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[es] OPTIMIZACIÓN DE FORMA DE MODELOS BIDIMENSIONALES DE ELEMENTOS FINITOS CON COMPORTAMIENTO ELÁSTICO-PLÁSTICO / [pt] OTIMIZAÇÃO DE FORMA DE MODELOS BIDIMENSIONAIS DE ELEMENTOS FINITOS COM COMPORTAMENTO ELASTO-PLÁSTICO / [en] SHAPE OPTIMIZATION OF 2D FINITE ELEMENT MODELS CONSIDERING ELASTO-PLASTIC BEHAVIOURCARLOS EDUARDO KUBRUSLY DA SILVA 04 October 2001 (has links)
[pt] Este trabalho tem por objetivo apresentar um sistema
integrado para otimização de forma de estruturas planas que
tenham comportamento elasto-plástico. A metodologia
implementada propõe uma alternativa à forma conservadora
com que tradicionalmente as estruturas têm sido otimizadas,
ou seja, admitindo-se que as mesmas possuam comportamento
linear elástico.
O sistema computacional é denominado integrado pois reúne
diversos módulos distintos para o tratamento do problema,
como modelagem geométrica, geração de malhas de elementos
finitos, análise não-linear da resposta da estrutura,
análise de sensibilidade,programação matemática e
otimização de estruturas.
A geometria do contorno da estrutura plana é definida por
meio de curvas (paramétricas)B-splines cúbicas. Estas, por
sua vez, são determinadas em função de um conjunto de
pontos de interpolação (pontos-chave) e condições de
contorno em seus vértices extremos.
A correta definição da geometria da estrutura é responsável
pelo sucesso do processo de otimização.
A resposta da estrutura às solicitações do carregamento
externo é avaliada pelo método dos elementos finitos. Para
isso, é necessário que o domínio da estrutura seja
discretizado. No presente trabalho foi empregado um gerador
automático de malhas não estruturadas de elementos finitos
isoparamétricos. A configuração de equilíbrio da estrutura
é obtida através de um procedimento iterativo/incremental
envolvendo o método de Newton-Raphson. Localmente, o
equilíbrio é satisfeito pela aplicação de um algoritmo
implícito de integração de tensões nos pontos que violarem
o critério de plastificação do material. A matriz tangente
de rigidez é atualizada a cada iteração da análise e é
obtida de forma consistente com o algoritmo de integração
das tensões, preservando as características de convergência
quadrática assintótica inerentes ao método de Newton-
Raphson.
No procedimento iterativo de otimização é empregado um
algoritmo de programac¸ ão quadrática recursiva que requer
a avaliação dos gradientes da função-objetivo e restrições.
Para tal, foi implementado um método semi-analítico para a
determinação das sensibilidades da resposta estrutural
envolvidas nas expressôes dos gradientes citados. O método
leva em consideração os efeitos da plastificação ocorrida
durante o carregamento da estrutura e é dito -exato- por
apresentar imprecisões apenas nos casos em que a magnitude
da perturbação da variável é muito pequena, não podendo ser
representada corretamente pelo hardware.
Os exemplos analisados mostram que a consideração do
comportamento elastoplástico da estrutura na otimização de
sua forma leva a configurações mais eficientes do que
aquelas obtidas admitindo-se a relação linear elástica
entre deformações e tensões. / [en] The main goal of this work is to present an integrated
system for the optimization of plane structures with
elastoplastic behavior. The methodology proposes an
alternative for the conservative way in which structures
traditionally have been optimized, i.e., that they
present linear elastic behavior. The computational system
is said to be integrated because it congregates distinct
modules for the solution of the problem, such as geometric
modelling, finite element mesh generation, non-linear
structural response analysis, sensitivity analysis,
mathematical programming and optimization of structures.
The geometry of the plane structure`s boundary is defined
by cubic (parametric) B-splines curves. Those, in turn, are
determined by a set of interpolation points (key points)
and boundary constraints at their ends. The correct
definition of the structure`s geometry is responsible for
the success of the optimization process.The structural
response to the applied loading is evaluated by the finite
element method. For that, the domain of the structure must
be discretized. In the present work, an automatic
unstructured mesh generator of isoparametric finite
elements has been used. The equilibrium layout of the
structure is obtained by an iterative/incremental procedure
using the standard Newton-Raphson method. Locally, the
equilibrium is satisfied by applying an implicit stress
return mapping algorithm at points which violate the yield
criterion of the material. The tangent stiffness matrix is
updated at each analysis iteration and it is obtained in
a way which is consistent with the return mapping
algorithm, so that the asymptotic quadratic rate of
convergence of the Newton-Raphson method is preserved.
