abstract: This dissertation explores different methodologies for combining two popular design paradigms in the field of computer experiments. Space-filling designs are commonly used in order to ensure that there is good coverage of the design space, but they may not result in good properties when it comes to model fitting. Optimal designs traditionally perform very well in terms of model fitting, particularly when a polynomial is intended, but can result in problematic replication in the case of insignificant factors. By bringing these two design types together, positive properties of each can be retained while mitigating potential weaknesses. Hybrid space-filling designs, generated as Latin hypercubes augmented with I-optimal points, are compared to designs of each contributing component. A second design type called a bridge design is also evaluated, which further integrates the disparate design types. Bridge designs are the result of a Latin hypercube undergoing coordinate exchange to reach constrained D-optimality, ensuring that there is zero replication of factors in any one-dimensional projection. Lastly, bridge designs were augmented with I-optimal points with two goals in mind. Augmentation with candidate points generated assuming the same underlying analysis model serves to reduce the prediction variance without greatly compromising the space-filling property of the design, while augmentation with candidate points generated assuming a different underlying analysis model can greatly reduce the impact of model misspecification during the design phase. Each of these composite designs are compared to pure space-filling and optimal designs. They typically out-perform pure space-filling designs in terms of prediction variance and alphabetic efficiency, while maintaining comparability with pure optimal designs at small sample size. This justifies them as excellent candidates for initial experimentation. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Industrial Engineering 2013

abstract: Nonregular screening designs can be an economical alternative to traditional resolution IV 2^(k-p) fractional factorials. Recently 16-run nonregular designs, referred to as no-confounding designs, were introduced in the literature. These designs have the property that no pair of main effect (ME) and two-factor interaction (2FI) estimates are completely confounded. In this dissertation, orthogonal arrays were evaluated with many popular design-ranking criteria in order to identify optimal 20-run and 24-run no-confounding designs. Monte Carlo simulation was used to empirically assess the model fitting effectiveness of the recommended no-confounding designs. The results of the simulation demonstrated that these new designs, particularly the 24-run designs, are successful at detecting active effects over 95% of the time given sufficient model effect sparsity. The final chapter presents a screening design selection methodology, based on decision trees, to aid in the selection of a screening design from a list of published options. The methodology determines which of a candidate set of screening designs has the lowest expected experimental cost. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Industrial Engineering 2013

No Brasil, tanto o agronegócio quanto a fabricação de celulose trazem resultados relevantes para a economia. Sob uma perspectiva de sustentabilidade, as indústrias beneficiadoras de materiais vegetais geram grande volume de resíduos, os quais podem servir de fonte de celulose, configurando-se numa alternativa atraente para gerar lucros e diminuir impactos ambientais negativos. O objetivo geral desta dissertação é realizar um estudo exploratório de extração de celulose a partir de resíduo do processo produtivo de empresa beneficiadora de material vegetal, sob perspectiva das dimensões ambiental e econômica da sustentabilidade. O estudo foi desdobrado em cinco etapas: i) identificação na literatura das diretrizes para os processos produtivos sustentáveis, por meio das abordagens que tratam da sustentabilidade; ii) identificação dos processos industriais de extração de celulose e suas características operacionais; iii) definição da empresa para realização do estudo, a sazonalidade e o volume disponível dos resíduos vegetais provenientes do processo de beneficiamento de vegetais; iv) adaptação do processo industrial de extração de celulose para uso com resíduos vegetais e atendimento às restrições da fábrica definida para o estudo e v) realização de testes de extração com o uso de projeto de experimentos para posterior caracterização da polpa de celulose obtida do resíduo. Neste último, foi empregado um Projeto Fatorial Composto de Segunda Ordem (PSCO) com Metodologia de Superfície Resposta (MSR) para analisar a influência dos fatores controláveis sobre as variáveis de resposta. Os fatores controláveis foram definidos de acordo com dados da literatura específica e foram analisadas as variáveis de resposta que caracterizam polpa de celulose, aplicáveis a fins sanitários, como Número Kappa, capacidade de absorção, velocidade de absorção e densidade. Resultados indicaram que limitações quanto ao uso de altas temperaturas no processo de extração é um fator relevante, para atingir maiores teores de deslignificação. Os