Submitted by William Justo Figueiro (williamjf) on 2015-07-27T20:23:06Z No. of bitstreams: 1 09d.pdf: 2136888 bytes, checksum: 8bc73fd7975259c3bc984b913580a5c1 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-27T20:23:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 09d.pdf: 2136888 bytes, checksum: 8bc73fd7975259c3bc984b913580a5c1 (MD5) Previous issue date: 2013 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Com a expansão do transporte marítimo, passou a ser adotado o uso de contêineres para o transporte de cargas, sendo evidenciados alguns problemas. Dentre eles, um dos principais, é o problema de carregamento e descarregamento de contêineres em navios. O problema surge devido aos altos custos operacionais gerados a partir da movimentação de contêineres. Este problema é o foco desta pesquisa, que tem como objetivo principal elaborar planos de carga eficientes que gerem um número mínimo de movimentações de contêineres, nas operações de carga e descarga de navios-contêineres, diminuindo assim os custos de operação. Neste trabalho, é proposta a aplicação da metaheurística Algoritmo Genético e da metaheurística Enxame de Abelhas, resolvendo o problema através de uma codificação baseada em regras de carregamento e descarregamento. A codificação por regras é compacta e adequada, assegurando que as soluções do problema sejam factíveis e de simples representação, acelerando o processo de solução. Nos experimentos realizados, as duas metaheurísticas foram empregadas, assumindo diferentes configurações de regras, com o intuito de comparar o seu desempenho. A proposta de novas regras de carregamento e descarregamento, em complemento às existentes na literatura, trouxeram bons resultados. Desta forma, foram obtidas soluções de boa qualidade e melhores que aquelas encontradas na literatura que abordam o mesmo problema. / With the expansion of maritime transportation, the use of containers for goods transportation has increased, being evidenced some problems. Among these problems, the container ship stowage problem arose as one of the main problems due to the high operational costs related to movement of containers. This problem is the focus of this research, where the main objective is the formulation of stowage plans that generate a minimum number of container shiftings in the operations of loading and unloading performed in port calls of container ships. In order to determine a suitable stowage plan, the application of Genetic Algorithm and Bee Swarm Optimization metaheuristics are proposed to solve the problem by using a rule-based encoding for the solution. The solution encoding based on loading and unloading rules is compact and suitable, ensuring the feasibility of solutions and also the simple representation of it, speeding up the solution procedures. In the performed experiments, both metaheuristics were applied assuming different rules settings with the objective to compare each performance. The proposal of new rules of loading and unloading, in addition with those existing in literature, has produced good solutions. Thereby, good quality solutions were achieved and also better than that found in the literature which discuss the same problem

[pt] A empresa petrolífera estudada define a meta para o estoque total de petróleo utilizando inúmeros fatores, porém não considera em sua metodologia os custos despendidos no transporte marítimo. Durações de estadia acima do padrão geram custos adicionais substanciais no processo de movimentação de petróleo e o conhecimento dos fatores que afetam a estadia pode auxiliar na identificação das ações que devem ser tomadas para redução dos custos. Desta forma, com o propósito de contribuir para a redução dos custos de transporte marítimo, o objetivo do trabalho é verificar a dependência entre a estadia de navios em um grande terminal da empresa e outras variáveis da cadeia de suprimentos. Os dados históricos de estadia de navios, estoque, produção, refino, venda e compra de petróleo, nos anos de 2016 e 2017, foram obtidos dos sistemas internos da companhia, e foram avaliados estatisticamente. A regressão que melhor explicou a quantidade de navios aguardando atracação no terminal estudado conteve como variáveis independentes o estoque total da empresa, o refino, o estoque de petróleo dos terminais e refinarias atendidas pelo terminal estudado e o valor da quantidade de navios aguardando atracação no período anterior. Utilizando a equação do modelo selecionado, é constatado que elevações no estoque total de petróleo provocam um aumento no custo de estadia 11 porcento maior que o aumento do custo financeiro do estoque. Assim, com base nos resultados obtidos, esse trabalho propõe que o impacto do nível de estoque na estadia dos navios deve ser considerado no cálculo do estoque meta, o que trará ganhos de dezenas de milhões de dólares ao ano para a empresa estudada. / [en] The petroleum company studied sets the target for the total oil stock using many factors, but does not consider in its methodology the costs incurred in shipping. Length of stay above the standard will generate significant additional costs in the oil transportation. Knowledge of the factors that affect the stay can help identify the actions that must be taken to reduce costs. Thus, in order to contribute to the reduction of shipping costs, the objective of this work is to verify the dependence between the stay of ships in a large terminal of the company and other variables of the supply chain. The historical data on the duration of the ship stay, inventory, production, refining, sale and purchase of oil in the years 2016 and 2017 were obtained from the company s internal systems and were statistically evaluated. The regression that best explained the number of ships waiting berthing at the terminal studied contained as independent variables the company s total oil stock, the refining, the oil stock of the terminals and refineries served by the terminal studied and the number of ships waiting berthing in the previous period. Using the equation of the selected model, increases in the total oil inventory cause a 11 percent higher excess of stay cost than the increase in the financial cost of the stock. Thus, based on the results obtained, this work proposes that the impact of the inventory level on the ship s stay have to be considered in the calculation of the target stock, which will bring tens of millions of dollars a year earnings for the company studied.

