A simulação de eventos discretos é uma das mais poderosas ferramentas disponíveis para modelagem e análise de problemas. Freqüentemente ela é utilizada para o planejamento, projeto e controle de sistemas complexos em diversos segmentos; entre eles, a área de sistemas logísticos, que a tem aplicado extensivamente para analisar as capacidades logísticas, avaliar os impactos de mudanças nos processos produtivos, testar diferentes configurações na alocação de recursos limitados, determinar parâmetros das operações, validar novos projetos, entre outras aplicações. Esta popularização da simulação despertou o interesse das empresas especializadas no desenvolvimento de softwares, resultando em diversas opções com diferentes características e custos. Desta forma, identificou-se a necessidade de um método para seleção de softwares de simulação de eventos discretos voltados à resolução de problemas logísticos, pois os trabalhos disponíveis na Literatura abordam somente a escolha de softwares para fins genéricos. Para preencher essa lacuna, foi proposto um conjunto de critérios que endereçam as necessidades específicas do desenvolvimento de modelos voltados à análise de sistemas logísticos. Esses critérios formaram a base do método proposto, que incorporou as melhores características dos trabalhos identificados na Literatura. Sua primeira fase gerou uma lista com os softwares que suportaram os critérios definidos como essenciais por meio da aplicação de um método de atribuição de pesos e pontuação, cuja eficiência e simplicidade são amplamente reconhecidas; já a segunda fase, utilizou o método de análise hierárquica (AHP), recomendado para a tomada de decisão baseada em múltiplos critérios, por permitir a identificação e correção das inconsistências geradas pelo julgamento humano. Dois problemas testes também foram propostos para o desenvolvimento de aplicações em sistemas logísticos e condução de experimentos durante a segunda fase. Os softwares Arena, ProModel e @Risk, extensivamente utilizados para ensino e pesquisa na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, foram avaliados durante a aplicação prática do método proposto. Os resultados obtidos confirmaram a percepção, adquirida durante a segunda fase do método, de que os softwares Arena e ProModel apresentam características semelhantes, dada a discreta diferença em suas pontuações totais. Os diversos cenários desenvolvidos na análise de sensibilidade também ratificaram essa tendência. / The discrete event simulation is one of the most powerful tools available for modeling and problem analysis. Frequently it is used for planning, designing and controlling complex systems in several segments. The logistic system area has also applied it extensively to analyse the logistic capacities, evaluate the impacts of changes in the productive processes, test different configurations in the allocation of limited resources, determine operation parameters, validate new projects, among other applications. Thus, the growth of the simulation awoke the interest of the companies specialized in software development. This fact resulted in several options with different characteristics and costs. Because of this, it was identified the necessity of a selection method for discrete event simulation software dedicated to the resolution of logistic problems. The available works in Literature only approach the choice of softwares for generic purposes. To fill in this gap, a set of criteria that address the specific necessities of the development of models dedicated to the analysis of logistic systems was proposed. These criteria formed the base of the proposed method. It has incorporated the best characteristics of the works identified in Literature. Its first phase generated a list with softwares with widely recognized efficiency and simplicity that supported the essential criteria through the application of a scoring model. Its second phase used the Analytic Hierarchy Process (AHP) which is recommended for the decision taking based on multiple criteria because it allows the identification and correction of the inconsistencies generated by the human judgment. Two test problems have also been proposed for the development of applications in logistic systems and performance of experiments during the second phase. Arena, ProModel and @Risk, extensively used for education and research in the Polytechnical School of the University of São Paulo, were evaluated during the practical application of the proposed method. The results confirmed the perception acquired during the second phase of the method that Arena and ProModel present similar characteristics. They presented a discrete difference in their total score. The several scenes developed in the sensitivity analysis also ratified this trend.

