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Made available in DSpace on 2014-06-11T19:26:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-05-22Bitstream added on 2014-06-13T20:35:12Z : No. of bitstreams: 1 campos_jr_me_sjrp.pdf: 474631 bytes, checksum: 9a9f4df9bf2898f15cba64a064eec09b (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Métodos de Runge-Kutta para problemas de controle ótimo contínuo são estudados seguindo os trabalhos de Hager [11], [15] e [17]. O problema de controle ótimo é discretizado transformando-se num problema de programação matemática. Um estudo sobre as condições necessárias de otimalidade para a solução do problema e conexões com o problema adjunto é realizado para obtenção das condições de ordem na discretização. Estuda-se também a convergência da solução do problema discretizado para a solução ótima do problema contínuo (ver Hager [17]). Nesta análise Hager obtêm uma cota para o erro entre a solução numérica e a solução contínua o qual depende do tamanho do passo. Por fim, o trabalho apresenta alguns exemplos com o intuito de ilustrar a teoria apresentada. / Runge-Kutta methods for continuous optimal control problems are studied following the papers of Hager [11], [15] and [17]. The control problem is discretized and transformed into a mathematical programming problem. A study about necessary conditions of optimality for the solution of the problem and connections with an adjoint problem are done to provide order conditions for the method of discretization. It is also studied the convergence of the optimal solution of the discrete problem for the solution of the continuous time control problem (see Hager [17]). In this convergence analysis Hager obtains an error bound comparing the numerical and the continuous solution. The error bound is dependent of the size of the step of the method. Finally, some examples are presented aiming at illustrating the discussed theory.

A logística de contêiner vem aumentando sua participação em volume de cargas transportadas, tornando-se a parcela mais significativa do tráfego de mercadorias. Com isso, o gerenciamento dos altos custos envolvidos com a aquisição, manutenção, manipulação e transporte desses contêineres tornam-se um problema relevante para as organizações. As alocações dos contêineres cheios e vazios são comumente vistos como dois sistemas distintos e estáticos e não de forma intregada e dinâmica. Há um número restrito de trabalhos na literatura desenvolvendo heurísticas integrando os sistemas, porém não foi encontrada uma formulação ótima para o problema. Logo, a questão para a dissertação é quão próximo estão os resultados das heurísticas encontradas na literatura, para o problema da alocação de contêineres, dos resultados ótimos. O presente trabalho apresenta uma formulação matemática para o problema de alocação dinâmica, e integrada, para contêineres cheios e vazios. A formulação foi testada com diversos cenários, objetivando saber o limite computacional das instâncias para a formulação. Como o problema é um problema NP-Hard, heurísticas são comumente apresentadas na literatura. Demonstra-se como podem ser realizadas comparações entre os resultados das heurísticas e os resultados ótimos e visam a constatação da importância de uma formulação ótima para comparações. / Containers' Logistics has increased their importance in the goods transportion and nowadays, has the most important share of them. With that in mind, the management of high costs of acquisition, maintenance, manipulation and transportation of them became a significant problem to organizations. The problem of empty container allocation and load container allocation are commonly treated as two distinct, and static, systems, which means without integration and not dynamically. Just a couple of examples could be found of the two systems dynamically integrated, and no optimal model was found. So, the question here is how close heuristics' results are from the optimal results. A mathematical formulation is presented to the problem concerned with the integration and the dynamics associated to it. The formulation was tested with several scenarios to determine the maximum size that could be tested with optimal results, in an acceptable computacional time. Since the problem is a NP-Hard problem, heuristics approach are commonly used. Here is demonstrated how could be compare optimal solutions of the formulation and solutions from heuristics, and aim to demonstrate the significance of the optimal formulation.

