This thesis is concerned with structure exploitation and the design of algorithms for solving large-scale harvest scheduling problems. We discover that the harvest scheduling problem involving area constraints possesses a network structure. In Model I-Form 1, the network constraints form a separable block diagonal structure, which permits one to solve for the decision variables belonging to each individual area constraints as independent knapsack problems. In Model II-Form 1, the network constraints constitute a longest path problem, and a Longest Path Algorithm is developed to solve this problem in closed form. The computational time for this scheme is greatly reduced over that for the revised simplex method. The Dantzig-Wolfe algorithm is coded and tuned to solve general Model II problems, taking advantage of the Longest Path Algorithm in the subproblem step, and using the revised simplex method to solve the master problems. Computational results show that the algorithm solves problems to within one percent accuracy far more efficiently than the revised simplex method using MPS III. Both the CPU time and number of iterations for the Dantzig-Wolfe algorithm are less than those for the MPS III, depending on the problem size. Results also suggest that the Dantzig-Wolfe algorithm makes rapid advances in the initial iterations, but has a slow convergence rate in the final iterations. A Primal-Dual Conjugate Subgradient Algorithm is also coded and tuned to solve general Model II problems. Results show that the computational effort is greatly affected by the number of side constraints. If the number of side constraints is restricted, the Primal-Dual Conjugate Subgradient Algorithm can give a more efficient algorithm for solving harvest scheduling problems. Overall, from a storage requirement viewpoint, the Primal-Dual Conjugate Subgradient Algorithm is best, followed by the Dantzig-Wolfe algorithm and then the revised simplex method. From a computational efficiency viewpoint, if the optimality criterion is suitably selected, the Dantzig-Wolfe algorithm is best, provided that the number of side constraints are not too many, followed by the revised simplex method and then the Primal-Dual Conjugate Subgradient Algorithm. / Master of Science

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:24:41Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-09-01Bitstream added on 2014-06-13T20:52:19Z : No. of bitstreams: 1 bantel_ca_me_botfca.pdf: 1764312 bytes, checksum: a4da2be782691f272a138472ddc521ba (MD5) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / Foram avaliados três subsistemas de extração de madeira em floresta de Eucalyptus spp, de um sistema colheita florestal de madeira curta, com toretes de 6 metros de comprimento. Subsistema 1: floresta de primeira rotação com pilhas de madeira formadas sobre travesseiros e dispostas em ambos os lados do ramal de extração; Subsistema 2: floresta de primeira rotação com pilhas de madeira formadas sobre travesseiros e dispostas em uma só fileira de pilhas de madeira por ramal de extração; Subsistema 3: floresta de segunda rotação, com as pilhas de madeira dispostas diretamente sobre o solo, ou seja, sem o travesseiro, em ambos os lados do ramal de extração. As pilhas de toretes foram extraídas utilizando a máquina forwarder Valmet 890.2. Os tempos de carregamento, descarregamento, deslocamento sem carga, deslocamento com carga e o tempo total do ciclo de extração da madeira foram menores no subsistema 2. O subsistema 2 apresentou maior rendimento operacional e maior economia no consumo de óleo Diesel por metro cúbico de madeira extraída em comparação com os demais subsistemas. O aumento do tamanho das pilhas e a concentração da madeira em uma única fileira de pilhas por ramal resultaram em maior rendimento operacional na extração com o forwarder. / Three forest handling and harvesting subsystems in an area of Eucalyptus spp. were analysed, in a cut-to-length system with short wood logs of 6 meters length. Subsystem 1: first rotation forest with wood logs piling up formed over platform and disposed along both sides of the extraction branches; Subsystem 2: first rotation forest with wood logs piling up formed over platform and disposed only along one side of the extraction branches; Subsystem 3: second rotation forest, with wood logs disposed directly on the floor, without any platform, along both sides of the extraction branches. The short wood log piles were extracted using a Valmet 890.2 forwarder. Times of loading and unloading activities, loaded and unloaded movements and total extraction time were smaller on subsystem 2. The subsystem 2 also permitted upper operational yield and bigger savings on Diesel oil consumption per cubic meter of extracted wood when compared to the other subsystems. The adoption of bigger wood piles concentrated along only one side of the extraction branch also resulted in an increasing on operational yield with the forwarder.