estudos mostraram a influência do uso de aditivo de processo, antraquinona, carga alcalina e tempo de polpeamento, bem como, tratamento de hidrólise ácida no resíduo na qualidade da polpa. / Agribusiness and pulp production bring both relevant results to the Brazilian economy. In a sustainable perspective, the wastes of Industries that benefit vegetable materials may serve as pulp’s source, configuring itself as an attractive alternative for profit generation and reduction of negative environmental impacts. The aim in this dissertation is to carry out an exploratory study of pulp extraction from the waste of productive process of a firm which processes vegetal material, under the perspective of environmental and economic dimensions of sustainability. The study was unfolded in five steps: i) identification, in literature, the guidelines for sustainable productive processes, through approaches that embrace sustainability; ii) identification of industrial processes of pulp extraction and respective operational features; iii) definition of an industrial unit to perform the study, as well as the seasonality and the availability of vegetal wastes coming from the vegetable process; iv) adaptation of the industrial process of pulp extraction for using with vegetable wastes, and attendance to constraints of the current process in the industrial unit chosen for the study; and v) the performance of extraction tests using a project of experiments for further characterization of the cellulose pulp resulting from the waste. It was employed a Factorial composite second-order design in a Surface Response Methodology (SRM) in order to analyze the influence of the controlled variables over the response variables. Variables of the extraction process were defined according with the specific literature’s data, and response variables, adequate to the cellulose pulp characterization as Kappa Number, capability, absortion speed and apparent density were analyzed. Results indicate that constraints related to the high temperature used in the equipment available for extraction is a relevant factor in the process for obtaining higher contents of delignification. Studies show the influence of using additive process, anthraquinone, load time and alkaline pulping, as well as treatment of hydrolysis in the waste of pulp quality. The remarkable difference in the quality of vegetable waste after hydrolysis treatment indicates that a pretreatment stage of such waste is interesting, since the fiber is resistant and requires high alkali and addictive charges.

Esta dissertação apresenta a aplicação de um método para otimização multivariada de um processo químico, no qual são utilizadas técnicas de projetos de experimentos, modelos de regressão e função de perda multivariada para a definição do ajuste ótimo do processo de clorometilação a um custo de pesquisa mínimo. O estudo foi realizado com duas matérias-primas diferentes, DHS e DHS-S, pois atualmente é a partir delas que o produto Butóxido de Piperonila é obtido, e a origem dessas matérias-primas, a pureza e seus preços são diferenciados. O interesse da pesquisa está em encontrar um ajuste ótimo para os fatores controláveis quantidade de produtos no reator, proporção de DHS ou DHS-S, temperatura de reação e tempo de reação com vistas a melhorar a produtividade, a qualidade e reduzir o custo de produção. O trabalho mostra de forma estruturada as diversas etapas envolvidas na aplicação prática de uma otimização multivariada. Um projeto fatorial completo foi escolhido para realização dos experimentos, e os dados foram tratados estatisticamente através de modelos de regressão.Os objetivos específicos da pesquisa foram alcançados, possibilitando uma melhoria na qualidade do produto clorometilado, um aumento na produtividade do processo para a matéria-prima DHS-S em 18,25% e uma redução no custo de produção para a matéria-prima DHS de 1,11% e para a matéria-prima DHS-S de 5,11% / This paper presents the application of a method for multivariate optimization of a chemical process, emphasizing techniques of design of experiments, and models of regression and quadratic loss function for identifying excellent adjustment of process, with a minimum research cost considering multiple quality characteristics simultaneously. The study was realized considering two different raw materials, DHS and DHS-S, because nowadays Piperonyl Butoxide is obtained from them, and their purity and prices are different. The interest of the research is to find the optimum adjustment for the controllable factors quantity of products on reactor, DHS or DHS-S proportion, reaction temperature and reaction time to improve the productivity, the quality and to reduce the production costs. This paper shows, in a structured manner, several steps involved on the practice application of the multivariate optimization. A full factorial project was chosen for the experiments, and the data were treated statistically by models of regression. The specific objectives of the research were attained, permitting an improvement in the Chloromethyl quality, an increase in the productivity of the process for the DHS-S raw material in 18.25% and a reduction in the production cost for the DHS raw material of 1.11% and for the DHS-S raw material of 5.11%.