O planejamento de produção é um elemento essencial para as empresas, pois permite definir os volumes a serem produzidos, conforme a estimativa de demanda e a capacidade produtiva disponível. Este trabalho contribui para o planejamento da produção, integrando variáveis e parâmetros que podem ajudar na maximização do resultado econômico das organizações. Esta dissertação apresenta três objetivos principais relacionados a esse tema: (i) identificar os problemas e as variáveis que precisam ser analisadas no desenvolvimento de métodos que se adéquam às necessidades das áreas envolvidas; (ii) desenvolver algoritmo para integrar as variáveis identificadas e os dados empresariais, de forma a viabilizar a aplicação do modelo, baseado em programação matemática e distribuições de probabilidade; (iii) aplicar os modelos propostos, a fim de avaliar sua utilidade e discutir os resultados obtidos. O estudo realizado revela a importância do uso de métodos formais de planejamento da produção integrados à definição do preço do produto. A definição de preços ou volumes de produção diferente dos valores ótimos pode afetar substancialmente o lucro global do sistema produtivo. / Production planning is an essential tool for companies, since it establishes the volumes to be produced, according to estimated demand and available production capacity. This work contributes with production planning field by integrating variables and parameters that impact the economic results of the organizations. This study presents three main objectives: (i) identification of issues and variables that need to be analyzed to develop methods suited to the needs of the areas involved, (ii) development of algorithms to integrate the identified variables and business data, in order to enable the application of the model, based on mathematical programming and probability distributions, (iii) application of the proposed models to evaluate their usefulness and discuss results. The study reveals the importance of using production planning formal methods that integrate products’ prices. The establishment of prices or production volumes different from optimum values may substantially affect production system global profit.

A construção de grades horárias dos cursos de uma universidade é um problema que deve ser enfrentado no início de todos os semestres e, por mobilizar quantidades significativas de recursos, se constitui numa das mais importantes tarefas administrativas de uma universidade. Trata-se de um problema clássico, combinatório, que tem atraído atenção por conta da dificuldade de se encontrar boas soluções. É classificado, em termos de complexidade computacional, como NP-hard, o que implica grande exigência de capacidade de processamento. É modelado de maneiras muito diversas, no intuito de se obter adequação quanto ao contexto educacional do país, às regras específicas da instituição ou aos objetivos específicos dos gestores, entre outros. Foi feita uma revisão de literatura no intuito de apoiar a modelagem do problema, nesse trabalho, e de contribuir com a comunidade de pesquisadores sobre o tema ao agregar informações a respeito das pesquisas publicadas até então. O problema é modelado, neste trabalho, por meio de técnicas de Pesquisa Operacional com o objetivo de produzir grades horárias com aulas distribuídas uniformemente ao longo da semana, em uma primeira etapa, para que, na etapa seguinte, ao se atribuir salas de aula às turmas, a utilização dos espaços físicos da Universidade seja otimizada. Dados foram coletados de uma instituição federal de ensino superior para a implementação do modelo. Resultados obtidos no processamento com os dados reais mostraram que o modelo reduz consideravelmente a utilização de salas de aula. / The timetabling construction for University courses is a problem that must be faced at each beginning of semester and, since it mobilizes significant amounts of resources, it constitutes in one of the most important administrative tasks in a University. It's a classic, combinatorial problem that has attracted attention due to its difficulty in finding good solutions. In terms of computational complexity, it's classified as NP-hard, which involves great processing capacity. It's modeled in a number of different ways, aimed to obtain adequacy to the educational context of the country, to the specific higher education institutional rules, or to the specific managers goals, amongst others. A literature review was performed, aimed to support, in this research, the problems modeling, and to contribute to the researchers community, adding the research information published so far. The problem is modeled, in this work, by means of Operations Research techniques, aiming to produce evenly distributed timetables along the week, in the first step, and to assign the classrooms to the groups of students in the next, in such a way that the physical spaces utilization of the University is optimized. Data was collected from a federal higher education institution in order to implement de model. Results obtained through its processing with this data showed that the model considerably reduces the classrooms utilization.

