Magíster en Gestión de Operaciones / Ingeniero Civil Industrial / El problema de programación minera de corto plazo en minería a cielo abierto abarca un gran espectro de decisiones operacionales. Estas decisiones deben tomarse a nivel de extracción minera, transporte de material y durante los procesos de planta a los se somete el mineral obtenido. Además de las muchas decisiones, deben tomarse en cuenta un número considerable de restricciones operacionales al momento de secuenciar la extracción de las diferentes áreas de la mina que se encuentran en explotación. Estas restricciones incluyen interferencias entre equipos (palas) en operación, distancias de seguridad entre diferentes zonas de la mina en explotación, conectividad al interior de las áreas explotadas, capacidades de transporte, de planta y emisiones de contaminantes, entre otras. Esto, sumado a la responsabilidad de cumplir con las metas impuestas por la planificación minera de largo plazo. Para resolver el problema de programación de corto plazo en minería a cielo abierto se recurrió a un método heurístico, debido a la complejidad y al gran número de combinaciones posibles en la toma de decisiones. El problema es dividido en dos subproblemas: Mina y Planta. Para resolver el Subproblema de Secuenciamiento en la extracción minera se recurre a la utilización de una técnica heurística conocida como Backtracking o Vuelta Atrás, la cual se genera árboles compuestos por nodos que representan los estados temporales de la mina a medida que la extracción avanza. En caso de que algún nodo represente un estado que no cumpla con las restricciones operacionales (nodo infactible), la técnica vuelve atrás uno o más nodos y continúa buscando una solución factible hasta encontrarla. Para el Subproblema de Programación de Planta se utiliza un modelo de programación lineal tomando como información de entrada la solución obtenida en el subproblema anterior. El resultado obtenido corresponde a una herramienta capaz de generar programas mineros de corto plazo de calidad que cumplen satisfactoriamente con todas las restricciones operacionales y con las metas impuestas por la planificación de largo plazo. Además, la metodología propuesta es lo suficientemente flexible como para permitir la interacción con el planificador minero. Finalmente, los tiempos de ejecución del método son muy bajos, por lo que el planificador es capaz de utilizarlo para analizar diferentes alternativas y escenarios de forma rápida y eficiente. Todo lo anterior consiste en un gran avance al acercar la planificación a la operación en la industria minera.

Magíster en Gestión de Operaciones / El objetivo principal de este trabajo es proporcionar un algoritmo que resuelve instancias de gran tamaño para problemas de juegos de seguridad de Stackelberg con un énfasis en reducir el número de recursos necesarios requeridos para calcular dicha solución. Para ello se utilizan los principios de generación de columnas para desarrollar un algoritmo que procede mediante la resolución de un problema más pequeño (menor número de restricciones). Entonces, de forma iterativa, añadimos restricciones hasta que el problema llega a las condiciones de parada definidas. Básicamente, partimos de un problema secundario del original con dos jugadores que juegan a la seguridad y cuentan con un espacio de estrategia limitado, ya que este considera sólo un número limitado de restricciones. Iterativamente, verificamos si algún jugador le gustaría cambiar su estrategia con el fin de incrementar sus utilidades, añadimos la estrategia candidata y resolvemos una vez más. Esto sugiere un método de descomposición que es capaz de estimar el conjunto mínimo de restricciones a tener en cuenta con el fin de encontrar también la solución óptima para el problema global. En el transcurso de nuestros estudios identificamos que el proceso de iteración no siempre encuentra la solución óptima para el problema global. Luego, proporcionamos un análisis y caracterización de la estructura de las funciones de utilidad para ambos jugadores