Tópicos sobre Estratégias de Projeto PTC2527 EPUSP – 2014 Guido Stolfi

Tópicos sobre Estratégias de Projeto

PTC2527

EPUSP – 2014

Guido Stolfi

Engenharia é:

• Solução de Problemas

– Através do uso das Técnicas

– Com Eficácia e Eficiência

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Ciclo de Vida de um Projeto

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Conceito

Especificações

Projeto

Certificação

Teste

Fornecimento

Suporte

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Fatores Críticos para Otimização de um Projeto

CustoProdução

TamanhoPeso

Desempenho

ConfiabilidadeManutenção

SegurançaErgonomia

ConsumoProjeto

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Forças Expansivas

• Aproveitamento de Recursos– Mais aplicações– Maior mercado

• Conseqüências:– Maior custo– Maior complexidade

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Forças Repressoras

• Economia de Recursos– Redução de Custo– Redução de Consumo– Redução de Peso, tamanho– Simplicidade de operação

• Conseqüências:– Menor desempenho

Folclore

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Exemplo Real

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Especificações

• “Frases” em uma determinada linguagem que descrevem o produto

• Primárias e Secundárias

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Especificações Primárias

• Quantitativas • Expressas por Igualdades ou Desigualdades • Identificadas com parâmetros da descrição

funcional • TODAS AS ESPECIFICAÇÕES TÊM TOLERÂNCIAS

Ganho: +10Freqüência de Corte Inferior: 20 HzFreqüência de Corte Superior: 20000 HzImpedância de Entrada 50 kDistorção Harmônica < 1%

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Especificações Secundárias

• Qualitativas

• Comparativas

• Relacionadas a processos de produção e diretrizes de projeto

Baixo custoTamanho reduzidoDistorção menor possívelAmbiente embarcado automotivoComponentes preferenciais / padronizados

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Especificações Secundárias

• Diretrizes de Projeto:– Projeto para Manufatura (DFM)– Projeto para Confiabilidade (DFR)– Projeto para Desempenho (DFP)– Projeto para Testabilidade (DFT)– Projeto para Reciclagem (DFD)

(Exemplos?)

Como se dá a Evolução de um Projeto?

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Abordagens Múltiplas na Atividade de Projeto

Descrição Funcional•Especificações•Formas de Onda•Comportamento•Restrições•Diretrizes

ModeloMatemático•Função de transferência•Descrição paramétrica•Fluxograma

Realização Física•Topologia•Circuito•Componentes•Protótipo•Firmware

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Evolução do Projeto

• Validação:– Corresponde a um caminho fechado nesse

diagrama, retornando ao ponto de partida

• Detalhamento:– Corresponde a um caminho que leva a um nível

mais aprofundado em uma mesma abordagem

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Ferramentas de Síntese

• Regras Formais

- Análise de Modelos- Resolução de Equações- Cálculo- Otimização (Minimização / Maximização)

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• Regras Práticas

- Tabelas- Modelos Simplificados- Cálculos Aproximados- Experiência Anterior - Projetos de Referência

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• Regras Empíricas

- Aplicáveis na Ausência de Modelos Satisfatórios- Experimentação - Tentativa e Erro

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Síntese Formal

• Ex.: Filtro Digital IIR– Função de Transferência:

– Realização na Forma Canônica Observável:

H zb b z b z

a z a z a z( )

0 1

12

2

11

22

331

t t t

a1 a2 a3

b0 b1 b2

x(t)

y(t)

Síntese Heurística

HEURÍSTICA, s.f. Arte de inventar, fazer descobrimentos. Disciplina que se propõe a formular as regras da pesquisa científica. Hipótese adotada provisoriamente como idéia diretriz.

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Síntese Heurística

Especificações

Arquivo HeurísticoDe Topologias

Topologia atende potencialmente às especificações?