A logística de contêiner vem aumentando sua participação em volume de cargas transportadas, tornando-se a parcela mais significativa do tráfego de mercadorias. Com isso, o gerenciamento dos altos custos envolvidos com a aquisição, manutenção, manipulação e transporte desses contêineres tornam-se um problema relevante para as organizações. As alocações dos contêineres cheios e vazios são comumente vistos como dois sistemas distintos e estáticos e não de forma intregada e dinâmica. Há um número restrito de trabalhos na literatura desenvolvendo heurísticas integrando os sistemas, porém não foi encontrada uma formulação ótima para o problema. Logo, a questão para a dissertação é quão próximo estão os resultados das heurísticas encontradas na literatura, para o problema da alocação de contêineres, dos resultados ótimos. O presente trabalho apresenta uma formulação matemática para o problema de alocação dinâmica, e integrada, para contêineres cheios e vazios. A formulação foi testada com diversos cenários, objetivando saber o limite computacional das instâncias para a formulação. Como o problema é um problema NP-Hard, heurísticas são comumente apresentadas na literatura. Demonstra-se como podem ser realizadas comparações entre os resultados das heurísticas e os resultados ótimos e visam a constatação da importância de uma formulação ótima para comparações. / Containers' Logistics has increased their importance in the goods transportion and nowadays, has the most important share of them. With that in mind, the management of high costs of acquisition, maintenance, manipulation and transportation of them became a significant problem to organizations. The problem of empty container allocation and load container allocation are commonly treated as two distinct, and static, systems, which means without integration and not dynamically. Just a couple of examples could be found of the two systems dynamically integrated, and no optimal model was found. So, the question here is how close heuristics' results are from the optimal results. A mathematical formulation is presented to the problem concerned with the integration and the dynamics associated to it. The formulation was tested with several scenarios to determine the maximum size that could be tested with optimal results, in an acceptable computacional time. Since the problem is a NP-Hard problem, heuristics approach are commonly used. Here is demonstrated how could be compare optimal solutions of the formulation and solutions from heuristics, and aim to demonstrate the significance of the optimal formulation.

O planejamento de produção é um elemento essencial para as empresas, pois permite definir os volumes a serem produzidos, conforme a estimativa de demanda e a capacidade produtiva disponível. Este trabalho contribui para o planejamento da produção, integrando variáveis e parâmetros que podem ajudar na maximização do resultado econômico das organizações. Esta dissertação apresenta três objetivos principais relacionados a esse tema: (i) identificar os problemas e as variáveis que precisam ser analisadas no desenvolvimento de métodos que se adéquam às necessidades das áreas envolvidas; (ii) desenvolver algoritmo para integrar as variáveis identificadas e os dados empresariais, de forma a viabilizar a aplicação do modelo, baseado em programação matemática e distribuições de probabilidade; (iii) aplicar os modelos propostos, a fim de avaliar sua utilidade e discutir os resultados obtidos. O estudo realizado revela a importância do uso de métodos formais de planejamento da produção integrados à definição do preço do produto. A definição de preços ou volumes de produção diferente dos valores ótimos pode afetar substancialmente o lucro global do sistema produtivo. / Production planning is an essential tool for companies, since it establishes the volumes to be produced, according to estimated demand and available production capacity. This work contributes with production planning field by integrating variables and parameters that impact the economic results of the organizations. This study presents three main objectives: (i) identification of issues and variables that need to be analyzed to develop methods suited to the needs of the areas involved, (ii) development of algorithms to integrate the identified variables and business data, in order to enable the application of the model, based on mathematical programming and probability distributions, (iii) application of the proposed models to evaluate their usefulness and discuss results. The study reveals the importance of using production planning formal methods that integrate products’ prices. The establishment of prices or production volumes different from optimum values may substantially affect production system global profit.