A racionalização no uso dos recursos sempre foi uma preocupação dos gestores de empresas e com a crescente competitividade entre essas organizações, faz-se necessário, portanto, um controle minucioso dos custos. Empresas do ramo florestal lidam todos os dias com problemas desde o nível estratégico, como a decisão de em quais regiões realizarem o plantio das árvores, até o nível operacional, que tem maior impacto sobre as operações diárias e que envolve as decisões de transporte de madeira. Nesse sentido, o investimento em ferramentas que garantam maior eficiência do transporte diário de madeira é considerado como ponto de partida para que essas organizações possam sustentar sua competitividade no mercado. Dessa forma, esta dissertação tem como objetivo dimensionar, através de um modelo de simulação, a frota de caminhões utilizada para o transporte diário de madeira em uma indústria de papel e celulose, com vistas a permitir um fluxo coordenado e constante de matéria prima, comparando o sistema atual com um sistema baseado em uma nova lógica de despacho de caminhões aplicada ao simulador. O modelo de simulação desenvolvido foi construído através do software ARENA® e conta com uma interface de dados construída com o auxílio do Microsoft Excel®, na qual são inseridos, de maneira estruturada, os dados de entrada necessários. Com este modelo, pretende-se auxiliar na solução de um problema operacional de transporte de madeira, uma vez que é possível determinar, em um horizonte de planejamento previamente definido, o tamanho da frota capaz de atender a uma demanda programada, permitindo maior eficiência ao sistema e redução de desperdícios. / The rational use of resources has always been a concern of business managers and the growing competition between companies requires a complex control of costs. Companies in the forestry sector deal with everyday problems from the strategic level, the decision on which regions make the planting of trees, to the operational level, which has a greater impact on the daily operations and decisions involving timber transport. Accordingly, investment in tools that ensure higher efficiency of daily transportation of wood is considered as the starting point for these organizations to sustain their competitiveness in the market. Thus, this thesis is designed to measure, through a simulation model, the fleet of trucks used for daily transportation of wood into a pulp and paper industry, with a view to providing coordinated and constant flow of raw material. The developed simulation model was built by ARENA ® software and has a data interface built with the help of Microsoft ® Excel, in which the input data required are inserted. With this model, we intend to assist in the solution of an operating problem of timber transport, since it is possible to determine the fleet size able to attend a scheduled demand, allowing the system more efficient and reduce waste, in a planning horizon previously defined.

Quando o concreto é submetido a ações especiais, como cargas cíclicas ou ação de cargas de impacto, modificações em sua composição são necessárias, já que o concreto não apresenta desempenho satisfatório à tração, o que compromete o seu comportamento frente à ação de cargas dinâmicas. Uma alternativa para amenizar esta deficiência consiste em adicionar fibras ao concreto. Estas atuam como reforços à tração, transformando a matriz cimentícia, tipicamente frágil, em um material que apresenta boa resistência residual após a fissuração. Buscando colaborar na avaliação da eficiência de diferentes tipos de fibras, o presente trabalho analisa o comportamento de concretos com fibras de aço, submetidos ao impacto, avaliando a influência do fator de forma, do comprimento e do teor de fibras, assim como do tamanho do agregado. São ainda analisados os efeitos da incorporação de fibras na resistência à compressão, na resistência à tração por compressão diametral, no módulo de elasticidade e na tenacidade dos compósitos. Adicionalmente, é executada uma comparação entre os resultados experimentais e os derivados de um esquema de modelagem da situação de impacto através do uso do método de elementos discretos. Buscou-se, através da modelagem teórica, executar um mapeamento dos danos, provocados por cargas de impacto incrementais, ao longo do tempo, bem como determinar as energias necessárias para levar as placas até a ruptura. Os resultados indicam que a incorporação de fibras de aço não consegue retardar o aparecimento da primeira fissura, mas aumenta significativamente a tenacidade dos compósitos. Fibras mais longas e com maior fator de forma tendem a ser mais eficientes, desde que se supere um teor de fibras mínimo, que neste trabalho ficou em torno de 100.000 fibras/m3, para fibras longas (50-60 mm) e de 400.000 fibras/m3, para fibras curtas, cuja ancoragem é menos eficiente. O método de teste de impacto por queda de esfera se mostrou adequado e sensível, porém o esquema de modelagem numérica testado necessita ser refinado para permitir uma adequada simulação do comportamento de concretos com fibras. / When submitted to special loading patterns, derived from dynamical actions such as cyclic or impact loads, concrete elements need to be reinforced, in