sistema inteligente para tomada rápida de decisões nos...

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 6.25 - 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 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.


A. B. C. D.

rea de Trabalho

Executando a Regra R1



A. B. C. D. F.

rea de Trabalho

(a)



A. B. C. D. F.

rea de Trabalho

Executando a Regra R2



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.

30

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

sistema inteligente para tomada rápida de decisões nos...

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