O objetivo deste trabalho é estudar a influência dos parâmetros do processo de soldagem MAG com transferência do metal do tipo Curto-circuito Controlado (CCC) sobre a geometria do cordão de solda. Foi utilizado um dispositivo de soldagem automatizado para realização dos testes de simples deposição sobre um tubo de aço API 5L X65 diâmetro interno 204 mm e espessura 8 mm. Os parâmetros do processo analisados foram a corrente de pico de arco (Ia1), o tempo de atuação desta corrente (ta1), o tempo de atuação da corrente Ia2 (ta2), a velocidade de alimentação do arame (W) e a velocidade de soldagem (v). Tais parâmetros foram ajustados na interface homem-máquina (IHM) de uma fonte de potência microprocessada e do dispositivo de soldagem automatizado. As características geométricas do cordão de solda analisadas foram a largura, a altura do reforço e a penetração. Foi utilizado um Projeto de Experimento Composto de Segunda Ordem para obter a relação entre os parâmetros do processo e as características geométricas do cordão. Os modelos matemáticos obtidos foram considerados adequados, sendo possível determinar estatisticamente o nível de significância de cada um dos parâmetros controláveis – e de suas interações – sobre as respostas analisadas. Foram encontradas sobreposição e falta de fusão lateral em 60% dos corpos de prova avaliados, sendo levantada a hipótese de que a combinação de altos valores da corrente de pico de arco Ia1 com baixos valores do tempo de atuação deste parâmetro – ta1, aliada à utilização de gases de proteção com alta porcentagem de Ar, pode comprometer a eficiência de fusão nas laterais do cordão de solda. Os cordões de solda foram produzidos com quantidade reduzida de salpicos, representando um avanço do processo CCC quando comparado ao processo com transferência do metal por curto-circuito convencional. Os parâmetros controláveis Ia1 e ta1 produziram efeitos muito similares nas respostas de largura e penetração, quando considerados de forma isolada e também quando da interação destes com os demais parâmetros controláveis. A análise dos efeitos das interações principais revelou que Ia1 e ta1 são os parâmetros de maior influência nas respostas da geometria do cordão de solda, porém, com elevada dependência de um ajuste adequado da velocidade de alimentação do arame W para a obtenção de estabilidade do processo. / This work aims to study the influence of MAG welding process parameters with controlled short-circuit (CSC) metal transfer mode on weld bead geometry. The simple deposition weld tests were performed using a micro controlled power supply and an automatized device which enabled achievement of weld beads with standard conditions on API 5L X65 steel pipe whose inner diameter is 204 mm and thickness is 8 mm. The welding process parameters analyzed were the peak arcing current (Ia1), times (ta1) and (ta2), wire feed speed (W) and welding speed (v). Such parameters were set on Human-Machine Interface (HMI) of the micro controlled power supply and automatized welding device. The weld bead geometric features evaluated were width, reinforcement height and penetration depth. A Central Composite Face- Centred Design of Experiment was performed to obtain the relationship between the process parameters and the weld bead geometric features. Statistical analysis allowed development of mathematical models and they were found appropriate to determine the significance level of the process parameters – and their interactions – on output responses analyzed. Overlap and lack of fusion was detected on weld beads side in 60% of all specimens evaluated. The hypothesis formulated states that the origin of these discontinuities is from specific combination of parameters – high values of Ia1 and low values of ta1 together with usage of a shielding gas with high percentage of Ar – which would lead to lower fusion efficiency on weld bead side. The weld beads were produced with low spatter rates so it can be considered an improvement of the CSC process if compared with conventional short-circuit metal transfer mode. The peak arcing current Ia1 and time ta1 yielded similar effects on width and penetration depth, and it was valid when that parameters were taken both isolated and on interactions with other welding process parameters. The present study also revealed that Ia1 and ta1 are the most important parameters on influencing weld bead geometry, however, there is also strong dependence on a proper adjustment of wire feed speed W to obtain process stability.