Esta dissertação de mestrado tem como objetivo a validação do modelo numérico de manobras para navios utilizado pelo simulador chamado SMH - Simulador Marítimo Hidroviário, que foi desenvolvido no laboratório Tanque de Provas Numérico. Para tanto foram realizados ensaios experimentais de manobras com um modelo em escala reduzida da embarcação Alpha Crucis com o objetivo de criar dados de manobra que serviram como referência para validação do modelo numérico. Foram selecionados diversos tipos de manobras com o propósito de criar uma caracterização da manobrabilidade da embarcação em baixas velocidades e regime transitório, permitindo a medição de diversas características, que permitem quantificar as capacidades de manobra da embarcação. Através de experimentos numéricos foram, então, realizadas as mesmas manobras executadas pelo modelo físico em escala reduzida, de forma a reproduzir as mesmas condições iniciais e os mesmos comandos, procurando reproduzir as manobras para validação do modelo implementado no SMH. Os resultados obtidos apresentam a aderência das características de manobras do modelo implementado no SMH, através da comparação das características de manobra obtidas pelo modelo físico em escala reduzida e das obtidas pelo modelo numérico. A dissertação apresenta ainda um estudo de sensibilidade que mostra o efeito dos principais fatores utilizados no laboratório Tanque de Provas Numérico para a calibração dos modelos de embarcações, mostrando que para as manobras consideradas neste trabalho alguns dos efeitos possuem pouca influência nos resultados. Por fim o trabalho conclui que o modelo matemático utilizado pelo SMH representa a capacidade de manobra da embarcação de forma consistente para diversos tipos de manobra, e com um grau de aderência satisfatório. / This research aims to present a validation for the ship maneuvering simulator named SMH, anachronym in Portuguese for Maritime and Waterway Simulator, developed on Tanque de Provas Numérico laboratory. For this propose small scale tests were performed with a model of Alpha Crucis ship aiming to create maneuver data that was used as reference for the numerical model validation. Several types of maneuver where selected to create a characterization of the maneuverability of the ship at low speeds and transient regime, and the parameters that quantify the maneuverability were measured. Then were performed numerical experiments recreating the same maneuver executed with the experimental model, with the same initial conditions and propulsion/rudder controls, trying to reproduce the maneuvers to validate the model implemented on the SMH. The results showed that the maneuvering characteristics predicted by the SMH simulator are similar to measured values in the experiment. The dissertation also presents a sensitivity study that shows the effect of the main parameters used in the laboratory Tanque de Provas Numérico for the vessel model calibration, This study showed that for some maneuvers, the tuning parameters have less influence on the results. Finally, the work concludes that the mathematical model used by the SMH represents the ability of the vessel to maneuver consistently for several types of maneuvers, and with a satisfactory degree of accuracy.

O problema do desenvolvimento do \"Software\" para a pilotagem automática de embarcações é tratado através da aplicação de conceitos de controle estocástico. O movimento da embarcação é descrito de forma aproximada através do modelo clássico das derivadas hidrodinâmicas. A partir do Princípio da Separação desenvolve-se um procedimento sequencial em que os problemas de estimação do estado e de controle são tratados concomitantemente com as identificação de efeitos não modelados da dinâmica adotada para o piloto automático. A estimação de estados realiza-se através do filtro estendido de Kalman, que opera sobre informações de posição e velocidade da embarcação. O controlador, de natureza sequencial, atua sobre a embarcação em tempo discreto, sendo o leme o único elemento de controle. O piloto automático proposto foi testado através de simulação digital e alguns resultados obtidos são apresentados e discutidos. / The software development problem for the ship automatic steering is considered through the application of stochastic control concepts. Ship motion is described in an approximate way by the classical hydrodynamic derivatives model. A sequential procedure based on the Separation Principle is developed, being state estimation and control problems handled simultaneously with the identification of unmodeled effects of automatic pilot ship dynamics. State estimates are provided by the extended Kalman filter by using ship position and velocity measurements. The rudder is the only control element for the sequential, discrete-time controller. Digital simulation is employed for testing of the proposed automatic pilot, and some results are presented and discussed.