The use of a quadratic recursive programming algorithm in
the optimization procedure involves the gradient evaluation
of the objective function and constraints. For that, a
semi-analytical method for the calculation of the response
sensitivities, which appear in the gradient expressions,
has been implemented. The technique takes into account the
plastic effects which take place during the loading of the
structure and is considered - exact- up to round-off
errors, which occurs when the magnitude of the perturbation
is so small that the hardware cannot accurately represent
it.The examples presented demonstrate that the
consideration of the elastoplastic behavior of the material
during the optimization process leads to structural layouts
which are more efficient than of those obtained under the
assumption of linear elastic relationship between
strains and stresses. / [es] Este trabajo tiene por objetivo presentar un sistema
integrado para otimización de forma de extructuras planas
que tengan comportamiento elástico-plástico. LA metodología
implementada propone una alternativa a la forma
conservadora con que tradicionalmente las extructuras han
sido optimizadas, o sea, admitiendo que las poseen um
comportamiento lineal-elástico. EL sistema computacional se
denomina integrado pues reúne diversos módulos para el
tratamiento del problema, como modelage geométrica,
generación de mallas de elementos finitos, análisis no
lineal de la respuesta de la extructura, análisis de
sensibilidad,programación matemática y otimización de
extructuras. LA geometría del contorno de la extructura
plana es definida por medio de curvas (paramétricas)B
splines cúbicas. Estas, por su vez, son determinadas en
función de un conjunto de puntos de interpolación (puntos
claves) y condiciones de contorno en sus vértices extremos.
La definición correta de la geometría de la extructura es
responsable por el éxito del proceso de otimización. La
respuesta de la extructura a las solicitudes de carga
externa se evalúa por el método de los elementos finitos.
Para esto, es necesario que el dominio de la extructura sea
discretizado. En este trabajo se utiliza un generador
automático de mallas no extructuradas de elementos finitos
isoparamétricos. La configuración de equilíbrio de la
extructura se obtiene a través de un procedimiento
iterativo/incremental que envuelve el método de Newton
Raphson. Localmente, el equilíbrio es satisfecho por la
aplicación de un algoritmo implícito de integración de
tensiones en los puntos que violen el critério de
plastificación del material. La matriz tangente de rigidez
se actualiza a cada iteración del análisis y se obtiene de
forma consistente con el algoritmo de integración de las
tensiones, preservando las características de convergencia
cuadrática asintótica inherentes al método de Newton
Raphson. En el procedimiento iterativo de otimización se
utiliza un algoritmo de programación cuadrática recursiva
que requiere la evaluación de los gradientes de la función
objetivo y restricciones. Para tal, se implementó un método
semi analítico para la determinación de las sensibilidades
de la respuesta extructural envolvidas en las expresóes de
los gradientes citados. EL método lleva en consideración el
hecho de que la plastificación que ocurre durante la carga
de la extructura y se dice exacta por presentar
imprecisiones apenas en los casos en que la magnitud de la
perturbación de la variable es muy pequeña, no puede ser
representada correctamente por el hardware. Los ejemplos
analizados muestran que la consideración del comportamiento
elástico-plástico de la extructura en la otimización de su
forma lleva la configuraciones más eficientes de que
aquellas obtenidas admitiendo la relación lineal elástica
entre deformaciones y tensiones.
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[pt] AUTO-ADAPTAÇÃO E OTIMIZAÇÃO DE FORMA EM CASCAS / [en] SELF-ADAPTIVITY AND SHAPE OPTIMIZATION OF SHELLSJOAO BATISTA MARQUES DE SOUSA JUNIOR 26 October 2001 (has links)
[pt] Este trabalho consiste no desenvolvimento e implementação
de um sistema computacional integrado para Modelagem Geo-
étrica, Geração de Malhas, Análise Numérica, Auto-
Adaptação
do tipo h e Otimização de Forma e Espessura em Cascas.
O Modelo Geométrico adotado consiste em representar a
superfície por meio de B-Splines Racionais Recortadas,
admitindo variação de espessura segundo as mesmas funções
que descrevem a superfície.
Para a utilização nos módulos de Auto-Adaptação e
Otimização, Geradores de Malhas Não-Estruturadas
sobre superfícies paramétricas foram empregados. Com base
em um gerador de malhas triangulares que utiliza a
técnica
de avanço de Fronteira, dois geradores de malhas
quadrilaterais foram desenvolvidos.