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Ex.: Especificações de um Bloco Funcional

• Ganho: +10 x• Freqüência de Corte Inferior: 20 Hz• Freqüência de Corte Superior:

20000 Hz• Impedância de Entrada: 10 k

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Realização Ortodoxa

Amplificador Filtro passa-baixas Filtro passa-altas Inversor

- Associação de Blocos Funcionais Elementares(Arquivo Heurístico Restrito)

- Para cada Bloco, aplica-se Síntese Formal

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Realização Não-ortodoxa

-Elementos realizam várias funções

(Possíveis imprecisões e compromissos )

Critérios Fundamentais de Projeto

• Todo componente tem que ter uma justificativa para ser colocado

• Todo componente deve ter um critério para seu dimensionamento

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Critérios Fundamentais de Projeto

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Exemplo: Dimensionar R1 e R2.

RESET1

PD02

PD13

PD24

PD35

PD46

VCC7

GND8

XTAL19

XTAL210

PD511

PD612

PD713

PB0 (AIN0)14

PB1 (AIN1)15

PB2 (T0)16

PB3 (INT0)17

PB4 (INT1)18

PB519

VCC20

NC21

GND22

PB623

PB724

PA2 (IR)25

PA326

PA127

PA028

U1

ATtiny28L-4PIGND

VCC

GND

*

S1SW-PB

R1?

R2?

*

DL1LED

VCC

VCC

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Evolução de um Projeto

• Exemplo: Pré-amplificador RIAA p/ toca-discos de vinil

– Baixo ruído– Ganho 60 dB (conforme curva RIAA)– Impedância de entrada: 47 k– Impedância de Saída: 50 – Nível de Saída: 1 Vrms com ZL = 600 – Resistência da cápsula: ~1 k

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Detalhamento da Descrição Funcional

• Inicial: Descrição em Blocos Funcionais

RIAA

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• Especificação de Projeto: Curva RIAA (ideal)

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• Especificação realizável

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• Especificação Realista

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• Especificação de Produção

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Evolução da Representação Física

Do arquivo heurístico:

Z2

Z1

V+

V-

2

21

ZZZ

G

RIAA

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Escolha de Componentes: Q1, Q2Ponto de partida: baixo ruído, RG ~ 1k I C 1 = 100 A

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100A

100 A

200 A

IB3

IC3

IL = 2,3 mA p

IC3 > 2,3 mA IB3 ~ 25 A

Z2

Z1

V+

V-

ZL = 600


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Síntese Formal de Z1 e Z2

• Ganho de 60 dB em DC => R1 1000 R2

• Pólo em 50 Hz

• Zero em 500 Hz

nF Hz 37,6150112

1 C

CR

k Hz 503500132

1R

CR

R2500

R1500 k

A

B

R2500

R1500 k

C16,37n

A

B

R2500

R1500 k

C16,37n

A

B

R350 k


37 / 55PTC2527 – GS – 2010

• Pólo em 2,2 kHz

• Ajuste de R1, R2, C1, R3, C2

• Topologia alternativa (por transformação):

nF kHz 45,122,2232

1 C

CR

R2470

R1430 k C1

6,8n

A

B

C21,5n

R347 k

R2470

R1470 k

C16,8n

A

B

R356 k C2

1,5n

R2500

R1500 k

C16,37n

A

B

R350 k C2

1,45n

Verificação da Síntese por Simulação

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Após análise / síntese:

Q1 Q2

R2470

R3

47k

R5100k

Q5

+20V

-20V

C3

1,7u

R450k

Q3

R620k

R82k

Q4

A

D15V

R1

430k

C2

1,5n

C1

6,8n

R710k

C433p

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Circuito final:

C3

2,2uR447k

R12

1k

R13

1k

C11150p

Q1

2N4350

Q2

R6100k 1%

R5100k 1%

R1710k

C5100u

R9

15k

Q5BC550

C4

1,8pR162,2k

C9100n

R1033k

R1147k

C647u

Q4BC550

R14

47k

R7

10k

R82,2k 1W

+24V

-24V

C7

470u

R15

47

R2470

R3

47k

R1

430k

C2

1,5n

C1

6,8n

C847u

C10100n

D1

FDH400

D2

FDH400

D31N747

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Testes de Protótipo

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Reinício da Representação Física