This thesis focuses on design solutions for the Harvester. It is a machine designed for the extraction of timber in large quantities. Its major place of employment is in coniferous forests. The machine is able to cut down the tree, remove branches from the tree and cut it into requested segments suitable for the removal and all in one step. The main aim of the thesis is to create an original shape solution for the Harvester, a machine for the wood harvesting, with a view to future development. The total concept is based on the present progressive, constructional technology solutions. Machine design is based on the the fundamental ergonomic requirements that make it easier for drivers to work. In the proposal I use a combination of a wheeled harvester with a walking robot design.

A presente pesquisa apresenta uma proposta de avaliação econômica de alternativas baseadaem estimativas de custos fixos e variáveis das operações de colheita e transporte da madeira, incluindo encargos sociais e trabalhistas, bem como custos de tributação a serem recolhidos pelas empresas envolvidas, empregando um programa desenvolvido em Visual Basic 6.0® - Excel 12.0 for Windows®. São geradas nove simulações de cenários hipotéticos contemplando operações 100% verticalizadas, 100% terceirizadas, transporte principal terceirizado, alteração da tecnologia do veículo empregado, distância média do transporte principal, das equipes de gestão da tomadora e prestadora e dos salários pagos pela empresa contratada. Conclui-se que a gestão terceirizada, com cumprimento integral da legislação e níveis de remuneração de operadores e gestores iguais aos da empresa contratante, conduz, em princípio, a custos mais elevados, visto que a terceirização, além de incluir a margem de lucro da contratada, implica uma soma de tributos maiores do que na estrutura verticalizada. A definição da tecnologia do veículo de transporte principal não interfere significativamente no custo final, sendo a distância média na mesma operação o parâmetro que mais afeta esse montante. O impacto da estrutura de gestão da contratante é relativamente pequeno frente ao custo total das operações e eliminá-la, parcial ou totalmente, não compensa o risco associado às prováveis perdas de desempenho e custos adicionais decorrentes da responsabilidade subsidiária no caso de ações judiciais. Uma redução de 30% nos salários pagos pela empresa terceirizada aos seus empregados implica em um custo unitário de ordem de grandeza similar à solução 100% verticalizada. / This research presents an economic evaluation proposal based on fixed and variable costs estimates, including indirect labor costs, as well as government taxes that are due by the involved firms, using a model developed in Visual Basic 6.0® - Excel 12.0 for Windows®. Nine simulations of hypothetical scenarios contemplating operations with 100% vertical integration, 100% outsourced, main transport outsourced, changes in the main transport average distance, in the main transport vehicle technology, in the management structures of the contractor and the hired firm and in the wages of the employees paid by the hired firm. It is concluded that the outsourcing process assuming equal wages and integral fulfillment of legal requirements, in principle leads to higher costs, considering that, besides including a profit percentage of the hired firm, the outsourcing process implies a higher sum of taxes than the vertical integration structure. The choice of the main transport vehicle\'s technology does not influence the total cost, being the average distance in the same operation the parameter that has the largest impacts on it. The contractor\'s management structure has a relatively small impact on total operating costs and eliminates it, partial or totally, does not compensate the risk associated to the likely performance losses and the additional costs due to the subsidiary responsibility in the case of judicial acts. A 30% reduction in the wages paid to the hired firm\'s employees implies in an unit cost similar to the solution with 100% vertical integration.