order to resist the tensile stresses. A feasible alternative, in such cases, is to incorporate fibers in the concrete matrix. The fibers act as a tensile reinforcement, transforming the fragile cement matrix into a composite with significant post-cracking residual strength. In order to contribute with the data collection about the efficiency of different fiber types, the present research work presents an analysis of the behavior of steel fiber reinforced concretes subjected to impact loads. The work investigates the influences of changes in the shape factor, length and amount of fibers. The effects of these combinations on other basic properties of the composites, such as compression strength, split cylinder tensile strength, Young’s modulus and tenacity is also measured. Additionally, a comparison is made between the experimental results from the impact tests and the estimates obtained from a theoretical model that uses the discrete element method (DEM). This theoretical approach aimed to determine if the model was able to simulate the damage evolution over time generated by the increasing impacts loads, as well as to determine the total energy necessary to crack and break the specimens. The results obtained pointed out that the introduction of steel fibers does not affect the energy for the first crack but increases significantly the tenacity of the composite. Longer fibers, with greater shape factors, tend to be more efficient, provided that the fiber content is sufficiently high. The minimum recommended fiber content, according to the data from this research, may be around 100.000 fibers/m3, for longer fibers (50-60 mm). Or around 400.000 fibers/m3, for shorter fibers, which are not so efficient in terms of anchorage. The impact test method developed was considered adequate, being sensitive to the phenomenon and providing reliable data. The DEM model, however, needs to be refined to be able to deal with fiber concrete composites.

Quando o concreto é submetido a carregamentos especiais, como cargas cíclicas ou ação de cargas de impacto, modificações em sua composição são necessárias. Uma vez que o material não apresenta desempenho satisfatório à tração, seu comportamento frente a este tipo de carregamento acaba seriamente comprometido. Uma alternativa para amenizar esta deficiência consiste em adicionar fibras de aço ao concreto. Ao adicionar estes elementos à matriz cimentícia, promove-se meios de transferência de tensões através das fissuras, aumentando a tenacidade do material, proporcionando mecanismos de absorção, relacionados com o desligamento e o arrancamento de fibras. Um número significativo de trabalhos experimentais envolvendo os mais diversos tipos de elementos estruturais reforçados com fibras de aço está disponível, havendo, no entanto, uma forte carência sob o ponto de vista de simulações numéricas. Buscando colaborar no desenvolvimento do material, o presente trabalho propõe a aplicação do Método dos Elementos Discretos para simulação do compósito submetido a carregamentos estáticos e dinâmicos. São realizadas alterações no algoritmo do método a fim de realizar a dispersão de fibras de aço na matriz de concreto. A análise das condições de contorno utilizadas em trabalho anterior revela a necessidade de aplicação de apoios elásticos sob pena de superestimar a rigidez do modelo. Os diagramas carga versus deslocamento que resultaram dos ensaios estáticos demonstram que o modelo criado é sensível à adição de fibras: maiores teores conduzem a modelos com maior tenacidade. O ensaio de impacto também se mostrou sensível e o padrão de fissuração encontrado nas simulações revelou uma boa aproximação com ensaios experimentais anteriores. / When submitted to special loading patterns, derived from dynamical actions such as cyclic or impact loads, some alterations in the concrete constitution need to be done, since the material don’t have an adequate behavior under tensile stress. A feasible alternative, in such cases, is to incorporate steel fibers in the concrete matrix. Adding these elements, stress transference mechanisms along the cracks are promoted, increasing the material tenacity. An expressive number of experimental works involving all the kinds of steel fiber reinforced concrete structural elements are available. However, few researches based on numerical methods are found in the literature. In order to contribute with the data collection and the development of the material, the present research work proposes the application of the Discrete Element Method to simulate the composite subjected to static and dynamic loads. Some modifications are made on the method algorithm trying to create the dispersion of fibers in the concrete matrix. The analysis of the boundary conditions used on previous work reveal the importance of using elastic support to don’t overestimate the stiffness of the model. The diagram load versus displacement that came from the static simulations shows that the model is sensible to the addition of fibers: higher proportions of fiber leads to models with higher tenacity. The impact tests also demonstrate sensibility and the crack pattern found on the simulations presented a very good approximation to previous experimental work.