Os elementos finitos empregados são baseados nas
hipóteses
de Reissner-Mindlin e no conceito de degeneração de
sólidos. São considerados os elementos tradicionais,
baseados puramente em deslocamentos, bem como elementos
de
formulação mais robusta, com base em campos assumidos
de deformação.
Um procedimento para Auto-Adaptação de Malhas do tipo
foi desenvolvido para o Modelo Geométrico e para os
elementos considerados. As malhas obtidas a partir de
níveis de erro prescritos permitem aos modelos a
obtenção
de suas taxas de convergência mesmo em problemas
com singularidades e efeitos de fronteira.
A Análise de Sensibilidade, ferramenta essencial nos
procedimentos de Otimização, é feita com a utilização do
Método Semi-Analítico, considerando as características
especiais dos elementos de casca. Foi desenvolvida para
elementos degenerados de casca uma versão do Método Semi-
Analítico que elimina sua imprecisão eventual, através da
diferenciação exata das componentes de deslocamento de
corpo rígido. Para os elementos baseados puramente em
deslocamentos, o Método Analítico também foi desenvolvido.
Os módulos de Otimização de Forma e Espessura trabalham
sobre diversas possibilidades de definição das variáveis
de
projeto e com diferentes algoritmos de Programação Matemá
tica. Permitem também a Otimização de Forma com
consideração de Auto-Adaptatividade para obter as malhas
durante o processo de mudança de forma.
Devido à interconexão entre os diversos módulos e com o
objetivo de facilitar a comunicação e a implementação dos
mesmos, o sistema computacional foi completamente
desenvolvido utilizando técnicas de Programação Orientada
para Objetos. / [en] The purpose of this thesis is the development of an
integrated computational system for Geometric Modelling,
Unstructured Mesh Generation, Numerical Analysis,
Adaptivity and Shape Optimization of Shells.The Geometric
Model is composed of Non-Uniform Rational B-Spline Surfaces
(NURBS), further modified by trimming loops described in
the parametric plane. Smooth thickness variations
may be modelled by means of the same functions that
describe the surface geometry.For Unstructured Mesh
Generation, two algorithms were implemented for
quadrilateral elements and one for triangles. The
triangular Mesh Generator is based on the Advancing Front
Technique applied to parametric surfaces. The quadrilateral
Mesh Generators employ the indirect approach for converting
the triangular meshes to pure quadrilateral ones.
The Finite Element formulation is based on the degenerated
isoparametric approach. Pure displacement based elements,
as well as assumed strain robust shell elements, are
employed in the Analysis, Adaptivity and Optimization
modules. A procedure for h-Adaptive Mesh Refinement was
developed for the shell models. For this purpose an Error
Estimator scheme, based upon a Zienkiewicz-Zhu Patch
Recovery Technique, adapted to handle curved shell
surfaces, was employed. The adaptive procedure allows the
convergence rates of the Finite Element Model to be
maintained even in the presence of singularities and
boundary layers.For the Sensitivity Evaluation, the well-
known Semi-Analytical Method is employed and adapted for
the degenerated solid shell element approach. In order to
solve the inaccuracy problems inherent to the application
of the method for certain types of structures, the recent
Refined Semi- Analytical Method, is extended for
degenerated shell elements. For the pure displacement-based
elements, the Analytical Method is also developed.
The Shape and Thickness Optimization modules work with a
wide variety of design variable descriptions, different
mathematical Programming algorithms, Sensitivity schemes
and Finite Element Models. The possibility of h-Adaptive
Mesh refinement in conjunction with Shape Optimization
is also considered in this stage. In order to ease up code
expansion, communication and data exchange between the
modules,the computational system was fully developed
employing Object-Oriented Programming techniques.
