El análisis y modificación de caminos metabólicos para mejorar las propiedades de las células usando herramientas genéticas actuales es un objetivo central en Ingeniería Metabólica. La idea básica es integrar la información biológica cuantitativa obtenida de diversas fuentes, especialmente de análisis genómicos, a modelos matemáticos para poder efectuar análisis de datos y adquisición de datos asistida por modelos, a la vez que se pretende sugerir con más efectividad modifi-caciones a realizar sobre los microorganismos para lograr sobreproducción de compuestos deseados (por ejemplo, bio-combustibles o antibióticos), intersección de ciertas moléculas en intervenciones terapéuticas, entre otros. En la presente tesis se desarrollan modelos cinéticos de redes metabólicas basados en primeros principios, en el marco de problemas de optimización. El objetivo final de proponer modificaciones en dichas rutas metabólicas para la maximización de la pro-ducción de un producto de interés biotecnológico, como un aminoácido o un biocombustible. En una primera etapa, se lleva a cabo un estudio de sensibilidad para determinar los principales parámetros a identificar, mediante el desarrollo y aplicación de técnicas de sensibilidad global. Dichas técnicas están basadas en el estudio de varianzas condicionales e incondicionales de las variables de estado. En una segunda etapa, se lleva a cabo el ajuste de los principales parámetros del modelo cinético de rutas metabólicas con datos in vivo, obtenidos en la bibliografía para un cultivo continuo de E. coli, frente a un pulso de glucosa. Las predicciones del modelo se comparan con otros conjuntos de datos de bibliografía, con resultados aceptables. Asimismo, se llevan a cabo experien-cias con dicho microorganismo en cultivos continuos y se obtienen datos experimentales a nivel bio-reactor, que se emplean para ajustar un modelo cinético de quimiostato. La estimación de parámetros se lleva a cabo formulando un problema de optimización con función objetivo de máxima verosimilitud, sujeto a un sistema de ecuaciones diferenciales algebraicas que representan la red metabólica y el bioreactor, respectivamente. En la siguiente etapa, el modelo cinético se formula en el marco de un problema de programación no lineal, para el diseño de redes metabólicas que maximizan un objetivo biotecnológico. Finalmente, se formula un problema de diseño óptimo con restricciones que aseguran la estabilidad de la red obtenida, mediante la aplicación de conceptos de estabilidad de sistemas no lineales de Lyapunov. La metodo-logía presentada en esta tesis, unida a resultados numéricos que concuerdan con datos experimentales intra y extracelu-lares, permite el estudio sistemático de redes metabólicas y a la vez avanzar hacia la integración de modelos metabólicos complejos para el diseño óptimo de cepas. / The main objective in Metabolic Engineering is the analysis and modification of metabolic pathways to improve cell properties, using currently available genetic tools. The basic idea is to couple biological information from different sources, mainly genomic analysis, to mathematical models for computer aided data acquisition and analysis, as well as prediction of modifications on microorganisms to achieve biotechnological products overproduction. In this thesis work, we formulate metabolic network kinetic models, based on first principles, within an optimization framework. The final objective is to propose modifications in metabolic pathways for aminoacid o bioethanol overproduction. As a first step, we perform global sensitivity analysis (GSA) on the developed metabolic network model to determine identifiable parameters. The applied methodology is a variance-based one, most appropriate for highly nonlinear models like the system under study. The second step includes parameter estimation for the kinetic model, based on in vivo collected data from the literature for a glucose pulse inserted in an E. coli continuous culture. Model predictions favorably compare to other sets of experi-mental data from the literature. Fermentations have been carried out under the same conditions for E. coli cultures and collected experimental data has been used for parameter estimation in a simple continuous bioreactor kinetic model. Parameter estimation is performed within an optimization fra-mework with a maximum likelihood objective function, subject to a differential algebraic equations system representing the metabolic network or the bioreactor, alternatively. In the last step, the kinetic model is formulated within a nonlinear programming program for the optimal design of a metabolic network for a desired product overproduction. The model is re-formulated including stability constraints based on Lyapunov stability theory to ensure asymptotic stability of the optimal metabolic network. The methodology proposed in this thesis, together with numerical results that are in agreement with intra and extracellular experimental data, paves the way to the systematic study of metabolic pathways and the inte-gration of complex metabolic network models for the optimal design of strains of biotechnological interest.