A ruptura de materiais heterogêneos quase frágeis, como o concreto, as cerâmicas e diferentes tipos de rochas, tem um comportamento mecânico complexo, foco de estudo de pesquisadores já há muito tempo. Uma ferramenta para simular o comportamento até ruptura destes tipos de materiais são os métodos de elementos discretos formados por barras (Discrete Element Method - DEM). Neste método as massas são concentradas em pontos nodais que estão ligados por meio de elementos unidimensionais caracterizados por relações constitutivas uniaxiais simples. Neste contexto, realizam-se novas implementações na versão do DEM com o intuito de estudar diversos aspectos dos materiais quase frágeis. Os principais focos da tese estão na desvinculação do nível de discretização do modelo do comprimento de correlação dos campos aleatórios que caracterizam as propriedades mecânicas. Através da interpretação dos resultados na simulação de emissão acústica é possível conhecer melhor o processo de dano neste tipo de material. Testes experimentais preliminares também são apresentados. Também são realizadas simulações em DEM utilizando carregamento biaxial, onde é explorado nessas simulações o comportamento dos modelos sob a ótica da técnica de emissão acústica. / The rupture of heterogeneous materials quasi-fragile, like concrete, ceramics and different types of rocks have a complex mechanical behavior, which has been the focus of study by researchers for a long time. The truss-like Discrete Element Method (DEM) was used to perform numerical simulations of the testing processes. The test results and the results of the numerical analyses, in terms of load vs. time diagram and AE data, as determined through b-value. In this context, new implementations in the version of DEM were realized with the objective to study the aspects of quasi-fragile materials. The main focuses of the thesis are in untying the level of discretization of the model of the correlation length from random fields which characterize the mechanical properties. And, through the interpretation of the results in the simulation of the acoustic emission, it is possible to better understand the process of damage in this type of material. Are also performed in DEM the biaxial loading, where is explored in this simulations the behavior of models from the point of view of the acoustic emission technique.

This work proposes the computational modeling of two-dimensional media mechanical behavior with a continuous approach, related to the Finite Element Method (FEM) associated with Cohesive Fracture Mechanics (CFM) models, and a discrete approach, using the Discrete Element Method (DEM). The FEM consists in a numerical tool widely used to achieve approximate solutions of Continuum Mechanics problems, involving physical and geometrical nonlinearities phenomena with quasi-static or dynamic behaviors, having already established practical applications in many areas of science and industry. On the other hand, DEM has more recent development and has been increasingly used to model discrete nature problems involving contact, impact and fragmentation phenomena and flow of particulate systems. Focused on analysis of problems with interactions between these natures, a FEMDEM coupling code is developed to solve the problem by a sub-region scheme where the FEM is used on modeling of nucleation process and crack propagation in continuous media, and DEM is employed to model granular media, whether due its nature or its conception, in a transient behavior. The possibility of opening and propagation of cracks is considered by using CFM models, intrinsically incorporated into the FEM formulation through interfaces inserted into the inner edges of the finite element mesh. Illustrative examples are presented and discussed in order to validate the proposed formulation and implementation. / FUNDEPES - Fundação Universitária de Desenvolvimento de extensão e Pesquisa / PRH-ANP - Programa de Recursos Humanos da Agência Nacional do Petróleo / Este trabalho propõe a modelagem computacional do comportamento mecânico bidimensional de meios com abordagens contínua, relacionada ao Método dos Elementos Finitos (MEF) associado a modelos da Mecânica da Fratura Coesiva (MFC) e discreta, através do Método dos Elementos Discretos (MED). O MEF consiste em uma ferramenta numérica bastante utilizada na determinação de soluções aproximadas para problemas da Mecânica do Contínuo, envolvendo fenômenos com não linearidades físicas e geométricas associadas e com comportamento quase-estático ou dinâmico, possuindo aplicações práticas já consagradas em diversas áreas do campo científico e industrial. Por outro lado, o MED tem desenvolvimento mais recente e vem sendo cada vez mais utilizado no tratamento de problemas de natureza discreta envolvendo fenômenos de contato, impacto, fragmentação e fluxo de sistemas particulados. Com foco na análise de problemas que envolvem interações entre tais naturezas, implementa-se uma estratégia de acoplamento MEF-MED para solução do problema em subregiões, onde o MEF é utilizado na modelagem de processos de nucleação e propagação de fraturas em meios contínuos e o MED é empregado na modelagem de meios granulares por natureza, ou assim concebidos, em comportamento transiente. A possibilidade de abertura e propagação de fraturas é considerada através da utilização de modelos da MFC, incorporados intrinsecamente na formulação do MEF através de interfaces inseridas nas arestas internas da malha de elementos finitos. Exemplos ilustrativos são apresentados e discutidos visando-se validar a formulação e a implementação propostas.

