Investigação Operacional

Modelo multiobjectivo para apoio à localização de condensadores em redes radiais de distribuição

The installation of shunt capacitors in electrical distribution networks can effectively reduce energy and peak power losses, while improving quality of service particularly promoting a better voltage profile. Economic and operational benefits depend mainly on the number, location and sizes of the capacitors installed. In this problem, multiple and conflicting evaluation aspects are generally at stake, such as minimizing capacitor installation cost and reducing system losses. Multiple objective models explicitly address these distinct concerns, and they entail analyzing trade-offs between the different objectives to select a satisfactory compromise solution from the set of potentially non-dominated solutions which can be accepted as the output of the decision process. In this paper, a tabu search based approach is presented, which provides decision support in the problem of capacitor location in radial distribution networks. The model explicitly considers two conflicting and incommensurate objective functions, related to cost and operation aspects of evaluation.

A instalação de condensadores em redes eléctricas de distribuição reduz efectivamente as perdas de energia e a potência de pico, para além de contribuir para uma melhor qualidade de serviço, nomeadamente na melhoria do perfil de tensões apresentado pela rede. Os benefícios económicos e operacionais obtidos com a colocação de condensadores estão intimamente ligados ao número, localização e dimensão dos dispositivos instalados. Neste problema existem vários aspectos de avaliação de natureza conflituosa, tais como a redução de perdas e a minimização do custo de instalação das baterias de condensadores. Enveredou-se, por isso, por uma abordagem multiobjectivo, com o desenvolvimento de um modelo que contempla explicitamente os diferentes aspectos de avaliação e permite a selecção de uma solução de compromisso satisfatória, a partir do conjunto de soluções potencialmente não dominadas resultante do processo de pesquisa. Nesta abordagem, baseada em pesquisa tabu, propõe-se um modelo multiobjectivo de apoio à decisão para o problema da colocação de condensadores em redes de distribuição. O modelo considera explicitamente duas funções objectivo, relacionadas com os aspectos de avaliação referentes ao custo e à redução de perdas.

Abordagem hierárquica para avaliação da fiabilidade de sistemas de produção complexos com comportamento não-markoviano

In the actual context of global, intense competitiveness, the performance of the production systems is a key competitiveness factor for manufacturing companies. Factors such as the availability of the manufacturing cells and the frequency of production shortages are very important indexes for system designers and managers, both at the planning and at the operational stages of the production systems life cycle. The reliability, maintainability and redundancy of the manufacturing equipment are well known performance drivers of the production system, but intermediate work-in-process (wip) buffers are another fundamental driver. Despite the endless inventory reduction efforts made by production managers, very often, wip buffers still play a central role in the operation of the production systems. They smooth the unbalance of manufacturing cells and limit the consequences of events such as equipment failures and non conforming lots, preventing them to propagate to the downstream production units. This paper will present a set of tools and methods for the assessment of performance indexes of production systems. Particular attention will be paid to the assessment of the impact of the dimension and the localization of the wip buffers on the global performance of the systems. The assessment of availability, frequency and duration related indexes is a complex task for production systems, due to the dimension of the systems under study, and the fact that their behaviour, normally, will not be markovian. To overcome these difficulties, a hierarchical, non-markovian approach was developed. Its originality lays on the fact that it allows evaluating the performance indexes from a global system model that was obtained from the integration of a set of equivalent models derived at the subsystem level. In the final part of the paper, a numerical example concerning a production system made by three cells and two buffers will be presented.