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[en] OPTIMIZATION OF THE OFFLOADING LOGISTICS USING MATHEMATICAL PROGRAMMING / [pt] OTIMIZAÇÃO DA LOGÍSTICA DE OPERAÇÃO DE NAVIOS ALIVIADORES DE PETRÓLEO USANDO PROGRAMAÇÃO MATEMÁTICAPEDRO FRANCA FERREIRA DA COSTA 13 October 2015 (has links)
[pt] O crescimento da produção diária de petróleo e os elevados custos
envolvidos na logística de petróleo, mais precisamente na logística upstream, pela
sua complexidade, e em particular, na logística de produção e ainda, somando-se a
atual queda do preço do barril, resultam que os impactos econômicos que as falhas
no processo logístico podem causar, tornam-se cada vez mais relevantes. Neste
contexto, foi desenvolvido um modelo de programação linear que promove a
otimização da operação de alivio de plataformas conjugada à programação da
janela de atendimento das diversas embarcações a fim de não haja necessidade de
interromper a produção de nenhuma plataforma e que todas as demandas sejam
cumpridas. Em qualquer circunstância o método utilizado busca a minimização
dos custos operacionais através da redução das distancias percorridas e do número
de navios afretados. O modelo matemático foi aplicado em um estudo de caso
composto por três cenários distintos. O resultado obtido fundamenta a tomada de
decisão que definirá o numero de navios aliviadores a serem afretados durante um
determinado período. / [en] The growth of daily oil production and the high costs involved in oil
logistics, specifically the upstream logistics and the production logistics itself,
adding to the current downturn in oil prices, are becoming increasingly relevant
considering the major economic impacts caused by eventual failure in logistics
processes. In this context, a linear programming model was developed. It provides
the optimization of offloading platforms operation coupled to the service window
of various vessels, so there is no need to interrupt the production of any of those
platforms, allowing that all demands are met. In any case, this method seeks to
minimize operational costs by reducing the distances traveled and the number of
chartered vessels. The mathematical model was applied in a case study consisting
of three different scenarios. The result obtained allows effective decision making
that will define the number of shuttle tankers to be chartered for a certain period
of time.
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[en] OPTIMIZATION OF THE PERIODICITY OF PREVENTIVE MAINTENANCE OF RAILWAY ASSETS / [pt] OTIMIZAÇÃO DA PERIODICIDADE DE MANUTENÇÃO PREVENTIVA DE ATIVOS FERROVIÁRIOSAMANDA FATIMA FERREIRA E SOUSA 16 May 2023 (has links)
[pt] A manutenção tem relevante participação estratégica em uma companhia, fundamental para o sucesso das organizações, a atuação deste setor envolve a redução do tempo de máquinas paradas, contribuindo com a eficiência
do processo e diminuição dos custos operacionais. A intervenção preventiva é
um importante tipo de manutenção, seu propósito é diminuir as falhas fundamentada em um planejamento com intervalos definidos de tempo, no entanto,
determinar o melhor período não é uma atividade trivial. O intuito deste trabalho é utilizar dos conceitos de programação matemática para formular um
modelo que auxilie na definição de um cronograma de manutenção preventiva,
visando encontrar o melhor intervalo de tempo para intervenção na máquina
baseado em informações de custos, tempo de atendimento e capacidade de
mão de obra. O modelo matemático foi aplicado ao ambiente ferroviário com
a finalidade de certificar a viabilidade de utilização dos métodos de Pesquisa
Operacional, os resultados obtidos comprovaram se tratar de uma boa ferramenta para aplicação. Frente ao modelo atual, o cronograma de manutenção
preventiva desenvolvido neste trabalho proporcionou uma economia de 40 por cento
para a companhia, além do aumento médio de 30 por cento de disponibilidade a cada
trimestre das máquinas de modelo Socadora. / [en] Maintenance has a relevant strategic role in a company, fundamental to
the success of organizations, the performance of this sector involves reducing
the time of machine downtime, contributing to the efficiency of the process
and reduction of operating costs. Preventive intervention is an important
type of maintenance, its purpose is to reduce failures based on planning
with defined time intervals, however, determining the best period is not a
trivial activity. The purpose of this work is to use mathematical programming
concepts to formulate a model that helps define a preventive maintenance
schedule, aiming to find the best time interval for machine intervention based
on cost information, service time and hand capacity. of work. The mathematical
model was applied to the railway environment in order to certify the feasibility
of using Operational Research methods, the results obtained proved to be
a good tool for application. Compared to the current model, the preventive
maintenance schedule developed in this work provided savings of 40 percent for the
company, in addition to an average increase of 30 percent in availability each quarter
of Socadora model machines.
