[pt] O problema de sequenciamento de tarefas e troca de ferramentas (job sequencing and tool switching problem - SSP) tem sido extensivamente estudado na área de pesquisa operacional, devido à sua relevância prática e interesse metodológico. Dada uma máquina que pode carregar uma quantidade limitada de ferramentas simultaneamente e um número de tarefas que requerem um subconjunto das ferramentas disponíveis, o SSP procura uma sequência de tarefas que minimize o número total de trocas de ferramentas na máquina. Para resolver este problema, é proposta uma busca genética híbrida simples e efetiva baseada em uma representação de solução genérica, um operador de decodificação sob medida, buscas locais eficientes e técnicas de gerenciamento de diversidade. Para orientar a busca, um objetivo secundário desenvolvido para tratar empates é introduzido. Essas técnicas permitem explorar soluções estruturalmente distintas e escapar de ótimos locais. Conforme apresentado nos experimentos computacionais em instâncias clássicas, o algoritmo proposto supera significativamente todas as abordagens anteriores, mesmo sendo de fácil entendimento e implementação. Por fim, resultados obtidos em um novo conjunto de instâncias maiores são reportados para estimular futuras pesquisas e análises comparativas. / [en] The job sequencing and tool switching problem (SSP) has been extensively studied in the field of operations research, due to its practical relevance and methodological interest. Given a machine that can load a limited amount of tools simultaneously and a number of jobs that require a subset of the available tools, the SSP seeks a job sequence that minimizes the number of tool switches in the machine. To solve this problem, we propose a simple and efficient hybrid genetic search based on a generic solution representation, a tailored decoding operator, efficient local searches and diversity management techniques. To guide the search, we introduce a secondary objective designed to break ties. These techniques allow to explore structurally different solutions and escape local optima. As shown in our computational experiments on classical benchmark instances, our algorithm significantly outperforms all previous approaches while remaining simple to apprehend and easy to implement. We finally report results on a new set of larger instances to stimulate future research and comparative analyses.

[pt] A contratação de energia elétrica no Brasil por parte de grandes consumidores é feita de acordo com o nível de tensão e considerando dois ambientes: o Ambiente Regulado e o Ambiente Livre. Os grandes consumidores são aqueles que possuem carga igual ou superior a 3 MW, atendidos em qualquer nível de tensão e a energia pode ser contratada em quaisquer desses ambientes. Um grande desafio para esses consumidores é determinar a melhor alternativa de contratação. Para tratar este problema, é preciso ter em conta que o consumo de energia e a demanda de potência requerida são variáveis desconhecidas no momento da contratação do consumidor, sendo necessário estimá-las. Esta dissertação propõe atacar este problema por uma metodologia que envolve simulação de cenários futuros de demanda máxima de potência e energia total consumida e otimização estocástica dos cenários simulados para definir o melhor contrato. Dada a natureza estocástica do problema, empregou-se o CVaR (Conditional Value at Risk) como medida de risco para o problema de otimização. Para ilustrar, os resultados da contratação foram obtidos para um grande consumidor real considerando a modalidade Verde A4 no Ambiente Regulado e um contrato de quantidade no Ambiente Livre. / [en] The energy contracting in Brazil for large consumers is done according to the voltage level and considering two environments: the Regulated Environment and the Free Environment. Large consumers are those characterized by installed load equal to or greater than 3 MW, supplied at any voltage level and its energy contract can be chosen between any of these two environments. A major challenge for these consumers is to determine the best alternative of contracting. To address this problem, it must be taken into account that the energy consumption and the required power demand are unknown variables by the time of consumer contracting, being necessary to estimate them. This dissertation proposes to tackle this problem by a methodology based on the simulation of future scenarios of maximum power demand and total consumed energy and on stochastic optimization of these simulated scenarios in order to define the best contract. Given the stochastic nature of the problem, it was used the CVaR (Conditional Value at Risk) as a measure of risk for the optimization problem. To illustrate, the contracting results were obtained for a large real consumer considering the Green Tariff group A4 in the Regulated Environment and a quantity contract in the Free Environment.