Una de las mayores limitaciones para lograr el rendimiento y la calidad deseada de los cultivos en la mayoría de los sistemas agronómicos del mundo es la presencia de malezas. Para mitigar su propagación e influencia, en los últimos años se comenzó a implementar el Manejo Integrado de Malezas (MIM), que pretende evitar los efectos negativos resultantes del uso exclusivo de herbicidas como único mecanismo de control al combinar diferentes técnicas de prevención y control que también incluyen rotaciones de cultivos, prácticas mecánicas y medidas culturales. Motivados por esta realidad, en esta tesis se planteó, primeramente, extender las prestaciones de un modelo de simulación desarrollado en el ámbito del grupo de investigación. El objetivo del mismo fue estimar los efectos de diferentes estrategias de manejo sobre la dinámica demográfica de una maleza anual (Avena fatua L.) en competencia con cereales de invierno (trigo y cebada) en un plan de rotación multianual, y proporcionar suficiente detalle agronómico, económico y medioambiental para orientar la toma de decisiones. Adicionalmente, con el propósito de explorar sistemáticamente la gran cantidad de posibles estrategias de MIM que se pueden representar con el modelo desarrollado e identificar automáticamente aquellas que resultan más prometedoras, se implementó un optimizador que proporciona un conjunto de soluciones en la frontera de los objetivos de desempeño considerados. Este se basó en un algoritmo estocástico no-lineal por enjambre de partículas (PSO), al que se le incorporaron técnicas para el manejo de restricciones, de manipulación de variables binarias y de consideración de objetivos múltiples. Así, el optimizador desarrollado permite identificar los mejores esquemas de rotación de cultivos y de tratamientos para controlar la maleza teniendo en cuenta, simultáneamente, el beneficio económico y el impacto ambiental. La herramienta desarrollada se considera de potencial utilidad para guiar el complejo proceso de toma de decisiones de la actividad agrícola. / One of the greatest limitations to achieve the desired yields and quality of crops in most agronomic systems around the world is the presence of weeds. To prevent their spread and influence, in recent years Integrated Weed Management (IWM) practices began to be implemented, which aims at avoiding the negative effects of the sole use of herbicides as control mechanism by combining different prevention and control techniques that also include rotations, mechanical practices and cultural measures. Motivated by this reality, in this thesis it was firstly proposed to extend the features of a simulation model developed in our research group. It aimed at estimating the effects of different management strategies on the demographic dynamics of an annual weed (Avena fatua L.) in competition with winter cereals (wheat and barley) in a multi-year rotation plan, providing sufficient agronomic, economic and environmental detail to guide decision making. Additionally, in order to systematically explore the large number of possible IWM strategies that can be represented with the developed model and automatically identify the most promising ones, an optimizer that provides a set of solutions on the frontier of the considered performance objectives was implemented. It was based on a non-linear stochastic particle swarm algorithm (PSO), enhanced with techniques for constraint management, binary variables handling and multiple objectives consideration. In this way, the developed optimizer allows identifying the best crop rotation and treatment schemes for weeds control, simultaneously considering the economic benefit and the environmental impact. The developed tool is considered of potential utility to guide the complex decisionmaking process of the agricultural activity.

