Em trabalho apresentado na Conferência  Internacional  em Sistemas e Robôs  Inteligentes (International  Conference  on  Intelligent Robots and Systems) e publicado em setembro último  em book  series do Institute of Electrical and Electronics Engineers  (IEEE),  o  pesquisador Lifford L.L. McLauchlan, da Universidade Texas A&M, utiliza resultados de  experimentos  bem-sucedidos obtidos no Laboratório de Controle e Automação de Processos, do Departamento de Engenharia de Sistemas Químicos  da  Faculdade  de Engenharia Química (FEQ) da Unicamp, realizados com o emprego da lógica fuzzy, para fundamentar a possibilidade de sua utilização no controle do pouso automático de um Boeing 747.

No  artigo  intitulado  “Pouso  de um Boeing 747 controlado por lógica  fuzzy”  (Fuzzy Logic Controlled Landing  of  a Boeing  747),  o  autor se  vale  de  dados  apresentados  em paper    publicado  em  setembro  de 2007 no periódico Control Engineering Practice, denominado “Investigações  experimentais  em  lógica fuzzy  para  controle  de  processos” (Experimental investigations on fuzzy logic for process control), de autoria dos professores da FEQ Ana Maria Frattini  Fileti,  Flávio Vasconcelos da Silva  e  João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira, e do professor Vivaldo Silveira  Junior, da Faculdade de Engenharia de Alimentos (FEA).

À primeira vista, pode parecer insólito que conhecimentos obtidos em um laboratório de engenharia química possam ser utilizados no desenvolvimento de controle automático de vôo de aeronaves. A lógica fuzzy, porém, tem sido utilizada há vários anos no Laboratório de Controle e Automação de Processos para o estudo de controle automático de processos  industriais.

No artigo publicado, a professora Ana Maria teve a ideia de reunir trabalhos  de  controle  e  automação  ali realizados  envolvendo  especialistas das áreas de refrigeração, destilação e polimerização,  todos eles  também com plenos domínios dos processos de  controle  e  automação. O nível e a versatilidade  das  abordagens  e experimentos  realizados  conferiram ao trabalho uma particular densidade e  completude que  atraíram  estudiosos,  porque mostra  a  possibilidade da aplicação prática de lógica fuzzy em diversos segmentos da atividade industrial, o que  certamente  contribui  para  despertar  a  atenção  dos que  realizam  pesquisa  nessa  área.

Ana Maria  enfatiza  que  o  pesquisador menciona no artigo a parte experimental  realizada  pelo  grupo, mostrando a credibilidade e confiabilidade da lógica fuzzy quando implementada em processos químicos e defendendo a possibilidade de aplicá-la no controle automático de um Boeing.

Mas o alcance da linha de pesquisa desenvolvida no laboratório revela-se maior diante da informação de que as publicações do grupo vêm recebendo um número crescente de citações das mais  diversas  áreas  de  pesquisas.

Destaca-se particularmente a citação do professor David Himmelblau, um dos maiores  expoentes  na  área  de engenharia química, que em artigo intitulado “Aplicações de redes neurais artifciais  em  engenharia  química” (Applications of artificial neural networks in chemical engineering) citou um trabalho realizado por Ana Maria envolvendo  inteligência  artificial, referenciando-o dentre os mais importantes em engenharia química que utilizam redes neurais artificiais online.

Lógica fuzzy

Apesar  de  disponível  desde  a década de 1960, a lógica fuzzy – um dos ramos da inteligência artifcial – ganhou impulso maior a partir de 1980 e não existem ainda muitos trabalhos experimentais  que  a  utilizem. Na maior parte da  literatura encontram-se trabalhos envolvendo simulações e poucos se atêm a aplicações práticas. “Nossa  publicação  descreve  várias situações experimentais de sucesso”, destaca Flávio Vasconcelos da Silva.

O  docente  explica  que  a  lógica fuzzy  foge  da  lógica  convencional que é matemática, cartesiana, que se aplica  a uma  situação que  é ou não é,  sem  possibilidade  de  descrever situações  intermediárias,  abrindo uma  série  de  aplicações  nos mais variados  processos. Ela  tenta  simular  a  atuação  do  cérebro  humano.