[pt] Imprescindível para quaisquer aplicações de visão computacional ou realidade aumentada, a calibração de câmera é o processo no qual se obtém os parâmetros intrínsecos e extrínsecos da câmera, tais como distância focal, ponto principal e valores que mensuram a distorção ótica da lente. Atualmente o método mais utilizado para calibrar uma câmera envolve o uso de imagens de um padrão planar em diferentes perspectivas, a partir das quais se extrai pontos de controle para montar um sistema de equações lineares cuja solução representa os parâmetros da câmera, que são otimizados com base no erro de reprojeção 2D. Neste trabalho, foi escolhido o padrão de calibração aneliforme por oferecer maior precisão na detecção dos pontos de controle. Ao aplicarmos técnicas como transformação frontal-paralela, refinamento iterativo dos pontos de controle e segmentação adaptativa de elipses, nossa abordagem apresentou melhoria no resultado do processo de calibração. Além disso, propomos estender o modelo de otimização ao redefinir a função objetivo, considerando não somente o erro de reprojeção 2D, mas também o erro de colinearidade 2D. / [en] Crucial for any computer vision or augmented reality application, the camera calibration is the process in which one gets the intrinsics and the extrinsics parameters of a camera, such as focal length, principal point and distortions values. Nowadays, the most used method to deploy the calibration comprises the use of images of a planar pattern in different perspectives, in order to extract control points to set up a system of linear equations whose solution represents the camera parameters, followed by an optimization based on the 2D reprojection error. In this work, the ring calibration pattern was chosen because it offers higher accuracy on the detection of control points. Upon application of techniques such as fronto-parallel transformation, iterative refinement of the control points and adaptative segmentation of ellipses, our approach has reached improvements in the result of the calibration process. Furthermore, we proposed extend the optimization model by modifying the objective function, regarding not only the 2D reprojection error but also the 2D collinearity error.

[pt] Neste trabalho, são apresentadas algumas aplicações da otimização topológica para problemas de autovalor onde o principal objetivo é maximizar um determinado autovalor, como por exemplo uma frequência natural de vibração ou uma carga crítica linearizada, usando elementos finitos poligonais em domínios bidimensionais arbitrários. A otimização topológica tem sido comumente utilizada para minimizar a flexibilidade de estruturas sujeitas a restrições de volume. A ideia desta técnica é distribuir uma certa quantidade de material em uma estrutura, sujeita a carregamentos e condições de contorno, visando maximizar a sua rigidez. Neste trabalho, o objetivo é obter uma distribuição ótima de material de maneira a maximizar uma determinada frequência natural (para mantê-la afastada da frequência de excitação externa, por exemplo) ou maximizar a menor carga crítica linearizada (para garantir um nível mais elevado de estabilidade da estrutura). Malhas poligonais construídas usando diagramas de Voronoi são empregadas na solução do problema de otimização topológica. As variáveis de projeto, i.e. as densidades do material, utilizadas no processo de otimização, são associadas a cada elemento poligonal da malha. Vários exemplos de otimização topológica, tanto para problemas de frequências naturais de vibração quanto para cargas críticas linearizadas, são apresentados para demonstrar a funcionalidade e a aplicabilidade da metodologia proposta. / [en] In this work, we present some applications of topology optimization for eigenvalue problems where the main goal is to maximize a specified eigenvalue, such as a natural frequency or a linearized buckling load using polygonal finite elements in arbitrary two-dimensional domains. Topology optimization has commonly been used to minimize the compliance of structures subjected to volume constraints. The idea is to distribute a certain amount of material in a given design domain subjected to a set of loads and boundary conditions such that to maximize its stiffness. In this work, the objective is to obtain the optimal material distribution in order to maximize the fundamental natural frequency (e.g. to keep it away from an external excitation frequency) or to maximize the lowest critical buckling load (e.g. to ensure a higher level of stability of the structures). We employ unstructured polygonal meshes constructed using Voronoi tessellations for the solution of the structural topology optimization problems. The design variables, i.e. material densities, used in the optimization scheme, are associated with each polygonal element in the mesh. We present several topology optimization examples for both eigenfrequency and buckling problems in order to demonstrate the functionality and applicability of the proposed methodology.

[pt] Nesse trabalho, propomos o problema AdInvest, que modela o processo decisiório de alocação de investimento em marketing digital do ponto de vista do anunciante. Para o problema proposto, definimos um algoritmo chamado balGreedy, e provamos suas garantias para instâncias determísticas e estocásticas do AdInvest. Os teoremas provados garantem ao nosso algoritmo resultados de pior caso relativamente próximos ao OPT, em diversos tipos de instâncias levantadas ao decorrer do trabalho. Em especial, focamos nas instâncias que modelam o efeito de saturação das audiências, que se faz presente na dinâmica de anúncios online. Como mostrado nos experimentos computacionais, o algoritmo balGreedy se mostrou consistentemente eficiente em comparação com as políticas alternativas adotadas, tanto nas instâncias que foram geradas por simulação, quanto em instâncias reais obtidas a partir de dados de um anunciante do Facebook Ads. / [en] In this work, we propose the problem AdInvest, which models the decision-making process for allocating investment in digital marketing from the advertiser perspective. For the proposed problem, we define an algorithm called balGreedy, and we prove its guarantees in deterministic and stochastic instances of the AdInvest. The proven theorems assure to our algorithm worst-case results relatively close to OPT, in several types of instances raised during the work. In particular, we focus on the instances that model the audience saturation effect, which is present in the dynamics of online advertisements. As shown in the computational experiments, the balGreedy algorithm had been consistently efficient compared to the alternative policies adopted, both in the instances generated by simulation and in real instances built from the data of a certain Facebook Ads advertiser.