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In the last few years, the food packaging industry has experienced a lot of growth. There are many factors that have contributed to this growth and some of them include modern concepts and advancement in technology. Managers of food industry must consider how to maintain profitability in an increasingly competitive market, while providing customers with high quality products and efficient service. Further automation of packing lines can help food companies meet these requirements; for example, multihead weighers used in the multihead weighing processes. Multihead weighing technology has revolutionised the packaging lines and it is used to reduce product and process variability. A multihead weigher consists of various weighing heads or hoppers that ensures that products are weighed very quickly and accurately. This enables the desired amount of product to be determined and packed according to the precise weight (nominal value or target). It can be installed as part of an integrated weighing and packing line or interfaced with existing packing equipment. Moreover, it is ideal for precise and fast weighing of products ranging in size, from granulates to large and bulky products. In this doctoral thesis, it sets out to analyse and compare a set of strategies designed to optimize the packaging process in multihead weighers and minimize the variability in weight of the packed product. We used monoobjective and multiobjective optimization techniques, the variability reduction index, the Taguchi loss function and a statistical analysis, to identify and establish the more accurate strategy in terms of variability in weight of the package. The improvement approach that we propose is practical and it is based on the study of the filling setting of hoppers for find the optimum operational conditions of the multihead weigher. For each strategy, exact algorithms which follow an explicit enumerative strategy or exhaustive search were developed to evaluate the several values of the number of combined hoppers. In the proposed multiobjective approach, the algorithms use an innovative a priori strategy to generate Pareto-optimal solutions and select a subset of hoppers in each packing operation, in such a way that the relative importance of the objectives is dynamically managed and adjusted. Once the packing process has been improved, this is monitored and controlled through the design of a modified control chart. / En los últimos años, la industria del envasado de alimentos ha experimentado un gran crecimiento. Existen muchos factores que han contribuido a este crecimiento y algunos de ellos incluyen conceptos modernos y avances en la tecnología. Los gerentes de la industria alimentaria deben velar por mantener la rentabilidad en un mercado cada vez más competitivo, al tiempo de proporcionar a los clientes productos de alta calidad y un buen servicio. Una mayor automatización de las líneas de envasado puede ayudar a estas empresas a cumplir con los requisitos de calidad y servicio; por ejemplo, las pesadoras multicabezal utilizadas en los procesos de pesaje multicabezal. La tecnología de pesaje multicabezal ha revolucionado las líneas de envasado y se utiliza para reducir la variabilidad de productos y procesos. Una pesadora multicabezal consta de varios cabezales de pesaje o tolvas que garantizan que los productos sean pesados con mucha rapidez y precisión. Esto permite envasar la cantidad deseada de un producto de acuerdo con su peso objetivo (valor nominal). Puede instalarse como parte de una línea integrada de pesaje y envasado o conectarse con equipos de envasado existentes. Además, es ideal para el pesaje preciso y rápido de productos que varían en tamaño, desde granulados a productos grandes y voluminosos. En la presente Tesis Doctoral, se desarrolla un conjunto de estrategias diseñadas para optimizar el proceso de envasado en pesadoras multicabezales y minimizar la variabilidad en el peso del producto envasado. Para esto, se utilizan técnicas de optimización monoobjetivo y multiobjetivo, el índice de reducción de variabilidad, la función de pérdida de Taguchi y un análisis estadístico para identificar y establecer la estrategia que ofrezca el mejor rendimiento en términos de variabilidad en el peso del paquete. El enfoque de mejora que proponemos es práctico y se basa en el estudio del ajuste de llenado de las tolvas para encontrar las condiciones operativas óptimas de la pesadora multicabezal. Para cada estrategia, se desarrollaron algoritmos exactos los cuales siguen una estrategia enumerativa explícita o búsqueda exhaustiva para evaluar distintos valores del número de tolvas combinadas. En el enfoque multiobjetivo propuesto, los algoritmos utilizan una novedosa estrategia a priori para generar soluciones Pareto-óptimas y seleccionar un subconjunto de tolvas en cada operación de envasado, de tal manera que la importancia relativa de los objetivos considerados es dinámicamente gestionada y ajustada. Una vez que el proceso de envasado ha sido mejorado, este se monitorea y controla a través del diseño de un gráfico de control modificado. / En els últims anys, la