con el fín comprender más la dinámica de los jugadores e identificar las situaciones en las que la solución óptima global efectivamente es encontrada. Más tarde, se presenta una implementación que incluye datos del mundo real a través de una red en el centro de Santiago, Chile. Las recompensas se calcularon teniendo en cuenta el promedio histórico robado en cada lugar y un valor estimado de la falta de voluntad de ir a la cárcel para efectos de los asaltantes. Finalmente, comparamos nuestro algoritmo con los demás ya la literatura en escenarios similares. Mostramos que nuestros métodos nos permiten ofrecer de manera eficiente soluciones razonables para los problemas de seguridad en tamaño del mundo real. Además comparamos nuestros resultados con los resultados utilizando la metodología estándar de resolución de problemas lineales y mostramos que se pueden reducir ampliamente la necesidad de recursos computacionales y en algunos casos, el tiempo de ejecución para llegar a la solución.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Ingeniera Civil Electricista / A nivel mundial se aprecia un interés creciente en promover el desarrollo y penetración de energías renovables no convencionales (ERNC) en los sistemas eléctricos, tendencia que implica importantes cambios en la forma en que los sistemas son operados. A medida que la generación en base a energía eólica y solar aumenta, se produce un incremento en los requerimientos de rampa del sistema y de reserva operativa, como también un mayor ciclaje de las unidades térmicas. Consecuentemente, para lograr integrar altos niveles de generación renovable variable de manera eficiente, se necesitaría incluir equipamiento que aumente la flexibilidad del sistema, lo cual debería estar reflejado en los modelos de planificación. Las herramientas actuales de planificación no logran capturar el valor de la flexibilidad ya que ignoran los efectos de la operación de corto plazo, obteniendo resultados sub-óptimos o poco realistas. Por lo tanto, si se quieren lograr sistemas costo-eficientes, seguros y con altos niveles de penetración de renovables, es fundamental reformular los modelos de planificación, lo cual requiere, al menos, representar la operación mediante un predespacho económico de sus unidades de generación. El modelo resultante es un problema con gran cantidad de variables binarias que se vuelve intratable, en términos computacionales, al considerar sistemas reales y horizontes de planificación de varios años. En este contexto, esta tesis propone una herramienta de planificación de largo plazo, denominada CG-GEPUC, que incorpora las restricciones de la operación de corto plazo y utiliza el algoritmo de Generación de Columnas con el objetivo de reducir la complejidad del problema y disminuir los tiempos cómputo versus la formulación directa GEPUC. La herramienta propuesta es validada para 3 casos de estudio de distinto tamaño. Los resultados indican que el algoritmo converge, llegando a una solución objetivo con un gap menor o igual al 0.5\%. Además, cuando el tamaño del problema crece, el modelo desarrollado llega a ser 4 veces más rápido que el modelo GEPUC y utiliza una menor cantidad de memoria RAM. Por otra parte, al considerar los fenómenos de corto plazo se obtienen soluciones con un buen balance entre generación variable y flexibilidad que se traduce en sistemas costo-eficientes y con bajo recorte de generación renovable. Para evaluar el desempeño de la herramienta en un problema de tamaño real, se lleva a cabo la planificación de la expansión del SING para el período 2012-2030. El modelo CG-GEPUC encuentra una solución factible con un gap de 0.49\% en 15 días, en cambio, después de 30 días en ejecución la metodología GEPUC no encuentra una solución óptima. Se concluye que la herramienta desarrollada permite reducir significativamente los tiempos de cómputo y es eficiente en resolver problemas de planificación multi-etapa. Por último, como trabajo futuro, se discuten estrategias para disminuir el tiempo de ejecución y otras extensiones del modelo.