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[en] COVERING CODES: BOUNDS AND HEURISTICS / [pt] CÓDIGOS DE COBERTURA: LIMITES E HEURÍSTICASCARLOS RAONI DE ALENCAR MENDES 08 March 2010 (has links)
[pt] Compreensão de dados, codificação digital da fala, telecomunicações via celular, correção de erros de transmissão, são algumas das aplicações práticas do estudo dos códigos de cobertura, um importante ramo da área da matemática denominada teoria dos códigos. Neste trabalho são abordados dois problemas de códigos de cobertura: o problema clássico de códigos de cobertura e o recente problema denominado de códigos curtos de cobertura. Apresenta-se uma aplicação da metaeurística Busca Tabu Reativa, uma importante variação da Busca Tabu clássica, para os problemas citados. Além disto, apresenta-se uma nova técnica heurística para resolução de problemas de otimização combinatória denominada Heurística de Melhoria via Geração de Colunas (HMGC), juntamente com uma aplicação da mesma aos problemas em questão. A HMGC combina a geração atrasada de colunas, técnica usada na resolução de problemas com um grande número de variáveis de decisão (colunas), e heurísticas de busca local. É feita uma comparação dos resultados obtidos pela Busca Tabu Reativa, a Busca Tabu sem o mecanismo de reação e a HMGC, de forma a avaliar a qualidade das heurísticas apresentadas. / [en] Data compression, speech coding, móbile telecommunications and error-corretion are some of the practical apllications of the covering codes study, an important field of coding theory. This work addresses two problems of covering codes: the classic code covering problem and the recent short code covering problem. It presents an application of Reactive Tabu Search (RTS) metaheuristic for the problems cited, the RTS is an important variation of the classic Tabu Search. Moreover, it presents a new heuristic technique for solving combinatorial optimization problems named Column Generation Improbement Heuristic (CGIH). It also presents an application of CGIH for the covering codes problems. The CGIH combines the delayed column generation, technique used to solve problems with a large number of decision variables (columns), and local search heuristics. A comparison of results obtained by the Reactive Tabu Search, the Tabu Search without the reaction mechanism and the CGIH is also presented in order to assess the effectivenss of the presented heuristics.
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[pt] DIMENSIONAMENTO DE FROTA MARÍTIMA SOB INCERTEZA EM UMA EMPRESA BRASILEIRA DE PETRÓLEO / [en] MARITIME FLEET SIZING UNDER UNCERTAINTY IN A BRAZILIAN OIL COMPANYDANILO BAPTISTA MAROJA 06 April 2020 (has links)
[pt] A volatilidade inerente ao mercado de fretes marítimos e as incertezas relacionadas à demanda de transportes prevista contribuem para a complexidade do problema de dimensionamento da frota. Este trabalho aborda o problema da renovação da frota marítima de uma empresa brasileira do setor de óleo e gás, para o transporte, em viagens de cabotagem e longo curso, de derivados de petróleo. Para
tal, é apresentado um modelo estocástico de programação inteira-mista de dois estágios para capaz de gerar indicações de contratos de afretamento a serem realizados considerando incertezas nos níveis de mercado de fretes e na previsão de volume movimentado. O modelo é capaz de fornecer composições de frota capazes de atender as especificações do problema, contudo, para os casos analisados, a
avaliação das soluções obtidas ao se considerar a incerteza mostrou potencial de ganho pouco significativo em comparação com uma modelagem similar considerando valores esperados dos parâmetros. Este trabalho evidencia uma situação em que é útil a avaliação das soluções Wait-and-See (WS) e Expected
Value of Expected Solution (EEV), menos demandantes computacionalmente, para calcular o potencial ganho da solução do modelo estocástico. / [en] The inherent volatility in the maritime freight market and the uncertainties related to the expected transport demand contribute to the complexity of the fleet size and mix problem. This work addresses the problem of the maritime fleet renewal of a Brazilian oil and gas company, for the transportation, in cabotage and international voyages, of oil products. To this end, we present a two-stage stochastic mixed-integer programming model capable of giving recommendations of which chartering contracts to be performed, considering uncertainties in freight market levels and in the forecasted volume movement. The model is able to provide fleet compositions capable of meeting the problem specifications, however, in the
evaluated cases, little gain potential was observed by comparing the stochastic solutions to solutions considering expected parameter values. This work highlights a situation in which the evaluation of the computationally less demanding Waitand-See (WS) and Expected Value of Expected Solution (EEV) solutions is useful to calculate the potential gain of the stochastic model solution.