A presente pesquisa apresenta uma proposta de avaliação econômica de alternativas baseadaem estimativas de custos fixos e variáveis das operações de colheita e transporte da madeira, incluindo encargos sociais e trabalhistas, bem como custos de tributação a serem recolhidos pelas empresas envolvidas, empregando um programa desenvolvido em Visual Basic 6.0® - Excel 12.0 for Windows®. São geradas nove simulações de cenários hipotéticos contemplando operações 100% verticalizadas, 100% terceirizadas, transporte principal terceirizado, alteração da tecnologia do veículo empregado, distância média do transporte principal, das equipes de gestão da tomadora e prestadora e dos salários pagos pela empresa contratada. Conclui-se que a gestão terceirizada, com cumprimento integral da legislação e níveis de remuneração de operadores e gestores iguais aos da empresa contratante, conduz, em princípio, a custos mais elevados, visto que a terceirização, além de incluir a margem de lucro da contratada, implica uma soma de tributos maiores do que na estrutura verticalizada. A definição da tecnologia do veículo de transporte principal não interfere significativamente no custo final, sendo a distância média na mesma operação o parâmetro que mais afeta esse montante. O impacto da estrutura de gestão da contratante é relativamente pequeno frente ao custo total das operações e eliminá-la, parcial ou totalmente, não compensa o risco associado às prováveis perdas de desempenho e custos adicionais decorrentes da responsabilidade subsidiária no caso de ações judiciais. Uma redução de 30% nos salários pagos pela empresa terceirizada aos seus empregados implica em um custo unitário de ordem de grandeza similar à solução 100% verticalizada. / This research presents an economic evaluation proposal based on fixed and variable costs estimates, including indirect labor costs, as well as government taxes that are due by the involved firms, using a model developed in Visual Basic 6.0® - Excel 12.0 for Windows®. Nine simulations of hypothetical scenarios contemplating operations with 100% vertical integration, 100% outsourced, main transport outsourced, changes in the main transport average distance, in the main transport vehicle technology, in the management structures of the contractor and the hired firm and in the wages of the employees paid by the hired firm. It is concluded that the outsourcing process assuming equal wages and integral fulfillment of legal requirements, in principle leads to higher costs, considering that, besides including a profit percentage of the hired firm, the outsourcing process implies a higher sum of taxes than the vertical integration structure. The choice of the main transport vehicle\'s technology does not influence the total cost, being the average distance in the same operation the parameter that has the largest impacts on it. The contractor\'s management structure has a relatively small impact on total operating costs and eliminates it, partial or totally, does not compensate the risk associated to the likely performance losses and the additional costs due to the subsidiary responsibility in the case of judicial acts. A 30% reduction in the wages paid to the hired firm\'s employees implies in an unit cost similar to the solution with 100% vertical integration.

Resumo: Foram avaliados três subsistemas de extração de madeira em floresta de Eucalyptus spp, de um sistema colheita florestal de madeira curta, com toretes de 6 metros de comprimento. Subsistema 1: floresta de primeira rotação com pilhas de madeira formadas sobre travesseiros e dispostas em ambos os lados do ramal de extração; Subsistema 2: floresta de primeira rotação com pilhas de madeira formadas sobre travesseiros e dispostas em uma só fileira de pilhas de madeira por ramal de extração; Subsistema 3: floresta de segunda rotação, com as pilhas de madeira dispostas diretamente sobre o solo, ou seja, sem o travesseiro, em ambos os lados do ramal de extração. As pilhas de toretes foram extraídas utilizando a máquina forwarder Valmet 890.2. Os tempos de carregamento, descarregamento, deslocamento sem carga, deslocamento com carga e o tempo total do ciclo de extração da madeira foram menores no subsistema 2. O subsistema 2 apresentou maior rendimento operacional e maior economia no consumo de óleo Diesel por metro cúbico de madeira extraída em comparação com os demais subsistemas. O aumento do tamanho das pilhas e a concentração da madeira em uma única fileira de pilhas por ramal resultaram em maior rendimento operacional na extração com o forwarder. / Abstract: Three forest handling and harvesting subsystems in an area of Eucalyptus spp. were analysed, in a cut-to-length system with short wood logs of 6 meters length. Subsystem 1: first rotation forest with wood logs piling up formed over platform and disposed along both sides of the extraction branches; Subsystem 