Doctor en Sistemas de Ingeniería / Hoy en día, la planificación de la capacidad y la administración de las actividades son dos problemas centrales para cualquier directivo en una universidad. Si bien los objetivos de la planificación de la capacidad difieren de los objetivos que se persiguen con la programación de actividades, éstos están ligeramente relacionados. En el corto plazo, una mala programación de las actividades genera múltiples problemas operativos, como por ejemplo: la existencia de conflictos horarios entre cursos que deben ser inscritos por un mismo grupo de estudiantes o la asignación de una sala de clase con capacidad inferior a la requerida, es natural pensar que estas descoordinaciones provocarán un descontento general, tanto en los estudiantes y profesores, como en los directivos de estas unidades académicas. En el largo plazo, si la planificación de la capacidad está muy por debajo de los requerimientos de las mallas curriculares, disminuirá considerablemente la calidad del servicio, no habrá espacio disponible para programar ciertos cursos, ni tampoco profesores idóneos para dictar sus sesiones. Mientras que si planificamos la capacidad por sobre la demanda de requerimientos, ocasionará un aumento considerable en los costos de inversión y costos de operación. Este trabajo de tesis tiene como objetivo principal dar direcciones para la mejor utilización de los recursos en las universidades y la planificación de éstos en el tiempo. Para el corto plazo se presentan modelos de optimización basados en patrones que permiten resolver el problema de programación de horarios y asignación de salas de clase en universidades. Los modelos de optimización basados en patrones facilitan la utilización de paquetes comerciales que permiten resolverlos. Mientras que para el largo plazo, se presenta un enfoque de solución que determina la planificación de la capacidad para hacer frente a cambios en las matrículas. Este enfoque de solución propuesto se basa en la resolución de un modelo de optimización que utiliza como información de entrada el pronóstico de dos modelos predictivos. El primer modelo determina el número de estudiantes que ingresarán a primer año durante el período de planificación mediante un modelo de series de tiempo, mientras que el segundo modelo determina el número de estudiantes que se inscribirán en cada curso y período simulando el paso de los estudiantes dentro de una malla curricular. Todos los enfoques de solución presentados en esta tesis fueron adaptados para ser aplicados en tres instituciones académicas. En general, al aplicar estos enfoques fue posible obtener mejoras significativas respecto de los enfoques de solución manuales, como por ejemplo: reducción de costos operativos, eliminación de conflictos horarios, un mejor uso de los recursos actuales y la planificación del crecimiento de éstos en el largo plazo.

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Doctor en Sistemas de Ingeniería / En este trabajo se estudia la calidad que ofrecen las soluciones óptimas locales para problemas de programación de tareas en máquinas en paralelo. Los ambientes considerados son máquinas idénticas, idénticas restringidas, uniformes restringidas y no-relacionadas. El objetivo considerado es la minimización del tiempo ponderado de completación. Para estudiar la calidad de los óptimos locales se determinan los factores de aproximación para las soluciones localmente óptimas de los vecindarios de inserción (jump) e intercambio (swap). Los resultados indican que para los ambientes de máquinas paralelas uniformes y no-relacionadas, el costo de cualquier óptimo local se encuentra alejado a lo más en un factor 2,618 con respecto al costo del óptimo. Si solo se considera la minimización del tiempo de completación, se tiene que el factor es 2. El mismo resultado se obtuvo para el ambiente de máquinas uniformes con tareas unitarias, para los casos ponderado y no ponderado. Por otra parte, para el problema de máquinas paralelas idénticas restringidas, se determinó que el factor de aproximación se encuentra entre 1,75 y 1,809. Para el caso no ponderado este factor se encuentra entre 1,5333 y 1,618. Para el caso de tareas unitarias, donde el objetivo es la minimización del tiempo ponderado de completación, se determinó que el factor de aproximación se encuentra entre 1,5333 y 1,618. Mientras que para el caso no ponderado se tienen evidencias que indican que el factor de aproximación es 1,5333. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por Universidad del Bío-Bío; Conicyt, Programa de Formación de Capital Humano Avanzado; Núcleo Milenio Información y Coordinación en Redes