Silva dá como exemplo o banho, em  que  se  controla  a  temperatura sem nenhum cálculo, apenas abrindo e  fechando  a  válvula  que  aciona  o chuveiro, sem necessidade de determinar  a  temperatura  exata  da  água nem a abertura particular da válvula. Um dispositivo que utilizasse a lógica convencional para  realizar a mesma tarefa  teria  que  receber  a  informação  exata  sobre  a  temperatura  para que  pudesse  determinar  um  valor exato  para  a  abertura  da  válvula.

Aplicações dessa lógica em vários campos da engenharia química foram apresentadas  no  artigo  que  acabou sendo  utilizado  pelo  pesquisador da  universidade  norte-americana.

Ana Maria acrescenta que a lógica ganhou  aplicações  experimentais  só depois da década de 80  com o  surgimento dos  computadores digitais, que  levaram  ao  aumento  da  capacidade  de  processamento. A  partir daí,  essa  lógica  foi  transposta  para softwares que permitem o comando automático  de  determinados  processos, máquinas  ou  equipamentos.

A pesquisadora afirma que os processos descritos no trabalho publicado têm  características  de  transiência. Ela explica que nos aviões sem dispositivos  totalmente  automáticos  o piloto  precisa  levar  a  aeronave  até as  condições  de  cruzeiro  para  só então  acionar  o  piloto  automático. Hoje  em  dia,  as  situações  de  transiência  que  o  piloto  conduzia  de forma manual  também  podem  ser monitoradas  pelas máquinas,  através  do  sistema  digital  de  controle com  algoritmos  não  convencionais como, por  exemplo,  a  lógica  fuzzy.

Transpondo-se para os processos de engenharia química, Ana Maria diz que “a subida e descida do avião correspondem ao liga e desliga dos processos químicos contínuos, e também à operação normal dos processos de batelada, onde essa condição de transitoriedade se verifica o tempo todo, e por isso a similaridade de comportamento com o pouso ou a decolagem”.

O  professor  Pereira  acrescenta que  estas  etapas de vôo não  se dão em condições uniformes e constantes e  por  isso  a  lógica  fuzzy  pode  ser aplicada  a  eles. Silva  considera que não  existe  ainda  possibilidade  de eliminar o piloto, mas  seu  emprego permite que ele se concentre em menor número de variáveis e atuações.

Embora  os  quatro  professores envolvidos entendam de sistemas de automação e controle, cada um deles aplicou  a  lógica  fuzzy  e  participou no  artigo  referido dentro de  sua  especialidade. Assim  os  professores Flávio Vasconcelos da Silva e Vivaldo Silveira Junior se ativeram a processos de  refrigeração; Ana Maria Frattini Fileti  dedicou-se mais  especificamente  à  área de polimerização;  e o professor João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira,  embora aposentado, emprestou seus conhecimentos e cooperação em sistemas de destilação.

Ana Maria explica que na coluna de destilação em batelada, em que é realizada a separação dos componentes de uma mistura de hidrocarbonetos ou de água e álcool, a concentração tende a variar. “Na reação de conversão de um monômero em polímero, em que obtivemos polimetilmetacrilato, que é um dos tipos de acrílico que existe no mercado, a temperatura é de difícil controle. Por sua vez, os sistemas de refrigeração  estão  sempre  sujeitos  a perturbações  externas  provenientes, por exemplo, do próprio leite, sucos ou fluidos que vão  refrigerar outros equipamentos em planta  industrial”.

Alcance

Segundo Ana Maria,  em  todos os  três  processos mencionados  a matemática da lógica fuzzy foi transformada  em  código de  computador, principalmente através da linguagem C,  que  devidamente  compilado  foi posto a rodar online para atuação automática na  regulação dos processos de  destilação,  de  refrigeração  e  de polimerização. Assim  se  consegue que o computador atue na bomba de fluido  térmico  para  resfriamento  da reação  de  polimerização  que  gera calor; na válvula de refluxo da coluna de  destilação,  visando melhorar  a qualidade final  do  produto  que  está sendo separado; e na rotação do compressor  do  sistema  de  refrigeração, de  forma  a  estabilizar  a  temperatura do fluido que está sendo refrigerado.