[pt] Com o advento do novo modelo do setor elétrico a partir de 2004, foi permitida aos agentes de mercado a comercialização de energia no ambiente de contratação livre. Considerando a natureza destas operações e a influência de variáveis meteorológicas na formação e volatilidade dos preços, as decisões no âmbito da comercialização de energia são tomadas sob condições de incerteza, levando os agentes a buscarem estratégias de contratação para maximização do retorno dos ativos e/ou mitigação dos riscos envolvidos. No setor elétrico brasileiro, a gestão do risco de mercado é realizada principalmente por contratos a termo, de forma a reduzir os impactos adversos da flutuação do PLD. Neste contexto, os objetivos deste estudo são avaliar a aplicabilidade de dois modelos de otimização sob incerteza, estágio único e estocástico de dois estágios, na tomada de decisão de uma comercializadora e comparar as decisões recomendadas pelos modelos. Estes modelos utilizaram uma função de preferência que permite representar a variação do nível de aversão ao risco considerando diferentes bandas de preferência, tendo os seus parâmetros determinados pelo método Analytic Hierarchical Process. Para a construção das curvas forward do modelo estocástico de dois estágios, foi ponderado o preço de mercado observado e as 2.000 séries do PLD da previsão oficial do ONS. Os resultados evidenciaram a efetividade na mitigação do risco para os produtos avaliados. Ademais, devido à redução do custo do arrependimento a partir da modelagem do problema de otimização em dois estágios, este modelo apresentou soluções mais rentáveis quando comparado ao modelo de único estágio. / [en] With the advent of the new model for the electricity sector in 2004, market agents were allowed to sell energy in the free market. Considering the nature of these operations and the influence of meteorological variables on the formation and volatility of prices, energy trading decisions are taken under conditions of uncertainty, leading agents to seek contracting strategies to maximize the return on assets or mitigation of the risks involved. In the Brazilian electricity sector, market risk management is mainly accomplished through forward contracts, in order to reduce the adverse impacts of PLD fluctuation. In this context, the objectives of this study are to evaluate the applicability of two optimization models under uncertainty, single-stage and two-stage stochastic, in the decision making of a trading company and to compare the decisions recommended by the models. These models used a preference function that allows representing the variation of the risk aversion level considering different preference groups, having its parameters determined by the Analytic Hierarchical Process. For the construction of the forward curves of the two-stage stochastic model, the observed market price and the 2,000 PLD series of the ONS official forecast were weighted. The results evidenced the effectiveness in risk mitigation for the evaluated products. Furthermore, due to the reduction in the cost of regret from the two-stage optimization problem modeling, this model presented more cost-effective solutions when compared to the single-stage model.

[pt] O Método dos Elementos Discretos (Discrete Element Method - DEM) é uma técnica numérico computacional capaz de simular o comportamento macroscópico de um material via solução das equações do movimento de seus constituintes. Para uma correta predição deste comportamento são informados, como dados de entrada, as características mecânicas dos elementos: os chamados microparâmetros. Contudo, não existe uma receita que determine estes microparâmetros baseados somente nas respostas macroscópicas do material simulado, necessitando de um passo adicional conhecido como Calibração. Tentativa e erro, um método ineficiente por conta de seu fator de escala desfavorável, é o mais comumente utilizado nesta etapa. Este trabalho propõe uma nova abordagem utilizando-se do método de otimização global Generalized Simulated Annealing, minimizando-se a área quadrática normalizada entre as curvas experimentais e calculadas de tensão-deformação axial e deformações volumétrica-axial simultaneamente. Foram efetuadas comparações via ensaio triaxial para dados sintéticos e reais cujos resultados demonstram o aproveitamento e aplicabilidade da técnica proposta. / [en] The Discrete Element Method (DEM) is a numerical computational technique that simulates the macroscopic material behaviour by solving the equations of motion of its constituents. For a correct prediction of this behaviour, are set as input data the mechanical characteristics of the elements, the so-called microparameters. However, there is no recipe for determining these microparameters based solely on the macroscopic responses of the simulated material. It is required an additional step known as Calibration. The method widely used in this calibration is trial and error, although is an inefficient method due its unfavorable scale factor. This work proposes a new approach using the Generalized Simulated Annealing global optimization method, minimizing the normalized quadratic area between the experimental and calculated curves of the axial stress-strain and volumetric-axial deformations curves simultaneously. Comparison is done using triaxial tests for both synthetic and real data whose results demonstrate the usefulness and applicability of the proposed approach.