Ingeniero Civil Industrial / En la industria minera, la planificación de las actividades a desarrollar para la extracción del mineral es fundamental para justificar las decisiones de inversión y las metas de producción. Esta memoria se desarrolló en Haldeman Mining Company S.A., empresa minera ubicada al interior de la quebrada de Sagasca en la región de Tarapacá, y enfrenta solucionar el problema de planificación de extracción de mineral decidiendo el secuenciamiento de extracción de maquinaria. En el yacimiento se utiliza maquinaria no convencional (conocida como roadheader) empleada para la excavación en minería subterránea. Los principales inconvenientes operacionales para la utilización de dicho equipo son las dificultades para maniobrarlo al interior de los túneles de producción debido a sus dimensiones (actividades de perfilamiento), así como los tiempos que requiere el equipo para moverse desde un frente de extracción a otro debido a la baja velocidad de traslado. Para enfrentar este problema, se formula un modelo de programación matemática que decide el punto de extracción a excavar en cada etapa de la secuencia de explotación, minimizando los traslados del equipo desde una perspectiva global. El modelo se desarrolla usando la herramienta GAMS y es resuelto empleando el solver IBM ILOG CPLEX, obteniéndose una secuencia extractiva óptima. Dicha secuencia es almacenada en una planilla de cálculo la cual es posteriormente procesada por un programa en Visual Basic que genera una representación gráfica de la secuencia. Los resultados del modelo son favorables demorando no más de 20 minutos en entregar la solución del problema, tiempo considerablemente inferior al que actualmente requiere el equipo de profesionales encargado de dicha tarea y que corresponde a un poco más de medio día de trabajo. Más importante, se obtienen reducciones de las distancias de traslado a ser recorridas por la maquinaria. Comparando los resultados con la metodología actual de planificación, la reducción de la distancia de traslado es cercana al 9%. Ello se traduce en mayores rendimientos de la extracción de mineral al emplearse menos tiempo en el traslado, aumentando la producción de toneladas por día en un 3,3% y proyectándose un incremento de US$ 383 M en las utilidades anuales para el módulo de estudio, lo que corresponde a un 3,2% de la utilidad.

Ingeniero Civil de Minas / El proceso de fragmentación en minería de Block/Panel Caving es muy importante pues este influye fuertemente en el éxito y rentabilidad del proyecto a través de criterios de diseño, productividades, costos y rendimientos en la operación. Para el caso de mina el Teniente, esto es de particular importancia debido a la presencia de una roca masiva y competente. Esta roca se caracteriza por prácticamente no presentar discontinuidades abiertas aparte de las que conforman los sistemas de fallas, sin embargo, posee un enrejado polidireccional de vetillas o Stockwork en una alta frecuencia. Estas vetillas poseen un efecto importante en la resistencia y deformación del macizo, en particular, en el proceso de desarme de roca durante el hundimiento. Esto ha sido corroborado por diversos estudios de fragmentación en puntos de extracción, en donde se observa que la mayor parte de caras de colpas corresponden a estructuras geológicas preexistentes. Dentro de este marco, este trabajo propone el estudio del modo de ruptura de una configuración de probetas de material tipo Stockwork para distintas litologías, con el fin de observar la influencia de las vetillas en una condición de carga multicontacto similar a la ocurrida durante el proceso de fragmentación secundaria en la columna de material quebrado. Para esto, se desarrolla un total de 5 ensayos, 4 de estos sobre probetas de 10 cm de largo sobre las unidades CMET FW, CMET HW, Dacita y Diorita y un quinto ensayo sobre la unidad CMET HW con probetas de 3.9 cm de largo. Cada ensayo involucra la carga vertical de 16.52 MPa a 35 probetas en una configuración compacta, confinadas por un medio granular al interior de un cilindro de acero. Los resultados muestran que bajo las mismas condiciones de esfuerzos ciertas unidades presentan una mayor ruptura de probetas que otras y una mayor o menor influencia de las vetillas en su ruptura, generalmente a través de rupturas mixtas con participación de vetillas y matriz (tipo B). De esta forma se observa que la unidad CMET FW es el ensayo que logra la mayor ruptura de probetas seguidas por las unidades Dacita, CMET HW y Diorita, sin embargo, las vetillas poseen mayor relevancia en la unidad CMET HW con un 75% de las rupturas con influencia de vetillas seguidas por las unidades CMET FW y Diorita con un 66.7% y 63.1% respectivamente. Para el caso de la unidad Dacita se observa un 44% de las rupturas con influencia de vetillas. Junto con esto, se observa que para probetas con una razón de aspecto menor, disminuye la ruptura por vetillas y aumenta en gran medida la ruptura por roca, teniendo una gran influencia las zonas de contacto entre estas. Relativo a la ruptura de vetillas, no se observa una gran influencia de parámetros geométricos como son el JRC y el espesor en la ruptura, tampoco se observa alguna relación clara respecto del tipo o subtipo de vetilla, sin embargo, la mineralogía y la orientación de las vetillas en el ensayo presentan una gran relevancia. Respecto a la mineralogía, se observa una disminución del porcentaje de Cuarzo y un aumento en el porcentaje de Calcopirita, Anhidrita y Bornita en las vetillas con ruptura en comparación a estos valores para la población total de vetillas presentes en los ensayos. En relación a la ruptura de vetillas según el porcentaje de minerales duros presente en su relleno, se observa que en los ensayos CMET FW, CMET HW y CMET HW 2 existe una tendencia clara de ruptura de vetillas blandas, la cual es algo menos notorio para la unidad Diorita y que no es posible apreciar para la unidad Dacita. Respecto a la orientación, se observa una tendencia a la ruptura de vetillas con una disposición vertical por sobre vetillas sub horizontales dentro de la disposición del ensayo. De esta forma, este ensayo posee el potencial de ser una metodología complementaria para el estudio de la fragmentación secundaria.