The ship emission already occupy the eighth position in the world biggest emitters ranking. This happens because the ship operations have a huge demand variation therefore in order to reduce the ship emissions is required an efficient operation of the generators. This work aims at integrating advanced storage systems into the operation of diesel generators. The variation of the operation point has a direct interference on the emissions and on the diesel consumption, this variation is allowed through the frequency and voltage control. The use of lithium batteries for various operation points of the generators is analyzed. The use of an energy storage system allowed the operation of the generators in a better operation point therefore there was a reduction in diesel consumption and in CO2 emissions when the diesel generators. The main result of this work could also shed light in the operation of isolated power systems equipped with advanced storage systems and diesel generators. / As emissões dos navios já ocupam a oitava posição entre os países com maior emissão no mundo. Isso pode ser explicado pelo fato de que as operações dos navios têm uma grande variação de demanda de potência, com isso a operação inteligente dos geradores a diesel é fundamental para a redução das emissões. A abordagem desenvolvida nesse trabalho integra o uso de sistemas de armazenamento avançados na operação dos geradores a diesel. A variação do ponto de operação dos geradores a diesel interfere diretamente no consumo e nas emissões, essa variação só é possível por meio do controle de frequência e tensão providos pelo sistema de armazenamento de energia. Nesse trabalho foram analisados o uso de baterias de lítio para diferentes pontos de operação do gerador a diesel. O uso das baterias possibilitou a operação dos geradores num melhor ponto de carga com isso houve uma redução das emissões e do consumo de combustível. Os resultados encontrados nesse trabalho podem ser extrapolados qualitativamente para outros sistemas de potência offshore, como plataformas de petróleo e de perfuração, que operem com sistemas de baterias avançadas e geradores a diesel.

[pt] A indústria de transporte marítimo é essencial para o comércio internacional. No entanto, no despertar da crise financeira de 2008, essa indústria foi severamente atingida. Nessas ocasiões, empresas de transporte só são capazes de obter lucro se suas frotas forem roteadas de forma eficaz. Neste trabalho, nós estudamos uma classe de problemas de roteamento de navios relacionados ao Pickup and Delivery Problem with Time Windows. Para resolver esses problemas, nós introduzimos um método heurístico e um exato. O método heurístico é uma meta-heurística híbrida com uma vizinhança larga baseada em set partitioning, enquanto o método exato é um algoritmo de branch-and-price. Nós conduzimos experimentos em um conjunto de instâncias baseadas em rotas de navios reais. Os resultados obtidos mostram que nossos algoritmos superam as metodologias estado da arte. Em seguida, nós adaptamos o conjunto de instâncias para modelar um problema de roteamento de navios no qual a velocidade em cada segmento de rota é uma variável de decisão, e o consumo de combustível por unidade de tempo é uma função convexa da velocidade e carga do navio. A fim de resolver esse novo problema de roteamento de navios com otimização de velocidade, nós estendemos nossa meta-heurística para encontrar decisões de velocidade ótimas em toda avaliação de solução vizinha de uma busca local. Nossos experimentos demonstram que essa abordagem pode ser altamente rentável, e que requer apenas um aumento moderado de recursos computacionais. / [en] The shipping industry is essential for international trade. However, in the wake of the 2008 financial crisis, this industry was severely hit. In these times, transportation companies can only obtain profit if their fleet is routed effectively. In this work, we study a class of ship routing problems related to the Pickup and Delivery Problem with Time Windows. To solve these problems, we introduce a heuristic and an exact method. The heuristic method is a hybrid metaheuristic with a set-partitioning-based large neighborhood, while the exact method is a branch-and-price algorithm. We conduct experiments on a benchmark suite based on real-life shipping segments. The results obtained show that our algorithms largely outperform the state-of-the-art methodologies. Next, we adapt the benchmark suite to model a ship routing problem where the speed on each sailing leg is a decision variable, and fuel consumption per time unit is a convex function of the ship speed and payload. To solve this new ship routing problem with speed optimization, we extend our metaheuristic to find optimal speed decisions on every local search move evaluation. Our computational experiments demonstrate that such approach can be highly profitable, with only a moderate increase in computational effort.