No actual contexto de forte concorrência e de crescente exigência dos mercados, no projecto e exploração dos sistemas de produção, é fundamental ter em conta os aspectos que afectam a sua disponibilidade, isto é, a probabilidade do sistema estar operacional quando é solicitado a produzir. Também, a frequência de ocorrência dos estados de avaria e a duração média desses estados são índices muito úteis para o planeamento dos sistemas de produção e para a análise dos custos industriais. Sabe-se da importância da fiabilidade e da manutabilidade dos equipamentos, das redundâncias e os recursos de manutenção sobre estes índices. Reconhece-se, também, o papel que os buffers existentes entre secções do sistema de produção desempenham, ao impedir ou atenuar a propagação, para jusante, de efeitos indesejáveis provocados por avaria de equipamentos, absentismo de operadores ou não conformidade de produtos. Neste artigo, será apresentado um método de avaliação do desempenho de sistemas de produção, em especial de análise do efeito que a dimensão e a localização dos buffers tem sobre esse desempenho. A avaliação de índices como a disponibilidade, ou a frequência e a duração das avarias é, normalmente, uma tarefa complexa devido a duas ordens de factores principais: a dimensão dos sistemas em análise e o carácter não markoviano do seu comportamento. Para contornar estas dificuldades, será explorada uma abordagem hierárquica e não-markoviana. A sua originalidade reside no facto de possibilitar a obtenção de um modelo global do sistema, por integração de modelos simplificados ao nível dos subsistemas, com base no qual são determinados os índices de fiabilidade e as análises de sensibilidade. Na parte final do artigo, apresentar-se-á a aplicação da metodologia a um sistema de produção constituído por três células de fabrico e dois buffers.

Avaliação do Desempenho de Alunos Considerando Classificações Obtidas e Opiniões dos Docentes

This paper intends to evaluate the academic evolution of an engineering students group who entered Universidade Federal Fluminense (UFF) - Brazil in 1997. Both scholarship bulletins, and lecturers opinions are considered in order to understand what "a good studen" is. The lectures opinions are evaluated with the multicriteria elementary methods of Borda and Condorcet. A statistical analysis is performed with the scholarship bulletins from 1997 until 2000.

Este artigo avalia a situação académica dos alunos dos cursos de Engenharia que ingressaram na Universidade Federal Fluminense (UFF) - Brasil em 1997 pelo acompanhamento do seu rendimento escolar, tentando estabelecer relações de causa e efeito entre suas classificações nas diferentes etapas do exame de admissão, chamado "concurso vestibula''. A amostra é constituída por cerca de cento e cinquenta alunos, com dados referentes às suas classificações em todas as disciplinas frequentadas até ao segundo semestre de 2000. É feita também uma análise da opinião docente sobre as condições que permitem formar um bom aluno e sobre o que se considera um bom aluno. Os resultados dos questionários aplicados são analisados por métodos multidecisor elementares (métodos de Borda e Condorcet) e comparados com a análise anterior.

Planejamento e Programação da Produção numa Fundição Cativa Automatizada de Grande Porte

This work consists of a case study in a large foundry, which has three molding lines and two sets of furnaces. The molding lines produce different types of items, which must be made of different alloys produced by the furnaces. In each period, the production programming in this foundry has two important levels of decision making which are linked: 1) which alloys should be produced in the furnace in each period and 2) the quantity of each item to be produced in each molding machine. Initially, the productive process is described and then a mixed integer programming optimization model is proposed in which the lot-sizing of the items and the capacity programming of the furnaces are considered. A commercial package/software was utilized to obtain the computational results. A simulation lasting 5 working days was carried out and the computational results obtained from the model solution were compared with the ones obtained by the company, showing a significant increase in the productivity and reduction concerning delays of the delivery deadline.

Este trabalho consiste num estudo de caso em uma fundição cativa de grande porte, a qual tem três linhas de moldagem e dois conjuntos de fornos. As linhas de moldagem produzem diferentes tipos de itens com demandas conhecidas e que devem ser feitos com diferentes ligas produzidas pelos fornos. Em cada período, a programação da produção nessa fundição envolve dois níveis importantes de decisão que estão inter-relacionados: 1) qual liga deve ser produzida no forno em cada período, e 2) a quantidade de cada item a ser produzida em cada máquina de moldagem. Inicialmente, o processo produtivo é descrito e então um modelo matemático de otimização inteira mista é proposto o qual considera o dimensionamento de lotes para os itens e a programação da capacidade dos fornos. Um pacote comercial foi utilizado para a obtenção dos resultados computacionais. Foi feita uma simulação de 5 dias de trabalho e os resultados obtidos a partir da solução do modelo foram comparados com os resultados obtidos na prática pela indústria, mostrando expressivos ganhos de produtividade e redução de atrasos na entrega dos pedidos.