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[en] TOWARD GPU-BASED GROUND STRUCTURES FOR LARGE SCALE TOPOLOGY OPTIMIZATION / [pt] OTIMIZAÇÃO TOPOLÓGICA DE ESTRUTURAS DE GRANDE PORTE UTILIZANDO O MÉTODO DE GROUND STRUCTURES EM GPUARTURO ELI CUBAS RODRIGUEZ 14 May 2019 (has links)
[pt] A otimização topológica tem como objetivo encontrar a distribuição mais eficiente de material em um domínio especificado sem violar as restrições de projeto definidas pelo usuário. Quando aplicada a estruturas contínuas, a otimização topológica é geralmente realizada por meio de métodos de densidade, conhecidos na literatura técnica. Neste trabalho, daremos ênfase à aplicação de sua formulação discreta, na qual um determinado domínio é discretizado na forma de uma estrutura base, ou seja, uma distribuição espacial finita de nós conectados entre si por meio de barras de treliça. O método de estrutura base fornece uma aproximação para as estruturas de Michell, que são compostas por um número infinito de barras, por meio de um número reduzido de elementos de treliça. O problema de determinar a estrutura final com peso mínimo, para um único caso de carregamento, considerando um comportamento linear elástico do material e restrições de tensão, pode ser formulado como um problema de programação linear. O objetivo deste trabalho é fornecer uma implementação escalável para o problema de otimização de treliças com peso mínimo, considerando domínios com geometrias arbitrárias. O método remove os elementos que são desnecessários, partindo de uma treliça cujo grau de conectividade é definido pelo usuário, mantendo-se fixos os pontos nodais. Propomos uma implementação escalável do método de estrutura base, utilizando um algoritmo de pontos interiores eficiente e robusto, em um ambiente de computação paralela (envolvendo unidades de processamento gráfico ou GPUs). Os resultados apresentados, em estruturas bi e tridimensionais com milhões de barras, ilustram a viabilidade e a eficiência computacional da implementação proposta. / [en] Topology optimization aims to find the most efficient material distribution in a specified domain without violating user-defined design constraints. When applied to continuum structures, topology optimization is usually performed by means of the well-known density methods. In this work we focus on the application of its discrete formulation where a given domain is discretized into a ground structure, i.e., a finite spatial distribution of nodes connected using truss members. The ground structure method provides an approximation to optimal Michell-type structures, composed of an infinite number of members, by using a reduced number of truss members. The optimal least weight truss for a single load case, under linear elastic conditions, subjected to stress constraints can be posed as a linear programming problem. The aim of this work is to provide a scalable implementation for the optimization of least weight trusses embedded in any domain geometry. The method removes unnecessary members from a truss that has a user-defined degree of connectivity while keeping the nodal locations fixed. We discuss in detail the scalable implementation of the ground structure method using an efficient and robust interior point algorithm within a parallel computing environment (involving Graphics Processing Units or GPUs). The capabilities of the proposed implementation is illustrated by means of large scale applications on practical problems with millions of members in both 2D and 3D structures.
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[en] EFFECTIVE RESOURCE ALLOCATION FOR PLANNING AND CONTROL PROJECT PORTFOLIOS UNDER UNCERTAINTY: A ROBUST OPTIMIZATION APPROACH / [pt] ALOCAÇÃO EFETIVA DE RECURSOS PARA PLANEJAMENTO E CONTROLE DE PORTFOLIOS DE PROJETOS SOB INCERTEZA: UMA ABORDAGEM DE OTIMIZAÇÃO ROBUSTACARLOS RAONI DE ALENCAR MENDES 18 January 2018 (has links)
[pt] O planejamento e controle de portfolios de projeto é uma tarefa
desafiadora. Eles estão sujeitos a múltiplos riscos, restrições de recursos,
relações de precedências e penalidades por atrasos de projetos. É fundamental
desenvolver estratégias efetivas de alocação dos recursos disponíveis de forma
a garantir que estes projetos sejam concluídos dentro dos limites de tempo
e custo. Um fator crucial que deve ser levado em consideração ao tomar
estas decisões é o gerenciamento das incertezas associadas a execução dos
projetos. Neste contexto, este trabalho propõe uma metodologia baseada em
otimização robusta para planejamento e controle de portfolios de projeto
sob incerteza. Este método combina modelos e algoritmos desenvolvidos para
diferentes problemas de alocação de recursos para os quais foi aplicada a
mesma abordagem de otimização robusta. Nela, a incerteza é modelada como
um adversário capaz de materializar a combinação de riscos de pior caso
que maximiza o impacto no(s) projeto(s) para qualquer plano de alocação
de recursos. Nos problemas estudados o tomador de decisão tem então que
determinar a alocação ótima de recursos que minimiza um objetivo particular
assumindo que a combinação de riscos de pior caso irá se materializar.