Doctor en Ingeniería Eléctrica / El flujo óptico (OF, por sus siglas en inglés) es un campo vectorial que representa las velocidades aparentes de movimiento de los patrones de intensidad en una imagen que varía en el tiempo. El OF ha sido aplicado ampliamente a tareas de visión computacional y está siendo usado para análisis de imágenes biológicas. La literatura relevante muestra que (i) la mayoría de los artículos apenas cubre el tema de la selección óptima de parámetros y (ii) el criterio para optimización y ranking de métodos de OF tiende a ser precisión o velocidad, pero no un criterio conjunto de precisión y velocidad. Esta tesis presenta como su contribución principal una metodología novedosa para la selección de parámetros de un método de OF cualquiera, basado en la optimización concurrente de varios objetivos. Esta metodología está basada en optimización multi-objetivo evolutiva y busca los parámetros que optimizan dos objetivos, precisión y velocidad del OF, al mismo tiempo. La metodología encuentra un conjunto de configuraciones que son óptimas en el sentido de Pareto, es decir que no hay configuraciones mejores que otras en todos los objetivos. Este conjunto de configuraciones caracteriza cada método de OF, dando una curva de operación precisión-velocidad para el método y permitiendo la comparación entre distintos métodos. Los resultados muestran que la metodología propuesta logra mejoras tanto en la precisión como en la velocidad de un método de OF, entendidos como una medida de error de OF y el tiempo de ejecución del método de OF. La metodología presentada fue aplicada exitosamente a un problema biológico. Fue probada para la selección de parámetros de OF para experimentos de seguimiento (tracking) apuntando al análisis 3D de estructura en microscopía electrónica de objetos biológicos. Produjo una reducción importante en tiempo de ejecución, manteniendo bajo el error de tracking. Esta metodología ahorraría tiempo a investigadores que trabajan con OF, evitando selección manual de parámetros y dándoles la configuración de parámetros adecuada para su aplicación. Sería interesante desarrollar rankings en línea para comparación de métodos de OF, aprovechando las curvas de operación multi-objetivo.

Demuestra que con la implementación de la Gestión de Proyectos bajo el enfoque del PMI en el proyecto: “Construcción de la Nave Principal para la Nueva Planta de Envases Flexibles ABC”; es posible mejorar el desempeño de la empresa; esto derivado de la obtención de resultados favorables respecto del incremento del porcentaje de utilidad obtenido, derivado del óptimo control realizado en el desarrollo del proyecto; de la mejora de la eficiencia, derivada del cumplimiento de plazos contractuales; y de la mejora de la eficacia, derivada de la buena gestión del presupuesto asignado al proyecto en el que se implementó el enfoque del PMI. La presente investigación está soportada en el enfoque del PMI, la cual ha ideado un método de Gestión de Proyectos que está debidamente desglosado en el texto “Guía de los Fundamentos de la Dirección de Proyectos (PMBOK)”; profundizándose en el desarrollo de la planificación y el control de la Gestión de Proyectos a través de indicadores de gestión (Valor Ganado). / Tesis