2: first rotation forest with wood logs piling up formed over platform and disposed only along one side of the extraction branches; Subsystem 3: second rotation forest, with wood logs disposed directly on the floor, without any platform, along both sides of the extraction branches. The short wood log piles were extracted using a Valmet 890.2 forwarder. Times of loading and unloading activities, loaded and unloaded movements and total extraction time were smaller on subsystem 2. The subsystem 2 also permitted upper operational yield and bigger savings on Diesel oil consumption per cubic meter of extracted wood when compared to the other subsystems. The adoption of bigger wood piles concentrated along only one side of the extraction branch also resulted in an increasing on operational yield with the forwarder. / Orientador: Paulo Torres Fenner / Coorientador: Elias Taylor Durgante Severo / Banca: Kleber Pereira Lanças / Banca: Jair Rosas da Silva / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:31:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2003-05-23Bitstream added on 2014-06-13T20:02:21Z : No. of bitstreams: 1 silva_jr_dr_botfca.pdf: 1243112 bytes, checksum: a6ff73d1d32431a4754520748d549e85 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Foram avaliados os efeitos causados ao solo pelo tráfego de máquinas florestais de corte e baldeio de madeira, com ênfase à compactação, em floresta de Eucalyptus grandis Hill ex Maiden, de 91 meses de idade, através do comportamento de parâmetros físicos e mecânicos de um Latossolo Vermelho Amarelo, com 480 g.kg-1 de areia total e 430 g.kg-1 de argila. Os tratamentos avaliados foram o trânsito anterior ao experimento, a fase de corte e processamento de madeira, efetuada por colhedora (harvester) sobre esteiras e a fase de extração, por trator transportador autocarregável (forwarder) com rodado de pneus, considerando-se as condições de presença ou ausência de cobertura de galhada. Os parâmetros físicos empregados na avaliação foram: densidade do solo, porosidade total, macroporosidade, microporosidade, água disponível no solo, taxa de infiltração de água, temperatura do solo e estabilidade de agregados a seco. Os parâmetros mecânicos avaliados foram resistência do solo à penetração e ao cisalhamento, densidade máxima do solo, teor de água crítico para compactação e grau de compactação. Também foram avaliadas a área de contato rodado-solo e a pressão de rodados sobre o solo. Adotou-se o delineamento inteiramente casualizado, sendo os resultados obtidos submetidos à análise de variância pelo Statistical Analysis System (SAS), com aplicação do teste Tukey a 5% e 10% de significância. Comparativamente, a densidade do solo, a resistência mecânica ao cisalhamento e a pressão de rodados sobre o solo foram maiores após o tráfego do trator transportador em relação ao conferido pela colhedora de madeira. Os parâmetros porosidade total, macroporosidade, microporosidade, água disponível e estabilidade de agregados a seco foram maiores na fase de corte de madeira do que na fase de baldeio... / A study of soil compaction was carried out on a Red-Yellow Latosol with 43% of clay and 48% of sand, according to some soil physical and mechanical parameters in a harvester of a 91-month-old Eucalyptus grandis Hill ex-Maiden forest. The aim was to evaluate the influence caused by the traffic of a 100 kWa-tracked harvester followed by a 190 kWa-wheeled-forwarder, over and without slash, in comparison to the soil conditions before the harvesting operations. The physical parameters used were soil dry bulk density, total porosity, air-filled porosity, micro porosity, soil water availability and infiltration rate, temperature and soil mean aggregate sizes. The mechanical parameters were soil penetrometer resistance, shear strength, Proctor test and machine ground pressure. A randomized-block trial with 15 replicates was used, applying Statistical Analysis System (SAS) and Tukey test at 5% and 10% significance levels. Results showed that wheeled-forwarder increased soil dry bulk density, soil shear strength and soil machine pressure in relation to the tracked-harvester. Thus, the parameters total porosity, air-filled porosity, micro porosity, soil water availability and soil mean aggregate sizes were higher on harvesting than on wood hauling. The wheeled-forwarder operating without slash produced a higher soil dry bulk density, temperature and soil compaction degree. Also, this work condition decreased total porosity and air-filled porosity in relation to the same operation accomplished over slash. Micro porosity, water availability, soil infiltration rate, soil penetrometer resistance and the maximum soil dry bulk density were not affected by both machines working on both slash conditions. All the soil mechanized operations evaluated were rated higher than 2 MPa on soil penetrometer resistance parameter, looked like a soil limit to allow the root growing... (Complete abstract, click eletronic address below)