Este trabalho de conclusão tem como tema a relação entre as especificações de resinas alquídicas e de tintas preparadas com estas resinas, com foco nas características de teor de sólidos e viscosidade, fazendo uso das técnicas projeto de experimentos, superfície de resposta e análise de regressão. O objetivo principal é o estudo dos limites de especificação ideais para a resina alquídica, de forma que os lotes de tinta apresentem propriedades dentro da especificação já ao final do processamento, reduzindo a incidência de lotes fabris com necessidade de ajuste. Como conseqüência, temos redução de retrabalho e lead time fabril, adequação de custo de produtos, maior qualidade intrínseca e maior confiança na sistemática de desenvolvimento, produção e controle de qualidade. Inicialmente, foi realizada uma revisão bibliográfica sobre a tecnologia de tintas e resinas alquídicas, conceitos de controle de qualidade, planejamento de experimentos, análise por superfície de resposta e análise de regressão. Na seqüência, foi conduzido o estudo de caso, realizado na empresa Killing S.A. Tintas e Adesivos, planta localizada na cidade de Novo Hamburgo. Os resultados experimentais indicaram modelos de regressão polinomial válidos para as propriedades avaliadas. Foram tomadas as propriedades teor de sólidos e viscosidade Copo Ford #2 da mistura A+B como parâmetros para análise dos limites de especificação da resina alquídica, onde se comprovou que a variabilidade atualmente permitida é excessiva. A aplicação dos modelos de regressão indicou novos limites de especificação para a resina alquídica, mais estreitos, viabilizando a obtenção de tintas com propriedades especificadas. / This master thesis presents an analysis of the relationship between specification of alkyd resins and relative coatings, regarding two characteristics: solids value and viscosity. The study was conducted applying the techniques of design of experiments, response surface and regression analysis. The main objective was to study the ideal specification limits to the alkyd resin, so that the coatings batches present properties equivalent to the specification reducing the occurrence of batch adjustments. Reduction in adjustments lead to reduced rework, lead time, and manufacturing costs. It also contributes to higher intrinsic quality and trust in the development, production and quality control system. The first step was a literature review about the coating and alkyd resin technology, control quality concepts, design of experiments, response surface and regression analysis. Then, a case study was developed in the company Killing S.A. Tintas e Adesivos, a producer located in the city of Novo Hamburgo. The experimental results denoted valid polynomial regression models to the evaluated properties.It was studied the properties solids value and viscosity Ford Cup #2 to the mixture A+B as parameters to the specification limits analysis of the alkyd resin, being proved that the actual permitted variability is excessive. The application of the regression models pointed narrower specification limits to the alkyd resin, permitting the production of coatings with specificated properties.

Orientador: Franco Giuseppe Dedini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-29T03:18:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sanches_ReginaAparecida_M.pdf: 6818269 bytes, checksum: ba3ab41c8428ffcd3340805c0a5b8348 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: A estabilidade dimensional dos tecidos de malha é um problema freqüentemente vivido nas indústrias de vestuário. Neste trabalho pretende-se encontrar a melhor combinação dos parâmetros de regulagem das máquinas circulares para produzir um tecido de malha com boa estabilidade dimensional e elasticidade. Foram utilizados fios de algodão e elastano para a fabricação do tecido e a otimização dos fatores de controle da máquina foi feita com base na metodologia Taguchi. Os experimentos foram realizados em três etapas, na primeira etapa foram feitas análises físicas nos fios de algodão de dois fornecedores. Na segunda etapa foram feitos oito ensaios com regulagens diferentes e uma replicação para cada ensaio. Nos tecidos produzidos foram feitas as análises da elasticidade e estabilidade dimensional, para determinar os efeitos e as interações que são realmente significativos. Na terceira etapa foram realizados vinte e sete ensaios onde se determinou a melhor regulagem da