Made available in DSpace on 2012-09-06T01:12:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) 136.pdf: 2863792 bytes, checksum: 8b68087ab64bd8d1c77782a314bc5994 (MD5) Previous issue date: 1999 / Aborda o trabalho marítimo, particularmente o trabalho embarcado em navios de longo curso, cuja tripulaçäo está exposta a longos períodos em viagem, longe do convívio familiar e social, o que pode acarretar em sofrimento psíquico. Procura compreender as consequências da atual política de reduçäo de custos (que no caso da Marinha Mercante vem privilegiando, näo a modernizaçäo tecnológica e sim o corte no número de tripulantes) para a saúde/saúde mental dos trabalhadores. O trabalho de campo foi realizado a bordo de navio petroleiro da Frota Nacional de Petroleiros (FRONAPE), durante percurso compreendido entre Angra dos Reis (Rio de Janeiro/Brasil) e Cape Town (Africa do Sul), no período de 25 de maio a 08 de junho de 1998, sendo realizadas observaçöes das atividades desenvolvidas e das relaçöes de vida e trabalho da tripulaçäo a bordo, bem como entrevistas individuais com onze tripulantes, que foram analisadas tendo como principal abordagem teórico metodológica a psicodinâmica do trabalho. Constatou-se que a família assume papel importante na vida do trabalhador, sendo o seu distanciamento a principal fonte de sofrimento psíquico e debruçar-se sobre o trabalho o principal mecanismo defensivo utilizado pelos trabalhadores para o seu enfrentamento. Esse sofrimento está sendo intensificado pelo näo reconhecimento desse dar-se de si no trabalho e pela queda na remuneraçäo salarial. Contudo, o trabalhador embarcado a partir do prazer gerado pelo uso de sua criatividade e do bom humor na realizaçäo da tarefa, vem conseguindo näo sucumbir ao sofrimento, mantendo-se dentro do domínio da normalidade. / The present study deals with the maritime labor, particularly the work of those on board long distance ships, whose crews spend long periods far away from the family and social intimacy, which leads to psychic suffering. It tries to understand the consequences of the current policy of cutting of costs (which in the case of the Merchant Navy has been privileging the cuts in the number of crew members in detriment of technological modernization) for the health/mental health of the workers. The field work was carried out on board an oil tanker owned by the National Fleet of Oil Tankers (FRONAPE), during the route between Angra dos Reis (Rio de Janeiro/Brazil) and Cape Town (South Africa), from May 25th to June 8th, 1998, during which the carried out activities, the life and work relationships of the crew on board, were observed, as well as individual interviews with eleven members of the crew, that were analyzed having as its main theoretical-methodological approach the Psychodynamics of Labor. Family plays an important role in the worker's life, and staying away from them is the main source of physical suffering. Therefore, full dedication to work is the main defense mechanism used by the workers in order to face the problem. Such suffering is being intensified by the non-recognition of this dedication to work and by a drop of the salary remuneration. However, the worker on board, as of the fun generated by the use of his creativity and good humor on the carrying out of his task, has been able to resist the suffering, staying within the domains of what is considered to be normal.

O problema do desenvolvimento do \"Software\" para a pilotagem automática de embarcações é tratado através da aplicação de conceitos de controle estocástico. O movimento da embarcação é descrito de forma aproximada através do modelo clássico das derivadas hidrodinâmicas. A partir do Princípio da Separação desenvolve-se um procedimento sequencial em que os problemas de estimação do estado e de controle são tratados concomitantemente com as identificação de efeitos não modelados da dinâmica adotada para o piloto automático. A estimação de estados realiza-se através do filtro estendido de Kalman, que opera sobre informações de posição e velocidade da embarcação. O controlador, de natureza sequencial, atua sobre a embarcação em tempo discreto, sendo o leme o único elemento de controle. O piloto automático proposto foi testado através de simulação digital e alguns resultados obtidos são apresentados e discutidos. / The software development problem for the ship automatic steering is considered through the application of stochastic control concepts. Ship motion is described in an approximate way by the classical hydrodynamic derivatives model. A sequential procedure based on the Separation Principle is developed, being state estimation and control problems handled simultaneously with the identification of unmodeled effects of automatic pilot ship dynamics. State estimates are provided by the extended Kalman filter by using ship position and velocity measurements. The rudder is the only control element for the sequential, discrete-time controller. Digital simulation is employed for testing of the proposed automatic pilot, and some results are presented and discussed.