A abordagem também provê um mecanismo para controle do grau de
conservadorismo das soluções robustas. Para cada problema modelado, uma
estratégia de solução é desenvolvida através de um esquema de reformulação
que parte de uma formulação Min-Max compacta e termina em um algoritmo
de geração de cortes. Diversos experimentos computacionais foram executados,
provendo importantes conclusões que direcionaram o desenvolvimento da
metodologia de controle e planejamento de portfolios. A importância de se
desenvolver planos de alocação de recursos de forma integrada no contexto de
tomada de decisão em portfolios de projetos e a falta de efetividade do método
tradicional de análise de caminhos críticos no contexto de cenários de pior
caso para as durações das atividades, são importantes exemplos das conclusões
obtidas pelos experimentos. A aplicação da metodologia foi demonstrada em
um caso de estudo que contempla um portfolio para construção de duas
refinarias. O referido exemplo demonstrou o potencial do uso prático dos
métodos propostos neste trabalho. / [en] Planning and controlling complex project portfolios is a challenging task.
These portfolios are subject to a number of potential risk sources coupled
with resource constraints, intricate precedence relationships, and penalties for
project delays. For this reason, it is fundamental that optimal strategies for
the allocation of the available resources are constantly adopted by the decision
makers to ensure that their projects are completed within limits of time and
cost. Moreover, the uncertainty that affects these projects has to be taken
into account for effective resource allocation decisions. Within this context,
this work proposes a robust optimization-based methodology for planning and
controlling project portfolios under uncertainty. The method combines models
and algorithms for multiple resource allocation problems under the same robust
optimization framework. In this approach, the uncertainty environment is
modeled as an adversary that selects the worst-case combination of risks for
any decision maker s actions. Subsequently, the main goal of the decision maker
is to determine optimal resource allocation plans for minimizing a particular
objective subject to the assumption that the adversary s worst-combination
of risks will materialize. The approach also provides a way to control the
degree of conservatism of the solutions. For each studied problem, a solution
strategy is developed through a reformulation scheme from a compact min-max
formulation to a cut-generation algorithm. Several computational experiments
are conducted, providing key insights that drive the design of the referred
portfolio planning and control methodology. The ineffectiveness of traditional
critical path analysis under worst-case realizations of uncertain activities
durations and the importance of taking integrated resource allocation decisions
in the context of project portfolios, are examples of the key findings of the
experiments. The application of the methodology is demonstrated in a case
study of a portfolio aimed at the construction of two refineries. This example
presents the capabilities of the developed techniques in a practical context.
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[en] METHODOLOGY FOR INCORPORATING THE DEFAULT RISK ON THE RENEWABLE GENERATOR CONTRACTING MODEL IN THE BRAZILIAN ENERGY MARKET / [pt] METODOLOGIA PARA A INCORPORAÇÃO DO RISCO DE INADIMPLÊNCIA NO MODELO DE CONTRATAÇÃO DE GERADORES RENOVÁVEIS NO MERCADO BRASILEIRO DE ENERGIAANDREA MICHELI ALZUGUIR 29 June 2015 (has links)
[pt] Nesta dissertação será proposta uma metodologia que contabiliza o risco de inadimplência no mercado, decorrentes de débitos não pagos à câmara de comercialização de energia elétrica (CCEE) nas estratégias de contratação de geradores renováveis. As incertezas relacionadas à geração e ao preço de curto prazo são consideradas através da simulação de cenários exógenos ao modelo como habitual em otimização estocástica. A otimização robusta é empregada através de conjuntos de incerteza poliédricos a fim de modelar a inadimplência do mercado. Dessa maneira, a metodologia proposta se baseia em um modelo matemático híbrido, robusto e estocástico. De forma mais objetiva, um modelo de dois níveis é proposto com tantos problemas de segundo nível quanto o número de cenários considerados para a produção renovável. No primeiro nível, as decisões de contratação são feitas. Em seguida, para cada cenário de geração, o problema de segundo nível encontra a pior inadimplência com base na carteira de contratos encontrados pelo primeiro nível. Para resolver o problema, o modelo de dois níveis é reescrito como um problema linear equivalente de um único nível. O perfil de risco do agente é definido por meio do conhecido valor condicional em risco (conditional value-a-risk), uma medida coerente de risco. Para ilustrar a eficácia do modelo de contratação, são realizados estudos de casos com dados realistas do sistema de energia brasileiro. / [en] In this dissertation we propose a new methodology to account for the market default risk, arising from debts not paid to the market clearing house, in the renewable generators contracting strategy. Renewable generation and spot price uncertainties are considered through exogenous simulated scenarios as customary in stochastic optimization. Robust optimization with polyhedral uncertainty sets is employed to account for the market default. Thus, the proposed methodology is based on a hybrid robust and stochastic mathematical program. More objectively, a bi-level model is proposed with as many second-level problems as the number of scenarios considered for the renewable production. In the first level, contracting decisions are made. Then, for each generation scenario, a second-level problem finds the worst-case default based on the portfolio of contracts found by the first level. To solve the problem, the bi-level model is rewritten as a single-level equivalent linear problem. The agent s risk profile is defined by means of the well-known conditional value-at-risk coherent risk measure. To illustrate the effectiveness of the contracting model, case studies are performed with realistic data from the Brazilian power system.