Topologia alternativa (de volta ao arquivo heurístico)

Z2

Z1

2

21

ZZZ

G

Circuito Final

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Q1

2N4350

R447k

R5

1k

C4100P

D1FDH400

R649,9k 1%

Q2BC550

Q3BC550

R74,3k

C6

10p

D21N747

R1010k

Q4BC550

R3

47k

R1

430k

C2

1.5n

C1

6.8n

C3

470uR2470

R933k

R833kC7

100u

R112,2k 1W

R12

47

C8100n

C5100n

+24V

-24V

Planejamento

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Abordagens para Planejamento

Normativa Práticas padronizadas, soluções quantitativas, formais. Ex.: Manuais de projeto

Racional Análise quantitativa, otimização, equacionamento e modelagem.

Argumentativa Participação, dinâmica de grupo visando consenso. Ex.: “brainstorm”

Heurística Bom senso, experiência, regras práticas.

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Estratégias de Desenvolvimento

De Cima Para Baixo As especificações direcionam totalmente o projeto (Normativa, Racional)

De Baixo Para Cima A solução é derivada de projetos já existentes, com tecnologia disponível (Argumentativa)

De Fora Para Dentro As interfaces com demais componentes do sistema direcionam o projeto (Racional, Argumentativa, Heurística)

De Dentro Para Fora O projeto é impulsionado pelo desenvolvimento de novas tecnologias (Heurística)

Híbrida Utiliza-se uma combinação das estratégias acima.

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Escalas de Atividades de Desenvolvimento

•Tarefa

•Projeto

•Programa

•Empreendimento

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Tarefa

• Projeto simples, geralmente de cunho experimental, completado por um único engenheiro

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Projeto

• Processo bem definido, geralmente um produto, completado por uma pequena equipe

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Programa

• Requer planejamento rigoroso, e utiliza vários projetos paralelos, desenvolvidos por equipes multidisciplinares

• Há monitoração superior (“follow-up”) e comunicação plena entre as equipes

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Empreendimento

• Necessita de um plano de desenvolvimento, com vários programas multidisciplinares em paralelo, para desenvolvimento de sistemas extremamente complexos, ou de alto volume ou responsabilidade

• Depende de uma estrutura hierárquica para monitoração e comunicação entre os programas

Quando o Projeto não Funciona …

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Técnicas de Depuração de Sistemas

• De Baixo para Cima

• De Cima para Baixo

• Da Esquerda para a Direita

• Da Direita para a Esquerda

• Partição Binária

• Mudança de Abordagem

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Técnicas para Depuração de Sistemas

• De baixo para cima– Os insumos necessários para a operação

do sistema estão presentes?– Ex.: Fontes de alimentação, “clocks”,

polarizações

In Out

Comandos

Insumos

1 32

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• De cima para baixo– O sistema recebeu comandos para

realizar as funções especificadas?– Ex.: controles, programação,

configuração, ajustes iniciais

In Out

Comandos

Insumos

1 32

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• Da esquerda para a direita– O sinal está sendo propagado pelos

sub-sistemas da forma esperada?– Ex.: Amplificação, filtragem,

acoplamento, atenuação, conversão

In Out

Comandos

Insumos

1 32

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• Da direita para a esquerda– Os efeitos das saídas estão sendo

retroalimentados para as entradas?– As saídas são justificadas pelas entradas?– Ex.: Sistemas com realimentação

In Out

Comandos

Insumos

1 32

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• Partição Binária– Verificar as extremidades do sistema;

em seguida, dividi-lo funcionalmente ao meio e verificar nesse ponto; repetir o processo

In Out

Comandos

Insumos

1 32

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• Mudança de Abordagem

– Saia e vá tomar um café– Peça ajuda para outra pessoa– Explique o defeito para outra pessoa– Provoque um defeito diferente

– Justificativa: evitar erros sistemáticos

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• Regra Geral:

– Se ninguém consertou, então não está consertado!

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