Submitted by Nadir Basilio (nadirsb@uninove.br) on 2017-04-27T18:29:45Z No. of bitstreams: 1 Elizangela de Jesus Gibelati.pdf: 1199243 bytes, checksum: 831f7c88b077b3f5860a082343d6d0e5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-27T18:29:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Elizangela de Jesus Gibelati.pdf: 1199243 bytes, checksum: 831f7c88b077b3f5860a082343d6d0e5 (MD5) Previous issue date: 2015-08-31 / The discrete event simulation is one of the most used techniques in operational research area. It is a support decision technique, in which the search for problem solving is done by analyzing a computer model that describes the behavior of the system under study. Applications of this technique are found in several areas and have very significant results, especially for manufacturing and logistics industry. This paper presents the construction of a simulation discrete event model in the computer system Arena® to analyze a part of the supply chain of a service company, aiming to help define the minimum stock level of material in a distribution center. The adopted simulation approach considers the material as the main entity, and it represents the volume of stock in the links in the chain as lines on the template simulation modules, which simplifies the modeling and gives a uniqueness of character to the proposal. As a result, you can determine the best inventory security levels of in different stochastic demand scenarios with high variability, considering pre-established service levels and uncertainty in delivering the material. / A simulação a eventos discretos é uma das técnicas mais utilizadas na área de pesquisa operacional. Trata-se de uma técnica de apoio à decisão, em que a busca pela solução de um problema é feita pela análise de um modelo computacional que descreve o comportamento do sistema em estudo. Aplicações dessa técnica são encontradas em diversas áreas e apresentam resultados muito significativos, com destaque para a manufatura e logística na indústria. Este trabalho apresenta a construção de um modelo de simulação a eventos discretos, no sistema computacional Arena®, para analisar uma parte da cadeia de suprimentos de uma empresa de serviços, visando auxiliar na definição do nível de estoque mínimo de material em um centro de distribuição. A abordagem de simulação adotada considera o material como entidade principal, e representa o volume de estoque nos elos da cadeia como filas nos módulos do modelo, o que permite simplificar a modelagem e confere um caráter de originalidade à proposta. Como resultado, é possível determinar os melhores níveis de estoque de segurança em diferentes cenários de demanda estocástica com alta variabilidade, considerando níveis de atendimento preestabelecidos e incertezas na entrega do material.

In this thesis we propose to use a penalized maximum conditional likelihood criterion to estimate the graph of a general discrete Markov random field. We prove the almost sure convergence of the estimator of the graph in the case of a finite or countable infinite set of variables. Our method requires minimal assumptions on the probability distribution and contrary to other approaches in the literature, the usual positivity condition is not needed. We present several examples with a finite set of vertices and study the performance of the estimator on simulated data from theses examples. We also introduce an empirical procedure based on k-fold cross validation to select the best value of the constant in the estimators definition and show the application of this method in two real datasets. / Nesta tese propomos um critério de máxima verossimilhança penalizada para estimar o grafo de dependência condicional de um campo aleatório Markoviano discreto. Provamos a convergência quase certa do estimador do grafo no caso de um conjunto finito ou infinito enumerável de variáveis. Nosso método requer condições mínimas na distribuição de probabilidade e contrariamente a outras abordagens da literatura, a condição usual de positividade não é necessária. Introduzimos alguns exemplos com um conjunto finito de vértices e estudamos o desempenho do estimador em dados simulados desses exemplos. Também propomos um procedimento empírico baseado no método de validação cruzada para selecionar o melhor valor da constante na definição do estimador, e mostramos a aplicação deste procedimento em dois conjuntos de dados reais.