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[en] BID-BASED STRATEGIES FOR HYDRO PLANTS IN A MULTI-STAGE AND STOCHASTIC FRAMEWORK / [pt] ESTRATÉGIA DE OFERTA DE AGENTES HIDROELÉTRICOS SOB INCERTEZA E MÚLTIPLOS ESTÁGIOSBRUNO DA COSTA FLACH 10 June 2005 (has links)
[pt] O objetivo desta dissertação é desenvolver uma metodologia
para oferta estratégia
de uma empresa geradora em ambiente de mercado com
múltiplas usinas hidrelétricas,
levando em consideração múltiplos estágios e a incerteza
nas afluências, e ilustrar a
aplicação da mesma em sistemas realistas. Mostra-se
inicialmente que o problema de
oferta estratégica pode ser formulado como uma recursão de
programação dinâmica
estocástica (PDE), onde as variáveis de estado são os
níveis de armazenamento dos
reservatórios no início de cada estágio e as afluências
observadas nos estágios anteriores.
Entretanto, a dificuldade computacional dos algoritmos de
PDE restringe sua aplicação a
sistemas com poucos reservatórios, limitando bastante a
aplicação da técnica a sistemas
realistas. Assim, a abordagem proposta nesta dissertação é
estender a metodologia de
programação dinâmica dual estocástica (PDDE), até então
aplicada a problemas de
minimização de custos, ao problema de otimização da
oferta. Isto é feito através de dois
passos principais: (i) Uso de uma estratégia de oferta por
quantidade somente (análogo a
um modelo de Cournot em problemas de equilíbrio econômico)
e (ii) a recursão de
PDDE, que por ser baseada numa aproximação por hiperplanos
requer que o problema
seja convexo, o que não ocorre necessariamente no caso da
oferta estratégica. A
abordagem proposta consiste em aproximar a cada estágio a
função de benefício futuro
(FBF) por sua envoltória côncava (concave hull). Com isso,
a técnica de PDDE pode
ser aplicada para resolver o problema de ofertas multi-
estágio e estocástico de uma
empresa hidroelétrica com múltiplas usinas. Exemplos e
estudos de caso serão ilustrados
com os sistemas reais da Romênia e El Salvador, ilustrando
a aplicabilidade da
metodologia proposta em estudos e análises de poder de
mercado. / [en] The objective of this work is to present a methodology for
the strategic bidding (or
bid-based) problem of a hydropower based company, taking
into account multiple hydro
plants, time-coupling, multiple inflow scenarios and
illustrate its application for real case
studies. It is initially show that the bid-based dispatch
for a hydro plant can be formulated
as a stochastic dynamic programming (SDP) recursion
scheme, where the state variables
are the storage levels and the past inflows. As widely
known, the computational effort of
the SDP algorithms restricts its applications for systems
with just a few reservoirs, which
is not the case of the real world systems. Therefore, the
approach proposed in this
thesis is to extend the stochastic dual dynamic
programming (SDDP) scheme, usually
applied to cost minimization problems, to the strategic
bidding problem. This is done
through two main steps: (i) use of a quantity-only bidding
scheme (similar to the Cournot
model of economic equilibria); (ii) SDDP recursion, which
is based on a linear
approximation by piecewise linear segments and thus
requires that the underlying
problem to be convex. This is not necessarily observed in
the strategic bidding problem.
Thus, the proposed approach consists in approximating, at
each stage, the future benefit
function (FBF) by its concave hull, which then assures
that the SDDP scheme can be
applied to solve the multi-stage and stochastic strategic
bidding problem of a company
with a portfolio of several hydro plants. The proposed
approach is illustrated with
examples and case studies from real hydro systems from
Rumania and El Savador, where
market power analysis will be presented.
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