[pt] Ao longo dos últimos anos o desenvolvimento da Pesquisa Operacional foi fundamental para o crescimento da indústria aérea. No Brasil, o órgão responsável pela fiscalização da aviação civil é a Agência Nacional de Aviação Civil (ANAC). O objetivo da dissertação é desenvolver um modelo de otimização para localização-alocação de pessoal (servidores) e aplicá-lo à um estudo de caso da ANAC, no contexto de Safety Oversight. Uma revisão sistematizada de literatura foi conduzida para identificar os gaps e soluções recentes na literatura de problemas de facility location. O objetivo descrito foi alcançado e o modelo matemático foi validado pelo Estudo de Caso proposto. O modelo alocou 31 porcento dos servidores da ANAC na Região Sudeste do Brasil, 25 porcento na Região Nordeste, 17 porcento na Região Norte, 17 porcento na Região Sul e 10 porcento na Região Centro-Oeste; reduzindo em 66 porcento a quantidade total de inspetores. Obteve-se ainda uma matriz de distribuição de capacitações por agência da ANAC, de forma que o tomador de decisão possa analisar o perfil ótimo de habilitações dos funcionários de cada agência. Uma análise de sensibilidade foi conduzida para avaliar a flexibilidade do modelo, que se mostrou eficiente para aplicações em problemas reais. / [en] Over the last years, Research Operations development has become fundamental for Aviation Industry. In Brazil, the agency responsible for Civil Aviation inspection is the National Agency of Civil Aviation (ANAC). This work aims the development of an optimal personnel location-allocation model and application in a case study at ANAC in Safety Oversight context. One Literature Review has been done for gaps identification and to find the most recent solution techniques for facility location problems. The research objective has been achieved, and the proposed case study has validated the model. The model located 31 percent of ANAC personnel in Brazilian Southeast Region, 25 percent in Northeast Region, 17 percent in North Region, 17 percent in South Region and 10 percent in Central-West Region; decreasing in 66 percent the total quantity of allocated inspectors. A capacities matrix has been constructed with model results; decision-makers can analyze the optimal distribution of personnel capacities in each facility. Finally, a sensitivity analysis has been done to test the model flexibility, which prove the model is efficient for real problems application.