O estudo de sistemas logísticos envolve a concatenação de elementos estratégicos e operacionais, comumente compondo sistemas com múltiplas facetas, objetivos antagônicos e grande número de alternativas. Nesse contexto, o presente trabalho discute a utilização de análise de decisão multicritério (MCDA), simulação de eventos discretos (SED) e otimização para simulação. A metodologia MCDA captura, mensura e pondera os objetivos e valores dos tomadores de decisão. Por sua vez, a SED representa o sistema estudado com alto nível de detalhamento, permitindo a avaliação de diversas configurações do sistema. Por fim, métodos de otimização para simulação possibilitam a busca e comparação de alternativas mais eficientes. As três metodologias são avaliadas, identificando suas vantagens, desvantagens e complementaridades quando aplicadas a sistemas logísticos. Através da aplicação de um estudo de caso sobre o dimensionamento de um sistema de transporte, constatou-se que: a) a SED incorporou detalhes importantes para a avaliação mais precisa de vários indicadores de desempenho b) a metodologia MCDA possibilitou a captura de vários objetivos e valores, propiciando a realização de tradeoffs robustos; c) um método de busca exaustiva e técnicas de redução de variância permitiram a comparação das alternativas em tempos computacionais reduzidos. Por fim, conclui-se que a metodologia híbrida apresentada expande o potencial de aplicação da SED em sistemas logísticos complexos. / A logistic system study involves strategic and operational elements, commonly composing multi-faceted systems with antagonistic goals and large number of alternatives. In this context, this thesis discusses the use of multi-criteria decision analysis (MCDA), discrete event simulation (DES) and optimization for simulation. The MCDA methodology captures, measures and weighs the goals and values of decision makers. DES is useful for representing systems with high level of detail, allowing the evaluation of several system configurations. Finally, optimization for simulation procedures are useful for searching and comparing more efficient alternatives. These three methodologies are assessed and their advantages, disadvantages, and complementarities are identified for logistics systems applications. Through a case study of a transportation system, we conclude that: a) the SED incorporated important details for more precise evaluation of various performance indicators b) the MCDA methodology was useful to capture several goals and values, so that robust tradeoffs could be carried out c) an exhaustive search routine and variance reduction techniques allowed the comparison of several alternatives in feasible computational times. Finally, we conclude that the presented hybrid methodology expands the application of DES to complex logistics systems.

O sistema de proteção técnica contra incêndio (SPTCI) é um dos principais sistemas que compõem o edifício inteligente (EI), pois a eficiência do seu funcionamento afeta diretamente a segurança das pessoas e o patrimônio do prédio. O SPTCI é composto de diferentes dispositivos, estratégias de controle e atua segundo legislação específica. Devido à complexidade do SPTCI, torna-se fundamental uma modelagem adequada que permita verificar a dinâmica do sistema e sua relação com outros sistemas prediais. Neste contexto, este trabalho propõe um procedimento para a modelagem e análise de estratégias de controle para o SPTCI, integrado com outros sistemas prediais dentro do contexto de EI. A abordagem considerada para este propósito baseia-se na teoria dos sistemas a eventos discretos, na aplicação de técnicas derivadas da rede de Petri e em técnicas de análise através de simulação discreta. Com esta abordagem são desenvolvidos modelos do sistema de controle do SPTCI onde é considerada a sua relação com outros sistemas prediais. Particularmente, explora-se as extensões da rede de Petri como as técnicas Production Flow Schema e Mark Flow Graph. Um estudo de caso é apresentado para ilustrar as principais características deste procedimento. / From the point of view of property damage and personal security, the fire protection system (FPS) is one of the most important systems in an intelligent building (IB). The FPS is composed of several devices and control strategies. Furthermore, it must act in accordance with specific laws. As a consequence the design of FPSs is a complex task and it is very important to provide an adequate model that supports the verification of the FPS dynamics and its integration with others building systems, facilitating its test and validation. In this context, this work proposes a procedure to model in a systematic and rational way a FPS in the IB context. Considering the nature of the structure and processes of FPS the approach is based on the discrete event dynamic system theory and the application of the Petri net. Then, the models the FPS control system and the controlled plant must include its integration with other building systems. Particularly, it explores Petri net extensions such as Production Flow Schema and Mark Flow Graph techniques. Through an example it is illustrated the main aspects of the proposed procedure.