Orientador: Paulo Torres Fenner / Banca: Cláudio Angeli Sansígolo / Banca: Sérgio Hugo Benez / Banca: Jorge Roberto Malinovski / Banca: Fernando Seixas / Resumo: Foram avaliados os efeitos causados ao solo pelo tráfego de máquinas florestais de corte e baldeio de madeira, com ênfase à compactação, em floresta de Eucalyptus grandis Hill ex Maiden, de 91 meses de idade, através do comportamento de parâmetros físicos e mecânicos de um Latossolo Vermelho Amarelo, com 480 g.kg-1 de areia total e 430 g.kg-1 de argila. Os tratamentos avaliados foram o trânsito anterior ao experimento, a fase de corte e processamento de madeira, efetuada por colhedora (harvester) sobre esteiras e a fase de extração, por trator transportador autocarregável (forwarder) com rodado de pneus, considerando-se as condições de presença ou ausência de cobertura de galhada. Os parâmetros físicos empregados na avaliação foram: densidade do solo, porosidade total, macroporosidade, microporosidade, água disponível no solo, taxa de infiltração de água, temperatura do solo e estabilidade de agregados a seco. Os parâmetros mecânicos avaliados foram resistência do solo à penetração e ao cisalhamento, densidade máxima do solo, teor de água crítico para compactação e grau de compactação. Também foram avaliadas a área de contato rodado-solo e a pressão de rodados sobre o solo. Adotou-se o delineamento inteiramente casualizado, sendo os resultados obtidos submetidos à análise de variância pelo Statistical Analysis System (SAS), com aplicação do teste Tukey a 5% e 10% de significância. Comparativamente, a densidade do solo, a resistência mecânica ao cisalhamento e a pressão de rodados sobre o solo foram maiores após o tráfego do trator transportador em relação ao conferido pela colhedora de madeira. Os parâmetros porosidade total, macroporosidade, microporosidade, água disponível e estabilidade de agregados a seco foram maiores na fase de corte de madeira do que na fase de baldeio... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: A study of soil compaction was carried out on a Red-Yellow Latosol with 43% of clay and 48% of sand, according to some soil physical and mechanical parameters in a harvester of a 91-month-old Eucalyptus grandis Hill ex-Maiden forest. The aim was to evaluate the influence caused by the traffic of a 100 kWa-tracked harvester followed by a 190 kWa-wheeled-forwarder, over and without slash, in comparison to the soil conditions before the harvesting operations. The physical parameters used were soil dry bulk density, total porosity, air-filled porosity, micro porosity, soil water availability and infiltration rate, temperature and soil mean aggregate sizes. The mechanical parameters were soil penetrometer resistance, shear strength, Proctor test and machine ground pressure. A randomized-block trial with 15 replicates was used, applying Statistical Analysis System (SAS) and Tukey test at 5% and 10% significance levels. Results showed that wheeled-forwarder increased soil dry bulk density, soil shear strength and soil machine pressure in relation to the tracked-harvester. Thus, the parameters total porosity, air-filled porosity, micro porosity, soil water availability and soil mean aggregate sizes were higher on harvesting than on wood hauling. The wheeled-forwarder operating without slash produced a higher soil dry bulk density, temperature and soil compaction degree. Also, this work condition decreased total porosity and air-filled porosity in relation to the same operation accomplished over slash. Micro porosity, water availability, soil infiltration rate, soil penetrometer resistance and the maximum soil dry bulk density were not affected by both machines working on both slash conditions. All the soil mechanized operations evaluated were rated higher than 2 MPa on soil penetrometer resistance parameter, looked like a soil limit to allow the root growing... (Complete abstract, click eletronic address below) / Doutor

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Mechanization significantly increased the productivity, quality and cost reduction for forests cultivation. However, it may be responsible for environmenral impacts, such as soil compaction, which is a result of traffic, mostly during wood harvesting operations. The objectives of this research were to evaluate the physical quality, trafficability and soil compaction due to traffic of wood harvesting machines of Eucalyptus sp. and developing functions to estimate physical and mechanical properties. The research was conducted in soils coming from implantation areas of Eucalyptus sp., and from an operational area of harvesting of Eucalyptus saligna Sm, belonging to CMPC Celulose Riograndense. To answer the hypotheses and meet the objectives, this