máquina para fabricar o tecido de malha com as características desejadas / Abstract: Dimensional stability knitted fabrics is a usual problem in apparel industry. In this work, the aim was to find the best set-up of machine in order to achieve a good dimensional stability and elasticity. By using cotton and spandex yarns to build the fabric, the optimisation of the machine parameters was done by the Taguchi's method. Three steps were involved in the experiment. The first, dealt with the physical analysis of cotton yarns from samples of two market suppliers. In the second step, eight different set-ups were made on the machine. Elasticity and dimensional stability of fabrics were determined allowing analysing the significant interaction. In the last step, twenty seven trial was made and lead to establish the best set-up to achieve the desired physical proprieties of fabrics / Mestrado / Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

A indústria de confecção de vestuário transforma um tecido bidimensional em um artigo tridimensional. Embora existam vários métodos para unir as partes de um artigo de vestuário, a costura com linhas é o método mais utilizado. A costura é quem fornece resistência à peça, e nesse sentido, perde sua funcionalidade se por acaso romper os fios do tecido, ou ainda, se houver rompimento da linha, ou outro problema como esgarçamento, deslizamento do tecido ou da costura. A qualidade de uma costura é definida pelos seus desempenhos funcionais e estéticos. A norma ABNT NBR 9925:2009 estabelece as condições do ensaio que indica se a costura tem tendência a abrir-se mediante a aplicação de uma força; também aponta os tipos de agulhas, linhas e fios, e ainda indica a densidade de pontos e máquinas adequadas para a confecção dos corpos de prova que serão ensaiados. O objetivo deste trabalho é utilizar o planejamento de experimentos para estudar a possibilidade de ampliar dos valores de densidade de pontos por centímetro e espessuras das agulhas, propostos pela referida norma ABNT NBR 9925:2009 para verificar a costurabilidade de uniformes escolares. Foram selecionados no mercado três tecidos normalmente utilizados na confecção desses artigos; e em seguida, realizados os ensaios físicos de gramatura, determinação da densidade de pontos por centímetro e determinação do esgarçamento de uma costura padrão. O modelo estatístico escolhido foi o planejamento aleatorizado por níveis; e para a análise dos resultados foram utilizados a ANOVA (análise de variância), com intervalo de confiança de 95%, e o box plot. Os resultados obtidos indicam a viabilidade do uso do estudo proposto para a seleção da densidade de pontos e tipo de agulhas em função da aplicação do produto final. / The industry of making clothing becomes a two-dimensional fabric in a three-dimensional article. Although there are several methods to connect the parts of an article of clothing, the seam with lines is the most used method. The sewing is who provides resistance to the part and, in this sense, the seam loses its functionality if by chance breaking the wires of the tissue, or even if there is no line rupture, or another problem such as fraying, slip the fabric or sewing. The quality of a seam is defined by its functional performance and aesthetic. The ABNT NBR 9925:2009 establishes the conditions for the test that indicates if the seam has a tendency to open up through the application of a force and also indicates the types of needles, lines, wires, dot density and suitable machines for the manufacture of bodies of evidence to be tested. The objective of this work is to use the planning of experiments to study the possibility of expanding the density values of points per centimeter and thicknesses of needles, proposed by ABNT NBR 9925:2009 for the verification of sewability school uniforms. They were selected on the market three tissues normally used in the manufacture of these articles and the tests of physical weight, determination of the density of dots per centimeter and determination of the fraying of a sewing pattern. The statistical model chosen was the randomised trial planning by levels and for the analysis of the results were used for the ANOVA (Analysis of variance), with 95% confidence interval, and the box plot. The results indicate the feasibility of the use of the proposed study to selecting the density of stitches and needle type depending on the application of the final product.