[pt] O setor da refrigeração possui um papel essencial e crescente na economia global, com um aumento na quantidade de sistemas operantes. A necessidade de desenvolver novos refrigerantes tem sido cada vez mais frequente, a fim de atender a legislações ambientais cada vez mais rigorosas. Igualmente, medidas envolvendo a introdução de novos materiais, como os nanofluidos, tem sido uma constante. Neste trabalho, um sistema de refrigeração usando uma mistura nanolubrificante POE-diamante e refrigerante R410A foi simulado. Dados experimentais cedidos pela Universidade Federal de Uberlândia (UFU) foram usados para a elaboração e validação do modelo. O simulador utiliza a equação de Peng-Robinson para o cálculo das propriedades termodinâmicas e o método de fronteira móvel para a modelagem dos trocadores. O impacto das nanopartículas em relação aos parâmetros críticos foi avaliado a partir do princípio do isomorfismo e da natureza de ambos os materiais: fluido base e nanopartículas. A convergência da simulação do ciclo de refrigeração foi obtida com o método do simplex modificado, que mostrou-se adequado para tal aplicação, apresentando convergência satisfatória em todos os casos. As temperaturas de evaporação, condensação e de descarga do compressor são obtidas a partir das condições de operação do compressor, dos dois fluidos de transferência de calor, do grau de superaquecimento no evaporador e também do grau de subresfriamento no condensador. Superfícies de resposta foram criadas a fim de avaliar o efeito de cada uma das variáveis (temperatura de evaporação, frequência do compressor e concentração de nanopartículas) utilizadas no estudo do coeficiente de performance (COP), da capacidade frigorífica e da potência do compressor. A temperatura de evaporação possui um impacto significativo sobre a capacidades frigorífica e o COP, enquanto que a potência é mais afetada pela frequência do compressor. A concentração de nanopartículas, apesar de possuir um efeito marginal, não deve ser desprezada, devido à modificação que causa sobre as propriedades termofísicas da mistura. / [en] The refrigeration sector has an essential and growing role in the global economy, with an increase in the number of operating systems. The need to develop new refrigerants has been increasingly frequent, in order to meet increasingly stringent environmental legislation. Equally, measures involving the introduction of new materials, such as nanofluids, have been a constant. In this work, a cooling system using a POE-diamond nanolubricant mixture and R410A refrigerant was simulated. Experimental data provided by the Federal University of Uberlândia (UFU) were used for the elaboration and validation of the model. The simulation uses the Peng-Robinson equation to calculate thermodynamic properties and the moving-boundary method for modeling the heat exchangers. The impact of the nanoparticles in relation to critical parameters was evaluated based on the principle of isomorphism and the nature of both materials: base fluid and nanoparticles. The convergence of the refrigeration cycle simulation was obtained with the modified simplex method, which proved to be adequate for such application, presenting satisfactory convergence in all cases. Evaporation,condensation and discharge temperatures are obtained from the operating conditions of compressor and both heat transfer fluids, the degree of superheating in the evaporator and also the degree of subcooling in the condenser. Response surfaces were created in order to evaluate the effect of each of the variables (evaporation temperature, compressor frequency and nanoparticle concentration) used in the study of the performance coefficient (COP), refrigeration capacity and compressor power. Results have shown that the evaporation temperature has a significant impact on the cooling capacity and the COP, while the power is mainly affected by the compressor frequency. The nanoparticles concentration, despite having a more attenuated effect, should not be neglected, due to the change it causes to the mixture thermophysical properties.

[pt] A parametrização de superfícies triangularizadas, orientadas e sem bordo não se realiza em um único domínio planar e, por vezes, são sensíveis às descontinuidades ora introduzidas entre os múltiplos domínios planares solicitados. Para tanto, um domínio base não planar é exigido com uma estrutura diferenciável, bem como, a parametrização da superfície por este domínio. A principal abordagem desta tese utiliza uma estrutura de multi-triangulação que direciona a simplificação da superfície inicial numa superfície base e propõem uma projeção hierárquica dos vértices iniciais sobre este domínio. A projeção hierárquica é combinada com um sistema de parametrização da superfície base em domínios locais que são relacionados por funções de transição suaves. Como aplicação, o remalhamento semirregular de superfícies triangularizadas converte a superfície inicial, possivelmente irregular, em outra superfície com triangulação semirregular. A qualidade da triangulação e a preservação da forma original são aspectos importantes para o remalhamento e são resultantes da combinação de componentes envolvidas durante a sua construção, como a superfície base que aproxima a superfície inicial sem bordo, o particionamento semirregular desta superfície base e o reposicionamento de sua geometria. Um desafio significativo está no reposicionamento da geometria dos vértices que decorre da parametrização da superfície inicial. A otimização hierárquica realizada nestes domínios locais buscando reduzir as energias de distorção introduzidas pela parametrização, tal como, os atributos da superfície base são fundamentais para a qualidade deste remalhamento. A estrutura hierárquica permite flexibilidade durante a otimização e influencia no tempo de convergência. / [en] The parameterization of triangulated, oriented and free boundary surfaces does not take place in a single planar domain, and sometimes are sensitive to discontinuities introduced between the various planars domains requested. Therefore, a non-planar base domain is required with a differentiable structure, as well as a parameterization of the surface by this domain. The main approach of this thesis uses a multi-triangulation structure that directs the simplification of the initial surface to base surface and proposes a hierarchical projection of the initial vertices on the domain. A hierarchical projection is combined with a parameterization system of the initial surface composed of local domains related by smooth transition maps. As an application, the semi-regular remeshing of triangulated surfaces converts an input surface, possibly irregular, to another surface with semi-regular triangulation. The quality of the triangulation and the shape preserving are important aspects for the remeshing and are resulting from the components merge used during its building, such as the base surface that approximate the initial free boundary surface, refinement of the semi-regular surface and geometric fitting. An important challenge is the geometric fitting that results from the parameterization of the initial surface. The hierarchical optimization carried out in these local domains that minimizes the distortion energies produced by the parameterizations, such as the base surface attributes are fundamental to the quality of this remeshing. The hierarchical structure allows flexibility during optimization and influences the convergence time.