indústria de l'envasament d'aliments ha experimentat un gran creixement. Existeixen molts factors que han contribuït a aquest creixement i alguns d'ells inclouen conceptes moderns i avanços en la tecnologia. Els gerents de la indústria alimentària han de vetlar per mantenir la rendibilitat en un mercat cada vegada més competitiu, tot proporcionant-hi alhora als clients productes d'alta qualitat i un bon servici. Una major automatització de les línies d'envasament pot ajudar aquestes empreses a complir amb els requisits de qualitat i servici; per exemple, les pesadores multicapçal utilitzades en els processos de pesatge multicapçal. La tecnologia de pesatge multicapçal ha revolucionat les línies d'envasament i s'utilitza per a reduir la variabilitat de productes i processos. Una pesadora multicapçal consta de diversos capçals de pesatge o tremuges que garanteixen que els productes siguen pesats amb molta rapidesa i precisió. Açò permet envasar la quantitat desitjada de producte d'acord amb el seu pes objectiu (valor nominal). Pot instal¿lar-se com a part d'una línia integrada de pesatge i envasament o bé connectar-se amb equips d'envasament existents. A més, és ideal per al pesatge precís i ràpid de productes que varien en grandària, des de granulats fins a productes grans i voluminosos. En la present Tesi Doctoral es presenta un conjunt d'estratègies dissenyades per a optimitzar el procés d'envasament en pesadores multicapçal i minimitzar la variabilitat en el pes del producte envasat. Per a això, s'hi utilitzen tècniques d'optimització monoobjectiu i multiobjectiu, l'índex de reducció de variabilitat, la funció de pèrdua de Taguchi i una anàlisi estadística per identificar i establir l'estratègia que oferesca el millor rendiment en termes de variabilitat en el pes del paquet. L'enfocament de millora que hi proposem és pràctic i es basa en l'estudi de l'ajust d'emplenament de les tremuges per a trobar les condicions operatives òptimes de la pesadora multicapçal. Per a cada estratègia, es van desenvolupar algoritmes exactes, els quals segueixen una estratègia enumerativa explícita o cerca exhaustiva per avaluar diferents valors en el nombre de tremuges combinades. En l'enfocament multiobjectiu proposat, els algoritmes utilitzen una novedosa estratègia a priori per a generar solucions Pareto-òptimes i seleccionar un subconjunt de tremuges en cada operació d'envasament, de tal forma que la importància relativa dels objectius considerats és dinàmicament gestionada i ajustada. Una vegada que el procés d'envasament ha sigut millorat, és així mateix monitoritzat i controlat a través del disseny d'un gràfic de control modificat. / Pulido Rojano, ADJ. (2017). NUEVAS ESTRATEGIAS DE OPTIMIZACIÓN EN PROCESOS DE PESAJE MULTICABEZAL [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/81859 / TESIS

Las fuentes más comunes de contaminación ambiental son las refinerías de petróleo, plantas de generación de energía eléctrica, los procesos metalúrgicos y las plantas de tratamiento de efluentes cuyos desechos ingresan indirectamente a las aguas de los ríos, lagunas, océanos y suelos. Frente a este problema la biotecnología está tratando de presentar alternativas de bajo costo y fáciles de implementar, como la biodegradación de hidrocarburos, la remoción de metales pesados empleando desechos agroindustriales, organismos vivos de orígen animal, vegetal, microbiano, fúngico o algal, etc. Con la finalidad de seleccionar una cepa que pueda servir como biosorbente microbiano, se reactivaron 122 cepas aisladas en ambiente minero, a las que se les probó la resistencia a metales pesados, velocidad de crecimiento y capacidad de producción de biomasa. En base a estos parámetros se seleccionó la cepa de Serratia marcescens M8A-2T para optimizar los parámetros físico químicos de remoción de cadmio y plomo, la naturaleza física y genética de la resistencia así como la confirmación de la identificación de la cepa empleando el gen del RNAr 16S. Se obtuvieron 27 cepas resistentes a metales pesados; 2 cepas resistieron hasta 80000 ppm de zinc, 20 cepas a 16 000 ppm de níquel, 1 cepa a 36 000 ppm de cromo, 23 cepas a 800 ppm de cadmio y 80 cepas a 32 000 ppm de plomo. S. marcescens no presentó plásmidos en la electroforesis en gel de agarosa y en la microscopía electrónica de transmisión se pudo observar que el metal se adhería a la superficie bacteriana, por lo tanto el proceso de remoción es de bioadsorción. La biomasa logró remover 99,97 % de cadmio a pH 3 y 96 % de plomo a pH 7, despues de 60 minutos de enfrentamiento con 100 ppm de cada uno de los metales. La remoción fue independiente de la concentración inicial de metal y operó muy bien con biomasa de granulometría menor a 50 μm y 1 mg/ml de concentración. Para conocer la máxima capacidad de retención (Qmax) se usaron las isotermas de Langmuir resultando que la cepa en estudio tiene un Qmax de 417 mg de cadmio / g y de 357 mg de plomo / g , en 15 minutos, y se ajustó en 98,3 % al modelo de Langmuir. Estos resultados, indican que la cepa es apta para ser empleada en procesos de bioadsorción de cadmio y plomo y que el proceso está optimizado para su escalamiento a nivel piloto.