Foram produzidos comprimidos de liberação prolongada de teofilina baseados em matrizes hidrofílicas de misturas de hidroxipropilmetilcelulose e etilcelulose e polietilenoglicol. O planejamento estatístico de mistura Design Expert® foi empregado na seleção da composição do sistema de controle da liberação e, numa segunda fase, para otimização das formulações de comprimidos. Foram produzidas 26 formulações por compressão direta e as características físico-químicas dos comprimidos como peso médio, friabilidade, dureza e teor de fármaco foram determinadas. A porcentagem de teofilina liberada foi avaliada conforme o método da Farmacopéia Americana 30 ed. (2007), para cápsulas de liberação prolongada (Teste 10 - pá), por um período de 8 horas. Conforme as farmacopéicas os comprimidos produzidos apresentaram características físico-químicas de acordo com as especificações, com exceção das formulações 2 e 3, para o teste de friabilidade, cujos valores foram superiores. Entretanto, quanto ao ensaio de dissolução, a formulação 13, constituída por 30% de etilcelulose, atendeu aos valores preconizados para liberação prolongada de teofilina. As respostas obtidas dos experimentos foram introduzidas no programa Design Expert® que gerou superfícies de respostas nas quais foi possível avaliar a influência da composição nos parâmetros friabilidade e porcentagem de teofilina liberada na dissolução. Dessa forma, foi possível obter 3 formulações com etilcelulose (13,50% a 15,90%), metilcelulose tipo E4MCR (6,90% a 8,10%) e metilcelulose tipo K4MPRCR (0,30% a 0,60%), com as características desejadas empregando o planejamento estatístico de mistura, com o número mínimo de experimentos sem a necessidade de estudar todas as possíveis combinações experimentais, abreviando o trabalho com ganho de tempo. Os resultados encontrados para friabilidade e dissolução nas formulações otimizadas foram próximos dos previstos pela análise de regressão e dentro dos valores especificados na Farmacopéia Americana 30 ed. 2007. / Controlled release dosage forms of theophylline were prepared with hidrophyllic matrix using polymers as hydroxy-methyl-cellulose, hydroxy-ethyl-cellulose and polyethylenglycol. The program Design Expert® was used to select polymers composition and at the second moment, to optimized tablets formulations. It was obtained 26 formulations by direct compression that physical-chemical characteristics of tablets as weight deviation, friability, hardness and drug dosage were performed. Dissolution rate of these tablets were controlled by United States Pharmacopeia 30 ed. Test for theophylline extended-release capsules (test 10 - paddle) corresponding to 8 hours of experiment. The evaluation indicates that tablets produced were in accordance with Brazilian Pharmacopoeia 4 ed., and United States Pharmacopoeia 30 ed., except for formulations 2 and 3 that the values for friability were low. And about dissolution rate of these tablets only formulation 13 applied to preconized value for dissolution method for theophylline extendedrelease capsules. Design Expert® was fed with the results obtained from experiments that showed surface result after that it were possible to analyze the influence of the composition of components on the friability and dissolution rate of theophylline parameters. Considering the specifications, 3 formulations were obtained and were analyzed. The results obtained were close to results predicted for regression analysis and in accordance with Brazilian Pharmacopoeia 4 ed., and United States Pharmacopoeia 30 ed. The proposed experimental Design Expert® program strategy should allow a rapid evaluation and identification of the parameters important in determining the drug release rate from matrix tablets, providing a powerful support for their rational selection during preformulation studies and thus shortening the time necessary for the development of effective dosage forms with the desired drug release behavior.

The tuning of optimization software is of key interest to researchers solving mixed integer programming (MIP) problems. The efficiency of the optimization software can be greatly impacted by the solver’s parameter settings and the structure of the MIP. A designed experiment approach is used to fit a statistical model that would suggest settings of the parameters that provided the largest reduction in the primal integral metric. Tuning exemplars of six and 59 factors (parameters) of optimization software, experimentation takes place on three classes of MIPs: survivable fixed telecommunication network design, a formulation of the support vector machine with the ramp loss and L1-norm regularization, and node packing for coding theory graphs. This research presents and demonstrates a framework for tuning a portfolio of MIP instances to not only obtain good parameter settings used for future instances of the same class of MIPs, but to also gain insights into which parameters and interactions of parameters are significant for that class of MIPs. The framework is used for benchmarking of solvers with tuned parameters on a portfolio of instances. A group screening method provides a way to reduce the number of factors in a design and reduces the time it takes to perform the tuning process. Portfolio benchmarking provides performance information of optimization solvers on a class with instances of a similar structure.