A construção de grades horárias dos cursos de uma universidade é um problema que deve ser enfrentado no início de todos os semestres e, por mobilizar quantidades significativas de recursos, se constitui numa das mais importantes tarefas administrativas de uma universidade. Trata-se de um problema clássico, combinatório, que tem atraído atenção por conta da dificuldade de se encontrar boas soluções. É classificado, em termos de complexidade computacional, como NP-hard, o que implica grande exigência de capacidade de processamento. É modelado de maneiras muito diversas, no intuito de se obter adequação quanto ao contexto educacional do país, às regras específicas da instituição ou aos objetivos específicos dos gestores, entre outros. Foi feita uma revisão de literatura no intuito de apoiar a modelagem do problema, nesse trabalho, e de contribuir com a comunidade de pesquisadores sobre o tema ao agregar informações a respeito das pesquisas publicadas até então. O problema é modelado, neste trabalho, por meio de técnicas de Pesquisa Operacional com o objetivo de produzir grades horárias com aulas distribuídas uniformemente ao longo da semana, em uma primeira etapa, para que, na etapa seguinte, ao se atribuir salas de aula às turmas, a utilização dos espaços físicos da Universidade seja otimizada. Dados foram coletados de uma instituição federal de ensino superior para a implementação do modelo. Resultados obtidos no processamento com os dados reais mostraram que o modelo reduz consideravelmente a utilização de salas de aula. / The timetabling construction for University courses is a problem that must be faced at each beginning of semester and, since it mobilizes significant amounts of resources, it constitutes in one of the most important administrative tasks in a University. It's a classic, combinatorial problem that has attracted attention due to its difficulty in finding good solutions. In terms of computational complexity, it's classified as NP-hard, which involves great processing capacity. It's modeled in a number of different ways, aimed to obtain adequacy to the educational context of the country, to the specific higher education institutional rules, or to the specific managers goals, amongst others. A literature review was performed, aimed to support, in this research, the problems modeling, and to contribute to the researchers community, adding the research information published so far. The problem is modeled, in this work, by means of Operations Research techniques, aiming to produce evenly distributed timetables along the week, in the first step, and to assign the classrooms to the groups of students in the next, in such a way that the physical spaces utilization of the University is optimized. Data was collected from a federal higher education institution in order to implement de model. Results obtained through its processing with this data showed that the model considerably reduces the classrooms utilization.

abstract: The combined heat and power (CHP)-based distributed generation (DG) or dis-tributed energy resources (DERs) are mature options available in the present energy mar-ket, considered to be an effective solution to promote energy efficiency. In the urban en-vironment, the electricity, water and natural gas distribution networks are becoming in-creasingly interconnected with the growing penetration of the CHP-based DG. Subse-quently, this emerging interdependence leads to new topics meriting serious consideration: how much of the CHP-based DG can be accommodated and where to locate these DERs, and given preexisting constraints, how to quantify the mutual impacts on operation performances between these urban energy distribution networks and the CHP-based DG. The early research work was conducted to investigate the feasibility and design methods for one residential microgrid system based on existing electricity, water and gas infrastructures of a residential community, mainly focusing on the economic planning. However, this proposed design method cannot determine the optimal DG sizing and sit-ing for a larger test bed with the given information of energy infrastructures. In this con-text, a more systematic as well as generalized approach should be developed to solve these problems. In the later study, the model architecture that integrates urban electricity, water and gas distribution networks, and the CHP-based DG system was developed. The pro-posed approach addressed the challenge of identifying the optimal sizing and siting of the CHP-based DG on these urban energy networks and the mutual impacts on operation per-formances were also quantified. For this study, the overall objective is to maximize the electrical output and recovered thermal output of the CHP-based DG units. The electrici-ty, gas, and water system models were developed individually and coupled by the devel-oped CHP-based DG system model. The resultant integrated system model is used to constrain the DG's electrical output and recovered thermal output, which are affected by multiple factors and thus analyzed in different case studies. The results indicate that the designed typical gas system is capable of supplying sufficient natural gas for the DG normal operation, while the present water system cannot support the complete recovery of the exhaust heat from the DG units. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Electrical Engineering 2013

abstract: Transmission expansion planning (TEP) is a complex decision making process that requires comprehensive analysis to determine the time, location, and number of electric power transmission facilities that are needed in the future power grid. This dissertation investigates the topic of solving TEP problems for large power systems. The dissertation can be divided into two parts. The first part of this dissertation focuses on developing a more accurate network model for TEP study. First, a mixed-integer linear programming (MILP) based TEP model is proposed for solving multi-stage TEP problems. Compared with previous work, the proposed approach reduces the number of variables and constraints needed and improves the computational efficiency significantly. Second, the AC power flow model is applied to TEP models. Relaxations and reformulations are proposed to make the AC model based TEP problem solvable. Third, a convexified AC network model is proposed for TEP studies with reactive power and off-nominal bus voltage magnitudes included in the model. A MILP-based loss model and its relaxations are also investigated. The second part of this dissertation investigates the uncertainty modeling issues in the TEP problem. A two-stage stochastic TEP model is proposed and decomposition algorithms based on the L-shaped method and progressive hedging (PH) are developed to solve the stochastic model. Results indicate that the stochastic TEP model can give a more accurate estimation of the annual operating cost as compared to the deterministic TEP model which focuses only on the peak load. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Electrical Engineering 2013