work was divided into two studies. In Study I, five forest soils with different textural compositions were evaluated, determining physical quality indicators, trafficability indicators coming from the Proctor Normal test and uniaxial compression, and Atterberg consistency limits. The main results showed that both indicators of physical and trafficability were related to textural composition of soil, being estimated from these, as well as being influenced by different states of compaction. Furthermore, it was found that changing the bearing capacity has resulted in alteration of least limiting water range, which are related and, in this way, allowed to estimate the critical pressure for the plants growth. In Study II, we assessed the effect of different traffic intensities of a Harvester and a Forwarder on a Haplic Cambissol with sandy loam texture in Eucalyptus saligna Sm. stands, by determining the machines contact area and ground pressure exerted on soil, bulk density, pore size distribution, water retention curve, available water content, saturated hydraulic conductivity, air permeability, penetration resistance, compressibility, degree of compaction and shear strength. Were also evaluated the relationship of these properties and parameters. The main results indicated that few machines passes (one pass of Harvester and the four more of Forwarder) resulted in great part in soil deformation and changing in all evaluated properties and parameters. Mostly effects occurred until the depth of 20 cm. However, increasing the number of passes also caused changes in the deeper layers of soil. In general, the effects were higher in the area below within tracks, but, even so, effects occurred in areas between the wheels tracks and outside the areas of machines tracks. It was concluded that actions to minimize the compaction of forest soils should be associated with moisture conditions, traffic intensity and soil type. / A mecanização possibilitou aumento da produtividade, qualidade e redução de custos das atividades para o cultivo de florestas. Entretanto, tem sido responsável por impactos ambientais, destacando-se a compactação do solo, a qual é resultado do tráfego intenso de máquinas, principalmente nas operações de colheita. Os objetivos desta pesquisa foram avaliar a qualidade física, trafegabilidade e a compactação de solos, em função do tráfego de máquinas de colheita da madeira de Eucalyptus sp. e desenvolver funções para a estimativa de propriedades físicas e mecânicas. A pesquisa foi desenvolvida em solos advindos de áreas de implantação de povoamentos de Eucalyptus sp., e de uma área operacional de colheita de Eucalyptus saligna Sm., pertencentes à empresa CMPC Celulose Riograndense. Para responder as hipóteses e atender aos objetivos, o trabalho foi dividido em dois estudos. No Estudo I, foram avaliados cinco solos de uso florestal de diferentes composições texturais, determinando-se os indicadores de qualidade física, indicadores de trafegabilidade advindos do ensaio de Proctor Normal e compressão uniaxial, e limites de consistência. Os principais resultados mostraram que os indicadores de qualidade física e de trafegabilidade foram relacionados aos atributos texturais, podendo ser estimados a partir destes, além de serem influenciados por diferentes estados de compactação. Além disso, constatou-se que a alteração da capacidade de suporte resultou na alteração do intervalo hídrico ótimo, sendo estes relacionados, permitindo, assim, ser estimada a pressão crítica para o crescimento de plantas. No Estudo II, foi avaliado o efeito de diferentes intensidades de tráfego de um Harvester e um Forwarder sobre um Cambissolo Háplico de textura franco-arenosa em povoamentos de Eucalyptus saligna Smith, por meio da determinação da área de contato, pressão exercida pelas máquinas sobre o solo, densidade, distribuição de tamanho de poros, curva de retenção de água, conteúdo de água disponível, condutividade hidráulica do solo saturado, permeabilidade ao ar, resistência do solo à penetração, compressibilidade, grau de compactação e resistência ao cisalhamento. Foram avaliadas, também, as relações dessas propriedades e parâmetros. Os principais resultados indicaram que poucas passadas das máquinas (uma do Harvester e quatro do Forwarder) foram responsáveis em grande parte pela deformação e alteração de todas as propriedades e parâmetros. Os efeitos foram maiores até os 20 cm de profundidade. Entretanto, o aumento do número de passadas também causou alterações nas camadas mais profundas do solo. Em geral, os efeitos foram maiores na zona abaixo da trilha dos rodados, porém, ainda ocorreram efeitos nas zonas entre os rodados e fora da trilha dos rodados das máquinas. Conclui-se que as ações para minimização da compactação de solos florestais devem estar associadas às condições de umidade, intensidade de tráfego e tipo de solo.