected?
How will data be collected?
How do different components of the system interact with each other?
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Methodology of Operations Research*The Seven Steps to a Good OR Analysis
What kind of model should be used?
Is the model accurate?
Is the model too complex?
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Methodology of Operations Research*The Seven Steps to a Good OR Analysis
Do outputs match current observations for current inputs?
Are outputs reasonable?
Could the model be erroneous?
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Methodology of Operations Research*The Seven Steps to a Good OR Analysis
What if there are conflicting objectives?
Inherently the most difficult step.
This is where software tools will help us!
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Methodology of Operations Research*The Seven Steps to a Good OR Analysis
Must communicate results in laymans terms.
System must be user friendly!
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Methodology of Operations Research*The Seven Steps to a Good OR Analysis
Users must be trained on the new system.
System must be observed over time to ensure it works properly.
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Successful OR Applications
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Estudo de Caso: Sistema de Despoluio e Controle de Cheias do Alto
Tiet
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Bacia do Alto Tiet: Bacia Hidrogrfica com muitos conflitos42
Projeto Tiet Controle de Cheias Flotao do rio Pinheiros
SABESP e CETESB
DAEE EMAE, SEMA e Petrobrs
Despoluio Rebaixamento da Calha
Despoluio do Pinheiros e Gerao de Energia
Primeira Etapa
3 ETEs (ABC, Parque Novo Mundo e So Miguel)
1500 km de rede coletora
250 mil ligaes
315 km coletores
37 km interceptores
24500 metros de calha rebaixada em 2,5 metrosR$ 638 milhes
US $1,1 bilho e
US $ 400 milhes (Segunda Etapa)
US$ 100 milhes
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Primeira Etapa do Projeto Tiet
Ampliao do servio de coleta de esgotos a 250 mil famlias (com benefcios diretos para cerca de 1 milho de pessoas);
Melhora sensvel na qualidade da gua em 120 km do rio
Peixes comearam a aparecer nas cidades de Salto e Itu;
Aumento do ndice de esgoto coletado na Regio Metropolitana de So Paulo de 70% para 80%;
Aumento do ndice de esgoto tratado na Regio Metropolitana de So Paulo de 24%para 65%;
Ampliao da capacidade de tratamento de esgotos na rede da Regio Metropolitana de So Paulo de 9,5 mil litros por segundo para 18 mil litros por segundo.
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Segunda Etapa do Projeto Tiet
Ampliao do servio de coleta de esgotos a 400 mil famlias com benefcios diretos para cerca de 1,2 milho de pessoas;
Melhora sensvel na qualidade da gua em 40 km do rio;
O Rio Pinheiros no ter mau cheiro;
Aumento do ndice de esgoto coletado na Regio Metropolitana de So Paulo de 80% para 82%;
Aumento do ndice de esgoto tratado na Regio Metropolitana de So Paulo de 65%para 68%.
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Projeto Tiet Resultados da Primeira EtapaEm destaque as ETEs 46
Caracterizar que tipo de metas, critrios, alternativas e modelos
poderiam ser considerados atravs da viso sistmica
apresentada?Ou seja, definir o que seria cada uma das cinco fases!
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Respostas
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Fase 1: As principais Metas
Melhoria da qualidade de vida, Recuperao e Conservao Ambiental da Regio e Desenvolvimento Econmico
Pensando no conjunto de Obras para esta bacia hidrogrfica:
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Fase 2: Objetivos ou Critrios para a Tomada de Deciso
Critrios Econmicos
Critrios Tcnicos
Critrios Sociais
Critrios Ambientais
Minimizao de custos envolvidos (eficincia) Anlise benefcio/custo considerando
todos os setores afetados Impactos no sistema de sade pblica Alcance econmico do projeto, etc.
Eficcia Segurana do processo Melhoria do desempenho da infra-estrutura urbana Resilincia, etc.
Gerao de empregos Melhoria nos ndices de sade pblica Retirada de famlias em reas de risco Deslocamento de pessoas Desapropriao, etc.
Proteo de fauna e flora Recuperao de reas degradadas Renaturalizao Proteo de mananciais Preservao de reas, etc.
Sub-Critrios
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Alguns aspectos importantes para escolha dos critrios:
definir para cada objetivo uma escala de medida (referncia);empregar para tal uma escala consistente;no repetir ou sobrepor objetivos (um objetivo no pode ser avaliado duas ou mais vezes);no escolher um nmero excessivo de critrios;os mtodos de deciso so ricos para considerar escalas numricas e subjetivas;esta fase extremamente importante para considerar as diversas opinies do colegiado (caso no seja um processo de um s decisor!)
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Fase 3: Gerao de Alternativas para atender a esses objetivos e metas
medidas estruturais: diferentes configuraes e solues de obrasmedidas no estruturais de diversos tipos
Essencialmente uma fase de Engenharia: onde entra imaginao, criatividade, experincia, etc.
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Fase 4: Processo de Anlise para a Tomada de Deciso tambm fase essencialmente tcnica
Objetivo 1
Objetivo 2
Objetivo 3
.
.
.Objetivo n
Alternativa 1 Alternativa 2 Alternativa m. . .
avaliar tecnicamente asrelaes entre Alternativas e Critrios e Mensur-las
MODELOS
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Fase 5: Tomada de Deciso
Tcnicas Multi Objetivo(mais algumas aulas....)
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fim
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