Programação de operações em sistemas com tempo de processamento variável e com buffers de preparação

In this work a scheduling operation problem with variable processing times is analysed. In particular this project is concerned with the scheduling of the truck load operations and the preparation of loads in buffers in an automatic warehouse. The truck load operations can be assumed as processing tasks with ready times (availability of the trucks) and due dates (trip cut off time). Additionally, it is possible to process a task before ready time by using a buffer where a truck load is assembled to be transferred to the truck in a later time period. Processing time is variable and depends upon the number of tasks simultaneously in progress. A minimum number of simultaneous tasks is assumed in order to guarantee a maximum, nominal, rate of expedition. A procedure based on Dynamic Programming with truck expedition times ordered by EDD rule is presented. The algorithm efficiency is also discussed.

Neste artigo apresenta-se um problema de planeamento de operações para a expedição de mercadorias em camiões num sistema automático de armazenamento. O carregamento de um camião pode ser entendido como o processamento de uma tarefa com data de disponibilidade e data de entrega. Os tempos de processamento das tarefas são variáveis e dependem do número de tarefas a serem processadas simultaneamente. Neste sistema de armazenamento existe a possibilidade de iniciar o processamento de uma tarefa antes da sua data de disponibilidade, utilizando para o efeito uma zona de preparação antecipada, que substitui temporariamente o camião. Diariamente, dado um conjunto de tarefas a processar, pretende-se elaborar o plano operacional para a sua execução de modo a minimizar a soma dos atrasos na expedição. Apresenta-se um procedimento baseado em programação dinâmica para a definição do plano operacional relativo à expedição dos camiões com o objectivo de minimizar a soma dos atrasos, estudando-se a sua eficiência computacional.

Graph-Based Structures for the Market Baskets Analysis

The market basket is defined as an itemset bought together by a customer on a single visit to a store. The market basket analysis is a powerful tool for the implementation of cross-selling strategies. Although some algorithms can find the market basket, they can be inefficient in computational time. The aim of this paper is to present a faster algorithm for the market basket analysis using data-condensed structures. In this innovative approach, the condensed data is obtained by transforming the market basket problem in a maximum-weighted clique problem. Firstly, the input data set is transformed into a graph-based structure and then the maximum-weighted clique problem is solved using a meta-heuristic approach in order to find the most frequent itemsets. The computational results show accurate solutions with reduced computational times.

Heuristic Sensitivity Analysis for Baker's Yeast Model Parameters

The baker's yeast, essentially composed by living cells of Saccharomyces cerevisiae, used in the bread making and beer industries as a microorganism, has an important industrial role. The simulation procedure represents then a necessary tool to understand clearly the baker's yeast fermentation process. The use of mathematical models based on mass balance equations requires the knowledge of the reaction kinetics, thermodynamics, and transport and physical properties. Models may be more or less complex, however they keep the basic feature of linking observations together into some pattern. A FORTRAN90-based program was developed to simulate the baker's yeast fermentation process in order to predict the dynamic behaviour of a well-mixed reactor. Mass balances written for all the components define a system of ordinary differential equations of initial value problem type (IVP). Considering the kinetics and the gas transfer rates relations as part of the differential system, a differential-algebraic system (DAE) can be defined. The simulation results were compared with the experimental values obtained in a laboratorial five-litre fermenter, operated in fed-batch mode. Prior to the parameter estimation procedure, an identification of the most significant model parameters was carried out. A heuristic sensitivity analysis was performed in order to adjust the model results with the experimental data. The Meyer and Roth method was used to minimise the objective function, defined as the sum of the relative square errors between the calculated and the experimental values (associated to the state variables: biomass, glucose and ethanol). The yield coefficients and the maximum uptake rate for glucose and oxygen were found the most significant parameters.