Magíster en Gestión de Operaciones / Ingeniero Civil Industrial / Las campañas de marketing son una herramienta fundamental con la cual las empresas afianzan la relación con sus clientes. Mediante la realización de ofertas atractivas a través del canal apropiado, se busca incrementar la satisfacción de los consumidores y por ende la utilidad de la compañía. Sin embargo, el proceso de asignación de ofertas y canales a clientes no es trivial, debido a la existencia de restricciones del negocio tales como: presupuesto disponible, capacidad de los canales, máximo de ofertas por cliente, entre otras. El presente trabajo de título tuvo como objetivo la construcción de un modelo de optimización para campañas de marketing, decidiendo qué ofertas realizar, a qué clientes enviarlas y a través de qué canal de venta. La metodología desarrollada se centra en la integración de modelos de propensión, que determinan la probabilidad de que un cliente responda positivamente a una oferta específica. Considerando dichas probabilidades, el modelo busca maximizar la utilidad esperada de la campaña, sujeto a restricciones del negocio. Dado que el problema es NP-completo, se propuso un enfoque heurístico para resolver la optimización. La metodología desarrollada consiste en separar la resolución del problema en tres etapas: selección de las ofertas a activar, asignación factible de canales y asignación factible de clientes. Cada solución encontrada se somete a la búsqueda de vecinos y posteriormente a un proceso de mutación. Además se desarrolló una etapa previa de clusterización, en la cual se disminuye el tamaño de la instancia y por ende los tiempos de ejecución. Se comparó el algoritmo propuesto con otros métodos desarrollados en la literatura, obteniéndose como resultado un mejor rendimiento en términos de la calidad de la solución y tiempos de ejecución. También se realizó una aplicación real del algoritmo a una empresa chilena perteneciente a la industria del retail financiero. En ella se comparó la metodología propuesta con otras tres más básicas, obteniéndose resultados favorables en términos de venta incremental, utilidad y clientes estimulados.

En el presente trabajo, estudiaremos el problema de optimización de dividendos para una compañía de seguros cuya reserva de efectivo y la tasa de interés de descuento son modelados por procesos de difusión con los coeficientes de la tendencia y la volatilidad dependiendo del régimen económico externo (condiciones macroeconómicas). Este cambio de régimen está modelado por una cadena de Markov observable de estados finitos. El objetivo es encontrar un esquema de distribución de dividendos que maximice el valor esperado de los dividendos acumulados descontados hasta el tiempo de ruina. Consideramos dos escenarios: (I) Cuando el proceso de dividendos tiene una tasa y esta es uniformemente acotada. En este caso, probaremos un Teorema de verificación que indica que la soluci´on de la ecuación Hamilton-Jacobi-Bellman correspondiente coincide con la función de valor asociada a nuestro problema y que bajo ciertas condiciones una estrategia óptima existe. Además, encontraremos una forma explícita de una estrategia óptima, en el caso de dos regímenes. Esta estrategia consiste en que la compañía pagar´a dividendos con la tasa máxima siempre y cuando el proceso de reservas después de pagar dividendos sea igual o mayor a algunos niveles críticos (barreras) y no pagar nada cuando se encuentre por debajo de estas barreras. (II) En general, cuando el proceso de dividendos es solo cadlag. En este caso, obtenemos una cota superior para la función de valor asociada a nuestro problema. Adema´s, a partir de los resultados obtenidos en la literatura existente en problemas similares y de los resultados obtenidos en el presente trabajo conjeturamos una posible forma de la estrategia óptima. / In the present work, we will study the dividend optimization problem for an insurance entity whose cash surplus process and the discounting interest rate are modeled by diffusion processes with drift and volatility coefficients dependent on the extern economic regime (macroeconomic conditions). This regime switching is modeled by an observable finite-sate Markov chain. The aim is to find a dividend distribution policy that maximizes the expected total discounted amount of dividend payments up to bankruptcy. We consider two situations: (I) When the dividend process has a rate and this is uniformly bounded. In this case, we will prove a verification Theorem which indicates that the solution of the Hamilton-Jacobi-Bellman equation corresponding coincides with the value function associated