Esta dissertação de mestrado tem como objetivo a validação do modelo numérico de manobras para navios utilizado pelo simulador chamado SMH - Simulador Marítimo Hidroviário, que foi desenvolvido no laboratório Tanque de Provas Numérico. Para tanto foram realizados ensaios experimentais de manobras com um modelo em escala reduzida da embarcação Alpha Crucis com o objetivo de criar dados de manobra que serviram como referência para validação do modelo numérico. Foram selecionados diversos tipos de manobras com o propósito de criar uma caracterização da manobrabilidade da embarcação em baixas velocidades e regime transitório, permitindo a medição de diversas características, que permitem quantificar as capacidades de manobra da embarcação. Através de experimentos numéricos foram, então, realizadas as mesmas manobras executadas pelo modelo físico em escala reduzida, de forma a reproduzir as mesmas condições iniciais e os mesmos comandos, procurando reproduzir as manobras para validação do modelo implementado no SMH. Os resultados obtidos apresentam a aderência das características de manobras do modelo implementado no SMH, através da comparação das características de manobra obtidas pelo modelo físico em escala reduzida e das obtidas pelo modelo numérico. A dissertação apresenta ainda um estudo de sensibilidade que mostra o efeito dos principais fatores utilizados no laboratório Tanque de Provas Numérico para a calibração dos modelos de embarcações, mostrando que para as manobras consideradas neste trabalho alguns dos efeitos possuem pouca influência nos resultados. Por fim o trabalho conclui que o modelo matemático utilizado pelo SMH representa a capacidade de manobra da embarcação de forma consistente para diversos tipos de manobra, e com um grau de aderência satisfatório. / This research aims to present a validation for the ship maneuvering simulator named SMH, anachronym in Portuguese for Maritime and Waterway Simulator, developed on Tanque de Provas Numérico laboratory. For this propose small scale tests were performed with a model of Alpha Crucis ship aiming to create maneuver data that was used as reference for the numerical model validation. Several types of maneuver where selected to create a characterization of the maneuverability of the ship at low speeds and transient regime, and the parameters that quantify the maneuverability were measured. Then were performed numerical experiments recreating the same maneuver executed with the experimental model, with the same initial conditions and propulsion/rudder controls, trying to reproduce the maneuvers to validate the model implemented on the SMH. The results showed that the maneuvering characteristics predicted by the SMH simulator are similar to measured values in the experiment. The dissertation also presents a sensitivity study that shows the effect of the main parameters used in the laboratory Tanque de Provas Numérico for the vessel model calibration, This study showed that for some maneuvers, the tuning parameters have less influence on the results. Finally, the work concludes that the mathematical model used by the SMH represents the ability of the vessel to maneuver consistently for several types of maneuvers, and with a satisfactory degree of accuracy.

Em meados do século XIX, o Império do Brasil buscou acompanhar avanços tecnológicos na construção e operação de navios de guerra, trazidos pela propulsão a vapor e pelos avanços na artilharia, que em breve culminaram no desenvolvimento do encouraçado na Europa e de seu primeiro emprego operacional, na Guerra Civil dos Estados Unidos (1861-1865). Combinadas essas necessidades militares e tecnológicas com uma política mais ativa do Império nas questões dos estados platinos, ao início da Guerra da Tríplice Aliança (1864-1870) deu-se um primeiro surto de construção naval militar, para atender às demandas de guerra, que incluíam a construção de encouraçados para operações fluviais, empregando os meios tecnológicos e conhecimentos acumulados desde as iniciativas da década anterior. Cerca de dez anos após o final da guerra, iniciou-se outro surto de construção naval militar, embora sem uma urgência bélica estabelecida, e sim uma perceptível defasagem tecnológica em relação aos navios que se construíam em países de industrialização avançada. Os últimos navios construídos desse segundo surto foram incorporados após a Proclamação da República (1889). O objetivo deste trabalho é compreender as razões que desencadearam esses dois surtos de construção naval militar e que os levaram ao fim, analisando a questão sob o ponto de vista de três fatores interligados: as relações internacionais, as necessidades militares e as necessidades de absorver tecnologia / In the mid-nineteenth century, the Empire of Brazil sought to follow technological advancements in the construction and operation of warships, brought about by steam propulsion and advances in artillery, which soon culminated in the development of the ironclads in Europe and its first operational deployment in the U.S. Civil War (1861-1865). These military and technological needs were combined with a more active policy of the Empire in affairs with the states of the River Plate Basin, and, with the beginning of the War of the Triple Alliance (1864-1870), began a first outbreak of military shipbuilding to meet the war demands, which included the construction of ironclads for riverine operations, employing the technology and knowledge accumulated since the initiatives of the previous decade. About ten years after the end of the war, another outbreak of military shipbuilding began, though without a war urgency established, but a noticeable technological gap in relation to warships built in advanced industrialized countries. The last ships built in this second outbreak wee commissioned after the Proclamation of the Republic (1889). The objective of this work is to understand the reasons that led these two outbreaks of military shipbuilding and finished both, analyzing this problem from the point of view of three interrelated factors: international relations, military needs and the needs of absorbing technology