Lembram  os  pesquisadores  que em  alguns  trabalhos  envolvendo o  sistema  de  refrigeração  houve  o cuidado  de  analisar  o  consumo  de energia e se constatou que o emprego da  lógica  fuzzy  leva  à  sua  redução.

Flavio  destaca  que  os  trabalhos desenvolvidos no Laboratório seguem a mesma tecnologia de hardware – estrutura física de automação – utilizada na  indústria: “O que desenvolvemos aqui não foi pensado apenas em nível laboratorial, mas tivemos e temos sempre  a preocupação  com um  trabalho prático, experimental, possível de ser reproduzido  facilmente na  indústria, porque os sistemas que utilizamos são os mesmos da indústria, o que facilita a transferência de tecnologia. Qualquer indústria pode utilizar a lógica fuzzy nos  equipamentos  com  que  opera”.

Ana Maria acrescenta que  toda a tecnologia  desenvolvida  no Laboratório  permite  também  que  haja  um monitoramento  remoto  dos  equipamentos:  “Como  já  fazem  hoje,  os engenheiros não precisam dar plantão dentro  da  fábrica  para  regularizar um  determinado  equipamento  que falhou, pois a tecnologia aqui desenvolvida  permite  o monitoramento  e o  controle  de  qualquer  equipamento  à  distância  através  da  internet, usando  notebook  ou  smartphone”.

Decorrências

O professor  João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira  lembra que o Laboratório  é  um  dos  pioneiros  em controle  e  automação  experimental e no emprego experimental da lógica fuzzy,  tornando-se  referência. Diz que  o Laboratório  começou  com  o monitoramento  de  processos  e  controles computacionais em engenharia química. À medida  que  ocorria  o desenvolvimento dos  computadores, várias metodologias  de  controle passaram a ser introduzidas. A lógica fuzzy veio como sequência natural da evolução das metodologias de aplicação. Pereira chama a atenção para o fato de que os softwares e a tecnologia de aplicação que utilizam  são desenvolvidos no próprio laboratório.

O  professor  explica  ainda  que o  controle  de  processos  tem  por objetivo  principalmente  a  pureza do  produto,  economia  de  energia, segurança, controle de  temperatura, além de evitar atividades repetitivas. Permite  ainda  a detecção de  falhas que possam a vir ocorrer no sistema de  forma  a  possibilitar  correções.

Para  ele,  “essa  possibilidade  é muito  importante  em  um  processo químico e nosso trabalho permite que a  utilizemos. Na  verdade,  nós  não temos  tecnologia  de  indústria,  nós estamos  desenvolvendo  tecnologia para a  indústria. Estamos desenvolvendo aquilo que os outros precisam”.

A  consequência  disso,  destaca Pereira, é que os alunos de mestrado e doutorado que passam pelo Laboratório são disputados pelas indústrias: “Temos  dificuldades  de manter  o aluno  até  o final  da  pós-graduação porque as empresas procuram engenheiros com esse tipo de formação”.

Silva  lembra  que  a  tecnologia desenvolvida em centros avançados chega  ao Brasil  na  forma  de  uma caixa preta e é utilizada sem que se saiba o que está acontecendo e sem que as empresas  realizem suas próprias descobertas. Para  o  docente, constitui papel da universidade mostrar como esses sistemas funcionam para que possam vir a ser desenvolvidos e aplicados aqui. Para isso, ele considera primordial formar pessoas que sejam capazes de entender o que está sendo feito e não apenas utilizar uma receita pronta que vem de fora.

Pereira conclui: “Nosso  laboratório  está  formando  engenheiros  com sólidos  conhecimentos  científicos  e técnicos que os  credenciam  a  atuar em uma área de ponta nos processos industriais. Hoje se valorizam produtos de alta qualidade em que a robótica, a inteligência artificial e o controle são utilizados com intensidade. O laboratório está formando pessoas de alto nível para  essa  atuação  e  desenvolvendo tecnologias nessa direção, que levem à obtenção de produtos de alto valor agregado, numa área em que a inteligência vale mais  que  o  esforço  humano”.

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Artigo
A. Fileti, A. Antunes, F. Silva, V. Silveira Jr. and J. Pereira, Experimental investigations on fuzzy logic for process control”, Control Engineering Practice, vol. 15, pp. 1149-1160, 2007.
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