with our problem and that under certain conditions an optimal strategy exists. Also, we will find an explicit form for optimal dividend strategy, in the case of two regimenes. This consists in that the company will pay out dividends at the maximun rate as long as the reserve process after the payment of pay dividends is bigger than or equal to than some critical levels (barriers) and do not pay dividends when is below these barriers. (II) In general, when the dividends process is cadlag only. In this case, we get an upper bound for the value function associated with our problem. Also, from the results obtained in the existing literature in similar problems and the results obtained in the present work, we conjecture a possible form of an optimal strategy. / Tesis

Durante el presente proyecto de fin de carrera se plantea el desarrollo de un algoritmo metaheurístico el cual brinde una buena solución para el problema planteado. Esto se debe a diversos factores como la ubicación del almacén donde se colocaran los productos (rumas o estanterías) y los criterios en base a los cuales se apilaran los productos (tamaño, forma y peso) que deben considerarse al momento de realizar el almacenamiento de productos terminados. Además, como se mencionó anteriormente, estos factores se vuelven más complejos cuando se trata de tuberías, debido a que estas poseen una forma circular. Finalmente, este algoritmo no tiene como objetivo resolver el problema de forma exacta dada la complejidad de tiempo y recursos que presenta; sin embargo, permite obtener una buena solución que pueda cubrir con las necesidades de almacenamiento y que pueda ser ejecutada en un tiempo comprensible a las necesidades del negocio. / Tesis

La presente tesis es un trabajo de análisis y mejora de la gestión de activos físicos de grúas pórtico. El terminal portuario cuenta con distintos tipos de maquinaria pesada para realizar su operación; sin embargo, la grúa pórtico realiza la función principal: el traslado de los contenedores entre el muelle y el buque portacontenedores. Es el principal activo físico de un terminal portuario ya que sin grúas pórtico no se podría realizar la operación principal. El terminal portuario atraviesa una fuerte crisis debido a que no cuenta con una política de gestión de activos físicos. Esto se evidencia en los constantes breakdowns que tienen las grúas pórtico, además del sobre stock acumulado que se tiene en el almacén. Todo eso provoca una disminución constante en la productividad, lo cual genera pérdida de clientes al verse reflejada la situación real en el mercado y en las demoras en la atención, además de excesivos gastos de operación. El principal objetivo es el poder aumentar la vida útil de los activos físicos de las grúas, así como su disponibilidad al disminuir las constantes fallas actuales y sus consecuencias. Para lograrlo se propone la implementación de un Sistema de Gestión de Activos Físicos que abarca conceptos como mantenimiento, criticidad, riesgo, confiabilidad, gastos, etc. Este sistema se enfoca en el manejo óptimo de los activos con el fin de lograr el cumplimiento del plan estratégico de la empresa. Esta propuesta genera un ahorro considerable: si se hubiese implementado en una familia de activos físicos de la grúa pórtico, la empresa no hubiese dejado de ganar en promedio S/. 696 000. Para la implementación se requiere una inversión de S/. 276 000 que en un plazo de 5 años con una tasa del 15% se obtiene un VAN de S/. 844 743.08 y una TIR de 87%. Estos resultados nos permiten concluir la viabilidad de la propuesta y un beneficio para la empresa / Tesis

En la presente tesis se demuestran de manera exhaustiva las principales propiedades del CVaR presentadas en los trabajos de Rockafellar y Uryasev (2000, 2002). En particular, se completan las demostraciones del teorema a través del cual se puede minimizar al CVaR utilizando la función auxiliar F®. Estos resultados se mantienen cuando la función de distribución de pérdidas presenta discontinuidades e incluso saltos. Además, se demuestra que el CVaR es continuo con respecto al nivel de confianza elegido y se demuestra que es una medida de riesgo coherente. Por otro lado, se realiza la optimización de un portafolio de inversión utilizando al CVaR como medida de riesgo. Dado que la evidencia estadística muestra que los activos no siguen un comportamiento gaussiano, se utiliza la teoría de cópulas para modelar la dependencia contemporánea de los datos. Finalmente, se comparan los resultados obtenidos de la optimización del modelo media-varianza de Markowitz (M-V) frente a los obtenidos en el modelo media-CVaR (M-CVaR). / Tesis